巖土工程施工技術與裝備新發(fā)展

黃金平

（江西省地質局華昌企業(yè)發(fā)展有限責任公司，江西 南昌 330000）

隨著我國社會經濟的發(fā)展，巖石工程施工技術與裝備也在不斷發(fā)展。在此過程中，需要以巖石工程施工技術和原有的裝備作為基礎，歸納巖石工程施工中存在的重點難點，了解巖石工程施工技術及相關技術和設施設備的發(fā)展情況，不斷地總結經驗，突破創(chuàng)新，尋找?guī)r石工程施工技術與裝備的發(fā)展新路線，結合巖石工程施工技術在國內的發(fā)展趨勢，探索更好的發(fā)展方向，加強巖石工程施工技術和裝備的發(fā)展。

1 巖石工程施工技術新發(fā)展

隨著我國工程建設的迅速展開，國內的基建事業(yè)受到巖石工程施工技術和裝備發(fā)展的影響，目前巖石工程施工中存在的問題很大程度上制約了企業(yè)的競爭力，因此，針對這一問題，要不斷地探索巖石工程施工新技術，在原有的巖石工程施工水平和裝備的基礎上，發(fā)展更好的施工技術，研發(fā)更加完善的施工裝備。

1.1 特長山嶺隧道施工水平的大幅度提高

隨著我國液壓鉆孔鉆爆發(fā)和復合襯砌技術被采用到巖石工程施工技術后，建成了大瑤山雙線鐵路隧道，大前線軍都山雙線鐵路隧道等一系列隧道，并且自20世紀80年代以來一直使用至今。而后淺埋暗挖法也迅速地被投入到城市地鐵建設工程中，加速了地鐵工程的建設速度。隨后西安縣18.4m秦嶺雙線鐵路隧道一號線中使用了TBM技術，成功地標志著我國隧道施工機械水平的迅速提高。

1.2 復雜地質災害巖土工程綜合治理能力提高

起初巖石工程中復雜的地質災害是巖石開挖和修建隧道過程中極其難以攻克的一部分內容，尤其是在面對縱橫交錯，斷層，巖石柔軟，有煤氣、瓦斯等地層時很難能夠選擇合理的治理方法攻破難題，但目前隨著科技的發(fā)展和各單位的高超的施工技術以及一同的努力下完成了隧道的開挖，從此也揭示著在開挖隧道時，巖石層即便有過多不良問題，依舊可以全面突破。而隧道開挖過程中斷層破碎帶及泥石流等問題最早期也是巖石工程中極其難以攻克的綜合地理問題。在八達嶺高速公路攀潭溝隧道的建設過程中，便運用了注漿綜合措施，直接解決了泥石流等在隧道開挖時，地層過分柔軟、穩(wěn)定性極差的問題。

1.3 地下工程防水技術

在巖石工程中，結構自防水是防水工程的根本，也在不斷的實踐中證實了這一問題。國內也在一次又一次遇到滲漏現(xiàn)象后，通過實踐證明了可以在面對貫穿性裂縫時應用混凝土加外加劑，發(fā)揮其功能來防止?jié)B漏破裂現(xiàn)象。同時，通過正確的設計和精心的布局，以及施工人員高超的施工技術，便可以最大程度地加強混凝土和外加劑的防水效果。在北京地鐵開挖過程中便使用了U型膨脹劑和FS防水劑解決了裂縫滲透問題。除此之外，復合式襯砌防水技術在隧道開挖過程中，也隨著大瑤山隧道的順利投入使用被廣泛地應用到巖石工程中，比如，北京地鐵也采用了復合式襯砌防水技術，也取得了極好的施工效果。最后，再選擇PE泡沫塑料片作為緩沖層，降低涂層對防水層的侵擾，保證防水質量，也加強了經濟效益，降低了施工成本。而結構外防水技術也在Epdm橡膠防水材料，PC防水材料等各種各樣的常用防水材料不斷地被應用到隧道開挖工程中后，也被廣泛地應用到巖石工程中，可以最大限度地發(fā)揮防水能力的同時，實際的滲漏現(xiàn)象也在逐漸地減少。即便如此，防水技術依舊有待提高，目前國內大部分隧道中依舊存在一定比例的滲漏現(xiàn)象。

