時間:2023-03-16 15:41:50
導語:在高速鐵道工程論文的撰寫旅程中,學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑,好期刊匯集了九篇優秀范文,愿這些內容能夠啟發您的創作靈感,引領您探索更多的創作可能。

關鍵詞:高速;鐵路;隧道;圍巖分級
由于當前國內外盛行的隧道圍巖分級,大多僅適用于長度及埋深較小或勘探工程量很多、或開挖有導洞等條件的圍巖分級。我國多年的勘探設計資料表明,在勘察階段,其工程量是比較少的,特別是深埋長大隧道,即或有較多的勘探工程量,但與埋深和長度相比較,其控制程度遠不如一般的地下洞室,仍是很有限的。在此情況下,如何做好深埋長大隧道的圍巖分級、評價是相當關鍵的。為此,必須對隧道全線工程地質條件做全面、深入的了解,進而尋求一些新的方法去獲得巖石的RQD值、結構面狀態、巖體完整性等資料。
另外,高速鐵路隧道與其他隧道相比有各自的特點。水電隧洞雖然規模大,但勘探工作十分詳細,而且其位置本身就是選地質構造、地層巖性相對優良的地區。鐵路因為展線的需要則有時不得不穿越地質條件很差的地段。所以,在施工過程中因圍巖級別的諸多問題(如設計中確定圍巖級別與實際圍巖級別的差異、按照規范確定的圍巖級別進行支護仍然滿足不了要求等)而往往延誤工期,提高工程造價甚至發生工程事故。作者參與了正在建設的云桂高鐵(昆明到南寧高速鐵路)的施工,在施工中最為棘手的問題就是前期勘察設計階段對隧道地質情況了解不全面,導致工程進度困難、造價調整、事故頻發、高頻率的設計變更等諸多問題。
因此,根據高速鐵路隧道的特點盡快建立有效的圍巖分級方法已成為廣大高鐵建設者的強烈愿望,也成為高鐵工程地質研究急需解決的課題。我認為,所謂有效的圍巖分級就是技術上可行,能充分利用勘察設計、施工階段的工作信息,逐步由粗到細的一種分級,并能立即用于指導施工的分級。本論文就是沿著上述思路開展研究工作的。
1 基于TSP探測成果的圍巖分級
根據設計階段的地質勘察工作成果可以對隧道的圍巖進行分級,這一分級結果對于指導設計和招標、投標均能起到一定的作用。但是,由于勘察工作的現場調查是在地表進行的,對隧道的圍巖分級帶有很大的推測性;鉆探雖然深達隧道位置,但鉆孔數量有限;物探雖然也是進行深部探測,但難以對圍巖的頻繁變化做出較為準確的探測;這種分級的準確性和精度都難以保證,而地質條件本身的復雜性又使其更為困難。所以,更靠近隧道的、更為準確的分級就成為隧道設計、施工人員的迫切需要。
TSP和其它反射地震波方法一樣,采用了回聲測量原理。根據對TSP探測資料的解釋,每次可得到掌子面前方150m左右的范圍內圍巖的地質狀況,并由巖性變化、巖體中富水性強弱程度和換算出的圍巖力學,參數按照《鐵路隧道設計規范》進行圍巖分級。根據TSP探測結果所得的圍巖分級結果這與勘察階段的圍巖分級結果基本一致。但是,根據TSP探測的圍巖分級與勘察階段的圍巖分級相比,又有一定的差別,表現在各類圍巖的距離較短,顯然更為精確,將其直接應用于指導設計和施工更為可靠。另外,同一級圍巖中包括了不同的軟硬程度的巖石,或者巖性類似,但富水情況不同,這顯然更為接近圍巖實際,使設計和施工人員有了更為可靠的依據,也為施工過程中的變更設計提供了極有價值的資料。
2 基于超期水平鉆孔的圍巖分級
利用超前鉆孔確定掌子面前方圍巖級別主要是依據鉆速的快慢機鉆孔中回水的顏色來判斷前方掌子面圍巖的巖性、構造及巖石的破碎程度,進而判斷圍巖級別。其工作程序是,首先對掌子面圍巖特征進行描述,作掌子面地質素描圖,然后進行鉆探,在鉆進過程中記錄鉆進速度、回水的顏色、從鉆孔沖出的巖石顆粒大小等,最后對這些資料進行整理分析,確定圍巖級別。在被鉆的圍巖開挖過程中對圍巖進行詳細描述,并作開挖面地質素描圖,一方面為了驗證分級結果,另一方面,為后續的圍巖分級積累經驗。當然,由于目前還沒有根據鉆進資料進行圍巖分級的定量指標體系,所以,根據我們的經驗,這種分級應該是在一個隧道掘進過程中,特別是在掘進初期就不斷總結完善十分重要。實踐證明,在掘進到幾十米后即可通過信息反饋總結出一些規律。
從云南山區多座隧道的圍巖分級實例發現,不同級別的圍巖在鉆進過程中表現出不同的特征,這些特征就是區分圍巖級別的依據。通過觀察總結,對于鉆進工程中的現象得出如下認識:
(1)鉆進正常表明圍巖節理少,巖體完整;卡鉆表明圍巖破碎,往往是幾組節理交匯的反映,而且顯示節理較為密集;吃鉆表明是從堅硬巖層突然進入軟弱巖層,而且軟弱巖層一般出露寬度大于20cm。
(2)鉆進過程中流出的液體顏色是巖性的反映。
(3)從鉆孔中沖出的巖粉粗表明巖石軟弱或破碎,巖粉細表明巖石堅硬或完整。
(4)從鉆孔中流出的水流量越大,表明巖體中裂隙越發育。
(5)鉆進速度快表明巖石軟弱,鉆進速度慢表明巖石堅硬,但對因裂隙發育而出現的卡鉆現象或巖石軟弱出現吃鉆現象的情況需區別分析。鉆速忽快忽慢表明圍巖變化頻繁。由于對于指導施工來說圍巖級別不宜變化頻繁,特別是不宜在1~2m左右變化,所以,根據鉆速變化進行圍巖分級時必須結合其他現象綜合考慮。
3 基于監控量測資料的圍巖分級
雖然已經有不少的研究者已經提到應用監控量測資料進行判斷圍巖性質,進而確定下一工序的支護參數,但截至目前還沒有一個判斷標準,甚至用哪些指標來判斷也沒有形成統一的認識。而應用監控量測數據進行圍巖分級則一方面開展的較少,另一方面研究程度更低。
總所周知,圍巖級別不同,隧道開挖后圍巖的松動范圍大小不同,圍巖應力調整時間的長短不同,圍巖施加在襯砌上的荷載(特別是施加在初期支護上的荷載)大小也不同。所以,根據以上認識,通過對圍巖與初期支護直接的接觸壓力的分析,我們提出以圍巖與初期支護直接的接觸壓力趨于穩定的時間(d)、圍巖與初期支護直接的接觸壓力變化速率(MPa/d)(監控量測數據穩定之前)兩個指標作為圍巖分級的依據。
綜上所述,高速鐵路隧道圍巖分級雖然已經進行了很多的研究工作,然而,研究工作是沒有止境的,有些問題,限于資料不足,加之作者才學疏淺,目前尚無力進行研究,即使本論文討論的問題,也難免有不盡人意之處,因此,作者懇切希望得到師友們的批評指正。
參考文獻
關鍵詞:盾構隧道;管片和襯砌;成本縮減;地下空間
1 引言
在現代城市建設中,地下空間的開發利用已成為一個重要的組成部分。而盾構法隧道,由于其先進的施工工藝和不斷完善的施工技術,使得其在城市地下空間的開發中取得了巨大的成功,并被越來越多地應用于城市地鐵、上下水道以及地下共同溝等隧道工程建設中。在我國的各大主要城市,如上海、北京、深圳、廣州和南京等地,已建和在建的地鐵隧道大都采用盾構法施工。但是,一方面伴隨著各主要城市為解決制約城市經濟發展的交通瓶頸問題,對發展地下軌道交通有著較大的需求,另一方面,采用盾構法施工的隧道,從工程造價上來看是非常昂貴的,這在一定程度上制約了城市地下空間的開發和利用。
因此,如何合理地控制盾構隧道的建設成本、降低工程造價,已成為當前地下空間開發必須認真研究的課題。目前,這一研究工作已取得階段性成果,如日本建設省制定了“降低土木工程造價的指導方針”[1],要求從設計階段開始就采取縮小結構物斷面、結構物形狀單純化、構件預制化、材料規格化和標準化以及施工技術標準化等5大措施。關寶樹[1]總結了影響地下鐵道造價的主要因素,并指出降低建設費主要應從以下三個方面入手:降低車輛等設備購置費、降低運營管理費,以及降低作為基礎設施的土建工程的費用。張鳳祥[2]等人基于當前我國盾構技術發展的現狀和特點,提出了今后我國盾構技術開發的方向:降低成本、提高質量、施工高速化、使用壽命長等,即通過機械化、智能化、信息化、設計規范化、新材料和新工藝的采用等幾個方面來實現。Y.TAYAGAKI[3]等人提出了增加盾構隧道管片寬度,提高經濟效益,從而降低成本的措施。最近,日本和中國[4][5]都在開展預應力高強管片的應用研究,由于這種管片省去了接頭螺栓和二次襯砌,使得盾構隧道的外徑縮小,從而降低總的建設費用。本文在分析了盾構法隧道成本構成的基礎上,總結了國內外眾多的施工業績,并結合現有的技術水平,從設計和施工技術的角度論述了如何進行成本縮減,從而達到降低工程造價的目的。
2 盾構隧道的成本構成
表1是對中、日兩國盾構隧道建設成本的構成分析[7],從中我們可以看出各主要項目在整個隧道建設成本中所占的比例。并且,還可發現構成費用的主體主要有這幾大項:管片襯砌、機器設備、廢土運輸處理及豎井建造的防護費用。因此,本文對成本縮減研究的重點也在于此。
3 盾構隧道的成本縮減研究
3.1 管片和襯砌的成本縮減
3.1.1 合理的設計方法
盾構隧道的設計主要是針對管片和襯砌的設計,而目前應用較多的就是慣用設計法。慣用設計法是一種不考慮管片接頭剛度降低而將其視作剛度均勻的圓環的設計方法,計算時假定土體隨管片環的變形而產生地基反力。這種設計法由于沒有考慮管片接頭剛度的降低,因而計算出的結果相對來說要偏高。而梁—彈簧模型法[6]則是將管片環模擬為梁的構架(直梁或曲梁),用旋轉彈簧和剪切彈簧分別模擬管片接頭和環間接頭,將其彈性性能用有限元法進行構架分析,計算截面力。據認為,這種計算法是一種解釋管片環承載機理的有效方法。
在某高速公路隧道的設計中,應用梁—彈簧模型法計算出的管片厚度為40~45cm,而采用慣用設計法計算出的則為50~65cm。可見,使用前者可以提高計算的精度,降低的管片厚度,一方面使得隧道斷面縮小,另一方面則降低了制造費用。
3.1.2 二次襯砌的省略
盾構施工法中施作二次襯砌的作用在于:防腐、放水、防火、隧道內表面光滑、管片拼裝蛇行修正以及隧道襯砌的補強作用。在確保襯砌強度和結構安全性的條件下,二次襯砌的省略,其優點主要有以下幾點:
