岩土工程施工技术与装备新发展

黄金平

（江西省地质局华昌企业发展有限责任公司，江西 南昌 330000）

随着我国社会经济的发展，岩石工程施工技术与装备也在不断发展。在此过程中，需要以岩石工程施工技术和原有的装备作为基础，归纳岩石工程施工中存在的重点难点，了解岩石工程施工技术及相关技术和设施设备的发展情况，不断地总结经验，突破创新，寻找岩石工程施工技术与装备的发展新路线，结合岩石工程施工技术在国内的发展趋势，探索更好的发展方向，加强岩石工程施工技术和装备的发展。

1 岩石工程施工技术新发展

随着我国工程建设的迅速展开，国内的基建事业受到岩石工程施工技术和装备发展的影响，目前岩石工程施工中存在的问题很大程度上制约了企业的竞争力，因此，针对这一问题，要不断地探索岩石工程施工新技术，在原有的岩石工程施工水平和装备的基础上，发展更好的施工技术，研发更加完善的施工装备。

1.1 特长山岭隧道施工水平的大幅度提高

随着我国液压钻孔钻爆发和复合衬砌技术被采用到岩石工程施工技术后，建成了大瑶山双线铁路隧道，大前线军都山双线铁路隧道等一系列隧道，并且自20世纪80年代以来一直使用至今。而后浅埋暗挖法也迅速地被投入到城市地铁建设工程中，加速了地铁工程的建设速度。随后西安县18.4m秦岭双线铁路隧道一号线中使用了TBM技术，成功地标志着我国隧道施工机械水平的迅速提高。

1.2 复杂地质灾害岩土工程综合治理能力提高

起初岩石工程中复杂的地质灾害是岩石开挖和修建隧道过程中极其难以攻克的一部分内容，尤其是在面对纵横交错，断层，岩石柔软，有煤气、瓦斯等地层时很难能够选择合理的治理方法攻破难题，但目前随着科技的发展和各单位的高超的施工技术以及一同的努力下完成了隧道的开挖，从此也揭示着在开挖隧道时，岩石层即便有过多不良问题，依旧可以全面突破。而隧道开挖过程中断层破碎带及泥石流等问题最早期也是岩石工程中极其难以攻克的综合地理问题。在八达岭高速公路攀潭沟隧道的建设过程中，便运用了注浆综合措施，直接解决了泥石流等在隧道开挖时，地层过分柔软、稳定性极差的问题。

1.3 地下工程防水技术

在岩石工程中，结构自防水是防水工程的根本，也在不断的实践中证实了这一问题。国内也在一次又一次遇到渗漏现象后，通过实践证明了可以在面对贯穿性裂缝时应用混凝土加外加剂，发挥其功能来防止渗漏破裂现象。同时，通过正确的设计和精心的布局，以及施工人员高超的施工技术，便可以最大程度地加强混凝土和外加剂的防水效果。在北京地铁开挖过程中便使用了U型膨胀剂和FS防水剂解决了裂缝渗透问题。除此之外，复合式衬砌防水技术在隧道开挖过程中，也随着大瑶山隧道的顺利投入使用被广泛地应用到岩石工程中，比如，北京地铁也采用了复合式衬砌防水技术，也取得了极好的施工效果。最后，再选择PE泡沫塑料片作为缓冲层，降低涂层对防水层的侵扰，保证防水质量，也加强了经济效益，降低了施工成本。而结构外防水技术也在Epdm橡胶防水材料，PC防水材料等各种各样的常用防水材料不断地被应用到隧道开挖工程中后，也被广泛地应用到岩石工程中，可以最大限度地发挥防水能力的同时，实际的渗漏现象也在逐渐地减少。即便如此，防水技术依旧有待提高，目前国内大部分隧道中依旧存在一定比例的渗漏现象。

1.4 盾构法

盾构法由于不会让地层表面出现隆起和塌陷的现象，因此在岩石工程中被广泛地应用。盾构法可以通过勾外壳和管片作为隧道的支撑，防止开挖过程中岩石出现崩塌的现象，方便后期的开挖和岩土运输等过程。在开挖到后期后会通过千斤顶对岩石内部进行加压推进，从而加强盾构法开挖的稳定性和推进速度。在我国的隧道施工工艺中，不论是上海隧道，还是北京地铁都使用过机械化盾构机。机械化平衡盾构机采用大刀盘开挖，螺旋输送机以及同步压浆和计算控制系统等各种极其先进的技术，加强盾构法在岩石开挖过程中的稳定性。

