高铁工程中岩土工程勘察探究

摘要：高铁作为未来最重要的区域交通运输，高铁建设成为新世纪铁路工作者的重中之重。由于我国幅员辽阔且地质条件复杂，岩土工程勘测在高铁建设中尤为重要。本文探讨了岩土工程在我国高铁建设中的重要性、存在的问题及应用办法。本文对上述问题的论述对于相关领域科研工作者和同行业工作人员具有十分重要的参考意义。

关键词：高铁工程；岩土工程；勘察

1.引言

高速铁路作为高科技产物，不仅让铁路旅客运输发生了翻天覆地的变化，也改变人们传统的时空观念，并带动其他相关行业的发展。目前，世界发达国家的高速铁路已基本建成。我国为了顺应世界运输新趋势和提高运输质量，正在大力发展高速铁路建设。但是，我国复杂的地质状况和地形严重影响高铁建设的质量和效率。因此，必须在高速铁路建设过程中实施岩土工程勘测环节，本文探讨了岩土工程勘察在高铁建设中的应用。

2.高铁工程中岩土工程勘察意义

土木工程技术与岩土工程实践之间的一个主要区别是岩土工程需要有相关经验和能力的专家来做出合理的判断。岩土工程师的首要任务是识别土壤和岩石特性的差异，评估现场岩石和土壤的工程特性，并确定合适的设计和施工方法，达到成本效益，耐用性和安全性。随着新的研究技术和支持岩土工程师工作的新材料的发明，该领域范围更广。未来的铁路线要提高高铁速度和轴重，需要对现有的线进行升级。城市人口稳定增长，对高效、几乎无振动的地面运输提出了严格的要求。区域限制会导致狭窄的走廊，交通拥挤，比以前更接近房屋、办公室和工业区。这种演变带来了新的地球动力学挑战，需要工程界解决。在这种情况下，需要考虑三个主要问题：（1）临界速度问题：必须避免由于高铁速度接近轨道结构和支撑地面中波浪的自然速度而引起的轨道过度动态响应。（2）履带结构耐久性问题；压载物，子压载物和路基材料应承受轨道结构中较高的动态载荷作用，而不会引起轨道结构和地面系统的加速退化或过多的沉降。（3）振动环境问题：增加的振动从铁路线穿过地面到建筑物的传播会给人员带来不便，干扰敏感设备甚至损坏建筑物，应将这些负面影响降至最低。

3.岩土工程勘察的主要功能

评估岩土工程危害，包括滑坡的可能性。首先要确定承载力，地基变形以及土壤，地基与结构之间可能的相互作用。其次要评估土压力和挡土墙的性能。路堤行为分析：开挖，洞穴，隧道的强度分析。进行站点的响应分析：岩土工程勘察是应用科学方法和工程原理来获得土木工程问题解决方案的第一步。识别土壤和岩石类型，测量地下水位，确定材料强度，识别地质约束是岩土工程师需要研究的一些方面。所有岩土施工都在地面上进行，因此岩土工程在所有土木工程项目中非常关键。在进行任何施工之前，进行现场调查至关重要。未能执行此操作通常会对建设项目产生负面后果，破坏地球的物理环境。岩土工程勘察可以安全地调查和分析场地，确定其现在和将来的稳定性。该类项目通常会涉及物理环境的重大变化，并且可能包括对主要结构（如建筑物、桥梁、水坝、机场跑道和塔楼）的挖掘和施工。