(1) 由于二次襯砌的省略,直接導致成本的降低;
(2) 由于二次襯砌的省略,工期得以縮短;
(3) 由于掘削斷面的縮小,排出的棄土將會減少,從而使得機器設備、始發及到達豎井等的規模縮小。
3.1.3 增加管片寬度
通過增加管片的寬度,則沿隧道縱向管片接頭的數目可以減少,從而管片的生產費用就會降低;在隧道長度不變的情況下,增加管片寬度,組裝次數減少,日推進量增加,工期可以縮短;增加管片寬度,相應減少了隧道的環縫數量,不僅改善隧道的防水狀況,而且還減少了接縫止水材料以及連接件的投資。但是,管片寬度的增加可能會出現這樣的問題:由于管片環接頭螺栓處產生的剪切力的作用,導致管片彎曲應力增加,并且主要集中于管片斷面的邊緣部位。對此,Y.TAYAGAKI[3]提出將加寬后的管片按錯縫拼裝使其具有很高的強度,以此來保證隧道的結構安全;另外,采取高強連接接頭、管片邊緣部位鋼筋加密以及等分布置管片等措施,能很好的消除接頭部位的應力集中。
轉貼于 3.1.4 預應力高強管片的使用
這是一種新型的盾構隧道用管片,其作法是將在工廠制作的混凝土管片在盾構機后方組裝成一個環,并將預應力鋼絞線插入預先埋設在管片內的套管中進行張拉和錨固,從而形成一個預應力管片環,并具有無裂縫,以及真圓性、止水性、耐久性等均好的特點。
使用這種結構的優點在于:
(1) 由于省去了二次襯砌和減小了構件厚度,使盾構隧道的外徑縮小,這樣可以降低總的建設費用。
(2) 由于省去了管片之間、環之間的接頭螺栓類,提高了施工性,有利于縮短工期。此外,由于接頭部分省去了螺栓等金屬物件,使得管片鋼筋配置簡單化。
(3) 不使金屬物件露在表面,不僅提高了止水性也使內表面相對平滑,這對省去二次襯砌也具有很好的適應性。
3.2 機器設備的成本縮減
3.2.1 合理的盾構機選型
盾構機選型主要包括:盾構類型的選擇,如泥水式還是土壓式;盾構機具體結構的選擇,如刀盤形式、刀頭配置、開口位置及開口率、推進千斤頂的推進行程等。盾構機選型不僅直接關系到設備的購置費,更與造價的合理性有關。不合理的選型,一方面會因為設備的預留儲備過多,設備的利用率低,從而造成設備購置費用占整個工程造價的比重過高,形成不必要的浪費;另一方面,如果所選盾構不具有很好的地層適應性,不僅會造成高能耗低產出,而且會造成工期的延誤,從而最終導致工程造價的劇增。因此,合理而科學的盾構選型應結合擬建隧道的功能、總長度、埋深、地質條件、沿線地面建筑物、地下構筑物和管線等環境條件,以及對地表變形的控制要求等做綜合的分析后決定,從而使得所選盾構產生最大的費效比。
3.2.2 特種盾構機的使用[7]
(1) 適應長距離掘進的盾構機
盾構掘進的長距離化,一方面有助于減少同時施工的盾構機臺數,另一方面也有利于減少中間連接豎井的數量和進出洞時的地層改良次數,從而達到降低工程造價的目的。
(2) 適應斷面形狀變化的盾構機
地鐵隧道大多是圓形的,在地鐵建設過程中,往往會遇到兩種不同斷面形狀的隧道在地中結合的情況(如地鐵車站等處)。通常,都是在斷面變化處建造豎井,并分別采用不同斷面形狀的盾構機來施工。無論是不同斷面形狀的盾構機的使用,還是中間連接豎井的建造,都勢必造成整個施工成本的高漲。因此,應對的措施是采用斷面形狀可伸縮變化的特種盾構機。舉例來說,就是當遇到地鐵隧道與車站相連的情況時,在相鄰車站間的隧道采用圓形盾構,而到達車站時,則兩翼展開成三圓盾構進行車站的掘進;當遇到斷面直徑由大突變至小的情況,宜采用母子盾構機,并在變徑處實現母、子盾構機分離。所有這些情況均只采用一臺盾構來施工,而將中間的連接豎井省略掉,從而達到降低造價的目的。
3.2.3 高效高能切削刀具的使用
為了適應長距離化掘進,對于所選盾構機及其配套設備有如下的要求:
(1) 盡量減少損耗材料的更換次數
這里主要指的是切削刀具和密封材料的更換,減少它們的更換次數,就避免了更多的停工延誤時間。同時,為了解決長距離推進過程中刀具的更換問題,一些制造廠商開始研制可在常壓下能夠隨時安全、快速進行刀具更換的盾構機。最近,日本三菱重工與石川島播磨重工已聯合研制成功了一種新型盾構機,其刀盤采用“球體”技術,可旋轉180°后,在大氣壓下更換刀具。
(2) 切削刀具耐久性的提高
耐久性的提高,主要有賴于刀盤、刀具材質的提高(如在刀具上鑲嵌超硬合金刀頭,對刀頭磨損有明顯的減輕);刀盤和刀具形狀的合理選擇;以及各種切削刀頭的合理布置。此外,刀頭的大型化也是提高耐磨性的必要手段之一。
(3) 施工材料和掘削土砂運輸的高效化
長距離掘進,由于減少了中間豎井數,則運輸距離相對延長。因此,對材料輸送設備提出了新的要求,如設備的大容量化,以及運輸的高效化。
3.3 豎井建造的成本縮減
一般來說,地鐵隧道的總長度越長,則所需的地中結合豎井也越多。為此,豎井建造費和盾構機進出洞處的地層改良費也就越高。因此,合理地選擇豎井數量及其結構形式,將直接關系到成本總量。為了盡量減少豎井建造的成本,可采取的有效措施包括:盾構掘進的長距離化,減少中間豎井的數量;采用特種盾構,使地中分叉、地中變徑處的豎井得以省略;在操作空間得以保證的前提下,盡量減少豎井的建造面積。此外,選擇合理的施工工法(地下連續墻、SMW工法、沉箱法)和豎井結構形式的選擇(矩形、圓形)等也很重要,對此須做詳細的技術經濟比較。
3.4 施工高速化
高速化施工,可明顯縮短工期,有助于降低設備維護費和人工費用,從而有利于總建設成本的降低。為達到高速施工的目的,可采取的措施有:
(1) 掘進速度的提高:即采取大功率、大容量的設備;
(2) 管片拼裝的高效化:增加管片寬度,減少接頭數量;簡化接頭形式,如改變螺栓式接頭為插入式接頭;
(3) 管片拼裝和盾構掘進的同時進行;
(4) 運輸高速化:包括運輸設備大容量化和運輸速度的提高。
4 結語
影響盾構隧道建造成本的因素有很多,如隧道長度、隧道埋深、隧道斷面形狀、隧道線性條件、盾構穿越地層的地質條件、隧道沿線的環境條件以及障礙物情況等。因此,盾構隧道的成本縮減研究要從多方面著手。本文則是在分析國內外眾多工程實例的基礎上,研究了盾構法隧道的成本構成,并結合現有的技術水平,從管片和襯砌、盾構機器設備、豎井建造和高速化施工等四個主要方面論述了如何進行成本縮減,從而達到降低工程造價的目的。此外,新技術的開發、新材料和新工藝的應用,正越來越成為降低建設成本的主要對策。
參考文獻
[1] 關寶樹.再談降低地下鐵道工程造價問題,地下鐵道新技術文集[C].成都:西南交通大學,2003
[2] 張鳳祥,楊宏燕,顧德昆等.對我國發展盾構技術的一點看法[J].巖石力學與工程學報,1999,18(5):611~614
[3] Y.TAYAGAKI,A.YAMAGISHI,M.WATANUKI.翟進營譯.增加盾構隧道管片寬度,提高經濟效益[J].地下空間,2003,23(1):100~104
[4] 小泉淳.セグメントの新技術[M].土木工學社,平成12年2月
[5] 于寧.盾構隧道預應力管片的模型試驗與計算方法的研究[D].同濟大學博士學位論文,2004
關鍵詞:鐵路調度通信系統;組網;數字中繼
中圖分類號:U285 文獻標識碼:A文章編號:1007-9599(2011)07-0000-02
Railway Integrated Services Digital Dispatching Communication System
Cao Qing
(Chengdu Communications Section,Guiyang Integrated Workshop,Guiyang55003,China)
Abstract:Railway dispatching communication system is the section of road dispatcher for the command section of its jurisdiction and within the operational links between the station attendant special communications equipment for the rail transport industry to provide real-time information and achieve unity command of the important railway means of transport,thus scheduling the production of communication in railway transport plays a significant role.With high-speed rail is accelerating the process,developed in line with China Railway operating characteristics,with digital,integrated,flexible networking features such as dispatching communication system is of great significance.This paper describes the overall structure of the railway digital dispatching system,the railway scheduling system discussed the strengths and weaknesses,about the railway scheduling system introduced features of the hardware components