1.4 盾構法

盾構法由于不會讓地層表面出現(xiàn)隆起和塌陷的現(xiàn)象，因此在巖石工程中被廣泛地應用。盾構法可以通過勾外殼和管片作為隧道的支撐，防止開挖過程中巖石出現(xiàn)崩塌的現(xiàn)象，方便后期的開挖和巖土運輸等過程。在開挖到后期后會通過千斤頂對巖石內部進行加壓推進，從而加強盾構法開挖的穩(wěn)定性和推進速度。在我國的隧道施工工藝中，不論是上海隧道，還是北京地鐵都使用過機械化盾構機。機械化平衡盾構機采用大刀盤開挖，螺旋輸送機以及同步壓漿和計算控制系統(tǒng)等各種極其先進的技術，加強盾構法在巖石開挖過程中的穩(wěn)定性。

1.5 蓋挖逆作法的發(fā)展

這種巖石工程施工技術是在構建外墻和中間承重柱的過程中，使用頂板和外墻對整個巖石隧道加以保護，由上而下地開挖的同時澆筑結構頂板，保證巖石隧道的穩(wěn)定性和牢固性。比如，在北京地鐵開挖過程中，便成功地使用蓋挖逆做法修建地鐵。除此之外，還使用這種方法修建了王府井大廈工程。因此，不僅在巖石工程中可以應用，在建筑工程中也可以采用蓋挖逆工作方法，在修建地鐵及大廈工程時都有極高的穩(wěn)定作用。

2 巖石工程裝備新發(fā)展

2.1 巖石工程勘測裝備

巖石勘測工作不僅綜合性強，并且工藝復雜，需要勘測地面和地下的所有原狀土。在此過程中，需要用鉆探技術和鉆探方式合理地勘測土巖石質量，而勘測結果會直接影響后期的施工順利程度。首先，鉆探設備是巖石鉆孔工藝中必備的設施設備，其中包含鉆機、鉆探用泵、空氣壓縮機、動力機和傳動裝置以及配套的鉆塔。其次，鉆探設備也包含固定式、托引式和自行式3種，會根據當地的水文水井條件，工程地質等各種不同的勘測條件，采用不同的勘測裝備。最后，使用鉆探設備進行鉆孔工作時，按照不同的工藝也分為沖擊鉆進、正循環(huán)回轉鉆進、螺旋鉆進等各式各樣的鉆進工藝。在使用不同的鉆進工藝時也要使用合理的鉆探設施設備區(qū)分地質合金鉆進，鉆粒鉆進和金剛石鉆進等。除了鉆孔設備外，檢層設備也是巖土工程中關鍵的裝備，淺層面波法、單孔檢層法裝備的完善和智能化是該類裝備發(fā)展的主要趨勢。江西省高安市華昌御湖名郡項目在地層勘探中使用單孔檢層法裝備，在鉆孔內接收來自地面激振產生的（橫波、縱波），橫波所采用的激振源為特制的橫波激振源，用大錘敲擊產生剪切振動，產生橫波向下傳播。同時，在孔中放入一個貼壁式的三分向高靈敏度的檢波器接收來自地表產生的振動信號，檢波器接收到的信號經專用的振動測量放大器放大、模數轉換，并由高精度儀器記錄并儲存在磁盤上，其結果由計算機專用數字處理系統(tǒng)處理分析，計算出剪切波速度。

