巖土工程——新時期創新之路

李　林

摘 要：巖土工程是一門新興的前沿學科，只有將巖土工程融入各個學科，才能實現健康快速的發展。本文描述了論述了汶川地震災后重建面臨的巖土工程問題及新時期國家大力發展基礎建設以拉動內需對巖土工程提出的機遇與挑戰。講述了巖土工程創新的之路——生態建設，以城市建設和青藏鐵路建設為例說明了進行生態建設所帶來的切實效益。

關鍵詞：巖土工程；創新；生態建設

1 前言

巖土工程是20世紀60年代末至70年代初將土力學及基礎工程、工程地質學、巖體力學三者逐漸結合為一體并應用于土木工程實際而形成的一門應用性新學科。巖土工程是將土力學及基礎工程、工程地質學、巖體力學三者結合為一體并應用于土木工程實際而形成的一門應用性新學科。它涉及土木工程建設中巖石與土的利用、整治或改造，其基本問題是巖體或土體的穩定、變形和滲流問題。巖土工程的發展將圍繞現代土木工程建設中出現的巖土工程問題并將融取吸收其他學科取得的新成果，今后主要集中在土的本構模型的研究、沉降控制設計的理論和應用研究、基坑工程圍護體系的穩定和變形、地基處理技術和復合地基等11個方面的研究領域。我國土木工程建設的規模、持續發展的時間、工程建設中遇到的巖土工程技術問題,都是其它國家不能相比的，這給我國巖土工程研究躍身世界一流并逐步處于領先地位創造了很好的條件[1]。

創新是企業的靈魂，也是企業生存和發展的動力。為了適應社會主義市場經濟體制的要求，滿足日益激烈的市場競爭需要,迎接加入“WTO”帶來的嚴峻挑戰，克服國營老企業人才缺乏、觀念陳舊、生產經營機制不合理等困難。通過管理創新、觀念創新和技術創新，探索出了一條促進巖土工程企業發展之路[2]。

巖土工程是一門新興的邊沿學科，需要把不同學科和不同領域的知識不斷融入巖土工程學科，不斷創新，才能更好地得到發展和完善。人類是生活在自然環境中的一部分客體，人類在進行一切社會活動時必須高度重視人與自然的和諧發展。所以巖土工程在今后也得從生態的角度出發，使其學科能為社會的和諧發展服務。文章結合汶川地震災后重建面臨的巖土工程問題及新時期國家大力發展基礎建設以拉動內需對巖土工程提出的要求與挑戰對新時期巖土工程創新發展進行了論述。

2 汶川地震災后重建相關的巖土工程問題

5.12汶川大地震使我們國家進入21世紀以來遭受最為慘重的一次自然地質災害直接經濟損失8451億元人民幣截至10月8日12時，四川汶川地震已確認69227人遇難,失蹤17923人。對人類賴以生存的地球，人類還知之甚少，地震的臨震預報工作困難重重。但是，現有的科技水平至少表明，印度板塊的擠壓尚未停止。在這種背景下，川西地區的地震活動不會終止。因此，防震減災工作應該成為工作的重點[3]。

2.1 松散堆積物問題

目前災區余震活動已經接近尾聲，地震中山區大量崩塌和滑坡產生的松散堆積物會構成災區重建過程中最嚴重的次生地質災害。從臺灣集集地震等的經驗來看，在地震過后的數年內，松散堆積物在雨季形成泥石流的頻度和規模大大增加。因此，如何預測可能形成的泥石流范圍、規模，及其對災區工程結構和生產生活設施的潛在影響是一個值得關注的問題。