1.5 盖挖逆作法的发展

这种岩石工程施工技术是在构建外墙和中间承重柱的过程中，使用顶板和外墙对整个岩石隧道加以保护，由上而下地开挖的同时浇筑结构顶板，保证岩石隧道的稳定性和牢固性。比如，在北京地铁开挖过程中，便成功地使用盖挖逆做法修建地铁。除此之外，还使用这种方法修建了王府井大厦工程。因此，不仅在岩石工程中可以应用，在建筑工程中也可以采用盖挖逆工作方法，在修建地铁及大厦工程时都有极高的稳定作用。

2 岩石工程装备新发展

2.1 岩石工程勘测装备

岩石勘测工作不仅综合性强，并且工艺复杂，需要勘测地面和地下的所有原状土。在此过程中，需要用钻探技术和钻探方式合理地勘测土岩石质量，而勘测结果会直接影响后期的施工顺利程度。首先，钻探设备是岩石钻孔工艺中必备的设施设备，其中包含钻机、钻探用泵、空气压缩机、动力机和传动装置以及配套的钻塔。其次，钻探设备也包含固定式、托引式和自行式3种，会根据当地的水文水井条件，工程地质等各种不同的勘测条件，采用不同的勘测装备。最后，使用钻探设备进行钻孔工作时，按照不同的工艺也分为冲击钻进、正循环回转钻进、螺旋钻进等各式各样的钻进工艺。在使用不同的钻进工艺时也要使用合理的钻探设施设备区分地质合金钻进，钻粒钻进和金刚石钻进等。除了钻孔设备外，检层设备也是岩土工程中关键的装备，浅层面波法、单孔检层法装备的完善和智能化是该类装备发展的主要趋势。江西省高安市华昌御湖名郡项目在地层勘探中使用单孔检层法装备，在钻孔内接收来自地面激振产生的（横波、纵波），横波所采用的激振源为特制的横波激振源，用大锤敲击产生剪切振动，产生横波向下传播。同时，在孔中放入一个贴壁式的三分向高灵敏度的检波器接收来自地表产生的振动信号，检波器接收到的信号经专用的振动测量放大器放大、模数转换，并由高精度仪器记录并储存在磁盘上，其结果由计算机专用数字处理系统处理分析，计算出剪切波速度。

2.2 盾构机

岩石工程的施工过程中，盾构机是极其常用的一种机械设备，其中包含手掘式盾构机、气压式盾构机、半机械式盾构和机械式盾构等4种。通常会在隧道掘进工作中的盾构法中使用盾构机，通常应用于隧道掘进工程中的顿宫施工技术中，整个盾构法施工技术45%以上的工作量都有盾构机完成。因此，想修建完整的地铁时，通常会同时使用将近20台的盾构机，为修建地铁效力，可见使用盾构法和盾构机对隧道进行掘进工作时，其所需要投入的成本是极其昂贵。但是，相较其他机械设备，盾构机工作效率在其他设备的8～10倍以上，因此，北京地铁的掘进工作中便使用了盾构机。盾构机具有不阻碍地面交通，不需要拆除地面建筑物，不会存在地面沉降隆起，不影响居民的正常日常生活和工作等优点，因此，即便所需要投入的成本极其昂贵，并且制作工艺复杂，但是在国际上广受好评。并且欧洲国家和日本对盾构机的研发和制作都极其发达，在两百年前，英国、日本、德国等国家都使用土压平衡是关键技术，用盾构机有效的密封开挖，可以保证地面绝对不会出现隆起或塌陷的情况，对于在城市内部进行的地铁开发时是首选的开挖机器，而盾构机在这样的时代背景下得到了高速的发展。即便在极其恶劣的高水压条件下，盾构机也可以进行探索和开挖，并且在日本的经济快速发展阶段，盾构机也得到了相对应的发展。因此，日本和德国等国家的盾构机发展较快，且掘进长度极长，在极其密封的条件下，不仅可以按照常压展开掘进工作，盾构机还有因地制宜的特点，环境对盾构机开挖工作的影响微乎其微，可以忽略不计。比如，国内的沈阳地铁开拓过程中的64.7m便使用了盾构机进行开挖，其重量高达420t，但是盾构机的精准性极强，并没有差几毫米。目前，国内的大部分盾构机由德国和日本引进，德国大部分盾构机的大概价格在5000万元人民币，日本进口的盾构机价格大概在3000万元人民币，国外进口的盾构机价格都较为昂贵，而国内的冻购机价格一般在2500～5000万元左右，由此可见，即便国内有价格较为便宜的盾构机，但整体的价格都是极高的，因此，并不是所有的企业都有能力购置盾构机。