Keywords:Railway dispatching communication system;Networking; Digital relay
一、現有調度通信系統存在的問題及解決思路
鐵路調度通信作為一項專用通信手段,因其功能的專業性和應用的特殊性造成與公網在通信、信令、組網方式上有很大的不同,在政策、技術、市場等客觀條件的限制下,鐵路專用通信網不可能得到像公網一樣的發展機會。首先,通信系統有全程全網的特點,網絡達到一定的規模才可以產生效益,如果僅僅用來滿足鐵路運輸行業內部需求并依靠自身的投入產出而達到迅速發展是非常困難的。其次,為了保證專網的安全性、完整性,鐵路專用通信網的發展也受到各種政策條件的限制。故鐵路調度技術發展緩慢,現有的鐵路調度電話多為模擬制式,設備故障率高,通話質量較差,且業務單一,難于適應日益繁忙的運輸生產形勢。
(一)鐵路調度通信存在的問題:
1.技術落后:既有的專用通信設備大部分仍為模擬電路,選叫速度慢,接續時間長,通話質量不高。
2.組網方式單一:調度總機與其所管轄的調度分機的拓撲結構為模擬共線方式,且僅完成調度選叫和通話功能。而且鐵路現有專網內通信基礎設備繁多、機型復雜、各種專用設備自成體系,造成了分散在鐵路現場的專用通信設備重復設置,無法實現技術綜合,也造成了極大的資源浪費。這種單一的組網方式,難以滿足現場復雜多樣的需要和向數字化、寬帶化、綜合化演進的要求。
3.可靠性低:系統采用分立器件構成,易損件多,故障多,維護費用高,可靠性差。針對現有鐵路調度系統的弊病,應采用一種全新的數字調度系統淘汰原有模擬調度設備,改變鐵路專用通信落后的局面。在數字調度系統的開發研制中,筆者認為應從以下方面進行考慮。
(二)解決思路
1.采用先進的程控交換技術、數字通信技術、計算機控制等技術開發研制新一代的數字調度系統設備仁總機、分機、通話選叫設備),使其具有模擬調度設備無可比擬的集成度高、容量大、呼叫處理能力強、接續快、服務功能豐富等特點;傳輸平臺選擇光傳輸網,使其信號在傳輸過程中,具有全數字化、低衰耗、高清晰度、高容量等優點,以適應現代通信網數字化、智能化、寬帶化的發展方向。
2.設計多種網絡拓撲結構,改變模擬調度電話組網單一的弊病,適應各種傳輸業務和傳輸技術;具備數字中繼、2B+D、環路中繼、模擬等多種接口,適應鐵路專用通信網內設備機型的復雜多樣。
3.系統采用無阻塞交換技術,具有大話務量處理能力;采用模塊化設計,保證系統易于升級、擴充方便;重要模塊雙熱備份;采用自愈技術提高傳輸通道保護能力等,從多方面保證統穩定可靠工作。
二、鐵路數字調度系統總體結構
鐵路數字調度系統由調度總機(主系統)、調度分機(分系統)、調度所通話選叫設備(調度臺>、傳輸通道組成。
一般地,調度總機(主系統)設置在各鐵路局或大站,是系統的調度指揮中心;分機(分系統)設置在鐵路沿線各車站,供車站值班員使用。通話選叫設備放置在調度所內,主要為調度員提供一個適合工作環境、符合人機工程學原理的操作平臺。調度總機通常設置在調度所附近的調度機械室內。
由于調度總機與分機之間、調度分機與分機之間的物理距離較遠,所以需要通過傳輸系統實現通信業務,可用實回線、電纜、光纜作為傳輸通道。
(一)鐵路調度通信的特殊性
鐵路調度通信的特殊性主要體現在:
1.通信方式;總機到分機為指令型,分機到總機為請示匯報型
總機(調度員)對各車站分機(值班員)的通話有主控權,根據工作需要,總機能單呼、組呼、全呼該調度區段內的分機,可隨時與分機通話、下達調度命令、收點、詢問列車運行情況等。分機呼叫總機按熱線方式。而各車站分機之間不經調度員同意不允許互相通話,亦不允許監聽調度區段內的通信。
2.操作方式:雙向呼叫一鍵到位
調度指揮要求時實性高,操作簡單,只需按鍵,呼叫自動實現,無須撥號過程。
3.區段調度通信網絡結構:點對多點,網內設備復雜
區段調度電話完成的是調度所調度員仁總機)與其所管轄的調度區段仁沿鐵路沿線)內各車站值班員之間的通信,屬于集中式多點專用系統,通常需要在一個車站上下幾條話路,且區段內各種調度設備和種類繁雜多樣。
(二)鐵路調度系統功能需求分析
鐵路調度通信由于其功能的專業性和應用的特殊性,決定了其應具備以下基本功能:
1.鐵路調度指揮功能
鐵路調度指揮功能是調度通信設備最重要的功能,且具有與其他通信設備不同的重要特點。調度員具有主控權,與值班員之間可以實現優先通話和無阻塞通話。調度員利用按鍵或摘機,直接呼叫或應答某個被調度用戶,也可同時呼出或應答一組或全部被叫調度用戶,實施調度分接或并接功能。調度員可進行中繼調度、中繼匯接、限制出中繼等有關調度通信事項,還可直接利用中繼與上級調度通信連接,構成樹型調度指揮網。
2.自動交換功能
調度員與值班員員間、值班員間、調度用戶與中繼間可直接撥號。需要說明
的是,調度通信的自動交換功能屬于輔助功能,對新業務的增設要依據用戶的要求設定,必要時,可限制撥外線和長途電話。
3.中繼組網功能
調度系統設有標準的2Mbit/s接口,可與其他數字傳輸系統配合,組成數字調度系統網絡。調度系統具有數字、模擬兼容組網能力,配備環路、數字、磁石等各種中繼接口,整合現場各種現有設備,滿足專用通信網各種業務傳輸的需要。調度系統設備可多臺互連,組成自動數字調度網,或與其他調度設備配合,實現多級調度。
4.其他功能
通過鍵盤、鼠標、觸摸屏的配置,為調度用戶提供友好界面,實現遠端實時視頻監測,通信狀態顯示直觀,操作簡單方便;數據傳輸功能;電話會議功能等。
三、調度系統硬件組成特點
(一)開放平臺上的模塊化設計
系統基于全數字程控交換技術,采用開放平臺上的模塊化設計思想,其軟硬件均采用模塊化結構,幾用戶可以根據需要選擇不同的軟硬件模塊,構成自己的應用系統。機架采用國家標準尺寸的積木式結構,根據不同容量的需求,進行靈活配置,任意疊加。主要模塊有:主處理機模塊、時鐘模塊、普通用戶模塊(Z),2M數字中繼模塊、調度臺2B+D)接口模塊、雙音多頻仁DTMF)模塊、會議模塊、環路中繼模塊、模擬電路模塊及各種數據接口模塊、無線適配口仁RI)等。除主處理機模塊、時鐘模塊、電源模塊外,其余模塊主要完成對外接口及對內通信功能。各模塊均有自己的CPU單元,模塊間做到相互獨立,其中主處理機及時鐘模塊可1:I冗余配置。為完成調度通信、數據傳輸及不同組網要求,主處理機的數字交換網((D SN)的PCM母線分別直接和用戶電路、2B+D電路、2M數字中繼電路、信號收發電路等連接以實現話音、數據處理和處理機間通信。
(二)具有多種中繼方式便于組網
系統配備數字中繼模塊和環路中繼模塊,通過數字中繼與長途通信系統組網.數字中繼上傳送的信令既可以是中國一號信令,也可以是七號信令。系統通過環路中繼與公用電話交換網連接,完成調度用戶與公用電話交換用戶之間的通信,通過環路中繼還可與其他調度系統相連接,完成通信功能。系統終端接口方式還有磁石用戶線接口、模擬用戶線接口、ISDN接口等。
(三)分級控制提高系統可用性
調度總機的控制方式采用主處理機和功能模塊處理機兩級方式控制,每塊功能電路板上的微處理器都具有智能處理功能,負責本模塊的一些基本操作并通過異步串行通信總線與主CPU通信。采用多處理機可以提高系統的處理能力,提高可靠性與可用性,改進實時響應速度和方便地進行擴容。
(四)信號方式靈活
使用的信令方式有用戶信令和局間信令兩種。用戶信令有模擬用戶信令和數字用戶信令,模擬用戶信令用于普通電話終端與交換機之間的協議;數字用戶信令在ISDN的用戶終端與網絡接口間使用的協議,通過ISDN的基本數率接口或基群數率接口的D通道進行信令的雙向傳送,局間信令具有中國一號信令和七號
信令功能。
參考文獻:
[1]羅軍,鐵道概論.中國鐵道出版社,2002
[2]王,李忠民等.程控調度電話,中國鐵道出版社,1995
[3]王壯鋒等.對我國高速鐵路綜合調度系統的思考,中國鐵道科學,2003年第24卷第2期
[4]白昭.高速鐵路綜合調度系統模式探討,鐵道工程學報,2003年第3期
[5]鐵道部電務局通信處,鐵路專用通信技術體制,2000年
[6]曾廣坤.鐵路專用通信系統的數字化改造,鐵道通信信號,2003年第39卷
第5期
[7]黃慶貴.接入網在鐵路通信中的應用,鐵道通信信號,2002年第38卷
關鍵詞:軟巖偏壓鐵路隧道; 大變形; 拱架拆換; 減載反壓
中圖分類號:U459.1 文獻標識碼:A 文章編號:
1概述
隨著我國高速鐵路的快速建設,受地形、水文地質條件以及規劃平面要求等因素的影響,各種復雜地質條件下修建隧道大量出現,在地形偏壓軟弱巖體中進行隧道開挖支護便是典型現象之一 。軟弱巖體特征復雜、巖性多變、圍巖破碎,隧道易發生大變形,施工風險極大。軟巖隧道的大變形破壞特征主要表現為:變形破壞方式多樣、變形量大、變形速率快和持續時間長等特點 。截止至目前,雖然國內外學者對于軟巖隧道修建提出了一系列控制標準及技術措施,但如何提高隧道結構在淺埋偏壓條件下施工過程中的穩定性和有效控制隧道變形同時又提高施工效率,仍然是隧道工程界關注的熱點問題 。現以軟巖偏壓鐵路隧道工程為研究背景,綜合分析現場施工量測數據和隧道大變形特征,進而分析產生大變形的原因,提出適合于淺埋偏壓軟巖內修建隧道的施工工法以及控制大變形的處治措施。
2 軟巖隧道大變形特征及原因分析
2、1 隧道大變形特征分析
