时间：2022-09-24 08:50:04
导语：在铁道工程技术论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
读初高中时,住家离台糖小火车铁道很近,每天看到同学从各乡镇搭火车上学,40年后仍历历在目。
那时知道台糖火车的车厢比台铁的小,铁轨也较窄。听人说台糖火车叫做“五分车”,不明白是什么意思。1970年到台北读大学,那时以坐平快车为主,知道台湾的纵贯铁路是日据时期修造的,听人家说这叫做“七分车”,也不明白是什么意思。后来看电影《东方快车谋杀案》,看到洋人的火车竟然有包厢,厢外有通道,觉得洋火车比台湾的火车宽敞。1979年到巴黎第一次坐有包厢的火车,感觉台湾的火车还真窄。1992~1993年在美国,更确定台湾的轨宽有点奇怪。
很惭愧,我一直没去弄清楚五分车、七分车、欧洲车、美国铁轨的宽度有什么差别,为什么会采用这么不同的规格。这件事拖到2001年初,我读到Douglas Puffert(2000)的论文后,才把整个事情弄清楚。
复杂的轨宽
1995年夏,我在慕尼黑大学三个月,在经济史研讨会上认识Puffert,是个温文儒雅的年轻学者,他在斯坦福大学的博士论文(1991),就是以北美铁轨的宽度为主题,在主要的经济史期刊上发表好几篇论文。我从维基百科(Wikipedia)查“轨距”,得到许多具体的数字。
国际上通用的标准轨是143.5厘米,现在欧洲大部分国家都使用标准轨,例外的国家有:爱尔兰与北爱尔兰(160厘米)、西班牙(167.4厘米,正在改为标准轨)、葡萄牙(166.5厘米),阿根廷与智利的轨距是167.6厘米,俄罗斯及邻近国家,以及蒙古、芬兰都是152厘米。
日本的轨距是106.7厘米,日据时期修筑的台湾轨宽也是106.7厘米,这是国际标准轨(143.5厘米)的74%,称为“七分车”。台湾的糖业铁路和阿里山的森林铁路,是76.2厘米的窄轨,是143.5厘米的53%,简称“五分车”。日本在1960年代修建新干线(高速铁路)时,采用143.5厘米的国际宽轨,提高行驶的稳定性。台湾高铁、台北和高雄的捷运,都采用143.5厘米的标准轨。清朝末年中国的铁道,由英国和比利时承建,采用143.5厘米标准轨。
有人说,1937年制定的国际标准轨143.5厘米是英国提出的,这个说法不够准确,待会儿会详细解释。最让人感兴趣的是,为什么143.5厘米的轨宽,会在诸多规格的激烈竞争下脱颖而出?
1835~1890年间,北美(美国与加拿大)至少有9种轨道:91.4厘米、106.7厘米、143.5厘米、144.8厘米、147.3厘米、152.4厘米、162.6厘米、167.6厘米、182.9厘米。
为什么会这么复杂?
原因很多,大致有三种。其一是各地区修筑铁路时,铁路工程师的技术来源与传承不一,有些采用英国体系,有些则不是。其二是故意不兼容,阻挡其它地区的农工业产品进入。其三是各地区的地形地势不一,对轨道的需求自然不同。
为什么后来会统一使用145.3厘米,1937年之后这个尺度成为国际标准轨宽呢?这就是本文的要点:说不出合乎逻辑的道理,这是政治与经济交互角力后,一步步发展的结果,这正是典型的path dependence问题(依发展途径而异、受到随机性的因素干扰)。市场机能、竞争、效率、最适合这类的观念,在这个议题上无法发挥功能,因而称为“市场失灵”。
143.5厘米的起源与变迁
美国最早的铁道,是承袭英国的142.2厘米规格,这是18世纪末,在英国矿区发展的原初型铁路,在纽卡斯尔地区最通行。
有位叫史蒂文生的工程师,在斯托克顿和达灵顿之间建造了一条运煤铁道。1826~1830年间,他被任命在利物浦(Liverpool)和曼彻斯特(Manchester)之间建造铁路(L&M),特点是用蒸汽机来推动火车头。这是第一条靠蒸汽机推动的铁路,也是第一条完全依靠运载乘客与货运的铁路,更是第一条与矿冶完全无关的铁路,在铁道史上有显著的开创地位。不知什么原因,史蒂文生把铁轨加宽了1.3厘米,成为143.5厘米,这就是日后国际标准轨的规格。
1826年,史蒂文生在竞争L&M铁路时,他的对手刻意提出167.6厘米的宽轨(加大24.1厘米),但没被采用。史蒂文生的儿子罗伯特,后来在国会的委员会上说:143.5厘米轨宽也不是他父亲订的,而是从家乡地区的系统“承袭”来的。斯迈尔斯是史蒂文生的朋友与早期传记的作者,他说143.5厘米的轨宽,“没有任何科学理论上的依据,纯粹是因为已经有人在用了。”
美国早期的铁路建造者,参观L&M与其他地区的铁道,认为L&M的规格较适合,就把整套工程技术搬回美国。另有一批工程师,1829年参观英国铁路,回国后在巴尔的摩(Baltimore)与俄亥俄(Ohio)之间筑了另一条铁路(B&O),将轨宽改为143.5厘米,目的是要和L&M铁路的火车“接轨”。
但有几批工程师却另有盘算,有些认为152.4厘米较易使用,有些人用144.8厘米,有人坚持147.3厘米也不错。简言之,在最复杂的时候,美国铁路有过9种轨宽并存。
现在回过头来看铁道的发源国英国,他们在建筑Great Western Railways(GWR)时,把轨宽扩大为213.4厘米,几条较短的路线,用其它规格。有些美国工程师,看到铁路老大改为宽轨,为了迎头超越,就把纽约与爱力(Erie)之间的铁路,建为182.9厘米,希望能达到三个目的:最高速、最舒适、最低成本。
但事与愿违,有些人认为167.6厘米就够了。几经实验,19世纪中叶的美国铁道工程师,在考虑火车头的拉牵力之后,觉得还是以152.4～167.6厘米之间较合适。加拿大的铁路学者也有同感,而这正是英国当时采用的轨宽。
1860年之后,又有人感觉宽轨太耗动能,对蒸汽机的负担过重,认为还是老规格较合适。在地势变化较大的地区,其实106.7厘米更合用,因为较容易转弯。在多山的地区,若用91.4厘米宽的铁轨,就不必挖太宽的隧道,可以省下不少成本:91.4厘米的铁路成本,比143.5厘米的建造费用便宜三分之一(枕木、石块、人工、管理都较省)。
建造铁路时,美国政府只负责土地与公共事务,对具体的投资、兴建、技术规范都不插手。如果你是第一位在某个区域的铁道投资者,只要考虑自己喜欢哪种轨宽;第二位投资者,或许也可以自由选择轨宽;但第三位投资者,就必须考虑接轨问题,没有多大选择空间。在这种机制下,美国的铁道系统就出现一项特质:地区性的轨宽整合度很高,但全国性的相似度很低。
简言之,美国的轨宽是由民间工程师决定,而这又受到他们之前的经验影响:或是向英国某个地区学来的,或是依所购买的火车头带动力,来决定轨宽。为什么143.5厘米最后会成为主流?因为采用者最多,滚雪球效应最大。
偶然与必然
换个角度来问:政府为何不出面协调呢?
其实很简单,南北战争之前,有谁能预期日后会建造出全国性的铁路网呢?那时投资铁路的人,只想运载货物和非乘客的人员,从河运抢些生意做,占据某个地区的地盘。他们甚至不想和其它区域的铁路接轨,基本的心态是互不侵扰地盘。加拿大也不希望美国的火车驶入,铁道的规格因而形成割据。现在美加两国的铁路、电话号码、电压、影印纸规格都已统一化,那是很后来的事了。
其实加拿大的国会,很早就知道轨宽标准化的重要性。美国国会把横跨大陆的轨宽选择权,授给林肯总统,他决定采用152.4厘米。但是中西部的铁道业者不愿接受,就和东部的同行结盟,游说国会采用最老式的英国轨宽143.5厘米。
某些较贫困的地区,资本不够,希望采用窄轨,就在1872年另组一个“国家窄轨联盟”:之后全国各地的窄轨,95%采用91.4厘米的规格。在这种“地区性整合度高、全国性相似度低”的结构下,美国的铁道系统,怎么可能在20年内(1866~1886年),就完成规格统一呢?143.5厘米的规格获胜,是因为它有特殊的优越性吗?