2.3 多功能防水板台车

多功能防水板台车是隧道中铺设防水板时所使用的装备。通常会按照隧道开挖时周围岩石的等级，选择相对应的防水板材铺设施工工艺，在铺设防水板材之前需要对隧道内部进行统一的检查，并对岩石表面的局部做好处理，防止在铺设高分子材料防水板材时由于岩石表面出现问题，防水板材铺设不够牢固，避免后期出现渗漏和爆裂现象。通常会采用4m左右规格宽度的板材，厚度一般会选用1.2mm左右，这种规格的板材具有柔韧性好、不容易被损毁、较高耐久性等特点，在零下20℃时依旧不会出现裂纹，因此严寒状态下的弯折性较好。即便温度上升，其热处理时的变化率也小于2.5%，在极高的温度下也可以正常使用。板材的断裂延伸率大于200%，拉伸强度大于12MPa，铺设防水板台时必须要保证不会出现渗水、漏水、断裂、破损、凹凸不平等现象。在铺设过程中，一旦发现局部有凹凸不平的情况，要及时采取补救设施，在铺设防水板材之前需要精准放样，按隧道内部的情况进行合理的防水板铺装，确定好每块防水板的长度和间隙，从而尽可能地减少拼接接头，拼接接头越可能出现渗漏和断裂的情况就会更多，因此需要最大限度地减少拼接接头。之后，应按照防水板材铺设的松紧程度保证防水板材和岩石严丝合缝，在此过程中，会使用多功能防水板铺设台车、自行式接机、风镐和风钻四种工具。在使用过程中要保证机械一致能保持良好状态，施工人员和后期维护人员应按照设施设备的实际情况，对设施设备进行定期的护理和检查，保证在整个施工过程中，设施设备能以最好的状态完成工作，最大限度地降低因为设施设备出现问题而造成的施工周期拉长情况。

2.4 岩石工程施工机械设备管理系统

随着信息化、数据化时代的到来，岩石工程施工项目中也开始不断地投入更加高效化，信息化的机械设备管理方式，最大限度地提高岩石工程施工效率，避免出现设备浪费的现象。因此，在岩石工程中开始投入设备管理方法，不仅要将设备管理系统融入设备维护与保养工作中，还需要结合岩石工程施工进度对机械进行系统的调度和管理，合理地安排每个机械设备，避免出现窝工、浪费等现象。需要按照施工进度安排好所有机械设备的详细使用计划，并将计划交由交通部门管理，由项目经理对机械进行统一的调配安排。施工过程中，一旦某一程序因技术人员的问题或其他问题出现缓停，调整施工进度或者施工工序的情况时，要及时通知设备管理部门，保证设备管理部门能按照更改的施工进度对设备进行新一轮的调整。岩石工程施工机械设备管理系统中包含设备需要计划、保养费用计划、按时保养提醒、准时保养率等4个板块的内容。通过标准、周期、任务、调度、实施等5个模块完成对岩石工程施工机械设备的管理。标准模块中包含保养标准，需要保养的设备类型以及保养资源。周期模块中包含岩石工程机械设备的正常运行时间，设备的加工次数以及所有设备进场后的日历周期。任务模块中包含对机械设备的保养周期，对机械设备的保养计划以及对所有岩石工程机械设备的保养任务。调度模块会按照标准、周期、任务3个模块中所给予的内容对所有的保养任务进行分配平衡，结合保养需求计划对保养设备进行调控和合理地分配，并委外保养。最后的实施过程中需要实施保养计划，对后续的工程单清单进行拟定和清算，了解设备技术的状态，并结合设备的分类进行合理的保养。

3 结语

岩石工程中会按照自然环境的不同、所在地区的岩石差异性不同、抗剪强度的不同、应力应变关系不同等原因需要去选择不同的施工技术和施工装备。但是，目前国内的施工技术和装备依旧面临着许多不确定的问题，需要在未来的发展过程中不断地改进和完善。但是，随着社会经济的发展，岩石工程的施工技术和装备也在不断地发展。岩石工程作为我国基建事业中极其重要的一部分，要不断地总结经验，积累教训，改进目前还不够完善的施工技术和不够完备的施工装备，按照岩石工程中存在的重点难点，结合我国岩石工程的发展进度和自身特点，不断地与世界新技术、新设备进行接轨，引进、开创新技术和新设备，为我国基建事业的发展提供进一步的推动力。