隧道自暗洞開挖以來,掌子面揭示圍巖為強風化頁巖夾砂巖,巖體破碎,自穩性差,有滲水,圍巖變形嚴重。
隧道施工時根據開挖揭示的隧道工程地質條件及地形淺埋、偏壓嚴重的特點采取了加強措施,但圍巖及初期支護仍出現了嚴重變形,地表出現裂縫,導致已開挖段69 m 范圍內初支變形侵限。
根據對施工現場的監控量測結果進行統計分析,,已開挖段出現大變形的問題主要有以下幾個方面。
(1)圍巖變形量大:拱頂沉降量大,其中D1K481+177.7 處拱頂累計沉降達49 cm;拱頂水平位移量偏大,其中D1K481+121 處拱頂水平位移達21.6 cm;
(2)圍巖變形持續時間長:在圍巖初期變形后,變形并未停止,而是持續發展,甚至加速發展。隧道的持續變形,造成初期支護變形過大而發生破壞,不得不進行襯砌拆換處理;
(3)拱腳位移收斂:線路左側拱腳明顯收斂,線路右側拱腳偏離線路向外側(山體低側)位移,該段位于洞口段,淺埋偏壓更嚴重,但變形量相對小,分析原因系該段已采用地表鋼管樁注漿加固;
(4)初期支護變形破壞:由于圍巖持續變形,初期支護嚴重變形破壞,且持續發展,易侵限。開挖過程中預留的40 cm 拱頂變形量,仍有局部侵限現象,主要分布在D1K481 + 175 斷面拱頂處, 最大侵限值達到11.5 cm;
(5)地表開裂:據現場調查,施工開挖過程中,地表隧道中線兩側連續出現縱向裂縫, 裂縫伴隨掌子面掘進而往前發展,且有變大趨勢,裂縫無錯臺現象,裂縫最大寬度5 cm,長約50 m。
2.2軟巖偏壓鐵路隧道大變形成因分析
綜合下貴坪隧道施工實際情況,隧道發生大變形與地形特征、工程地質和水文條件、施工方法與工藝控制、支護措施等因素有關,具體分為以下幾個方面。
(1)地形嚴重偏壓:隧道出口穿越一單面斜坡,地形左高右低,斜坡呈下陡上緩狀,自然坡度一般15毅~35毅,右側坡腳相對較陡,達40毅,植被發育。隧道大致從斜坡中段通過,埋深淺,最大埋深僅約30 m,地形偏
壓嚴重。
(2)巖質軟,受斷層影響,巖體破碎,開挖擾動后,周邊圍巖松動圈不斷擴大:隧道穿越地層為頁巖夾砂巖,屬軟質巖。隧道左側約260 m 發育界牌斷層,為區域性逆斷層。隧道位于斷層下盤,受此斷層影響,隧道出口段巖層節理裂隙發育,強風化層較厚,巖體破碎,自穩能力差,裂隙間部分有泥質充填。局部有滲水,頁巖遇水軟化,圍巖自穩定性差。
(3)施工方法不當及支護參數偏弱。隧道采用臺階法加臨時仰拱法施工,隨著施工擾動,巖體進一步破碎,在隧道發生大變形后未及時調整施工方法和加強支護措施,致變形加劇。
3 軟巖偏壓鐵路隧道大變形控制措施
隧道大變形控制措施主要包括:施工方法調整和支護措施加強,淺埋偏壓段洞外減載反壓,以及變形侵限段初期支護拆換等措施。
3.1 施工方法調整和支護措施加強
3.1.1已開挖段支護加強
對已開挖段的支護加強主要包括洞內支護、地表加固兩項措施。
(1)洞內支護:D1K481+116 ~ +155 段在既有的初期支護基礎上增加了拱墻準42 mm 注漿錨管(長4 m,環縱向間距1 m)徑向注漿加強支護。
(2)地表加固:開挖揭示圍巖為強風化頁巖夾砂巖,夾較多薄層狀泥質粉砂巖,巖體破碎,穩定性差(雨季更甚)。洞身及隧底均位于該地層,且拱頂埋深僅3 ~10 m,偏壓嚴重。在D1K481+145 ~ +185 段地表采用準75 mm 鋼花管樁預注漿加固的橫向范圍由隧道中線兩側各12 m 擴大至隧道中線兩側各15 m,洞身范圍加固深度自地表至拱頂以上0.5 m,洞身范圍外加固深度自地表至隧底以下1 m。
3.1.2未開挖段支護加強及施工方法調整針對已開挖段在變更加強措施后仍發生較大變形導致侵限, 為確保隧道施工及結構安全, 對洞內D1K480+970 ~ D1K481+116 未開挖段146 m 支護措施進行適當調整,施工方法調整為CRD 法,如表3 所示。洞身復合型襯砌初期支護噴射C30 混凝土的厚度調整為30 cm,鋼架采用全環玉25a 型鋼鋼架(間距0.6 m)。
3.2洞外減載反壓
為減小地形淺埋偏壓對隧道的影響,對D1K481+000 ~ +185 左側山體進行開挖減載,利用開挖土石方對右側溝槽進行回填反壓,具體措施如下。D1K481+000 ~ +185 段洞外左側山體開挖減載至高程約711 m,洞頂保留覆土厚度約6 m,開挖土石方量為5郾9 萬m3,減載挖方全部用于右側溝槽回填反壓,回填高度至隧道內軌頂面以上5郾5 m 處,回填坡腳采用4 m 高壩式擋砟墻防護。
3.3初期支護變形拆換
為保證二次襯砌厚度, 確保結構安全, 對D1K481+116 ~ +185 段初支變形侵限或破壞部位進行注漿拆換處理。具體措施如下。
對初支變形侵限部位采用直徑42 mm 鋼花管徑向注漿加固,鋼花管縱、環向間距0.8 m,交錯布置,每根長5 m。注漿采用水泥漿(水灰比1 :1),注漿壓力1.0 ~1.2 MPa,注漿量按加固體積的15% 控制。注漿加固后對初支變形侵限或破壞部位進行逐榀拆換,拆換后及時施做二次襯砌。
注漿拆換順序為:初支變形侵限或破壞部位注漿加固,侵限或破壞部位初支拆換,鋼架落底成環,施作二次襯砌。
4 結論
(1)針對淺埋偏壓軟巖隧道選擇適宜的施工方法對保證結構和施工安全十分重要。
(2)隧道發生大變形與地形特征、工程地質和水文條件、施工方法與工藝控制、支護措施等因素密切相關。
(3)隧道出現大變形時,洞內、洞外分別采取措施綜合整治才能取得成功。
參考文獻
[1]搖朱維申,何滿潮. 復雜條件下圍巖穩定性與巖體動態施工力學[M]. 北京:科學出版社,1996.
關鍵詞: 高鐵 防水聚脲 施工質量
中圖分類號:F253.3 文獻標識碼:A 文章編號:
1.工程概況
張莊漳河特大橋中心里程:DK471+176.11,在河北省邯鄲段管段起止里程:DK442+333.15~DK490+248(0#臺~1482#墩),長47914.85m ,防水層施工面積達573205m2。
2.聚脲防水層施工
2.1噴涂主要設備
采用美國固瑞克公司H-XP3噴涂設備進行噴涂施工。
2.2噴涂輔助設備
1)空壓機:采用進口的1.3L空氣壓縮機,氣壓衡定,并自帶油、水分系統。
2)空氣冷干機:采用高性能的空氣冷干機,能有效分離壓縮空氣中的水分,確保壓縮空氣水分對噴涂聚脲的影響,避免聚脲涂層因水分形成氣泡、針眼。
3)發電機:采用200KVA發電機組,能同時滿足一組基層拋丸設備和二組聚脲噴涂設備的用電需求。
2.3基層處理設備
1)拋丸機:2-20DT
2)角磨機:采用博世9980N角磨機,功率850W。
3.聚脲施工方法及工藝
基層交接基層處理(拋丸、打磨)涂刮環氧膩子底涂滿掃石英砂涂刮聚脲底涂修補針眼基層質量自檢噴涂(純)聚脲防水涂料噴涂脂肪族聚氨酯面層(部位)缺陷檢查、涂層修補噴涂脂肪族聚氨酯面層(部位)防水涂層檢驗、驗收。
3.1基層驗收
防水層的基層應平整、清潔、干燥(含水率小于7%),不得有空鼓、松動、蜂窩麻面、浮渣、浮土、脫模劑和油污,平整度達到4m靠尺,尺與基層間隙<3mm。
梁面的塵土,施工殘留的水泥漿,砂漿及油污等必須徹底清理干凈,基層表面保持干凈,不得有明水。
3.2基層拋丸
1)橋面初步清理
清理大的表面遺留物,可采用人工清掃+吹風機吹掃風的形式。
2)拋丸機的調試
拋丸機現場進行試拋施工,在試拋過程中,檢測骨料的外露程度和表面粗糙度,根據測試結果,反復調整參數,控制好相關技術參數。
3)拋丸作業
根據調試后確定的三個參數,正式進行橋面的拋丸作業,并及時回收拋丸機拋頭處溢出的鋼丸。
4)拋丸質量檢查
橋面拋丸處理中,控制拋丸機行進速度,用肉眼觀察、手感度等方法來判斷拋丸效果,是否完全清除表面浮漿和起砂情況,確保達到施工要求。
3.3涂布環氧底涂
膩子底涂用作粘結混凝土與后續滿刮環氧底涂涂層,有良好的滲透力,能夠封閉混凝土基層的水分、氣孔以及修正基層表面的微小缺陷;同時能夠與混凝土基層和上部環氧底涂涂層有很好的粘結作用。
基層拋丸處理完畢后,在混凝土基層上涂布環氧底涂涂層,采用人工滾涂及刮涂的方式進行施工,要求涂布均勻,無漏涂、無堆積。用量約為0.4kg/m2。
3.4滿掃石英砂
涂布第一遍環氧底涂后,由于混凝土的缺陷,基層混凝土會顯現密度很大的孔洞、如果不進行處理,后續的聚脲噴涂層的施工質量將得不到任何保障,而因為孔洞數量太多,單個地用人工進行修補工作量太大,工作進度太慢,嚴重地影響工程進度。因此可采用滿掃40-70目石英砂的施工工法。
3.5刮涂聚脲底涂
采用人工刮涂環氧型聚脲底涂于基層表面,邊坡部位采用滾涂滾刷的方式,要求涂布均勻,無漏涂、無堆積。現場作業時,應做好經處理并驗收合格基層的保護,防止二次污染,并盡量在最短的時間內(底涂表干,4至6小時)進行聚脲涂料的噴涂作業。
3.6修補針眼
基層表面的剩余的少量針眼用PUP261環氧型修補材料進行人工補平,待修補材料固化后,才能進行下一道工序施工。
3.7噴涂聚脲彈性體防水涂料
聚脲涂料噴涂作業,采用雙組份槍頭撞擊混合噴射系統的噴涂設備,防水涂料由甲組(A組)和乙組(B組)兩種組份組成。
噴涂聚脲防水涂料施工采用人工噴涂方式,聚脲施工前應保證基層溫度高于露點溫度3℃,施工前需將B料攪拌15分鐘以上,并使之均勻,施工過程中應保持連續攪拌。
噴涂作業時,一般用手持噴槍噴涂施工,噴槍宜垂直于待噴基層,距離適中,移動速度均勻;噴涂順序為先難后易、先上后下,宜連續作業,一次多遍、縱橫交叉噴涂至設計要求的厚度,一般人工噴涂2—3遍能達到2mm厚。
底膠層施工完成后,與噴涂聚脲作業的間隔時間不應超過相關規定,一般在底涂施工完成4小時后,24小時前進行聚脲噴涂。
3.8特殊部位處理