2.2 盾構機

巖石工程的施工過程中，盾構機是極其常用的一種機械設備，其中包含手掘式盾構機、氣壓式盾構機、半機械式盾構和機械式盾構等4種。通常會在隧道掘進工作中的盾構法中使用盾構機，通常應用于隧道掘進工程中的頓宮施工技術中，整個盾構法施工技術45%以上的工作量都有盾構機完成。因此，想修建完整的地鐵時，通常會同時使用將近20臺的盾構機，為修建地鐵效力，可見使用盾構法和盾構機對隧道進行掘進工作時，其所需要投入的成本是極其昂貴。但是，相較其他機械設備，盾構機工作效率在其他設備的8～10倍以上，因此，北京地鐵的掘進工作中便使用了盾構機。盾構機具有不阻礙地面交通，不需要拆除地面建筑物，不會存在地面沉降隆起，不影響居民的正常日常生活和工作等優(yōu)點，因此，即便所需要投入的成本極其昂貴，并且制作工藝復雜，但是在國際上廣受好評。并且歐洲國家和日本對盾構機的研發(fā)和制作都極其發(fā)達，在兩百年前，英國、日本、德國等國家都使用土壓平衡是關鍵技術，用盾構機有效的密封開挖，可以保證地面絕對不會出現(xiàn)隆起或塌陷的情況，對于在城市內部進行的地鐵開發(fā)時是首選的開挖機器，而盾構機在這樣的時代背景下得到了高速的發(fā)展。即便在極其惡劣的高水壓條件下，盾構機也可以進行探索和開挖，并且在日本的經濟快速發(fā)展階段，盾構機也得到了相對應的發(fā)展。因此，日本和德國等國家的盾構機發(fā)展較快，且掘進長度極長，在極其密封的條件下，不僅可以按照常壓展開掘進工作，盾構機還有因地制宜的特點，環(huán)境對盾構機開挖工作的影響微乎其微，可以忽略不計。比如，國內的沈陽地鐵開拓過程中的64.7m便使用了盾構機進行開挖，其重量高達420t，但是盾構機的精準性極強，并沒有差幾毫米。目前，國內的大部分盾構機由德國和日本引進，德國大部分盾構機的大概價格在5000萬元人民幣，日本進口的盾構機價格大概在3000萬元人民幣，國外進口的盾構機價格都較為昂貴，而國內的凍購機價格一般在2500～5000萬元左右，由此可見，即便國內有價格較為便宜的盾構機，但整體的價格都是極高的，因此，并不是所有的企業(yè)都有能力購置盾構機。

2.3 多功能防水板臺車

多功能防水板臺車是隧道中鋪設防水板時所使用的裝備。通常會按照隧道開挖時周圍巖石的等級，選擇相對應的防水板材鋪設施工工藝，在鋪設防水板材之前需要對隧道內部進行統(tǒng)一的檢查，并對巖石表面的局部做好處理，防止在鋪設高分子材料防水板材時由于巖石表面出現(xiàn)問題，防水板材鋪設不夠牢固，避免后期出現(xiàn)滲漏和爆裂現(xiàn)象。通常會采用4m左右規(guī)格寬度的板材，厚度一般會選用1.2mm左右，這種規(guī)格的板材具有柔韌性好、不容易被損毀、較高耐久性等特點，在零下20℃時依舊不會出現(xiàn)裂紋，因此嚴寒狀態(tài)下的彎折性較好。即便溫度上升，其熱處理時的變化率也小于2.5%，在極高的溫度下也可以正常使用。板材的斷裂延伸率大于200%，拉伸強度大于12MPa，鋪設防水板臺時必須要保證不會出現(xiàn)滲水、漏水、斷裂、破損、凹凸不平等現(xiàn)象。在鋪設過程中，一旦發(fā)現(xiàn)局部有凹凸不平的情況，要及時采取補救設施，在鋪設防水板材之前需要精準放樣，按隧道內部的情況進行合理的防水板鋪裝，確定好每塊防水板的長度和間隙，從而盡可能地減少拼接接頭，拼接接頭越可能出現(xiàn)滲漏和斷裂的情況就會更多，因此需要最大限度地減少拼接接頭。之后，應按照防水板材鋪設的松緊程度保證防水板材和巖石嚴絲合縫，在此過程中，會使用多功能防水板鋪設臺車、自行式接機、風鎬和風鉆四種工具。在使用過程中要保證機械一致能保持良好狀態(tài)，施工人員和后期維護人員應按照設施設備的實際情況，對設施設備進行定期的護理和檢查，保證在整個施工過程中，設施設備能以最好的狀態(tài)完成工作，最大限度地降低因為設施設備出現(xiàn)問題而造成的施工周期拉長情況。