其实在1860年代时,谁也不知道143.5厘米会成为日后的国际标准,当时存在9种规格,工程师并无明显的偏好。为何会有统一化的认知呢?主要是各地区的经济发展后,运输量大幅增加,东西两岸的产品与人员相互运送,无法透过较受地域性限制的水运。当时东西横向的铁路,大都采用143.5厘米,产生大者恒大的雪球效应,市场占有率愈来愈高。各地区的铁路公司,在利益的考虑下愈来愈合作:发展跨区的铁道系统,共同管理相互协助,这是推动铁道标准化的重要因素。
大家会问:把原来不是143.5厘米的轨宽,不论是拉宽或缩窄,转换的成本不是很高昂吗?是的,费用看起来是不小,但相对于铁道的总价值,百分比并不高。主要的花费是整修路基,尤其是在扩宽轨道时,如果只是把轨道稍微拉宽或缩小,这属于“移轨”的问题,成本并不高。较贵的部份,是更换为143.5厘米的车厢和火车头(机头)。
1871年时,把俄亥俄和密西西比铁路,从182.9厘米缩为143.5厘米的平均成本,是每英里1066美金,再加上价值5060美金的新车头。到了1885~1886年间,这些成本更低了:更改南方轨道与设备的成本,每英里约只需150美金。把窄轨拉宽的成本,每英里约7500美金。对那些和143.5厘米较接近的轨道,就建造可以调整轮子宽度的车体,来相互通车。一旦整合的意愿明确化,确知每英里的更改成本,占铁道总价值的百分比不高后,20年内很快地就整合完成了。143.5厘米成为美加的标准规格,1937年成为国际标准,沿用到今日。
美国轨宽的故事告诉我们:市场的需求,是规格统一化的重要推手。1880年代统一的143.5厘米,以今日的车头牵动能力而言,并不是最具能源效率的规格;但这已是国际标准,改动不了了。143.5厘米能一统天下,并不在于规格上的优越性,而是历史的偶然造成,并不是最有效率、最具优势的东西,就能存活得最好。这种path dependence的现象,在度量衡上最常见。听说1英尺的定义,就是某位国王鼻尖和手指之间的距离。
链接:
马屁股距离决定轨宽
经济学中有个名词称为“路径依赖”,它类似于物理学中的“惯性”,一旦选择进入某一路径(无论是好的、还是坏的),就可能对这种路径产生依赖。这个美国铁轨的故事,也许有助于我们理解这一概念,并且加深对其后果的印象。
美国铁路两条铁轨之间的标准距离,是4.85英尺。这是一个很奇怪的标准,究竟从何而来的?原来这是英国的铁路标准,因为美国的铁路,最早是由英国人设计建造的。
那么,为什么英国人用这个标准呢?原来英国的铁路,是由建电车轨道的人设计的,而这个4.85英尺,正是电车所用的标准。
电车轨标准又是从哪里来的呢?原来最先造电车的人,以前是造马车的。而他们是用马车的轮宽做标准。
好了,那么,马车为什么要用这个轮距标准呢?因为那时候的马车,如果用任何其它轮距的话,马车的轮子很快就会在英国的老路上撞坏。为什么?因为这些路上的辙迹宽度,为4.85英尺。这些辙迹又是从何而来呢?答案是古罗马人定的,4.85英尺正是罗马战车的宽度。如果任何人用不同的轮宽,在这些路上行车的话,轮子的寿命都不会长。
我们再问:罗马人为什么用4.85英尺,作为战车的轮距宽度呢?原因很简单,这是两匹拉战车的马的屁股宽度。故事到此应该完结了,但事实上还没有完。
下次你在电视上看到,美国航天飞机立在发射台上的雄姿时,你留意看,它的燃料箱的两旁,有两个火箭推进器。这些推进器是犹他州的工厂所提供的,如果可能的话,这家工厂希望把推进器造得胖一些,容量就会大一些,但是他们不可以,为什么?因为这些推进器造好后,要用火车从工厂运到发射点,路上要通过一些隧道,而这些隧道的宽度,只比火车轨道宽了一点点。然而我们不要忘记,火车轨道的宽度,是由马屁股的宽度决定的。
关键词：产学研；土木工程专业；应用型；创新人才；毕业设计
随着经济全球化的发展及知识经济时代的到来，创新成为推动社会科技进步与经济不断发展的决定性力量[1]。城市经济的发展、建筑工程的规模逐渐扩大及其形式功能的日新月异则要求土木工程技术也不断地发展与创新，同时也要求高校土木工程专业[2]培养大量应用型创新高等工程技术人才。毕业设计论文作为土木工程本科专业中最后的一个理论性与实践性综合的教学环节，其目的是培养学生独立分析与解决工程技术问题，最终使学生符合应用型创新工程人才的基本要求。因此，毕业设计[3,4]论文必须具有综合知识、能力与创新相结合的特点。企业、高校与科研院所[5]之间通过生产、教学和科研紧密结合，在课程教学与实践过程中有机结合企业生产实践与科研创新，可以较好地培养学生综合素质、能力以及创新能力。同时，使学生在实际毕业设计论文过程中，提升科学研究能力与团队合作精神，增强设计与参与生产实践的事业心和责任感[6]，在更好地运用综合专业知识提升毕业设计质量的同时，达到应用型创新人才的培养目标。
1创新土木工程毕业设计模式
产学研有机结合土木工程毕业设计论文的创新，就是在毕业设计与研究论文中，实现毕业设计[7]、教学与土木工程实践相结合的创新模式，提升土木工程专业学生的实践能力。土木工程产学研项目中，结合科研创新与生产实践来优化课程教学，培养土木工程学生的实习实践能力，有助于全面培养有能力的土木工程专业学生。在具体的土木工程毕业设计创新模式之中，可以优化开展实施产学研合作，有效建立健全当前土木工程教育中产学研结合教育课程评价[8]及调控机制，改变传统的土木工程教育模式。同时，也有助于实现企业、高校以及研究机构间的优势资源互补，优化培养应用型土木工程专业创新人才。
2基于产学研土木工程毕业设计的意义
利用产学研机制与应用型创新人才培养目标进行创新性土木本科毕业设计论文的选题，从工程实际与学术问题的联合创新出发，丰富与扩展课题的研究目标，将产学研科研或工程项目转化为创新型的实验项目、依据工程实际与实验模型培养学生的动手能力、扩展创新能力。同时，创新性土木本科毕业设计过程中，也可以提升学生的论文写作能力，优化学生力学模型计算能力，培养技术学术交流，扩展学生思维，具有重要创新意义。基于产学研的课程实践与毕业设计工作，能够优化提高土木工程产学研合作水平和效率，实现共赢，共同发展。创新模式，搭建土木工程产学研平台，优化服务，能够优化推进企业与高校、科研院合作，提高合作层次，有效实践产学研合作，提升土木工程毕业设计质量，发挥积极影响。而且，在土木工程专业中，其毕业设计与实际工程密切相关，使其与产学研相结合，有助于培养学生的实践能力与创新能力，也可以提升毕业设计质量，具有重要意义。