1)防護墻、側向擋塊的封邊處理
防護墻的側面應先使用角磨砂輪機打磨混凝土表面、清除浮漿和毛邊。防護墻、側向擋塊根部的后期修補用聚合物砂漿進行處理,之后再做底涂處理。
2)泄水孔的處理
泄水管內刷涂底涂約10cm深,然后手工向孔內壁噴涂聚脲防水材料。
3.9 噴、涂脂肪族面層
對于外露使用的聚脲防水層,為防止變色,應在其上罩一層脂肪族聚氨酯面漆。采用專用設備或人工涂刷,按照設備的要求進行噴涂施工,噴涂厚度0.2mm;確保不漏涂,不堆積,均勻噴涂,達到封閉的目的,提高防水層的耐久性。噴涂施工24小時內,應避免重物碾壓。
3.10涂層修補
針孔應逐個用涂層修補材料修補。先用電鉆在針眼部位打直徑為3mm的孔,然后用刮涂聚脲修補找平。
對于小于250cm2的鼓包,剔除鼓包后直接用刮涂聚脲修補至設計厚度。
對于大于250cm2的鼓包,應剔除到混凝土橋面基層,重新涂環氧底涂、滿掃石英砂、第二遍底涂、按設計要求厚度噴涂聚脲涂層,噴涂聚脲涂層之前應采用專用粘結處理劑對原有防水層表面進行處理。
4.防水涂層檢驗、驗收
按《京滬高速鐵路橋梁混凝土橋面噴涂聚脲防水層暫行技術條件》的規定,聚脲施工過程中以及噴涂完成后應進行現場檢驗。現場檢驗項目如下:
1)現場試模檢驗
現場每班噴涂前,應利用所使用設備及原材料噴制400×400㎜聚脲防水涂料試模3塊,養護7天后選擇2塊進行拉伸強度、斷裂伸長率、撕裂強度、硬度等物理性能檢驗。
2)聚脲防水層外觀檢測
聚脲表面平整、無流掛、無針孔、無起泡、無空鼓、無開裂、無異物混入。
3)厚度檢測
噴涂完成后,用超聲測厚儀檢查涂層厚度,底座板下噴涂聚脲彈性防水層厚度≥2.0㎜。其它區域≥1.8㎜。軌道板下每隔5米布設4個測點;其它區域每隔5米布設4個測點,即軌道板中間布設2個、左右防護墻各布設1個。
4)粘結強度檢測
在防水層施工7天后進行現場拉拔試驗,每10孔梁(或每320米)隨即抽取一孔(或連續32米1橋面)進行檢測,每孔梁(或每32米)檢測5處,測點均勻分布。拉拔后的部位用聚脲防水涂料噴涂,做快速修補、刮平。
5)不透水性檢測
在防水層上選定測試部位,清除灰塵,按透水儀底座大小涂抹一圈密封材料,將儀器底座安置并按緊。將水注入帶有刻度的玻璃管內,至570㎜刻度為止,每30秒記錄一次水位高度,直至30分鐘為止。每孔梁(或每32米)檢測一處。
6)脂肪族聚氨酯面層檢驗
脂肪族聚氨酯面層施工完畢后,應進行目測外觀檢驗。面層應涂刷均勻,色澤一致,不得漏涂,涂層應無氣泡、開裂和剝落。
脂肪族聚氨酯面層厚度應按照設計要求厚度,一般情況下脂肪族聚氨酯面層厚度≥200微米每孔梁(或每32米)檢測10處,按照涂刷區域均勻分布檢測點。
5.橋面防水層施工注意事項
1)涂料使用前嚴禁混淆A、B組分進料系統;
2)雨天或6級以上風不得進行聚脲噴涂施工;
3)防水涂料在運輸和保存中,嚴禁遇水,嚴禁接近火源,甲乙兩種涂料應分別存放保管;
4)防水層施工過程中,不得因流濺或其他原因污染梁體;
5)環境溫度低于10℃應采取保溫措施;
6.結論
本論文對高速鐵路聚脲防水施工進行了討論。因高速鐵路采用無砟軌道技術與傳統鐵路不同,要求防水層不僅具有防滲、抗裂的基本性能,還要能經受高速、受載、交變沖擊等火車高速行駛帶來的沖擊。噴涂聚脲涂層因沒有接縫、黏結力強,同時還具有優異的耐磨性、抗沖性、抗開裂、耐紫外光以及耐高低溫性能,滿足了高鐵的特殊要求。所以筆者認為防水技術將隨著高速鐵路建設的不斷發展而改進和提高,而防水材料的選擇將成為重中之重的一項內容。
參考文獻
1)高速鐵路聚脲防水施工設計參考:鐵道第三勘察設計院2009年12月天津出版《橋面防水體系鋪裝及構造圖》(石鄭橋通-14);
2)防水驗收標準及試驗指標參考:鐵道部2009年11月第1版北京的“鐵建設[2009]117號《客運專線橋梁混凝土橋面噴涂聚脲防水層暫行技術條件》;
關鍵詞:爆破工程;安全監理;問題;對策
中圖分類號:O643文獻標識碼: A
引言
爆破工程通常使用在開鑿隧道、修建橋梁、山體爆破、拆除構筑物和建筑物等等工程之中,其通常會排在重要的位置,并且影響到全部工程進度。爆破工程擁有著相當大破壞威力,并且在施工過程之中具有一定的不確定性。如果爆破工程出現重大失誤之時,則就會出現一定的損失,造成不堪設想的后果。因此安全問題這是爆破工程的重要點。安全監理指的是工程建設過程之中對施工人員的人身安全、操作工具儀器、材料的安全以及確保周圍環境安全進行評價、動態監管以及督查,防止潛在的威脅及安全隱患的產生,進而實現安全生產的目的。安全監理可以保證爆破工程順利,不斷降低事故發生概率,并且,安全監理也可以避免爆破工程產生的重要損失、材料浪費和工程延期,幫助其達到較好的爆破效果。在實際爆破工程的實施過程中,安全監理存在著諸多不合理的地方,比如說;法律法規不健全、缺少較為專業的安全監理技術人員、檢查監管制度不嚴等。本文將對爆破工程之中存在的安全監理問題進行地梳理,同時提出一些行之有效的措施,并且促進安全監理功能的實現,確保爆破工程順利實施,可以給我國社會經濟發展提供一定的支撐。
1、爆破的實質
當今,在高速公路的施工過程中己經廣泛地應用了工程爆破技術,為了使西部大開發的繁榮發展,在基礎設施建設方面需要對其進行加強。我國的西部地區有比較多的高挖地段,同中部相比地形較為復雜。因此,在對公路進行施工時,爆破技術是其主要的使用形式。而在爆破的過程之中,因為施工現場的復雜性,可以會出現諸多不可預料的錯誤,而對施工人員的生命健康安全造成一定的傷亡。根據我國的相關規定,因為爆破施工造成的人員傷亡率占到總傷亡人數的30%。因此,在進行公路建設施工過程之中,需要對爆破過程之中做好施工管理工作,將爆破傷亡率將到最低。
在進行爆破之時,因為外界條件、內部的受熱以及撞擊,在能量積累到一定程度之后,達到量的積累實現爆破,在進行爆破的過程之中,會出現一定的高熱氣體。出現爆破之后會產生一定的危害,比如,可能產成飛石現象、空小規模的地震與空氣沖擊波。如果當前的現象超出不能掌控的范圍之話,則就會出現一定的事故,在今后的施工過程之中,為了保證安施工的進行,防止人員傷亡與發生意外事故,施工企業需對爆破技術的管理工作加強,這樣做有利于確保爆破過程的安全性。
2、爆破工程安全監理存在的問題
2.1、缺乏一些安全監理技術人員
爆破工程是工程建設領域之中一個十分特殊行業,因為處在高速發展時期,需要的從業人員相對比較多。爆破工程安全監理也是一種特殊的專業性較強的的技術工作,其在爆破工程之中起著重要作用。爆破工程安全監理的從業人員不僅僅需要一些專業的爆破方面知識,還且還需要一定的組織協調能力、工程控制能力以及法津意識等等。但是可以同時滿足該些條件的人員數量比較少,不能滿足該行業的需要,并且也不方便此行業的進一步發展壯大。
2.2、與之相應的法津法規不健全
當前我國已經制定了相關的爆破工程安全監理方面的法律法規主要包括有《爆破安全規程》(GB6722-2003)、《民用爆炸物品安全管理條例》、《爆破作業項目管理要求》(GA991―2012)。其只有提供有限的參考性的標準以及條例,比如說操作規范等重大問題仍無參照。
3、爆破工程安全監理的措施
3.1、爆破施工的準備工作
在進行爆破施工之前,需要依據之前爆破施工設計,按照工程方案,確定好爆破施工順序、點火形式以及裝藥量。在進行爆破施工之中,為了保證爆破施工的安全,爆破施工現場只能留下專業的爆破施工人員,嚴格遵守爆破安全操作制度。
在填入炸藥前,應將所有的炮孔進行清理與檢查。在填充炸藥過程中,嚴禁使用鐵棍,應通過竹子與木棍進行填充。在裝藥的過程中,嚴禁使用煙火與明火進行照明。同時在進行爆破施工之前,施工方應該將聲響信號以及視覺信號及時發出,使得危險區之內的全部施工人員保持一定的警惕性。如果在爆破實施過程之中,出現盲炮、瞎炮的話,首先需要上報,依據實際情況,制定行之有效的解決方案。
3.2、成立安全管理組織機構
確保爆破工程進行安全施工,要求成立項目安全管理的組織機構。項目總監其是爆破工程的主要責任者,在任期之內,應該不斷建立健全以總監為首的項目處、工地和班組的分級負責安全管理保證體系,并且也應該建立以及健全專管成線、群管成網的安全管理組織機構。爆破工程應該設置專職安全管理部門,同時配備一定的專職人員。工地應成立以總監為負責人的安全施工管理小組,并且配備安全管理員,應該注重建立工地領導成員輪流安全施工值日制度,解決以及處理施工之中的安全問題以及進行巡回安全監督檢查。同時不斷加強施工班組安全建設,每一個施工班組應該設立安全員協助班長,做好班組安全管理。每一個班組應該堅持執行安全檢查、安全值日、安全記錄等等制度。
3.3、安全生產管理機構和專職人員制度
安全生產管理機構由項目單位內部依法自行設立,用于管理本項目內部關于生產活動相關的安全行為。管理機構內部人員為專職負責安全生產活動人員,不得由其他部門人員兼職,并且必須具有一定的安全管理的能力,通過國家考試取得從事安全生產管理的相應證件。管理機構內專職人員的數量應根據工程項目規模和從事生產活動性質而定,但人員最少數量必須滿足國家要求。安全生產管理機構在日常生產活動中,對于不安全的行為和人員,依法實行監督、管理的權利,任何部門和個人不得阻礙執法活動。專職人員負責日常生產活動中現場的檢查、記錄,當發現安全隱患后,專職安全人員立即制止違法、違章施工生產,并立即上報單位領導和安全管理機構。
3.4、安全生產責任制度