2.2 山區村鎮選址問題

考慮中國的土地資源和人口分布特點、社會穩定、以及災區的長期可持續發展要求，除部分縣鎮(如北川縣等)需要重新選址外，更多的則要考慮在原址或其附近重建。從本次震災的情況來看，震害嚴重的村鎮基本上位于斷裂通過部位或次生地質災害嚴重部位。實際上，在部分地區，特別是在山區，遴選一塊完全不存在災害威脅的場址是困難的，部分村鎮位于河漫灘等部位，還需要進一步考慮山洪的威脅。山區雖然災害頻繁，但是每種災害發生的頻度、可能造成的損失、工程可治理性和造價等是不一樣的，可綜合考慮上述因素進行場址可利用性評價和災害風險區劃。從美國加州的相關經驗來看，只要斷層通過部位確定了，在離斷層50 ft(約15 m)之外是可以修建住房等建筑物的。過去由于覆蓋層遮掩等原因，斷層確切通過部位難以確定，那么通過本次地震大范圍的地表破裂現象的詳細調查，這一問題迎刃而解。

2.3 山區公路建設問題

山區公路，特別是鄉村簡易公路往往采用半挖半填的方法沿河修建，以節省施工造價。由于地震災區構造抬升強烈，河谷快速下切過程中岸坡演變未能趨于穩定。即使沒有地震，岸坡崩塌現象十分常見，特別是在雨季。本次地震期間，出現大量公路因崩塌、滑坡而損毀的現象可以說是不奇怪的。山區公路損壞切斷了山區居民的逃生線路，也給救援工作帶來巨大困難。上述公路修建方法是值得反思的。從G213 國道都江堰-映秀段的情況來看，本次地震中，馬鞍石隧道無任何破壞，友誼隧道局部因層間錯動襯砌出現輕微損壞，白云頂隧道在斷層通過部位襯砌輕微破壞，與映秀-汶川段至今未能完全打通形成強烈的反差，也印證了地下結構的抗震性能較好的論斷。因此，在地震山區，特別是山谷的峽谷段宜盡量使用隧道方案。在地質、地形條件較好的地段，若使用傳統的方案，開挖邊坡也需要進行錨固。短期來看，工程的投資是增加了，但是從長遠的社會與經濟效益來看，增加的投資是值得的。對部分山區而言，由于不處于交通要道，公路利用率很低，按上述思路修建公路并不可行。可考慮結合水電開發，利用水庫開辟水上交通也是一種可以考慮的方案。

3 巖土工程創新發展

最近，中央政府核準了包括鐵路、公路及機場等一批基礎設施建設項目，有報道稱，國務院近期批復的鐵路投資額已經達到2萬億元，其中在建項目的投資規模超過了1.2萬億元。在全球性金融風暴不斷升級、中國深受其累的背景下，中央政府的這一舉措，表明政府面對新的國際經濟格局，正在以加大投資力度的舉措來拉動內需，以保證經濟增長速度能夠保持于一定的水平。鐵路建設的規劃，在幾年前就已定下，“鐵路十一五規劃”顯示，到2010年主要目標為：建設新線17000公里，其中客運專線7000公里，建設既有線復線8000公里，既有線電氣化改造15000公里。值得關注的是，鐵路方面的投資只是我國整個交通投資的一部分。據2007年10月國務院常務會議原則通過的《綜合交通網中長期發展規劃》，到2020年前，我國將重點構建“五縱”、“五橫”綜合運輸大通道和4條國際運輸通道，建設成42個全國性綜合交通樞紐，總投資10萬億元以上。因此，2萬億元鐵路項目投資應該是整個規劃中的基建投資中的一部分。但在目前將其提速，反映出政府期望以此來改變目前內需不振對宏觀經濟的影響，使我國經濟增長能夠擺脫對外貿的過度依賴，從而減小金融危機對我國的沖擊[4]。我國地勢西高東低，自西向東逐級下降，形成一個層層降低的階梯狀斜面，成為我國地貌總輪廓的顯著特征。我國是一個多山的國家，山地占全國總面積的1/3。從最西的帕米爾高原到東部的沿海地帶，從最北的黑龍江畔到南海之濱，大大小小的山脈，縱橫交錯，構成了我國地貌的骨架，控制著地貌形態類型空間分布的格局。如果把分割的高原、盆地中崎嶇不平的山地性高原、丘陵性高原、方山丘陵性盆地包括在內，連同起伏和緩的丘陵合計來算，廣義的山地約占全國陸地總面積的65%。所有這些對我國基礎建設所面臨的巖土工程提出了很高的要求與挑戰。