3基于产学研土木工程毕业设计创新的实现措施
3.1完善产学研结合体系
密切协调土木工程教学与后期毕业设计间的联系，基于产学研创新模式，设置课程教学与生产实践，最终为毕业设计的选题、实习与设施打下基础，增强课程试验与毕业设计等与外部生产与科研创创新等因素之间的关系，提升毕业设计质量。考察学生的知识综合应用能力，解决工程中与企业科技生产中的实际问题，从而使学生能够更好的理解工程毕业设计题目，使其能够聚精会神地投入到毕业设计中，提升学生参加土木工程毕业设计的热情。
3.2提升土木工程专业产学研基地实力
高校院系加强与地方科研生产合作，建立完善土木工程专业的产学研基地，鼓励教师参与生产实践，提升其实践指导实力，为毕业设计与论文提升工程实际的支撑，激发土木工程学生在毕业设计中的潜在能力。通过土木工程专业产学研联合的课程教学实践与毕业设计，更深层次地让学生通过融入到土木工程设计实践中。
3.3提升选题水平
创新性毕业设计论文选题工作，必须要确保选题符合土木工程专业的实际特点，切合应用型创新人才的培养目标要求，保障土木工程毕业设计的选题深度可为学生所接受，一方面避免选题简单重复的陈旧题目，适应经济与社会发展的需要；另一方面避免在毕业设计中选题过深、题目过大而脱离生产实际的情况，确保学生切实完成毕业设计工作。
3.4提高毕业设计指导质量
院系在毕业设计指导中，应细化到具体教学指导单位，根据各专业学生毕业设计的专业特点，制定适合创新模式的毕业设计论文指导细则。指导教师在学生毕业设计中，能够积极引导学生去创新思维，建立学生对毕业设计的多元文化意识，培养土木学生的工作、人际交流能力。
3.5协调毕业设计考核环节
建立基于产学研的毕业设计分阶段考核方法，首先对指导教师要求其书面陈述毕业设计课题来源、选题依据、设计论文内容、难以程度及工作量等情况，由院系讨论与考核设计选题。在此基础上，增加创新学分与创新能力的评价标准，使学生更加有积极性地投入创新能力的培养，同时，激励教师培育基于产学研等的创新课程与毕业设计的实践，给予相应的政策支持。基于产学研的毕业设计论文实施过程，可以根据实际情况，适当的调节增加实践环节的考核，以保证毕业设计的质量提升。
4产学研创新毕业设计论文案例探索
盐城工学院土木工程学院依据江苏省特色专业和国家特色专业建设点，逐步推行创新教学与科技管理体制改革，努力提高科技水平，走产学研相结合的道路，积极为地方社会经济服务，承担了大量的企业科技开发项目。土木工程学院在基于产学研的教学与毕业设计改革上，利用校企协同育人平台，引入企业深度参与教学实践，开发了“企业文化、建筑工业化技术、施工安全管理、现代施工关键技术、建筑信息化技术、绿色建筑技术、建筑设备工程”等校企网络课程。进一步，加强教学方法改革，利用校企网络共享络课程，鼓励开展学生主动学习、研究性学习与合作性学习；对“土木工程测量、土木工程材料与工程结构测试技术训练”等课程实施以能力考核为主的考核方式改革，为切实完成实践课程培养目标与创新性毕业设计论文工作提供有力保障。学院教师团队目前承担的产学研项目，紧密结合土木工程教学与企业生产实践科技问题，为培养应用型创新人才进行卓有成效的探索。笔者所在的课题组，目前承担“深大基坑开挖施工对工程桩的影响及其检测关键技术研究”产学研项目，旨在结合教学与工程实践科技创新的同时，进行土木工程创新毕业设计与应用型创新人才的培养等探索工作。在教学中，针对盐城多河地区特点，分析深大基坑开挖的设计、施工与环境影响特点，将工程难点问题引入课堂与试验及实习实践。对深大基坑开挖回弹引起的桩基承载形状变化等问题，在“桩基工程”课程的设计与施工检测等课程中，进行针对性的分析，充分调动学生的学习兴趣，利用课程试验与产学研课题研究试验有机的结合，引导学生参与科研试验研究，为创新性毕业设计提供知识能力的积累。在此基础上，进行基于产学研的毕业设计论文工作，根据学生情况并结合项目特点，毕业设计选题有“先锋岛三期多面临河深大基坑的设计与施工”“盐城多河地区的基坑支护形式与插入深度研究”“深大基坑开挖条件下的工程桩承载力计算”“深大基坑开挖坑底回弹与桩基承载计算与检测”“临河高层建筑深大地下室基础设计与施工方案”等，创新了土木工程毕业设计论文的形式，并推动了工程生产实践与企业的技术创新等工作。
5结语
在土木工程教学、试验实践及毕业设计的各阶段，基于产学研联合研究项目改革教学方法与毕业设计选题及实施，促进土木工程本科毕业设计论文的创新与实践，使学生在毕业设计阶段直接接触到工程实例与企业技术创新实践，可有效保证学生完成土木工程专业的教育培养计划，培养学生的专业创新能力，为完成土木工程应用型创新人才的培养目标发挥重大作用。
参考文献
[1]查文炜,葛友华,刘平成,等.基于产学研机制的应用型创新人才培养的研究[J].教育园地,2009(33):28-29.
[2]杨果林,曾伏爱.土木工程专业创新性本科毕业设计探讨[J].长沙铁道学院学报:社会科学版,2008(3):109-111.
[3]潘福婷.土木工程专业产学研结合毕业设计模式探讨[J].时代教育:教育教学版,2012(17):21-22.
[4]周林聪,邱建慧.土木工程专业毕业设计现状分析与改进措施[J].高等建筑教育,2011,20(1):124-126.
[5]戴益民.校企产学研联合培养提升实习及毕业设计质量[J].中国科教创新导刊,2014(4):57-58.
[6]陈树华,郭轶宏,梁文彦,等.基于跟踪管理的土木工程专业毕业设计教学探讨[J].教育教学论坛,2013(38):66-68.
[7]童乐为,张伟平,刘匀,等.土木工程毕业设计教学质量提升与创新研究[J].高等建筑教育,2011,20(3):103-107.