安全生產責任制度應根據“管生產必須管安全”“安全生產人人有責”的原則,明確各級領導、各職能部門和各類人員在施工生產中應負的安全責任。爆炸物品的安全管理由單位領導直接負責,單位領導必須制定和完善爆炸物品安全操作規程和安全技術管理制度,建立健全職工責任制,督促職工嚴格遵守,實行獎罰制度,并根據實際設立單獨的安全管理部門或專職安全人員。爆炸用品應在專用倉庫儲存,儲存倉庫內設專職人員管理。嚴禁將爆破器發放個人或非專用倉庫保存。爆破用品專用庫房,必須建立健全嚴格的出入庫檢查、登記制度。爆破用品的收存和發放必須做到實名登記,做到庫存和登記相一致。儲存爆破用品數量應當小于庫房設計最大存儲量,對于性質相抵觸并可能發生反應發生危險的爆破用品,必須實行單獨庫房存儲,嚴禁存放其貨物和易燃易爆物品。非工作人員或無關人員不得進入倉庫,不得進行一切與工作無關的活動。專職人員在工作中應嚴格執行安全操作規程,對于違反規程的不安全行為和個人有權制止,如發現爆破用品被盜,必須在第一時間上報單位領導和當地公安機關。對新入庫的爆破器材應抽樣進行性能檢驗,變質和過期失效的爆破器材,必須及時由專人處理。對于要實行銷毀的器材,在銷毀前應登記造冊,提出實施方案,報上級主管部門批準,并向所在地縣、市公安局指定的地點妥善銷毀。從炸藥運入現場開始,應劃定裝運警戒區,警戒區內應禁止煙火;搬運爆破器材應輕拿輕放,不應沖撞起爆藥包。爆破用品使用,實行嚴格的領取、清退制度。爆破器材必須由專職爆破人員領取,其他人員或不具備資格人員不得領取。爆破作業必須建立統一的指揮系統,制定嚴格的爆破前后安全檢查、處理制度和安全警戒制度。對于使用后剩余爆破用品,必須當天退回倉庫,嚴禁在外非法儲存。
4、結語
爆破工程的危險性使得對于安全提出從了較高的要求,并且對于爆破工程的監理也挖掘了監理的新內涵――安全監理。爆破工程安全事故的發生使得其在爆破工程中安全監理必須執行。重大爆破工程之中得到成功的經驗,則給當前進行爆破工程安全監理工作提供了十分重要的借鑒意義,并且對爆破工程安全監理制度的出臺提供一定的參考價值。
參考文獻
[1]李林.工程監理的安全生產管理探析[J].江西建材,2014,13:280.
[2]歐陽蕾.談建筑工程項目的安全監理問題與對策[J].山西建筑,2013,34:229-230.
[3]張道振,屠歡根,李運喜,高嘯.淺談組織協調在爆破安全監理中的作用[J].工程爆破,2011,01:92-94+23.
關鍵詞重力式支擋結構;評估體系;影響因素;評估技術;
中圖分類號:TU457文獻標識碼:A
1概述
重力式支擋結構被廣泛應用于鐵路及公路支擋結構設計中[1]。既有鐵路運營過程中,在線路提速或軸重加大后,作用在路基面上的動應力將大幅增加[2]。既有線路經過一定運營期后,重力式支擋結構工作環境也隨之發生變化。既有重力式支擋結構如何保證運營的安全,這是工程技術人員最為關心的問題。目前,我國在重力式支擋結構安全評估方面的研究較少,特別需要加強此領域的研究工作。重力式支擋結構安全評估,是在一定的評估體系下,對其安全影響因素進行全面分析,確定評估單元,再應用各種安全評估方法對其安全狀況進行評判,并據此提出維護和加強的措施。
2重力式支擋結構安全評估體系
2.1重力式支擋結構安全評估體系的目標
建立重力式支擋結構安全評估體系,是重力式支擋結構安全評估時的理論依據。其目標
是對鐵路、公路等交通工程系統安全性、可靠性、可用性、可維護性的各種指標進行評估,以達到最低事故率、最少損失、最少維護率及最優投資效益。
2.2重力式支擋結構安全評估體系的構成
重力式支擋結構安全評估體系主要由安全預評估、設計審核安全評估、施工安全評估、驗收安全評估、安全現狀定期安全評估(直至超出正常使用年限)五項內容構成[3]。安全預評估主要在系統可行性研究時進行,可指導后續系統設計及施工。設計審核安全評估及施工安全評估是結構是否能夠達到正常使用年限的關鍵。在設計時應綜合考慮設計的經濟性及合理性,在施工時應嚴格要求施工質量及施工安全。驗收安全評估是通過試運行階段分析結構使用時潛在的風險,并確定其危險程度及可能出現的后果,提出預防措施。安全現狀定期安全評估,即采用各種安全評估技術相結合,綜合評估重力式支擋結構的安全狀況,是其生命周期內所有評估工作的重點。
2.3重力式支擋結構安全評估單元
根據分析重力式支擋結構安全影響因素及其破壞時可能出現的癥狀,可從以下幾方面著手確定其評估單元:(1)從受力角度,包括動應力的變化對穩定性的影響;不同計算方法對穩定性的影響;不同荷載方式對穩定性的影響。(2)從變形角度,包括墻身是否有裂縫;墻后土體是否開裂;墻后土體是否有不均勻下沉。(3)從墻型結構及材料角度,包括材料是否風化;砂漿、混凝土是否老化;墻型尺寸是否滿足設計要求。(4)從水文地質角度,包括泄水孔是否堵塞;墻體地基是否發生變化。
2.4重力式支擋結構安全評估步驟
重力式支擋結構進行安全評估時,可遵循以下七個步驟:準備工作、安全影響因素分析、確定評估單元、安全評估實施、安全對策制定、評估結論及建議、編寫安全評估報告[3]。
3重力式支擋結構的安全影響因素
在設計計算過程中,特別是土壓力的計算理論、計算參數的取值、材料、施工、動應力、地震力等方面,對重力式支擋結構安全性均有較大影響。同時,既有支擋結構安全性還受其工作環境變化的影響,如水文及工程地質條件的變化等,在進行安全評估時要進行全面分析。
3.1不同土壓力計算理論的影響
目前設計中大多采用庫倫公式計算土壓力,也有時采用彈性理論。庫侖理論及彈性理論的計算假設條件不同,計算所得墻后土壓力大小、分布規律及作用點位置均有較大差別。由庫倫理論計算所得的墻后土壓力分布形式為一折線,而由彈性理論計算所得的墻后土壓力分布形式為一凸曲線,中上部偏大,底部偏小。在評估時應對由于不同的計算方法對計算結果的影響進行分析。
3.2提速或軸重增加引起動應力增大的影響
傳統普通鐵路路基設計均采用換算土柱法,將靜荷載和動荷載一并簡化為靜荷載。但隨著既有線提速或軸重增加后,列車動荷載作用明顯加強,導致基床范圍內重力式支擋結構土壓力與傳統庫侖理論計算所得結果相比有明顯差異,特別是當支擋結構較矮(2m~4m)時[4]。因此需要對由于動應力發生變化對支擋結構穩定性的影響進行評估。
3.3使用環境變化的影響
重力式支擋結構經歷一定的運營期后,排水設施失效或者排水不利時,可能引起土體重度明顯增加,粘聚力c、內摩擦角φ、墻背摩擦角δ均不同程度減小。雨水的入滲還可能發生基底軟化現象,導致基底承載能力急劇下降。在經歷一定時間的運營期后,墻體材料耐久性也會發生明顯變化,特別是墻背。這些因素對重力式支擋結構的安全影響至關重要,需特別加以重視。
3.4不同墻型的影響
重力式支擋結構傳統使用墻型一般為墻胸墻背坡度相同。但現在使用較多的改進后墻型是將上墻背坡度放陡,增設傾斜基底。使用傳統墻型的重力式支擋結構隨著既有線提速,可能造成路基受力不均。不同墻型的計算截面面積也有所不同。同時,改進后的墻型由于增設傾斜基底,故抗滑能力有較大提高[5]。但是采用增強措施的墻型雖然安全系數得以提高,但其安全可靠度不一定相應提高。
4重力式支擋結構安全評估方法
重力式支擋結構安全評估方法有很多種,包括非確定性分析方法、定性分析方法、定量分析方法、模型試驗分析方法及現場檢測分析方法。各種分析方法特點及使用范圍不盡相同。
4.1非確定性分析方法
4.1.1可靠度分析方法
可靠度分析方法,通過考慮重力式支擋結構設計中隨機變量(重度γ、綜合內摩擦角φ0、墻背摩擦角δ、基底承載力σ)的變異性,計算結構功能函數的不同功能函數值,進而確定結構的失效概率及可靠指標,給出相應安全評估結論。
其中,重力式支擋結構抗滑穩定極限狀態方程的功能函數:
(1)
重力式支擋結構抗傾覆穩定極限狀態方程的功能函數:
(2)
可靠度指標:(3)
式(3)中,mR:結構抗力的均值;mS:荷載效應的均值;σR:結構抗力的標準差;σs:荷載效應的標準差。
4.1.2模糊綜合評估方法
模糊集論首先由美國控制論專家查德(L.A.Zadeh)于1965年提出。模糊綜合評估方法借助模糊集論為基礎,應用模糊關系合成原理,先將重力式支擋結構本身及填土等一些不易確定或無法具體量化的參數模糊化,然后再進行綜合評估。
1.確定重力式支擋結構安全影響因素集[A]及影響因素得分{RA}
提速或軸重增加引起動應力增大的影響A1;使用環境變化的影響A2;墻型不同的影響A3;地震作用的影響A4;設計標準及施工質量A5;現場檢查情況(裂縫、地下水、墻體風化情況等)A6。
(4)
其中,Aij為第i影響因素與第j項影響因素的相對重要性得分,可采用“九度法”。
各項的權重分別為,其中。
各影響因素最后得分。
確定重力式支擋結構不同安全等級對正常營運的影響集[B]及得分{RB}
將重力式支擋結構安全等級分為優、良、中、差,分別用B1、B2、B3、B4表示。
(5)
同理,Bij為第i影響因素與第j項影響因素的相對重要性得分,也可采用“九度法”。
各項的權重分別為,其中。
各安全等級最后得分。
重力式支擋結構安全評估所得安全等級
(6)
根據最終R值的大小,參考相應的換算標準,即可得出重力式支擋結構的安全評估等級。
4.1.3專家評估方法
專家評估方法[6],采用匿名函詢的方式,通過一系列簡明的調查征詢表邀請專家對待評估結構進行打分,并通過有控制的反饋,取得盡可能一致的意見,對結構現狀作出相應評估,對未來做出相應的預測。
4.2定性分析方法
工程類比方法是定性分析技術的典型應用[7]。首先,盡量找一與待評估的重力式支擋結構使用環境類似,并已安全使用超過其使用年限的同類型重力式支擋結構。再分析兩者可能的破壞機制的相似性及差異性,并結合兩者的安全等級,綜合確定其安全狀態。
4.3定量分析方法
