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摘要：高鐵作為未來最重要的區(qū)域交通運輸，高鐵建設成為新世紀鐵路工作者的重中之重。由于我國幅員遼闊且地質條件復雜，巖土工程勘測在高鐵建設中尤為重要。本文探討了巖土工程在我國高鐵建設中的重要性、存在的問題及應用辦法。本文對上述問題的論述對于相關領域科研工作者和同行業(yè)工作人員具有十分重要的參考意義。

關鍵詞：高鐵工程；巖土工程；勘察

1.引言

高速鐵路作為高科技產物，不僅讓鐵路旅客運輸發(fā)生了翻天覆地的變化，也改變人們傳統(tǒng)的時空觀念，并帶動其他相關行業(yè)的發(fā)展。目前，世界發(fā)達國家的高速鐵路已基本建成。我國為了順應世界運輸新趨勢和提高運輸質量，正在大力發(fā)展高速鐵路建設。但是，我國復雜的地質狀況和地形嚴重影響高鐵建設的質量和效率。因此，必須在高速鐵路建設過程中實施巖土工程勘測環(huán)節(jié)，本文探討了巖土工程勘察在高鐵建設中的應用。

2.高鐵工程中巖土工程勘察意義

土木工程技術與巖土工程實踐之間的一個主要區(qū)別是巖土工程需要有相關經驗和能力的專家來做出合理的判斷。巖土工程師的首要任務是識別土壤和巖石特性的差異，評估現場巖石和土壤的工程特性，并確定合適的設計和施工方法，達到成本效益，耐用性和安全性。隨著新的研究技術和支持巖土工程師工作的新材料的發(fā)明，該領域范圍更廣。未來的鐵路線要提高高鐵速度和軸重，需要對現有的線進行升級。城市人口穩(wěn)定增長，對高效、幾乎無振動的地面運輸提出了嚴格的要求。區(qū)域限制會導致狹窄的走廊，交通擁擠，比以前更接近房屋、辦公室和工業(yè)區(qū)。這種演變帶來了新的地球動力學挑戰(zhàn)，需要工程界解決。在這種情況下，需要考慮三個主要問題：（1）臨界速度問題：必須避免由于高鐵速度接近軌道結構和支撐地面中波浪的自然速度而引起的軌道過度動態(tài)響應。（2）履帶結構耐久性問題；壓載物，子壓載物和路基材料應承受軌道結構中較高的動態(tài)載荷作用，而不會引起軌道結構和地面系統(tǒng)的加速退化或過多的沉降。（3）振動環(huán)境問題：增加的振動從鐵路線穿過地面到建筑物的傳播會給人員帶來不便，干擾敏感設備甚至損壞建筑物，應將這些負面影響降至最低。

3.巖土工程勘察的主要功能

評估巖土工程危害，包括滑坡的可能性。首先要確定承載力，地基變形以及土壤，地基與結構之間可能的相互作用。其次要評估土壓力和擋土墻的性能。路堤行為分析：開挖，洞穴，隧道的強度分析。進行站點的響應分析：巖土工程勘察是應用科學方法和工程原理來獲得土木工程問題解決方案的第一步。識別土壤和巖石類型，測量地下水位，確定材料強度，識別地質約束是巖土工程師需要研究的一些方面。所有巖土施工都在地面上進行，因此巖土工程在所有土木工程項目中非常關鍵。在進行任何施工之前，進行現場調查至關重要。未能執(zhí)行此操作通常會對建設項目產生負面后果，破壞地球的物理環(huán)境。巖土工程勘察可以安全地調查和分析場地，確定其現在和將來的穩(wěn)定性。該類項目通常會涉及物理環(huán)境的重大變化，并且可能包括對主要結構（如建筑物、橋梁、水壩、機場跑道和塔樓）的挖掘和施工。