关键词重力式支挡结构；评估体系；影响因素；评估技术；
中图分类号：TU457文献标识码：A
1概述
重力式支挡结构被广泛应用于铁路及公路支挡结构设计中[1]。既有铁路运营过程中，在线路提速或轴重加大后，作用在路基面上的动应力将大幅增加[2]。既有线路经过一定运营期后，重力式支挡结构工作环境也随之发生变化。既有重力式支挡结构如何保证运营的安全，这是工程技术人员最为关心的问题。目前，我国在重力式支挡结构安全评估方面的研究较少，特别需要加强此领域的研究工作。重力式支挡结构安全评估，是在一定的评估体系下，对其安全影响因素进行全面分析，确定评估单元，再应用各种安全评估方法对其安全状况进行评判，并据此提出维护和加强的措施。
2重力式支挡结构安全评估体系
2.1重力式支挡结构安全评估体系的目标
建立重力式支挡结构安全评估体系，是重力式支挡结构安全评估时的理论依据。其目标
是对铁路、公路等交通工程系统安全性、可靠性、可用性、可维护性的各种指标进行评估，以达到最低事故率、最少损失、最少维护率及最优投资效益。
2.2重力式支挡结构安全评估体系的构成
重力式支挡结构安全评估体系主要由安全预评估、设计审核安全评估、施工安全评估、验收安全评估、安全现状定期安全评估（直至超出正常使用年限）五项内容构成[3]。安全预评估主要在系统可行性研究时进行，可指导后续系统设计及施工。设计审核安全评估及施工安全评估是结构是否能够达到正常使用年限的关键。在设计时应综合考虑设计的经济性及合理性，在施工时应严格要求施工质量及施工安全。验收安全评估是通过试运行阶段分析结构使用时潜在的风险，并确定其危险程度及可能出现的后果，提出预防措施。安全现状定期安全评估，即采用各种安全评估技术相结合，综合评估重力式支挡结构的安全状况，是其生命周期内所有评估工作的重点。
2.3重力式支挡结构安全评估单元
根据分析重力式支挡结构安全影响因素及其破坏时可能出现的症状，可从以下几方面着手确定其评估单元：(1)从受力角度，包括动应力的变化对稳定性的影响；不同计算方法对稳定性的影响；不同荷载方式对稳定性的影响。(2)从变形角度，包括墙身是否有裂缝；墙后土体是否开裂；墙后土体是否有不均匀下沉。(3)从墙型结构及材料角度，包括材料是否风化；砂浆、混凝土是否老化；墙型尺寸是否满足设计要求。(4)从水文地质角度，包括泄水孔是否堵塞；墙体地基是否发生变化。
2.4重力式支挡结构安全评估步骤
重力式支挡结构进行安全评估时，可遵循以下七个步骤：准备工作、安全影响因素分析、确定评估单元、安全评估实施、安全对策制定、评估结论及建议、编写安全评估报告[3]。
3重力式支挡结构的安全影响因素
在设计计算过程中，特别是土压力的计算理论、计算参数的取值、材料、施工、动应力、地震力等方面，对重力式支挡结构安全性均有较大影响。同时，既有支挡结构安全性还受其工作环境变化的影响，如水文及工程地质条件的变化等，在进行安全评估时要进行全面分析。
3.1不同土压力计算理论的影响
目前设计中大多采用库伦公式计算土压力，也有时采用弹性理论。库仑理论及弹性理论的计算假设条件不同，计算所得墙后土压力大小、分布规律及作用点位置均有较大差别。由库伦理论计算所得的墙后土压力分布形式为一折线，而由弹性理论计算所得的墙后土压力分布形式为一凸曲线，中上部偏大，底部偏小。在评估时应对由于不同的计算方法对计算结果的影响进行分析。
3.2提速或轴重增加引起动应力增大的影响
传统普通铁路路基设计均采用换算土柱法，将静荷载和动荷载一并简化为静荷载。但随着既有线提速或轴重增加后，列车动荷载作用明显加强，导致基床范围内重力式支挡结构土压力与传统库仑理论计算所得结果相比有明显差异，特别是当支挡结构较矮(2m~4m)时[4]。因此需要对由于动应力发生变化对支挡结构稳定性的影响进行评估。
3.3使用环境变化的影响
重力式支挡结构经历一定的运营期后，排水设施失效或者排水不利时，可能引起土体重度明显增加，粘聚力c、内摩擦角φ、墙背摩擦角δ均不同程度减小。雨水的入渗还可能发生基底软化现象，导致基底承载能力急剧下降。在经历一定时间的运营期后，墙体材料耐久性也会发生明显变化，特别是墙背。这些因素对重力式支挡结构的安全影响至关重要，需特别加以重视。
3.4不同墙型的影响
重力式支挡结构传统使用墙型一般为墙胸墙背坡度相同。但现在使用较多的改进后墙型是将上墙背坡度放陡，增设倾斜基底。使用传统墙型的重力式支挡结构随着既有线提速，可能造成路基受力不均。不同墙型的计算截面面积也有所不同。同时，改进后的墙型由于增设倾斜基底，故抗滑能力有较大提高[5]。但是采用增强措施的墙型虽然安全系数得以提高，但其安全可靠度不一定相应提高。
4重力式支挡结构安全评估方法
重力式支挡结构安全评估方法有很多种，包括非确定性分析方法、定性分析方法、定量分析方法、模型试验分析方法及现场检测分析方法。各种分析方法特点及使用范围不尽相同。
4.1非确定性分析方法
4.1.1可靠度分析方法
可靠度分析方法，通过考虑重力式支挡结构设计中随机变量（重度γ、综合内摩擦角φ0、墙背摩擦角δ、基底承载力σ）的变异性，计算结构功能函数的不同功能函数值，进而确定结构的失效概率及可靠指标，给出相应安全评估结论。
其中，重力式支挡结构抗滑稳定极限状态方程的功能函数：
(1)
重力式支挡结构抗倾覆稳定极限状态方程的功能函数：
(2)
可靠度指标：（3）
式(3)中，mR：结构抗力的均值；mS：荷载效应的均值；σR：结构抗力的标准差；σs：荷载效应的标准差。
4.1.2模糊综合评估方法
模糊集论首先由美国控制论专家查德(L.A.Zadeh)于1965年提出。模糊综合评估方法借助模糊集论为基础，应用模糊关系合成原理，先将重力式支挡结构本身及填土等一些不易确定或无法具体量化的参数模糊化，然后再进行综合评估。
1.确定重力式支挡结构安全影响因素集[A]及影响因素得分{RA}
提速或轴重增加引起动应力增大的影响A1；使用环境变化的影响A2；墙型不同的影响A3；地震作用的影响A4；设计标准及施工质量A5；现场检查情况（裂缝、地下水、墙体风化情况等）A6。
(4)
其中，Aij为第i影响因素与第j项影响因素的相对重要性得分，可采用“九度法”。
各项的权重分别为，其中。
各影响因素最后得分。
确定重力式支挡结构不同安全等级对正常营运的影响集[B]及得分{RB}
将重力式支挡结构安全等级分为优、良、中、差，分别用B1、B2、B3、B4表示。
(5)
同理，Bij为第i影响因素与第j项影响因素的相对重要性得分，也可采用“九度法”。
各项的权重分别为，其中。
各安全等级最后得分。
重力式支挡结构安全评估所得安全等级
（6）
根据最终R值的大小，参考相应的换算标准，即可得出重力式支挡结构的安全评估等级。
4.1.3专家评估方法
专家评估方法[6]，采用匿名函询的方式，通过一系列简明的调查征询表邀请专家对待评估结构进行打分，并通过有控制的反馈，取得尽可能一致的意见，对结构现状作出相应评估，对未来做出相应的预测。
4.2定性分析方法
工程类比方法是定性分析技术的典型应用[7]。首先，尽量找一与待评估的重力式支挡结构使用环境类似，并已安全使用超过其使用年限的同类型重力式支挡结构。再分析两者可能的破坏机制的相似性及差异性，并结合两者的安全等级，综合确定其安全状态。
4.3定量分析方法
主要包括极限平衡法及有限元法[7]。广泛应用于岩土工程界的GEO-SLOPE（边坡稳定分析软件）便是基于极限平衡原理，将重力式支挡结构及后方岩（土）体均视为刚体，不考虑本身的应力应变关系，将结构后方潜在滑动面内的岩（土）体划分为多个小块体，通过各块体的平衡条件建立整个体系的平衡方程，导出重力式支挡结构的安全系数。
有限元法先将重力式支挡结构用有限个容易分析的单元代替，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调来综合求解其位移、应力、应变、内力等，综合分析其所处安全状态。有限元法可以用来求解弹性、弹塑性、粘弹塑性、粘塑性等问题，常用的计算分析软件有ANSYS、FLAC、ABAQUS、SAP等。
4.4模型试验方法
由于重力式支挡结构尺寸较大，故实尺模型试验既耗时又不经济，一般对其进行离心模型试验。把按1/n比例缩放后的模型放在以ng离心加速度运转的离心机中进行试验，模拟现场实际受力，通过测试其应力及变形破坏情况，对其作出安全评估结论。
4.5现场试验方法
