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周詩廣，中國鐵道學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證部

姚洪錫，中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司地質(zhì)路基設(shè)計研究院

1 概述

土工合成材料是應(yīng)用于土木工程的高分子合成材料的總稱，在國際上被稱為繼鋼材、水泥、木材之后的“第四大建筑材料”，是社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不可或缺的一種新型巖土工程材料。土工合成材料以天然或人工合成的聚合物為原料制成，將其置于土體內(nèi)部、表面或與其他巖土材料或結(jié)構(gòu)相結(jié)合，起到隔離、反濾、排水、防滲、加筋和防護(hù)等功能和作用，解決巖土工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、變形和防滲排水等方面的系列工程問題，廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、水利、電力、建筑、海港、礦山、軍工、環(huán)保等國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域。2006年我國鐵路大規(guī)模建設(shè)以來，土工合成材料相關(guān)產(chǎn)品在鐵路工程領(lǐng)域的應(yīng)用深度和廣度發(fā)生了顯著變化，用途得以橫向拓展、用量也在大幅增加（見圖1）。

為全面深入了解和掌握土工合成材料在鐵路領(lǐng)域的研究水平和應(yīng)用現(xiàn)狀，調(diào)研2016年9月—2020年9月鐵路行業(yè)各設(shè)計院、高校和科研機(jī)構(gòu)等不同性質(zhì)的13家單位土工合成材料技術(shù)創(chuàng)新與工程應(yīng)用情況，主要包括科研立項、工程應(yīng)用、成果獲獎以及發(fā)表論文專著、軟件和專利等知識產(chǎn)權(quán)情況，共搜集到949條信息，其中科研立項41條，工程應(yīng)用751條，成果獲獎11條，論文及專著105條，軟件5條，專利36條。通過對調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，分析鐵道行業(yè)土工合成材料技術(shù)創(chuàng)新與工程應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，以期為管理部門合理制定鐵道行業(yè)土工合成材料等相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策、完善產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)提供依據(jù)。

2?行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新現(xiàn)狀

2.1.1 科研立項現(xiàn)狀

土工合成材料相關(guān)科研立項（含在研）共41項，其中立項主持單位為高校共25項，占總量的61%，其次為設(shè)計院（13項）、科研機(jī)構(gòu)（3項），各調(diào)研單位科研立項課題具體數(shù)量見圖2。在41項科研課題中立項國家級課題12項，省部級12項，其余17項，表明土工合成材料的科技創(chuàng)新在各個層面均受到了重視，開展了相應(yīng)的科研攻關(guān)工作。從應(yīng)用部位來看（見圖3），各單位土工合成材料科研立項主要集中在支擋防護(hù)、隧道防排水等方面；從產(chǎn)品類型來看（見圖4），各單位土工合成材料科研立項主要集中在土工格柵等加筋材料、防水材料、排水材料等方面；從科研立項時間方面看（見圖5），土工合成材料系列產(chǎn)品規(guī)范（Q/CR549.X—2016）的發(fā)布促進(jìn)了行業(yè)內(nèi)土工合成材料的科技研發(fā)，自2016年起為進(jìn)一步推進(jìn)土工合成材料的研發(fā)與應(yīng)用，各單位逐年加大了科研投入，并于2018年達(dá)到了高峰。

2.1.2 創(chuàng)新成果現(xiàn)狀

與土工合成材料相關(guān)的科研成果共獲各類獎項11項，其中省部級及以上7項，主要集中在科研機(jī)構(gòu)，其次為設(shè)計單位、高校。各單位發(fā)表與土工合成材料相關(guān)的論文105篇，其中高校發(fā)表論文68篇，占總量的65%，其次為設(shè)計院（24篇，占比23%）、科研機(jī)構(gòu)（13篇，占比12%）。各單位土工合成材料發(fā)表論文及專著產(chǎn)品類型主要集中在土工格柵等加筋材料方面，其中加筋土擋墻的設(shè)計計算理論、受力與變形特征及應(yīng)用技術(shù)是研究的熱點（見圖6）。各單位土工合成材料發(fā)表論文及專著研究部位主要集中在支擋防護(hù)、地基處理及隧道防排水等方面（見圖7），各單位土工合成材料專利授權(quán)分布見圖8。

2.2?工程應(yīng)用現(xiàn)狀

2.2.1 不同等級鐵路應(yīng)用總量情況

2016—2020年，土工合成材料在各大設(shè)計院項目設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用，4年應(yīng)用總量達(dá)5.3億m2以上，土工合成材料在高等級鐵路中應(yīng)用多于在普速鐵路的應(yīng)用，其中高鐵應(yīng)用占比62%（見圖8）。

2.2.2 路、隧、軌三專業(yè)用量對比

從各專業(yè)土工合成材料工程應(yīng)用總量占比看，路基專業(yè)最多（2.5億m2，占比48%），其次為隧道專業(yè)（2.3億m2，占比44%）、軌道專業(yè)（0.4億m2，占比8%）。對比不同產(chǎn)品種類和不同應(yīng)用部位的土工合成材料工程應(yīng)用總量分布，路基專業(yè)因應(yīng)用種類多、應(yīng)用范圍廣而總量占比最高；隧道專業(yè)將土工合成材料廣泛應(yīng)用于隧道襯砌的防排水中，工程應(yīng)用占比相對較高；軌道專業(yè)主要應(yīng)用于無砟軌道隔離層，應(yīng)用范圍相對小，占比相對較少。