巖土工程作為一門基礎學科既有豐富的理論內涵，又有很強的工程實用性，它與結構工程一樣，都是以傳統固體力學為主干支撐的，巖土力學與工程的核心問題是工程地質學和非連續介質力學。但是，如希望巖土工程只依靠經典力學手段來解決其復雜的具體問題，則往往是不可能的,也是不現實的。巖土體介質充滿著不確定性(含隨機性和模糊性)和不確知性，還有信息不完全性[5]。

眾所周知,巖土工程涉及若干學科,具有復雜性和挑戰性,很多東西我們還弄不清楚整個理論處于半經驗半理論階段。因此,特別需要加強巖土工程界的技術創新工作。1)政府和企業要加大對巖土工程界科學研究的投入,提高巖土工程界的整體素質,遏制住巖土工程中的質量下滑現象。巖土工程的重要性和占總投資的比例(約1/4~1/3)應該引起重視。為了不出事故,有的項目浪費驚人。除了法規和管理以外,重點還是科研投入問題。2)要組織大量的、富于犧牲精神的工程地質學家、結構工程專家和力學專家來共同研究巖土工程問題,要有理論突破,要總結一套具有中國特色的巖土工程理論。3)要十分重視結合工程,解決工程中提出的技術問題,為工程服務。其基本點是要與工程結合。4)要大力加強工程現場的測試和數據研究分析工作。希望以后能看到更多的測試數據分析的論文。5)要狠抓巖土工程界的計算機應用。我國整個巖土工程界的軟件市場還不夠好,軟件應用混亂,真正權威性的通用軟件甚少。一方面,要加強軟件的研制和開發,搞好軟件技術創新;另一方面,要加強軟件市場的管理和規范,更好地為工程服務。6)要注重巖土工程人才的培養。現在巖土工程企業中,估計只有20%的單位有巖土工程師。巖土工程人才的缺乏和“斷層”已十分明顯。同時,由于工作艱苦等各方面的原因,又造成人才外流。要搞巖土工程的技術創新,除了大量培養博士、碩士以外,還要加強技術工人和工長的培訓。要克服“昨天是農民,今天是工人”的現象。7)要適當引進國外先進設備。但要特別注意不能只引進設備和“產品”,不引進技術。要全面掌握關鍵技術,能夠改進和創新進而出中國產品[6]。

創新只能通過腳踏實地，勤奮刻苦地學習，把不同學科和不同領域的知識不斷融入巖土工程學科去實現。創新之苗只能從地上長出來，不會從天上掉下來！“地上”就是迄今為止前人研究成果的總和[7]。

4 生態保護在巖土工程的重要性

保護和改善生態環境是全國人民面臨的一項重要任務。如何搞好我國生態環境建設，學習和研究鄧小平江澤民同志關于生態環境建設思想，具有十分重要的理論意義和現實指導意義[8]。