现场试验方法主要包括裂缝观测、排水设施检查、荷载试验、位移时间曲线监测、地基土软化情况检测等。其中现场裂缝观测、排水设施检查比较直观，容易实现，且效果比较精准。在雨季时对重力式支挡结构做位移时间监测试验，可以有效减少突然破坏情况的发生。
5可靠度分析方法在重力式支挡结构安全评估中的应用
利用可靠度分析方法，结合蒙特卡洛原理对某单线I级铁路既有重力式支挡结构进行安全评估。
5.1计算条件
以单线I级次重型铁路为例。支挡结构型式取重力式路肩墙，墙胸墙背均取1：0.25的仰斜。列车荷载分布宽度：l0=3.5m；换算土柱高度：h0=3.2m。换算土柱距路基边缘距离：k0=1.95m。填土按砂性土考虑，取内摩擦角φ=350，基底摩擦系数f=0.3；土体重度γ=19KN/m3；土与墙背的摩擦角δ=φ/2，即17.50；基底容许承载力取σ=300kPa。
5.2可靠指标计算结果分析
在该计算条件下，该结构抗滑可靠指标在2.26~2.86之间变化，其相应失效概率为9.1‰~2.5‰。该结构抗倾覆可靠指标在2.85~3.29之间变化，其相应失效概率为2.5‰~2.0‰。各项指标均符合相关要求，故可将该结构安全状况评估为良好。
在传统的安全系数法计算过程中，尽管重力式支挡结构的墙高在4m~10m间变化时，其抗滑稳定系数均在1.30~1.35之间变化，其抗倾覆稳定系数均在1.66~1.80之间变化。但其抗滑动和抗倾覆可靠指标均随着墙高的增加而变大，其基底承载力可靠指标则随着墙高的增加而减小。
通过引进可靠度原理对重力式支挡结构进行设计及安全评估，相比传统的安全系数法，能更直观并准确地反应结构的安全储备情况。
6结语
本文初步建立了重力式支挡结构安全评估的体系，对影响重力式支挡结构安全的主要影响因素进行了详细分析，研究探讨了多种重力式支挡结构安全评估方法。重点介绍了由多安全影响因素控制的可靠度分析方法及模糊综合评估方法在重力式支挡结构安全评估中的应用，其避免了由单个控制因素而得结论的片面性及误差性。
参考文献
[1] 李海光. 新型支挡结构设计与工程实例[M]. 北京：人民交通出版社，2004:1
[2] 韩自立，张千里. 既有线提速路基动应力分析[J]. 中国铁道科学，2005，9
[3] 光. 高速铁路系统生命周期内安全评估体系的研究[J]. 铁道学报，2007，4
[4] 罗一农，刘会娟，苏谦. 动应力对支挡结构安全性影响的分析[A]. 铁路客运专线建设技术交流会论文集， 铁路客运专线建设技术交流会， 武汉，2005
[5]郝瀛. 铁道工程[M]. 北京：中国铁道出版社，2005：227
[6] 李昌铸. 特尔斐专家评估法在公路桥梁评价中的应用[J]. 公路学报，1992，2
土木建筑施工领域是我国各行业中事故多发，因工致病、致残、致死较多的高危行业。国家安监总局统计数据分析显示，2009年，建筑施工坍塌坠落较大以上事故多发，因施救不当造成的重大、较大事故时有发生，包括非金属矿、尾矿库、隧道施工、铁路交通等行业较大涉险事故时有发生，安全生产形势不容乐观。可见，土木建筑施工安全技术与工程是目前需要重点研究和建设的重要方向。2002年，石家庄铁道大学（以下简称“我校”）在国内率先开设并确立了以土木施工安全技术为特色的土木安全工程专业发展方向，依托我校具有丰富的办学经验、雄厚的师资力量和良好的教学条件的国家特色专业——土木工程专业，为安全工程专业的建设和发展构筑了坚实的办学平台。
安全学科是理、工、文、法、管、医等学科的新兴、综合、交叉学科，土木工程也涵盖了建筑工程、交通土建、地下工程等近十个专业。因而，土木安全技术与工程要求学生应掌握的专业基础知识非常广泛，不但要求学生具备传统安全工程专业教学培养模式中最基本的“懂技术、会管理”，而且要求具备土木安全工程的实践技能，即综合性强、专业性强、实践性强的安全技术人才。由此可见，土木安全工程专业培养过程中实践的重要性，必须贯彻以实践教学为核心的办学理念。
伴随着现代化实践教学方法在高等院校专业教学领域中日渐广泛的运用，安全工程专业实践教学模式也开始萌生、发育与发展，并显示出强大的生命力，在土木安全工程人才培养方面发挥了不可替代的作用。
一、实践教学的特色办学理念
实践教学是指在整个教学过程中，学生通过参加一定的实践活动，把知识运用于实践的教学环节。通常，实践教学是为配合理论教学培养学生分析和解决问题的能力，加强专业训练和锻炼学生实践能力而设置的教学环节。
在高等教育强调重基础、淡专业、宽口径的培养模式下，安全工程的教学培养体系中，学生四年中大部分时间在学习公共基础课、人文社科类课程。同时，安全专业要求必须开设的安全类基础课和平台课也需要大量理论学时，由于受到本科教育年限和总学时的限制，特色专业技术类课程学时安排非常紧张，很多对于学生毕业后在实际工作中非常实用和现场特别紧缺的技术课程无法开设，课程设置困难，顾此失彼，课时捉襟见肘。
安全科学的交叉性造成了学生需要几乎所有科学的相关知识基础。在教学课时极为有限的条件下，专业课程设置受到限制，而且相应的专业基础、技术基础、实践环节、课程设计等内容无法跟上，违反了教学规律，学生学习后达不到希望的效果。[3]
为了解决这一问题，在土木安全工程培养模式中，确立了以实践教学为特色的办学理念。将实践教学模式贯穿课堂、专业课程实验、专业课程设计、实习环节、毕业论文以及课外活动之中。在教学中培养学生的实践能力，加大实践教学比重，抓基础、重实践，理论与实践相结合，以实践促进对理论的学习兴趣和学习效率。通过实践教学，在学习中对学生的科学思维方法、工程实践能力和创新意识进行实战性演习。
二、实践教学模式的建设与应用
如何在利用好学校现有资源的基础上，加大对土木安全工程专业的实践教学的改革与实践，建立更为“接近土木施工现场安全”的实践教学培养模式，是摆在我校安全工程系面前的一个亟待解决的客观问题。而且只有改革实践教学环节，才能更好地适应国家高等教育体制改革，才能办出特色，专业才能得以更好地生存与发展。经过不断探索，总结出以实践为特色的土木安全工程教学模式的建立，需要重点抓好课堂教学实践、课程设计实践、实习环节实践和毕业设计实践四个关键模块。
1.课堂教学以实践为导向
贯彻实践教学特色理念，首先是把以实践教学为核心的办学思想融入课堂教学。安全工程通过生产活动中各种事故分析为途径，应用自然科学技术和管理科学知识，识别和预测生产生活中存在的不安全因素，分析事故发生的原因和机理，并采取有效控制措施防止事故发生，这一科学技术知识体系是一门实践性、经验性非常强的工程学科。
在教学中，结合安全工程专业“安全管理学”、“安全学原理”等部分较为抽象的课程，教师采用计算机辅助教学，运用多媒体电子课件、图文影像纪录片、事故案例分析教学、事故情境模拟等方式进行授课，引导学生通过对事故分析、企业安全管理方法学习和考察等实践性活动，加强对事故理论和现代安全管理思想理念的掌握，建立和运用实践教学思想，吸引学生将精力集中到课堂教学内容之中，有效克服安全工程专业理论教学枯燥脱离实际、泛泛空谈、学而无用的被动局面。此外，鼓励学生自导自演DV小品，加强安全意识和安全文化的宣传教育。
在“土木安全工程”、“安全事故分析与处理”、“爆炸安全技术”、“灾害防治理论与技术”等课程中，教师采取动画演示、网络互动视频教学、事故案例分析教学，增加学生对理论学习的感官刺激，培养学习兴趣，引导学生通过对事故分析的实践性活动，加强对土木施工和工程灾害发生的原因、规律和基本原理的消化理解，运用启发式教学，使学生主动式、自主式学习，强调教学的引导与互动，培养学生灵活运用理论知识去观察、分析、解决安全生产问题，从而提高教学效果。
2.课程设计以实践为检验
课程设计是工科学生完成某一课程理论学习之后进行的一次知识综合应用，是课堂学习的一种实践性延伸。在以实践教学为特色的土木安全工程专业培养模式中是一个最基本的集中实践环节。开设安全类及直接相关课程设计的课程包括“安全人机工程”、“安全系统工程”、“土木安全工程”、“应急结构工程”、“消防安全工程”等。
为了使课程设计形成体系，规范实践教学内容和过程，提高教学质量，课程设计大纲中拟定了指导性设计题目和设计方向。在课程设计过程中，学生可以依照自身的兴趣特长，运用所学的知识，自己动手，结合真实或虚拟、简化的生产现场实际，独立地展开设计工作。
“安全人机工程”课程设计让学生就土木工程现场简单施工机械工具和设备的安全可靠性进行分析，按照人机工程学要求对工具结构、尺寸、形状、不同工作环境下使用的安全性、便捷性、作业效率等进行改进和优化，设计、加装、改装安全保护设施、防止事故的报警装置等，培养了学生理论与实践相结合的开拓创新精神，动手能力有了很大提高。