4.岩土工程勘察的重要方面

4.1土壤力学。土壤力学是岩土工程学的一个主要领域，在该领域中，进行任何重大建造之前都要先对土壤进行分析，以确保其适合支撑所需结构的载荷。土壤通常由岩石颗粒组成，而水和空气位于空间中。确定受岩石颗粒尺寸，矿物颗粒形式，粒度分布以及土壤中矿物质，空气和水的量影响的土壤的工程特性至关重要。通常考虑用于进行场地条件分析和结构设计的土壤的工程特性有单位重量、干燥单位重量、饱和单位重量、孔隙率和渗透率。为了确定土壤的适用性，进行了一些实验室测试。即使承受较大的载荷，包括更重、更长和更频繁的高铁，地基也应稳定且基本无碎屑。桅杆基础也应稳定，并能满足悬链线精确导向的极端要求。工程师需要设计或改善能力不足的地面，以满足“刚度”对准的约束。需要评估和应用控制初期和长期沉降的地面改良技术（例如垂直排水沟，稳定的地面，稳定的墙体、沙桩、喷射桩、泡沫混凝土桩和石灰水泥桩）。改善的地面上很小或局部偏差的后果对于高速铁路线来说都是灾难性的。临界速度的表现：三种不同类型的波可以在地下传播：压缩波，剪切波和瑞利波。前两种类型可以存在于地体内的任何位置，而瑞利波只能沿地表传播。瑞利波的振动运动只会渗透到有限的范围深入地下。每种波的自然传播速度都取决于地面条件。瑞利波和剪切波的速度大致相同。地面越软，瑞利波越低。对于像高铁一样的动态表面载荷，几乎所有的振动能量都包含在瑞利波中。4.2基础。地基的评估是有关结构设计的重要元素，因为建筑物的荷载通过地基传递到地面，地基应足够坚固以承受施加的荷载。现场的土壤和岩石层的特性也会影响基础的设计。地基的支撑受地基下的承载力、沉降和运动的影响。承载力是土壤承受建筑物或结构载荷的能力，应谨慎确定，以确保建筑物的安全。尽管几乎没有地基，但在轻载结构下可能会发生微不足道的沉降。一段时间内发生的沉降可能会产生严重后果。在进行基础设计时应考虑以上所有方面。除此之外，土工合成材料还作为土木工程问题的可靠解决方案而出现。它们的特性（例如，耐水性和聚合物性质）使其适合于抗排水、提供加固，结构密封等方面。土工泡沫、土工合成粘土衬里、土工格室、渗透单元和土工织物是土木工程中最常用的产品。4.3动态下力学性能。高铁结构，无论其轨道、弯道、次弯道和堤岸，都构成了与地面耦合的作用。梁具有自然弯曲波，传播速度取决于梁的几何形状和材料属性。对于与地面具有动态惯性的铁路结构，应结合自然波的作用，其运动方式和速度取决于轨道结构和地面的特性。该速度称为轨道结构—地面系统的临界速度。如果以接近临界速度的速度在轨道上通过，就会出现与飞机一起进入超音速飞行的动摇现象。在动车的情况下，通常是准静态的列车，其动静响应主要是准静态的，经历了广泛的动态变化，从而确定了临界速度，整个动静结构和地面都发生了较大的动态运动。这些运动以及相关的发育不良的上弦和下垂，完全消失了，并导致轨道、压载物和存放物的快速变形，由于悬链系统中的大震动和威胁而中断了高铁的动力。影响列车的稳定性和安全性，甚至可能导致脱轨和地面故障。有一个增加最高速度的限制，使列车和生产线投入运营，并获得了更多的经验和信心。随着运行速度的稳步提高，行进中的列车将达到地面的实际速度。由于高速线路的位置极高，因此无法轻易绕开不良的地面区域，在早期规划阶段就可以有效地筛选出问题区域，并针对各种情况进行现场调查，并采用经过验证的设计工具和针对新产品的专门信息并要求铁路沿线行驶预防和解决与临界速度有关的问题。

5.岩土工程勘察存在的主要问题

5.1缺乏具有针对性的高铁勘察纲要。随着新型勘察技术的应用，传统的高铁勘察纲要很难体现新型勘察技术的特点，难以从高铁勘察纲要中找到解决新型技术问题的方法，技术人员也难以通过纲要了解新型技术的操作标准，导致高铁勘察结果的准确性和全面性受到影响。5.2高铁勘察技术过于单一，得不到更新。很多高铁勘察单位并不重视勘察技术的更新与优化，出现高铁勘察技术方法单一的问题。因此，在实际高铁勘察过程中会发现，通过高铁勘察单位现有的技术很难对一些地质环境进行勘测，导致勘察结果局限于定性评价，不能得出定量的评价结论，这样的高铁勘察报告也难以给后续的工程设计与工程施工提供具有参考性的依据。5.3高铁勘察单位技术水平参差不齐，勘察质量有待提升。（1）很多企业为了争取业务，压低报价，并随意增减岩土工程勘察项目。（2）一些企业为了缩短采样时间，采用不符合规定要求的钻探、测试、取样方法，导致现场钻探处理工作无法精确完成分层工作，容易漏掉一些具有透镜体、软弱夹层的地质的勘察。（3）在实际勘察工作中，对岩心管中的样本并没有采取专业的取样器进行处理。这些问题的存在都会造成勘察工作存在较大的误差，进而影响勘察工作的质量［2］。5.4没有认识到高铁勘察工作和环境的共同作用。随着建筑设计理念以及施工技术的发展，越来越多结构复杂的建筑进入人们的日常生活中，这些建筑也导致一定范围内的地质环境发生变化。如果在高铁岩土工程中不能充分考虑其他建筑造成的地质环境变化，很容易导致新施工项目的地质受到影响。