主要包括極限平衡法及有限元法[7]。廣泛應用于巖土工程界的GEO-SLOPE(邊坡穩定分析軟件)便是基于極限平衡原理,將重力式支擋結構及后方巖(土)體均視為剛體,不考慮本身的應力應變關系,將結構后方潛在滑動面內的巖(土)體劃分為多個小塊體,通過各塊體的平衡條件建立整個體系的平衡方程,導出重力式支擋結構的安全系數。
有限元法先將重力式支擋結構用有限個容易分析的單元代替,單元之間通過有限個節點相互連接,然后根據變形協調來綜合求解其位移、應力、應變、內力等,綜合分析其所處安全狀態。有限元法可以用來求解彈性、彈塑性、粘彈塑性、粘塑性等問題,常用的計算分析軟件有ANSYS、FLAC、ABAQUS、SAP等。
4.4模型試驗方法
由于重力式支擋結構尺寸較大,故實尺模型試驗既耗時又不經濟,一般對其進行離心模型試驗。把按1/n比例縮放后的模型放在以ng離心加速度運轉的離心機中進行試驗,模擬現場實際受力,通過測試其應力及變形破壞情況,對其作出安全評估結論。
4.5現場試驗方法
現場試驗方法主要包括裂縫觀測、排水設施檢查、荷載試驗、位移時間曲線監測、地基土軟化情況檢測等。其中現場裂縫觀測、排水設施檢查比較直觀,容易實現,且效果比較精準。在雨季時對重力式支擋結構做位移時間監測試驗,可以有效減少突然破壞情況的發生。
5可靠度分析方法在重力式支擋結構安全評估中的應用
利用可靠度分析方法,結合蒙特卡洛原理對某單線I級鐵路既有重力式支擋結構進行安全評估。
5.1計算條件
以單線I級次重型鐵路為例。支擋結構型式取重力式路肩墻,墻胸墻背均取1:0.25的仰斜。列車荷載分布寬度:l0=3.5m;換算土柱高度:h0=3.2m。換算土柱距路基邊緣距離:k0=1.95m。填土按砂性土考慮,取內摩擦角φ=350,基底摩擦系數f=0.3;土體重度γ=19KN/m3;土與墻背的摩擦角δ=φ/2,即17.50;基底容許承載力取σ=300kPa。
5.2可靠指標計算結果分析
在該計算條件下,該結構抗滑可靠指標在2.26~2.86之間變化,其相應失效概率為9.1‰~2.5‰。該結構抗傾覆可靠指標在2.85~3.29之間變化,其相應失效概率為2.5‰~2.0‰。各項指標均符合相關要求,故可將該結構安全狀況評估為良好。
在傳統的安全系數法計算過程中,盡管重力式支擋結構的墻高在4m~10m間變化時,其抗滑穩定系數均在1.30~1.35之間變化,其抗傾覆穩定系數均在1.66~1.80之間變化。但其抗滑動和抗傾覆可靠指標均隨著墻高的增加而變大,其基底承載力可靠指標則隨著墻高的增加而減小。
通過引進可靠度原理對重力式支擋結構進行設計及安全評估,相比傳統的安全系數法,能更直觀并準確地反應結構的安全儲備情況。
6結語
本文初步建立了重力式支擋結構安全評估的體系,對影響重力式支擋結構安全的主要影響因素進行了詳細分析,研究探討了多種重力式支擋結構安全評估方法。重點介紹了由多安全影響因素控制的可靠度分析方法及模糊綜合評估方法在重力式支擋結構安全評估中的應用,其避免了由單個控制因素而得結論的片面性及誤差性。
參考文獻
[1] 李海光. 新型支擋結構設計與工程實例[M]. 北京:人民交通出版社,2004:1
[2] 韓自立,張千里. 既有線提速路基動應力分析[J]. 中國鐵道科學,2005,9
[3] 光. 高速鐵路系統生命周期內安全評估體系的研究[J]. 鐵道學報,2007,4
[4] 羅一農,劉會娟,蘇謙. 動應力對支擋結構安全性影響的分析[A]. 鐵路客運專線建設技術交流會論文集, 鐵路客運專線建設技術交流會, 武漢,2005
[5]郝瀛. 鐵道工程[M]. 北京:中國鐵道出版社,2005:227
[6] 李昌鑄. 特爾斐專家評估法在公路橋梁評價中的應用[J]. 公路學報,1992,2
論文摘要:現代土木工程不斷地為人類社會創造嶄新的物質環境,成為人類社會現代文明的重要組成部分。本文論述了土木工程的涵義、現狀及未來的發展趨勢。
引言
縱觀人類文明史,土木工程建設在和自然斗爭中不斷地前進和發展。在我國的現代化建設中,土木工程業越來越成為國民經濟發展的支柱產業。同時,隨著社會和科技的發展,建筑物的規模、功能、造型和相應的建筑技術越來越大型化、復雜化和多樣化,所采用的新材料、新設備、新的結構技術和施工技術日新月異,節能技術、信息控制技術、生態技術等日益與建筑相結合,建筑業和建筑物本身正在成為許多新技術的復合載體。而超高層和超大跨度建筑、特大跨度橋梁及作為大型復雜結構核心的現代結構技術則成為代表一個國家建筑科學技術發展水平的重要標志。所有這一切都說明在土木工程中越來越體現了技術與創新的作用,誰能在世紀之交把握住土木工程學科的發展趨勢。誰就能在知識經濟時代開創土木工程學科的新紀元。
一、土木工程的涵義
土木工程是指建造各類工程設施的科學、技術和工程的總稱。土木工程的含義可從兩方面去理解。一層含義是指與人類生活、生產活動有關的各類工程設施,如建筑工程、公路與城市道路工程、局壩水電和水利工程、鐵路工程、橋梁工程、隧道工程、地下空間開發利用工程等。另一層含義是指為了建造工程設施應用材料、工程設備在土地上所進行的勘察、設計、施工等工程技術活動。經過多年的發展,目前土木工程的實踐和研究己取得顯著成就,無論是結構的力學分析,還是結構設計的理論和方法以及結構的施工手段,都有了非常大的突破;特別是近若干年,在高層、大跨結構和鋼結構方面成績尤其驚人。但展望未來,土木工程領域中仍然有許多課題需要我們進一步探討。
二、土木工程的發展現狀
我國的土木工程建設從20世紀50年代起一直沒有停過,且發展很快,尤其在近年來,發展極為迅猛,幾乎整個中國成了一個大的建設工地。新的高樓大廈、展覽中心、鐵路、公路、橋梁、港口航道及大型水利工程在祖國各地如雨后春筍般地涌現,新結構、新材料、新技術大力研究、開發和應用。發展之快,數量之巨,令世界各國驚嘆不已。
截止2000年底,我國鐵路運營路程已達6.78萬公里,居世界第4位,亞洲之首。鐵路朝著城市輕軌和地鐵兩方而發展。同時,我國也在積極建造高速鐵路,武漢至廣州的高速鐵路運營時間僅需4小時。此外,磁懸浮列車也在發展。橋梁工程也取得了驚人的成就,伴隨著橋梁類型的不斷翻新,主跨跨度一再突破。楊浦大橋、南浦大橋、蕪湖長江大橋、南京長江二橋等大跨橋梁的建成都標志著我國的大跨結構達到了一個新的水平,己跨入世界水平先進行列。目前,我國己建成千米以上大橋3座、800m以上大橋8座、600m以上大橋15座、400m以上大橋40座,重慶萬縣單孔跨度達420m的鋼筋混凝上拱橋更引起世界同行的莫大興趣。在水利建設方面,50年間全國興建大中小水庫8.6萬座,水庫總蓄水量4580億立方米。建設和整修大江大河堤防25萬公里,目前防洪工程發揮的經濟效益達7000多億元。在大壩建設方面,我國先后建成了青海龍羊峽大壩、貴州鳥江渡大壩、四川二灘大壩等水利工程。
三、土木工程的發展趨勢
(一)高性能材料的發展
鋼材將朝著高強、具有良好的塑性、韌性和可焊性方向發展。日本、美國、俄羅斯等國家已經把屈服點為700N/mm2以上的鋼材列人了規范;如何合理利用高強度鋼也是一個重要的研究課題。高性能混凝土及其它復合材料也將向著輕質、高強、良好的韌性和工作性方面發展。
(二)計算機應用
隨著計算機的應用普及和結構計算理論日益完善,計算結果將更能反映實際情況,從而更能充分發揮材料的性能并保證結構的安全。人們將會設計出更為優化的方案進行土木工程建設,以縮短工期、提高經濟效益。
(三)環境工程
環境問題特別是氣候變異的影響將越來越受到重視,土木工程與環境工程融為一體。城市綜合癥、海水上升、水污染、沙漠化等問題與人類的生存發展密切相關,又無一不與土木工程有關。較大工程建成后對環境的影響乃至建設過程中的振動、噪聲等都將成為土木工程師必須考慮的問題。
(四)建筑工業化
建筑長期以來停留在以手工操作為主的小生產方式上。解放后大規模的經濟建設推動了建筑業機械化的進程,特別是在重點工程建設和大城市中有一定程度的發展,但是總的來說落后于其他工業部門,所以建筑業的工業化是我國建筑業發展的必然趨勢。要正確理解建筑產品標準化和多樣化的關系,盡量實現標準化生產;要建立適應社會化大生產方式的科學管理體制,采用專業化、聯合化、區域化的施工組織形式,同時還要不斷推進新材料、新工藝的使用。
(五)空間站、海底建筑、地下建筑
早在1984年,美籍華裔林銅柱博士就提出了一個大膽的設想,即在月球上利用它上面的巖石生產水泥并預制混凝土構件來組裝太空試驗站。這也表明土木工程的活動場所在不久的將來可能超出地球的范圍。隨著地上空間的減少,人類把注意力也越來越多地轉移到地下空間,21世紀的土木工程將包括海底的世界。實際上東京地鐵已達地下三層:除在青函海底隧道的中部設置了車站外,還建設了博物館。
(六)結構形式
計算理論和計算手段的進步以及新材料新工藝的出現,為結構形式的革新提供了有利條件。空間結構將得到更廣泛的應用,不同受力形式的結構融為一體,結構形式將更趨于合理和安全。
(七)新能源和能源多極化
能源問題是當前世界各國極為關注的問題,尋找新的替代能源和能源多極化的要求是21世紀人類必須解決的重大課題。這也對土木工程提出了新的要求,應當予以足夠的重視。
此外,由于我國是一個發展中國家,經濟還不發達,基礎設施還遠遠不能滿足人民生活和國民經濟可持續發展的要求,所以在基本建設方面還有許多工作要做。并且在土木工程的各項專業活動中,都應考慮可持續發展。這些專業活動包括:建筑物、公路、鐵路、橋梁、機場等工程的建設,海洋、水、能源的利用以及廢棄物的處理等。
參考文獻:
[1]段樹金.土木工程概論[M].北京:中國鐵道出版社,2005.