“土木安全工程”课程设计结合路基、桥梁、隧道、轨道结构及施工技术进行，如进行高填深挖路基、深大基坑、岩质高边坡、桥梁加固、隧道支护结构等进行安全稳定分析、对施工提出安全专项方案，还可结合特殊不良地质、病害工程结构物、既有结构改扩建等进行设计。
“应急结构工程”课程设计以我校原铁道兵时期形成并保留下来的国防交通应急工程学科前沿为导向，结合战时铁路和桥梁抢修、抢建及军事交通保障设施、抢险救灾、重载运输、大件吊装、桥梁架设等急难险重工程中的部分简单构件和结构进行简单化、虚拟化、验证性课程设计。
“消防安全工程”课程设计主要对高层民用建筑、地铁、长达隧道等重要结构进行消防设计，包括消火栓、自动喷水灭火、高压给水、消防安全门、紧急电话等设施，提出设计方案及防火安全措施，使学生从设计实践中加深消防安全基础理论知识掌握，提升应用技能。
为了体现土木安全工程实践教学体系中“加强基础，拓宽专业，注重实际，提高素质”的总体思路，加大安全专业学生接触土木工程基础理论知识的深度，除了开设安全工程专业课程外，将土木工程与安全工程部分专业基础课程模块实行交叉，土木工程专业方向的专业基础课程开设给安全工程专业，一方面体现淡化专业方向，使学生的专业适应能力更强，专业口径更宽；另一方面也利用土木工程实践性、综合性、专业性的特点和办学优势条件锻炼强化学生的实践能力，使学生更快掌握和了解土木施工现场最新技术，更好的结合安全专业特点真刀真枪实干，开阔视野、活跃思维，挖掘创造力。
3.实习环节以实践为主线
土木安全工程的实习环节由专业认识实习、生产实习、毕业实习构成，尤其是生产实习和毕业实习对于安全工程专业来说是非常关键的实践训练环节，是学生面向土木施工现场的集中训练和全方位锻炼。目前不少高校由于学生扩招等多方面原因，联系实习单位较为困难，使实习流于形式，严重影响到学生实践能力的培养，然而土木安全工程专业学生由于采取小班招生培养，加上我校与中铁建、中交、中航、等大型企业紧密联系的优势，管理制度上建立了严格的实习环节质量监控措施，学生认识实习、生产实习和毕业实习质量能够得到扎实开展，取得显著的实习效果。
专业认识实习借助石家庄周边条件和工、矿企业建立长期合作的实习基地，内容包括危化、矿山、土木、铁路、电力、消防等方面，使学生对本专业性质、内容及其重要地位有所认识。如深入河北卫星化工厂雷管生产车间，学习参观危险化学品、爆炸器材生产、重大危险源监控、危险有害因素，炸药雷管等火工品库的主要防雷和防静电措施等；参观井陉、元氏等周边矿山企业，了解矿山开采、危险有害因素，通风系统、排水系统、供电系统、提升运输系统的危险有害因素的辨识，以及各种安全管理措施、各种安全规章制度。结合石太、京石、石武等周边项目参观土木施工现场，初步使学生了解土木施工安全技术、文化、管理制度、职业卫生等土木安全的有关知识，了解土木施工工地存在的主要危险有害因素、防护措施等。
土木安全工程专业生产实习是在修完专业技术基础课与大部分主干专业课的基础上进行的，是安全技术理论与实际相结合，巩固、加深所学知识，提高生产安全技术应用技能和管理能力的重要环节，实习过程中学生吃住在施工现场，跟班生产实践。为了挖掘学生用脑思维、用眼观察、动手操作的潜力，我们提出目标-调研-发现-讨论-论证“1+4”实践教学模式。
由于施工现场安全是复杂的系统，人员、机械、设备、作业场所等均处于不断流动变化中，交叉作业多，临时工程多，安全隐患多，包括生产和施工技术安全、加工机具安全、供配电及临时用电安全，施工现场布置和材料加工堆放安全、企业安全生产管理组织结构和管理制度、企业安全文化宣传和职工安全教育培训、环境与职业安全健康管理体系及工伤保险等，为了提高实习针对性和深入程度，参加实习的学生自愿报名，按照特点和兴趣划分实习小组，划定生产实习中主要考察、学习、研究的主要方向，帮助施工单位发现问题、分析原因，提出切实可行的安全生产解决方案建议。
“1+4”实践教学模式的“1”即是指实习指导教师在生产实习开始提出实习目标，“4”即结合选定方向深入项目部和施工现场展开调研，针对发现的安全隐患和问题进行小组讨论。实习结束前，在教师指导下进行小组答辩，实习学生对问题和解决方案的可行性展开论证。这种实习模式在实际应用中取得了学生和单位的一致认可，能够以具体的实战演练代替抽象的理论说教，学生普遍感到安全专业知识实用性强，改变了以往那种对安全专业内容空洞乏味、泛泛空谈的偏见和错误看法，同时也受到了施工企业的普遍欢迎，收到了良好的实践效果和社会效益。
毕业实习在毕业设计（论文）的阶段，收集、调研与毕业设计有关的现场数据资料，为毕业设计顺利进行做好基础性准备工作。主要是结合具体指导教师的毕业设计（论文）方向安排，多数结合教师科研项目。如隧道施工安全监测、施工安全评价，土石方工程爆破振动控制测试与监控等进行安排。
4.毕业设计以实践为核心
毕业设计是高等教育培养计划方案中最后一个重要的实践教学环节。在实践教学体系中，我们将毕业设计的选题贴近土木施工安全生产工作实际，学生通过自己的分析、思辨、实践，在走向工作岗位之前进行一次安全工程专业知识的综合应用与业务能力的全面凝练提升。
毕业设计题目设置要求每位指导教师尽可能结合科研课题、合作项目以及技术服务项目进行题目申报，教学虚拟题目必须由具有原型依托的企事业单位安排毕业实习，由系主任和学院对题目进行审批和把关，侧重以实践为核心。毕业设计环节已经连续完成4届，每年更新毕业设计题目，基本方向涵盖了土石方工程爆破安全设计、高速铁路路基施工危险源辨识与监测、预应力混凝土连续梁桥施工安全设计与风险管理、隧道施工安全监控、深基坑工程施工风险分析、施工现场安全管理、职业安全卫生体系、人工神经网络与模糊综合安全评价、特殊地质隧道施工安全技术、地铁盾构隧道施工安全与质量控制、病害隧道安全状态评估与整治、高层建筑消防安全设计、施工现场应急响应与救援等方面。
在每届毕业生开始毕业设计的前一学期，通过讲座方式，组织每一位指导教师向学生介绍所指导的毕业设计题目、选题要求和特色，让学生做好正式选题前的准备工作。所有题目网上申报，网上选题系统可以实现学生和指导教师的双向选择，有利于充分发挥每个学生的个性特征和兴趣爱好，同时也鼓励土木工程专业学生跨专业选报，以实现学生知识结构体系的优势互补。
毕业设计过程中，学生在指导教师安排下，协调实习企业单位展开毕业设计工作。如将隧道施工安全分析小组的学生派驻天衡山隧道工程现场，对在建隧道进行施工过程跟踪和安全监测，现场调研施工危险源并提出解决措施和对策。机电设备安全管理分析小组的学生走进英科特（宁波）机电设备有限公司进行驻厂考察，对企业生产工艺、危险化学品和安全管理进行现状评价等。
以实践为核心，校企联合的新型指导模式是土木安全工程实践教学的大胆改革与创新。新举措推行的过程中，我们意识到培养土木安全工程领域高级应用型人才，必须强调与工程一线和生产一线的实际相结合，促使指导教师真正在指导学生毕业设计上下工夫，炼内功。无形中给每位指导教师施加了压力，增强了责任，提升了毕业设计质量，锻炼了学生扎实的实践技能。
三、实践教学软环境
实践教学的软环境，包括实践教学理念、教学方法和手段、实践教学管理制度改革、教材建设、课程建设、教学与科研等，是保障实践教学模式顺利推进实施的基本切入点。
安全工程系将实验课程教学作为人才培养过程中十分重要的实践教学环节，以“工程教育回归工程”的教育理念，构建了突出安全工程技术技能培养的完善实践教学体系。高度重视实验教学的地位，将狠抓实践教学、提高人才培养质量列入专业发展规划。
在实践教学中加大投入，通过引进现代化的实验手段和实验技术，实现实验手段的现代化。建立网络教学平台，实现实验教学的网络化。全面开放实验室，建立以学生为中心的开放式实验教学模式和以自主式、合作式、研究式为主的学习模式。对开设的实验课程进行整合，对整合后的实验教学修订教学计划，制定新的教学大纲，理论教学与实验教学统筹协调，建立与理论教学有机结合，以能力培养为核心，规划合理、适用性强，效果良好的实验教学新体系。改革实验考试考核的方法，充分发挥实验考试考核对教学质量的双向调控作用，提高学生自主实验的能力。
加快土木安全工程系列教材建设，从安全工程专业特色出发，开发适合我校特色的专业课程教材或讲义，制定了五年发展规划，编写了《土木施工安全技术》、《爆炸安全技术》、《隧道施工安全技术与评价》、《安全检测控制原理及应用》、《工程结构安全检测实验指导》等教材，满足了理论和实验教学的需要，下一步重点抓好修订和出版工作。