6.岩土工程勘察工作的优化措施

6.1制订完善的岩土工程勘察技术纲要。技术纲要对高铁工程项目的开展具有指导性意义，在制订岩土工程勘察技术纲要之前，要保证编制者对勘察技术有深入的了解，并具备丰富的勘察实践经验，以便针对项目特点在岩土工程勘察技术纲要中融入具有针对性的技术要求。在纲要的编制过程中，对技术方法的相关要求进行明确，还要对误差处理、安全防护、施工流程等内容进行说明，并制定科学有效的安全预案，避免事故发生时技术人员手足无措。6.2积极更新勘察方法，通过培训提高自身技术水平。高铁勘察单位应对勘察技术进行优化和更新，引进先进的勘察技术，在应对不同地质环境时能够选择适合的高铁勘察技术方法，以保证高铁勘察质量。先进的高铁勘察技术往往能够有效解决传统勘察技术本身存在的问题，具有较强的环境适应性以及较高的勘察精度，能够满足相应的工程需求，提高勘察单位的工作效率［3］。除了引用新技术，高铁勘察单位还要重视员工的技术培训工作，一方面使技术人员熟练掌握常规的勘察技术，明确勘察技术的要点内容。另一方面，技术人员要通过培训加强对新型勘察技术的掌握，提高自身的专业素质。在培训中，根据员工对标准的掌握情况，融入相应的标准、规范培训课程，使技术人员按照标准规范的要求开展勘测工作。在采集任何不受干扰的样品或进行任何原位测试之前，应将衬层向下带到井眼底部。应在柔软至坚硬的粘土和淤泥中使用适当尺寸的螺旋钻，以防止抽吸。壳管的使用应仅限于地下水位以下非常坚硬至坚硬的粘土和砂质地层。仅在巨石或岩石地层或通过局部障碍物时才允许使用凿子钻头。裸露的井眼只能允许到井壁侧面无支撑的深度。如果发现有侧倾或挤压的情况，应立即采取措施，按照岩土工程师的指示，用套管将井眼的侧面稳定。可以按照岩土工程师的要求，使膨润土浆液稳定钻孔。考虑地下土壤的状况，如果在钻孔方面没有足够的进展，岩土工程师可以允许使用喷水器或冲击钻头进行冲洗钻孔等任何类似的钻孔方法。钻孔通过地下水位以上的粘性土壤和无粘性土壤时，不得添加水。进行鉴定试验后，应仔细检查由螺旋钻、机壳、分叉勺的切割靴或未受干扰的采样器带来的切屑，并适当记录土壤描述。在任何钻孔中完成钻孔后，应以岩土工程师认可的性能来准备钻孔记录。观察地下水位后，应按照岩土工程师的指示，以其认可的方式对钻孔进行回填。6.3适当扩大高铁勘察范围，明确环境对地质环境的影响。在高铁勘察过程中，除了要做好项目所在地地质类型的调查工作，还要明确周围地质环境是否会对项目所在地的地质情况造成影响，并明确范围内的地层应力情况，为设计施工人员制定支护方案提供参考依据。在明确岩土物理力学性质的同时，要基于工程建筑安全性的角度对当地的地质环境进行讨论，并综合区域环境制定完善的勘察规程。

7.结语

随着我国岩土工程勘察工作在各个行业的应用，该技术成为项目设计施工单位重点关注的内容，期待能够获得精确性更高、质量更好的岩土勘察结果。作为高铁勘察技术人员，应从自身技术水平以及现有技术的发展情况入手，研究解决问题的方式与方法，为提升高铁质量提供支持。

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作者:刘翔 单位:深圳市岩土综合勘察设计有限公司