4.巖土工程勘察的重要方面

4.1土壤力學。土壤力學是巖土工程學的一個主要領域，在該領域中，進行任何重大建造之前都要先對土壤進行分析，以確保其適合支撐所需結構的載荷。土壤通常由巖石顆粒組成，而水和空氣位于空間中。確定受巖石顆粒尺寸，礦物顆粒形式，粒度分布以及土壤中礦物質，空氣和水的量影響的土壤的工程特性至關重要。通?？紤]用于進行場地條件分析和結構設計的土壤的工程特性有單位重量、干燥單位重量、飽和單位重量、孔隙率和滲透率。為了確定土壤的適用性，進行了一些實驗室測試。即使承受較大的載荷，包括更重、更長和更頻繁的高鐵，地基也應穩(wěn)定且基本無碎屑。桅桿基礎也應穩(wěn)定，并能滿足懸鏈線精確導向的極端要求。工程師需要設計或改善能力不足的地面，以滿足“剛度”對準的約束。需要評估和應用控制初期和長期沉降的地面改良技術（例如垂直排水溝，穩(wěn)定的地面，穩(wěn)定的墻體、沙樁、噴射樁、泡沫混凝土樁和石灰水泥樁）。改善的地面上很小或局部偏差的后果對于高速鐵路線來說都是災難性的。臨界速度的表現：三種不同類型的波可以在地下傳播：壓縮波，剪切波和瑞利波。前兩種類型可以存在于地體內的任何位置，而瑞利波只能沿地表傳播。瑞利波的振動運動只會滲透到有限的范圍深入地下。每種波的自然傳播速度都取決于地面條件。瑞利波和剪切波的速度大致相同。地面越軟，瑞利波越低。對于像高鐵一樣的動態(tài)表面載荷，幾乎所有的振動能量都包含在瑞利波中。4.2基礎。地基的評估是有關結構設計的重要元素，因為建筑物的荷載通過地基傳遞到地面，地基應足夠堅固以承受施加的荷載。現場的土壤和巖石層的特性也會影響基礎的設計。地基的支撐受地基下的承載力、沉降和運動的影響。承載力是土壤承受建筑物或結構載荷的能力，應謹慎確定，以確保建筑物的安全。盡管幾乎沒有地基，但在輕載結構下可能會發(fā)生微不足道的沉降。一段時間內發(fā)生的沉降可能會產生嚴重后果。在進行基礎設計時應考慮以上所有方面。除此之外，土工合成材料還作為土木工程問題的可靠解決方案而出現。它們的特性（例如，耐水性和聚合物性質）使其適合于抗排水、提供加固，結構密封等方面。土工泡沫、土工合成粘土襯里、土工格室、滲透單元和土工織物是土木工程中最常用的產品。4.3動態(tài)下力學性能。高鐵結構，無論其軌道、彎道、次彎道和堤岸，都構成了與地面耦合的作用。梁具有自然彎曲波，傳播速度取決于梁的幾何形狀和材料屬性。對于與地面具有動態(tài)慣性的鐵路結構，應結合自然波的作用，其運動方式和速度取決于軌道結構和地面的特性。該速度稱為軌道結構—地面系統(tǒng)的臨界速度。如果以接近臨界速度的速度在軌道上通過，就會出現與飛機一起進入超音速飛行的動搖現象。在動車的情況下，通常是準靜態(tài)的列車，其動靜響應主要是準靜態(tài)的，經歷了廣泛的動態(tài)變化，從而確定了臨界速度，整個動靜結構和地面都發(fā)生了較大的動態(tài)運動。這些運動以及相關的發(fā)育不良的上弦和下垂，完全消失了，并導致軌道、壓載物和存放物的快速變形，由于懸鏈系統(tǒng)中的大震動和威脅而中斷了高鐵的動力。影響列車的穩(wěn)定性和安全性，甚至可能導致脫軌和地面故障。有一個增加最高速度的限制，使列車和生產線投入運營，并獲得了更多的經驗和信心。隨著運行速度的穩(wěn)步提高，行進中的列車將達到地面的實際速度。由于高速線路的位置極高，因此無法輕易繞開不良的地面區(qū)域，在早期規(guī)劃階段就可以有效地篩選出問題區(qū)域，并針對各種情況進行現場調查，并采用經過驗證的設計工具和針對新產品的專門信息并要求鐵路沿線行駛預防和解決與臨界速度有關的問題。

5.巖土工程勘察存在的主要問題

5.1缺乏具有針對性的高鐵勘察綱要。隨著新型勘察技術的應用，傳統(tǒng)的高鐵勘察綱要很難體現新型勘察技術的特點，難以從高鐵勘察綱要中找到解決新型技術問題的方法，技術人員也難以通過綱要了解新型技術的操作標準，導致高鐵勘察結果的準確性和全面性受到影響。5.2高鐵勘察技術過于單一，得不到更新。很多高鐵勘察單位并不重視勘察技術的更新與優(yōu)化，出現高鐵勘察技術方法單一的問題。因此，在實際高鐵勘察過程中會發(fā)現，通過高鐵勘察單位現有的技術很難對一些地質環(huán)境進行勘測，導致勘察結果局限于定性評價，不能得出定量的評價結論，這樣的高鐵勘察報告也難以給后續(xù)的工程設計與工程施工提供具有參考性的依據。5.3高鐵勘察單位技術水平參差不齊，勘察質量有待提升。（1）很多企業(yè)為了爭取業(yè)務，壓低報價，并隨意增減巖土工程勘察項目。（2）一些企業(yè)為了縮短采樣時間，采用不符合規(guī)定要求的鉆探、測試、取樣方法，導致現場鉆探處理工作無法精確完成分層工作，容易漏掉一些具有透鏡體、軟弱夾層的地質的勘察。（3）在實際勘察工作中，對巖心管中的樣本并沒有采取專業(yè)的取樣器進行處理。這些問題的存在都會造成勘察工作存在較大的誤差，進而影響勘察工作的質量［2］。5.4沒有認識到高鐵勘察工作和環(huán)境的共同作用。隨著建筑設計理念以及施工技術的發(fā)展，越來越多結構復雜的建筑進入人們的日常生活中，這些建筑也導致一定范圍內的地質環(huán)境發(fā)生變化。如果在高鐵巖土工程中不能充分考慮其他建筑造成的地質環(huán)境變化，很容易導致新施工項目的地質受到影響。