2.2.3?不同種類產(chǎn)品應(yīng)用對比

不同產(chǎn)品種類的土工合成材料工程應(yīng)用總量分布見圖9，土工格柵的應(yīng)用最多，主要是由于行業(yè)內(nèi)對土工格柵應(yīng)用于路基本體填筑、地基處理時起到的加固防護(hù)作用得到普遍認(rèn)可，并積累了豐富的工程經(jīng)驗；其次為土工布、防水材料、土工膜、排水材料、土工格室、防沙材料及保溫材料等。從土工合成材料不同應(yīng)用部位占比看（見圖10），隧道防排水應(yīng)用最多，其次為地基處理、路基防護(hù)和路基本體，三者應(yīng)用量相當(dāng)，次之為軌道隔離層、支擋防護(hù)應(yīng)用等。

2.2.4 各鐵路設(shè)計院材料用量對比

各設(shè)計單位土工合成材料用量總量存在一定的差 異，從各設(shè)計院不同專業(yè)土工合成材料工程應(yīng)用占比 分析 （見圖11、圖12），其差異主要與各設(shè)計院所承攬 的勘察設(shè)計項目的特點有關(guān)，具有明顯的區(qū)域性特點， 西南山區(qū)隧道應(yīng)用占比高 （中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司），其余地區(qū)路基應(yīng)用占比高 （中鐵第四勘察設(shè) 計院集團(tuán)有限公司、中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司、中 鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司等） 或與隧道應(yīng)用占 比相當(dāng) （中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司、中鐵工 程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司等）。

2.3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及建設(shè)管理現(xiàn)狀

我國土工合成材料行業(yè)雖然起步較晚，但已經(jīng)初步形成了較為完善的土工合成材料標(biāo)準(zhǔn)體系。按照標(biāo)準(zhǔn)管理屬性劃分，主要包括政府系列的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和市場系列的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足鐵路工程對土工合成材料的應(yīng)用需要，規(guī)范我國鐵路工程土工合成材料產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用，促進(jìn)鐵路土工合成材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和系列化，統(tǒng)一產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)要求，進(jìn)而保障鐵路工程建設(shè)質(zhì)量，總公司于2013—2015年連續(xù)立項，在鐵總企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系中納入了土工合成材料系列標(biāo)準(zhǔn)，于2016年和2017年發(fā)布了包括土工格室、土工格柵、土工膜、土工網(wǎng)、土工布及防沙材料、排水材料、防水材料和保溫材料等9項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了我國鐵路領(lǐng)域土工合成材料產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白。

3?存在的問題及對策

通過調(diào)研分析，目前鐵路工程土工合成材料科技創(chuàng)新與工程應(yīng)用尚存在的問題及相應(yīng)對策分析如下：

（1）各單位在土工合成材料的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用方面各有特點，相關(guān)管理部門應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揮紐帶及引領(lǐng)作用。

（2）軟件研發(fā)主要集中在加筋土擋墻設(shè)計計算方面，可考慮組織統(tǒng)一編制相應(yīng)軟件在行業(yè)內(nèi)推廣。

（3）土工格柵、防水材料、排水材料等新型土工合成材料是研發(fā)的熱點，應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注該領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策的制定與完善。

（4）有關(guān)鐵路工程預(yù)算定額已經(jīng)發(fā)布，但缺乏與新標(biāo)準(zhǔn)配套的指導(dǎo)價格，建議依托新建鐵路建設(shè)，選擇代表性工點作為試驗段，開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究，同步開展定額測定工作。

4?結(jié)論

2016年以來，土工合成材料在鐵道行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，通過調(diào)研2016年9月—2020年9月鐵道行業(yè)設(shè)計院、高校和科研機(jī)構(gòu)等不同性質(zhì)的13家單位在土工合成材料科技創(chuàng)新與工程應(yīng)用情況，經(jīng)分析得到以下主要結(jié)論：

（1）各設(shè)計單位土工合成材料用量總量存在一定的差異，從各設(shè)計院不同專業(yè)土工合成材料工程應(yīng)用占比分析，其差異主要與各設(shè)計院所承攬的勘察設(shè)計項目的特點有關(guān)，具有明顯的區(qū)域性特點，西南山區(qū)隧道應(yīng)用占比高，其余地區(qū)路基應(yīng)用占比高或與隧道應(yīng)用占比相當(dāng)。

（2）各單位在土工合成材料的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用中各有特點，高校和科研院所在科研攻關(guān)、理論創(chuàng)新等方面發(fā)揮了主要作用，設(shè)計院在成果轉(zhuǎn)化、工程應(yīng)用技術(shù)等方面扮演了重要角色。

（3）從科研立項、論文及專著發(fā)表、專利授權(quán)情況看，土工合成材料科技研發(fā)呈現(xiàn)多樣化特點，其中土工格柵、防水材料、排水材料等新型土工合成材料是研發(fā)的熱點。管理部門應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注該領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策的制定與完善，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

（4）管理部門應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揮紐帶及引領(lǐng)作用，組織加強(qiáng)各單位產(chǎn)、學(xué)、研、用深度合作交流，充分整合各單位優(yōu)勢資源，促進(jìn)和拓展土工合成材料的不斷創(chuàng)新與工程應(yīng)用。

隨著以鐵路和公路為代表的交通基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，我國土工合成材料的生產(chǎn)能力和應(yīng)用水平取得了長足進(jìn)步，未來隨著我國“一帶一路”倡議和“走出去”等國家戰(zhàn)略的實施推進(jìn)，土工合成材料領(lǐng)域?qū)⒂瓉硇碌陌l(fā)展契機(jī)、邁入新的發(fā)展階段。

來源：?《中國鐵路》編輯部