城市是人類活動高度集中的場所，是人類生存和發展以及對資源、商品和服務的主要消費場所和集散地。隨著城市化進程的逐步加快，經濟快速增長，與之相隨的是生態環境惡化等一系列問題，如交通堵塞、污染加劇、能源緊張等，城市環境的優劣直接影響到居民的生活質量和城市功能的發揮。在這種的形勢下，生態城市理念在我國得到迅速發展。生態城市是按生態學原理建立起來的一種社會、經濟和自然環境協調發展，物質、能量、信息高效利用，基礎設施完善、布局合理，生態良性循環的人類聚居地，即高效、和諧的人類環境。生態城市倡導社會文明安定、經濟高效、生態環境和諧。我國正處于經濟高速發展與工業化進程中，據世界經濟發展規律顯示，當一個國家或地區的人均GDP 處于1000-3000 美元的發展階段，將面臨最為嚴峻的人口、資源與環境等瓶頸因素的約束。我國正處于該階段，多數城市正面臨著如何可持續發展的問題。特別是我國西部地區，西部大開發，使西部城市面臨難得的機遇；同時由于生態環境的脆弱，如何發展西部城市的同時有效避免生態破壞與環境污染，已是現階段城市建設的一個重要問題[9]。

青藏高原素有“世界屋脊”“地球第三極”之稱，是我國的“江河源”。在青藏高原這種原始獨特、脆弱、敏感的生態環境中修建鐵路，必須有效地保護生態環境，這是青藏鐵路建設的重要任務，也是國內外關注的焦點。交通體系是青藏高原社會和經濟發展的重要組成部分。為了避免由于經濟發展而引起的生態環境惡化的趨勢,建設高效率、低消耗、低污染的青藏鐵路成為該地區社會、經濟發展的基礎性設施之一。青藏鐵路的建設將為青藏高原的生態環境的改善做出有益的貢獻。

“生態脆弱”是青藏鐵路建設面臨的主要難題之一，青藏鐵路沿線生態環境具有特殊性、敏感性、脆弱性和區域差異性等特征，因此，在青藏鐵路的設計和建設中采取了多種有效的工程措施對生態環境進行保護，監測結果表明青藏鐵路建設環境保護在中國重點工程建設項目中處于領先水平.在青藏鐵路的建設中，全面貫徹了環境保護法規，明確了環保設計原則，開創了環保管理新模式，實現了高海拔植被保護新突破，創造了野生動物保護新經驗，防止了鐵路沿線水土流失，確保了江河湖泊不受污染。經青海、西藏兩省區環保部門監測結果顯示，青藏鐵路建設對河流水質無明顯影響，凍土環境未出現明顯改變，沿線野生動物遷徙條件和鐵路兩側自然景觀未受破壞，沼澤濕地環境得到了有效保護。國家環保總局等部門多次檢查后認為，青藏鐵路建設環境保護在中國重點工程建設項目中處于領先水平，具有示范意義[10]。

5 結論

通過以上的論述可得出：為了更好的完善巖土工程學科，必須堅定不移地走創新的道路；為了使人類與自然更和諧地發展，使人類和自然到達雙贏，巖土工程的發展也應該融入生態發展觀。

參考文獻

[1]陳東佐，李靜.巖土工程的現狀及發展[J].太原大學學報.2003.3:(4).

[2]徐楊青.依靠改革創新 探索巖土工程企業發展之路[J].資源環境與工程. 2006.20:(63)716~718

[3]謝和平，鄧建輝，臺佳佳，何昌榮，魏進兵，陳繼平，李小余.汶川大地震災害與災區重建的巖土工程問題[J].巖石力學與工程.2008.27(9):1781-1791.

[4]http://news.xinhuanet.com/.

[5]孫鈞.巖土工程的特點與未來的創新發展[J]. 巖土論壇.5(6):20~22.

[6]陳祥福.應加強巖土工程的技術創新工作[J].巖土工程界.2000.

[7]沈珠江.采百家之長、釀百花之蜜——巖土工程研究中如何創新[J].巖土工程學報. 2005.3(27):365~367.

[8]蔡孝恒.淺述江澤民同志對鄧小平生態環境建設思想的繼承和發展.毛澤東思想研究. 2006.5(23):86~88.

[9]周萬全，魏誠，張則強.大力發展綠色物流建設西部生態城市[J].商場現代化. 2007.

[10]席新林，許兆義.青藏鐵路建設中生態環境保護措施[J].環境科學與技術.2005.(28):119~121.