6.巖土工程勘察工作的優(yōu)化措施

6.1制訂完善的巖土工程勘察技術綱要。技術綱要對高鐵工程項目的開展具有指導性意義，在制訂巖土工程勘察技術綱要之前，要保證編制者對勘察技術有深入的了解，并具備豐富的勘察實踐經驗，以便針對項目特點在巖土工程勘察技術綱要中融入具有針對性的技術要求。在綱要的編制過程中，對技術方法的相關要求進行明確，還要對誤差處理、安全防護、施工流程等內容進行說明，并制定科學有效的安全預案，避免事故發(fā)生時技術人員手足無措。6.2積極更新勘察方法，通過培訓提高自身技術水平。高鐵勘察單位應對勘察技術進行優(yōu)化和更新，引進先進的勘察技術，在應對不同地質環(huán)境時能夠選擇適合的高鐵勘察技術方法，以保證高鐵勘察質量。先進的高鐵勘察技術往往能夠有效解決傳統(tǒng)勘察技術本身存在的問題，具有較強的環(huán)境適應性以及較高的勘察精度，能夠滿足相應的工程需求，提高勘察單位的工作效率［3］。除了引用新技術，高鐵勘察單位還要重視員工的技術培訓工作，一方面使技術人員熟練掌握常規(guī)的勘察技術，明確勘察技術的要點內容。另一方面，技術人員要通過培訓加強對新型勘察技術的掌握，提高自身的專業(yè)素質。在培訓中，根據員工對標準的掌握情況，融入相應的標準、規(guī)范培訓課程，使技術人員按照標準規(guī)范的要求開展勘測工作。在采集任何不受干擾的樣品或進行任何原位測試之前，應將襯層向下帶到井眼底部。應在柔軟至堅硬的粘土和淤泥中使用適當尺寸的螺旋鉆，以防止抽吸。殼管的使用應僅限于地下水位以下非常堅硬至堅硬的粘土和砂質地層。僅在巨石或巖石地層或通過局部障礙物時才允許使用鑿子鉆頭。裸露的井眼只能允許到井壁側面無支撐的深度。如果發(fā)現有側傾或擠壓的情況，應立即采取措施，按照巖土工程師的指示，用套管將井眼的側面穩(wěn)定?？梢园凑諑r土工程師的要求，使膨潤土漿液穩(wěn)定鉆孔。考慮地下土壤的狀況，如果在鉆孔方面沒有足夠的進展，巖土工程師可以允許使用噴水器或沖擊鉆頭進行沖洗鉆孔等任何類似的鉆孔方法。鉆孔通過地下水位以上的粘性土壤和無粘性土壤時，不得添加水。進行鑒定試驗后，應仔細檢查由螺旋鉆、機殼、分叉勺的切割靴或未受干擾的采樣器帶來的切屑，并適當記錄土壤描述。在任何鉆孔中完成鉆孔后，應以巖土工程師認可的性能來準備鉆孔記錄。觀察地下水位后，應按照巖土工程師的指示，以其認可的方式對鉆孔進行回填。6.3適當擴大高鐵勘察范圍，明確環(huán)境對地質環(huán)境的影響。在高鐵勘察過程中，除了要做好項目所在地地質類型的調查工作，還要明確周圍地質環(huán)境是否會對項目所在地的地質情況造成影響，并明確范圍內的地層應力情況，為設計施工人員制定支護方案提供參考依據。在明確巖土物理力學性質的同時，要基于工程建筑安全性的角度對當地的地質環(huán)境進行討論，并綜合區(qū)域環(huán)境制定完善的勘察規(guī)程。

7.結語

隨著我國巖土工程勘察工作在各個行業(yè)的應用，該技術成為項目設計施工單位重點關注的內容，期待能夠獲得精確性更高、質量更好的巖土勘察結果。作為高鐵勘察技術人員，應從自身技術水平以及現有技術的發(fā)展情況入手，研究解決問題的方式與方法，為提升高鐵質量提供支持。

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作者:劉翔 單位:深圳市巖土綜合勘察設計有限公司