在课程建设中，借助申报《土木安全工程》省精品课的契机，以评促建，巩固加强实践特色模式在课堂教学的导向作用，同时抓好“两个结合”，即实践教学与工程实际应用紧密结合，实验教学与学生创新创业活动紧密结合：部分实验教学项目选题来源于科研工程实践活动，指导教师也利用实验教学平台，提升教学科研能力。学生通过实践活动从事创业研究、其中1人研究成果已获得专利，实践效果显著，成绩突出。
四、实践教学设施和基地建设
自专业筹建之初，针对如何强化学生的能力培养，如何构建一个完整、科学、合理的实践教学体系就成为重点考虑的问题。通过多方面调研，确立了“建设层次系统化、工程化、开放化实践教学体系”的指导思想。我校安全工程专业的建设目标是培养满足社会需求，能解决土木工程现场实际安全技术问题的人才。因此，实验室建设也围绕如何通过实验教学，使学生进一步加深对理论知识的理解，了解实际工程中可能存在的具体问题，并学会如何将所学的理论灵活应用于工程实践，逐渐培养自己解决实际问题的能力等。
近几年，我校为了夯实实践特色教学的基础，重点进行了实验室、校内、校外实习基地的建设。在隧道与岩土工程研究所、桥隧施工地质技术研究所、岩土与环境工程研究所、岩土与结构实验中心（省重点实验室）基础上，于2001年～2005年专门筹建爆破实验室、安全工程实验室，实验面积达到200平方米，设备经费为250万元，直接服务安全工程系本科实践教学。此外，学校还建立了仿真实验室，满足了开展安全事故模拟与仿真等课程实践教学的需要。目前，分院正继续努力发展和完善安全实验室的设备投入，加强实验室管理力度，力争使60%以上的专业课程开出相关实验，开出率达到90%以上。
为了拓宽学生接触学科前沿，开阔视野，参与工程技术实践，指导学生充分利用我校拥有的道路与铁道工程安全保障实验室、交通环境与安全工程研究所、大型结构健康诊断与控制研究所、振动与噪声控制实验室等的资源优势，为安全工程专业本科和研究生实践教学服务，形成了递阶层次系统化的实验教学平台。
在实习基地建设上，我们就学校周边条件建立认识实习点，包括石家庄市内高架桥、地道桥等市政建设工地、元氏煤矿、邢台煤矿、井陉矿区、市桥东污水处理厂、河北卫星化工厂、朔黄铁路、京广铁路、石家庄编组站、上安电厂等，生产实习和毕业实习紧跟国家大型基础设施建设，在北京地铁、天津地铁、京石客专、石武客专、石太客专等项目工地与北京城市轨道交通有限公司、中铁隧道局、中铁十二局、中铁十四局、中铁二十局等多家单位建立了实习场所，与房山桥梁厂、河北金安、河北英博等企业公司建立了良好的长期合作关系。保证了我校安全工程专业学生具有充足、优质的校外生产实习与毕业实习场所，为土木安全工程实践特色教学奠定了坚实的基础。
五、结论
Abstract: Due to many advantages in the municipal construction， the pipe technology is widely used. This paper introduces the construction characteristics of pipe technology， based on this， it mainly analyzes the application of pipe technology in the construction of municipal engineering， and discusses its problems， which has a certain reference for further improving the quality of pipe construction.
关键词：顶管技术；市政工程；应用；施工工序
Key words: pipe technology；municipal engineering；application；construction process
0 引言
地下管网是城市基础设施的重要组成部分，日夜肩负着传送信息和能量的重要任务。为城市处理污水的系统、自来水、煤气、电力和通讯设施等等都属于地下管网之内，要对上述市政设施进行改建、新建、扩建，需要工程技术人员进行安全的管道安装。传统的挖槽埋管地下管线施工技术由于对地面交通影响较大，使本来就拥挤繁忙的城市交通如同雪上加霜，同时给市民工作、生活带来许多不便，特别在人口稠密的城市和交通拥挤的地区以及不允许开挖的地段，这个矛盾就更加突出。市政工程如何使这些安装工程对城市的影响减至最小，如何尽可能减少对人们日常生活的影响。已经成了一个迫切解决的问题。
非开挖技术将完全能解决这些难题，提供安全及经济的施工方法。非开挖技术是指利用少开挖和不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换的工艺。顶管技术就是在这种情况下发展起来的一种非开挖技术，其在国外已广泛使用，在国内也已逐渐普及。随着顶管技术在市政工程的广泛运用，本论文主要讨论在顶管作业施工过程中出现了一些具体的技术问题，值得施工技术人员重视，并以此和同行共享。
1 顶管施工的特点
顶管法又称为非开挖管道敷设技术，它具有不需要开挖面层，就能穿越地面构筑物和地下管线吸公路、铁路、河道的特点，相比开挖敷设技术，投资和工期将大大节省。同时，顶管施工技术可以降低噪音，减少粉尘，减轻对城区的交通条件和环境状况的干扰和破坏，属于真正的无污染、高效率的施工技术。顶管施工法由于其上述多方面的优点，在市政工程中尤其是在市政管线工程中得到了广泛地应用。概括起来，顶管施工技术具有几大方面的优点：施工面由线缩成点，占地面积小；地面活动不受施工影响，对交通干扰小；噪音和震动低，城市中施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷设管道，可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物，减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价。
2 顶管技术施工应用分析
2.1 顶进管的选择 顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。钢筋砼管的规格设计、配筋和应力验算应遵守有关钢筋砼的标准和技术规程，特别是有关钢筋砼管的标准和技术规程。①顶进管直径的选择：顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于500mm；②顶进管长度的选择：顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，取得良好的效果，但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。
一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当IJD外≥2.10时为长管。
2.2 顶管施工的前期准备 ①现场平面布置：平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下；②顶管机进、出洞处以及后靠土体加固：为确保顶管机出洞的绝对安全，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固。为防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井安装止水装置。
2.3 顶管施工的工艺：顶管施 叉称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制成椭圆形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交义通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道铺设。
2.3.1 顶管井的设计：顶管井分工作井与接收井两种，顶管井的建造结构有很多种类，一般使用钢筋混凝土结构。工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井。前者形状有圆形、正方形、矩形等，后者则大多为矩形，它们的结构受力性能由高至低依次为圆形一正方形一矩形。