2.4 巖石工程施工機械設備管理系統(tǒng)

隨著信息化、數據化時代的到來，巖石工程施工項目中也開始不斷地投入更加高效化，信息化的機械設備管理方式，最大限度地提高巖石工程施工效率，避免出現(xiàn)設備浪費的現(xiàn)象。因此，在巖石工程中開始投入設備管理方法，不僅要將設備管理系統(tǒng)融入設備維護與保養(yǎng)工作中，還需要結合巖石工程施工進度對機械進行系統(tǒng)的調度和管理，合理地安排每個機械設備，避免出現(xiàn)窩工、浪費等現(xiàn)象。需要按照施工進度安排好所有機械設備的詳細使用計劃，并將計劃交由交通部門管理，由項目經理對機械進行統(tǒng)一的調配安排。施工過程中，一旦某一程序因技術人員的問題或其他問題出現(xiàn)緩停，調整施工進度或者施工工序的情況時，要及時通知設備管理部門，保證設備管理部門能按照更改的施工進度對設備進行新一輪的調整。巖石工程施工機械設備管理系統(tǒng)中包含設備需要計劃、保養(yǎng)費用計劃、按時保養(yǎng)提醒、準時保養(yǎng)率等4個板塊的內容。通過標準、周期、任務、調度、實施等5個模塊完成對巖石工程施工機械設備的管理。標準模塊中包含保養(yǎng)標準，需要保養(yǎng)的設備類型以及保養(yǎng)資源。周期模塊中包含巖石工程機械設備的正常運行時間，設備的加工次數以及所有設備進場后的日歷周期。任務模塊中包含對機械設備的保養(yǎng)周期，對機械設備的保養(yǎng)計劃以及對所有巖石工程機械設備的保養(yǎng)任務。調度模塊會按照標準、周期、任務3個模塊中所給予的內容對所有的保養(yǎng)任務進行分配平衡，結合保養(yǎng)需求計劃對保養(yǎng)設備進行調控和合理地分配，并委外保養(yǎng)。最后的實施過程中需要實施保養(yǎng)計劃，對后續(xù)的工程單清單進行擬定和清算，了解設備技術的狀態(tài)，并結合設備的分類進行合理的保養(yǎng)。

3 結語

巖石工程中會按照自然環(huán)境的不同、所在地區(qū)的巖石差異性不同、抗剪強度的不同、應力應變關系不同等原因需要去選擇不同的施工技術和施工裝備。但是，目前國內的施工技術和裝備依舊面臨著許多不確定的問題，需要在未來的發(fā)展過程中不斷地改進和完善。但是，隨著社會經濟的發(fā)展，巖石工程的施工技術和裝備也在不斷地發(fā)展。巖石工程作為我國基建事業(yè)中極其重要的一部分，要不斷地總結經驗，積累教訓，改進目前還不夠完善的施工技術和不夠完備的施工裝備，按照巖石工程中存在的重點難點，結合我國巖石工程的發(fā)展進度和自身特點，不斷地與世界新技術、新設備進行接軌，引進、開創(chuàng)新技術和新設備，為我國基建事業(yè)的發(fā)展提供進一步的推動力。