【關鍵詞】鐵路隧道防排水 設計要點
中圖分類號:S607+.2 文獻標識碼:A 文章編號:
一、前言
防排水是鐵路隧道設計標準建設、設計、施工中的重點,但襯砌滲漏水問題仍然不同程度地出現在新建鐵路隧道中。隧道滲漏水不僅直接影響行車安全,而且還降低隧道通風、照明系統的工作效率,誘發運營設施的銹蝕,影響隧道結構的耐久性,在寒冷地區隧道的滲漏水還會引發掛冰、底鼓等不良病害,嚴重危及行車安全。因此,針對目前國內的防排水技術現狀,有必要進行進一步的研討,對防排水技術提出更新的改進措施。進一步指導鐵路隧道設計與施工,使隧道工程交付運營后處于整潔狀態。
二、鐵路隧道防排水設計原則
“防、排、截、堵結合,因地制宜,綜合治理”是鐵路隧道防排水設計遵循的基本原則。在進行鐵路隧道設計時,應綜合考慮隧道區水文工程地質和氣候條件,以及地下水排放對周圍生態環境的影響,合理設計隧道襯砌和鐵路隧道的開挖方法。
1、根據防排水形式,隧道防排水設計可分為:排水型隧道和防水型隧道。
(一)排水型隧道堅持以排為主或以堵為主,限量排放的原則,一般應用在山嶺隧道中。我國大部分鐵路隧道位于山區,一般情況下隧道排水對周圍環境影響不大,大部分使用排水型隧道。允許地下水排放量要根據具體的隧道環境來確定。如果排水對周圍的生態環境影響不大可不控制排水。在保證初期支護和二次襯砌的排水系統暢通的情況下,可以利用襯砌背后的盲溝讓水排進隧道內排水溝排除洞外。但是,如果排水系統發生堵塞時,可能導致隧道承受水壓,使隧道失穩。
(二)防水型隧道是通過防水層或止水帶等各種措施將水控制在襯砌之外。這種類型的隧道廣泛應用于靜水頭壓力不超過30m的隧道區中。經研究表明,防水型隧道的靜水頭壓力上限是60m,但是這對隧道結構和防水的要求比較高且不符合經濟性要求。但是,在下列條件下是要優先選用防水型隧道的:
當地下水排放對周邊環境影響較大時,特別是城市條件下及大量排水對地表植被、生態環境等造成影響較人的地區;當地表下沉對結構lF常使用和周邊環境影響較大且對其造成危害時;當地下水具有腐蝕作用時,為了避免地下水對混凝土的腐蝕和加速混凝土的退化,需要將混凝土與地下水隔離處理。
2、鐵路隧道防排水措施
鐵路隧道防排水措施除了模筑混凝土主體自防水外,還包括初期支護噴射混凝土防滲、防水層防水、施工縫、變形縫防水、洞內排水等等措施。
(一)初期支護噴射混凝土防滲:I—TA(國際隧協)提倡用噴射混凝土作為防水層。但影響其抗滲性的因素較多,采用此法需要隧道進行特別的處理,隧道圍巖面處理對于噴射混凝土時十分必要的。圍巖漏滲水對噴射質量有直接的影響。當隧道處于軟弱圍巖段時,為了保證支護抗滲能力需要對支護及其背后進行注漿,使噴射混凝土層內部密實。對于突出于圍巖面的錨桿端部或鋼筋頭。可事先切割然后噴射,或者在噴射后在進行切割,然后對其再補噴或用砂漿覆蓋。
(二)防水層防水:防水層是山嶺隧道復合式襯砌中防排水體系的重要組成部分,是保證隧道防水功能的重要措施,防水層有效的消除底層滲水對二次襯砌的影響。還可以對初期支護和二次襯砌起到隔離作用,減小噴射混凝土對二次襯砌模筑混凝土的約束應力,避免了二次襯砌裂縫的產生,提高其抗滲能力。
(三)施工縫、變形縫防水
施工縫是隧道襯砌混凝土施工時遺留的。沉降縫和伸縮縫統稱為變形縫。沉降縫設計地質條件顯著變化和襯砌受力不均處。伸縮縫的設置是為了防止混凝土受溫度和收縮影響而開裂,施工縫和變形縫是防水的薄弱部位,需加強防水設計。二次襯砌結構混凝土時應盡量少留施工縫,在拱墻、仰拱和底板等處不得留縱向施工縫。對于止水帶的選用應該根據實際情況,合理選擇符合實際需要的止水帶。
(四)洞內排水
洞內排水是在襯砌背后設置排水系統,使水能從襯砌背后暢通排除。排水系統主要由環、縱和橫向排水盲管、側溝和中央排水管組成。初期支護噴射混凝土和巖面、防水層之間的水通過環向排水盲管下滲至縱向排水盲管;縱向排水肓管將水匯集流入位于襯砌基礎的橫向排水盲管,然后再排至中央排水管中。地下水主要通過隧道內側溝,由側溝匯集排至中央排水管。中央排水管要符合設計要求,總體坡度、段落坡度和單管坡度要協調一致。排水系統埋設好之后,還要進行通水實驗,發現問題及時處理。
三、防排水問題分析與建議
鐵路隧道的防排水可分為三類,為全封堵防水型,防排結合型(限量排水)和排水型。排水和限量排水施工對地下水的影響示意,排水型隧道相當于地下集水廊道,顯然是對地下水影響最嚴重的一種;限量排水型是目前鐵路隧道應用較多的一種類型,水位下降的多少及影響范圍與允許的排水量、地下水補給量有關。全封堵防水即不允許或僅允許肉眼觀察不到的極少量的地下水滲入,其對地下水的水位不會產生影響,如在淺埋隧道中可采用全封堵防水。
1、根據環境要求選擇防水類型與地下水處理措施
目前很多隧道忽視外部環境對隧道防排水的要求,在全長范圍內采用同一防水類型,這在某些情況下不合理,建議設計時多考慮外部生態環境和地質環境要求分區段確定防水類型。
(一)在臨近良田和城鎮村落的洞口淺埋段,淺埋且上部有重要水源或河湖段。要求隧道防水在滿足內部運營及耐久性需要的前提下,主要為消除對外部生態環境影響而考慮。可選擇全封堵防水型。
(二)在隧道深埋段,由于存在高水壓問題需要適當在襯砌背后設置排水系統,同時要減少排水對原有地下水環境和圍巖的影響,這就要求選擇防排結合類型。限量排水。
(三)在特殊地質地段,需結合地下水文地質特點,選擇合理的地下水處理措施。比如隧道在巖溶暗河段,通常不能堵塞其河道,而采用引流措施,繞避隧道。
2、重視襯砌結構防水
支護結構應被視為隧道防水的第一道防線,通常支護包括圍巖注漿、噴射混凝土支護。
( 一)圍巖注漿防水
圍巖注漿對防水的作用主要表現為以下兩個方面:圍巖注漿可減少地下水滲透量。根據日本青函隧道圍巖注漿試驗結果,壓注后圍巖空隙填充率一般在0.8~0.9左右,注漿前后滲透系數比值可達到100~l000倍左右。
(二)初期支護防水
噴射混凝土支護層作為復合式襯砌的最外層支護,其施作質量受圍巖開挖、施作工藝及結構形式影響很大,不作任何處理的支護防水能力是非常有限的。施工時應做到以下幾點:對噴射混凝土的圍巖面進行處理;對噴射混凝土背后或內部空隙進行注漿;對突出的鋼筋、錨桿端頭進行處理;對噴射混凝土裂紋進行處理;調整混凝土配合比或摻加外加劑等,提高混凝土的抗滲能力。
3、強調新型分區防水,改善防水效果
目前采用的分區防水是僅在防水層與二次襯砌之間進行分區,其理由是防水層一點的破損,不致使滲入的地下水流入隧道的其他區段,而是將其限制在某個較小的區域里面,也就是說防水層一點的滲漏不致引起多處襯砌薄弱部位的滲漏。但事實是防水層的損壞不會只有一點,很多情況下是存在多處損傷。而初期支護噴射混凝土表面的滲漏存在不均一性,防水板背后的土工緩沖材料又具有排水的功能,地下水可在防水層背后自由流竄。因此,隧道初期支護噴射混凝上層一點的滲漏,可能導致所有防水層破損處滲漏,使相應地段襯砌處于水害威脅之下,當滲漏發生在隧道縱坡坡頂時,滲漏會影響隧道全長。
結論
隨著鐵路隧道的設計標準不斷提高,鐵路隧道防排水設計應進一步加強其系統性排水與防水應緊密結合,尤其應注重隧道排水系統對防水的基礎性作用,根據工程條件針對性進行防排水設計,做到防排水精細化設計,并將防排水施工作為一道關鍵施工序,從而保證防排水系統穩定可靠。
【參考文獻】
[1].陳文義 淺談內昆鐵路隧道結構防排水設計[期刊論文]-隧道建2004,24(1)
[2].嚴衛.YAN Wei 昆侖山隧道防排水設計與施工[期刊]-隧道建設2006,26(5)