2.3.2 顶管施工工序 ①穿墙：打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置，主要技术施工措施如下：1）穿墙管内填夯压密实的纸筋粘土或低强度水泥粘土拌和土，以起到临时性阻水挡土作用；2）为确保穿墙孔外侧一定范围内土体基本稳定并有足够强度，工作井工具管穿墙前，对穿墙管外侧采取注浆固结措施；3）穿墙前对可能出现的问题进行分析并制定相应处理措施；4）闷板开启后迅速推进工具管，同时做好穿墙止水，本工程采用止水法兰加压板，中间安入20mm厚的天然优质橡胶止水板环，要求具有较高的拉伸率和耐磨性，借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置，应防止因穿墙管外侧的土体暴露时间过长而产生扰动流变。②顶管出洞：顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采取工具管调零，在工具管下的井壁上加设支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。③注浆减阻：在顶管施工中还有一个重要的技术措施就是通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。在施工中，首先对顶管机头尾部压浆，并要与顶进工作同步，然后在中续间和混凝土管道的适当位置进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失。注浆工序一般多应用于长距离顶管施工中。④顶管纠偏：纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶迸。顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组方法，进行纠偏操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩，反之亦然。
3 膨润土悬浮液在疏松土层中的应用
在无粘性的疏松土层中以及在粘性很小的土壤中，例如在砂砾土中，若不采取其它辅助措施，土层由于本身极不稳定，以致在刃脚推进之后立刻就会坍落在管壁上。所以对这类土壤来说，膨润土悬浮液的支承作用尤其具有重要意义。为了起到这种支承作用，先决条件是要尽可能准确地掌握膨润土悬浮漓在砂砾上中的特性。膨润上悬浮液将渗人土层的孔隙内，充满孔隙，并继续在其中流动。流速取决于孔隙的横断面与悬浮液的流变特性，同时也取决于压浆压力。因此为了在同样的压浆压力下达刭相同的渗入深度，在孔隙横断面很小的细粒土层中便需要低流限的悬浮液，面孔隙横断面较大的粒粒土层则需要高流限的悬浮液。在克服流动阻力的过程中，压浆压力随着渗入深度的增加而成比例地衰减，所以相应每一种压浆压力，都有一个完全确定的渗入深度。
尽管就某种场合来说，随着管子的推进同时在管子整个圆周上和管路全部长度上均匀地压浆证明是相宜的，而在另一些场合下，正确的方法则又可能是分段压浆。例如现已得知，在管子下半部，膨润土在顶进过程中比静止状态下更容易流出，而上半部的压浆则是在管路静止的情况下更容易进行。因此最好是将管子下半都的注浆孔和上半部的注浆孔分别组合起来。这种半侧压出韵原因在于，静止状态的管道以其全部很大的重量沉落于底部。这样便在管道的顶部形成了小空隙，或者至少是形成了一个压力较低的区域。因而在这种状态下，膨澜土在管顶处比在管底部更容易流出。反之，在顶压力和浮力同时作用下，管道有向上拱起的倾向。这时管道离地升起，于是管底下方便形成了一个低压区，致使膨润土更加容易渗入其中并均匀地散开。
4 顶进管在膨润土悬浮浪中受到的浮力
只要顶进管在整个圆周上被膨润土悬浮液所包围，浮力定律便对它有效，即使悬浮液层的厚度很小也同样如此。在钢筋混凝土管情况下，浮力均为管子自重的1.4倍。这样，只要通过正确地压人膨润土悬浮液，从而在土层中围绕顶进管形成一个支承环带，并保持悬浮液压力等于土压力，于是管子就会在膨润土悬浮液中漂浮起来。为此必需的前提在于悬浮液应是液体状态的，亦即呈现为表观流限相应较低的溶胶状态。在悬浮液的膨润土含量低到接近运动状态下的稳定极限时，这个条件便能得到满足。浮力可使管外璧摩阻力减小，因为管底部由于自重产生的法向力减少了。这一效果首先会对大直径管子的长距离推顶产生有利的影响
5 结语
顶管设计在市政工程中，特别是深覆土大管径的管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程设计中显得尤为重要。在特定工程条件下，相对与开槽埋管更具优越性。时代要前进，城市要发展。市政设施配套完善，地下各种管道建设将会大量增加，顶管设计和施工也会增多。管径加大，长度加长，有直有曲，种类繁多，这将是今后大城市顶管施工的发展趋势。因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高我们的顶管设计和施工技术，使之综合施工技术达到国际水平。
参考文献
[1]廖霞柳.洛河电厂取水工程顶管施工质量控制分析[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2010，(01):13-14，17.
[2] 邓雅婷.地下建筑与工程专业揭密及院校介绍[J].高校招生，2002，(07) :58；学校学报，2010，(01):23-24，37.
[3]张振宇.盾构法施工技术在我国的应用与发展[J].武汉工程职业技术学院学报，2005，(04):26-28，36.
关键词：可靠度 地下结构 岩土参数概率特征
1.前言
地下结构和其它岩土工程一样，在整个设计过程中存在大量的不确定性。传统方法设计时用一个笼统的安全系数来考虑众多不确定性的影响。对各参数、变量都假定未定值。这就是常规的定值设计法。虽然以后对某些参数（如材料的强度）取值时也用数理统计方法找出其平均值或某个分位值，但未能考虑各参数的离散性对安全度的影响。所以安全系数法不能真正反映结构的安全储备。
60年代末期，数理统计和概率方法在结构设计中成功应用，鼓励和启发了隧道工作者寻求用概率方法研究地下工程中各种不确定性并估计他们的影响。进入70年代，可靠度分析方法扩大到更多的设计领域。但是，这种方法仍然受到一些岩土工作者的反对和质疑。原因在于岩土工程本身的机理比较复杂，有些问题还没有充分认识；岩土工程概率方法还处在发展阶段，不少概念还不很明确，计算方法也不够简便；一些人对概率论和方法不很熟悉。这些困难也促使一些岩土工作者潜心钻研，他们吸收地面结构概率分析成果，针对岩土和地下工程的特点开展专题攻关，虽未完全解决技术上的关键，也取得了可喜的成果。研究表明，概率和可靠度分析方法在不确定性越严重的问题中越能显示出活力来。
1992年，国家技术监督局《工程结构可靠度设计统一标准》，作为其它各类工程结构设计共同遵循的准则。铁路、公路、水利、港口等行业先后开展结构设计统一标准的编制工作。作为上述各类工程的重要组成部分的隧道及地下工程，采用概率极限状态设计也提到日程上来。一些技术难题有待继续攻克，实用化问题也要同时解决。目前，可靠度分析在地下工程中的应用正在经历由粗糙到精细，由简单到复杂再回到简单并进入实用这一过程。
2.岩土参数概率特征的研究
确定围岩的物理力学参数和原始应力状态时分析地下结构力学行为的先决条件。对于重要的大型结构（如水电站地下厂房等）通常要在周围地层钻孔取样并进行一系列试验以取得有关参数。交通用途隧道纵向长度比横向长度大得多，经过的围岩也化，通常按各类围岩的综合力学参数进行计算。引入可靠度后，必须考虑这些物性参数的概率特征。这方面的研究成果对地下结构可靠度分析至关重要。
2.1围岩分级判据的可靠性研究
一般隧道设计时都要现场确定该隧道所处的围岩类别。各种围岩分类法都有各自的一套标准。但由于标准本身常存在模糊性或不确定性，或者不同人对标准的理解和处理不尽相同，不同人对同一围岩的评价结果总体会趋于一致，具体还不会完全同一。围岩分类的随机性值得我们进一步研究。
我国在围岩分类和分级方面已有不少成果，可惜各部门还不统一。东北大学林韵梅教授等提出围岩稳定性动态分级法，李强提出模糊聚类分析法。在动态分析法中对分级判据的分布进行初步分析，应用数理统计方法对分级判据进行研究。在定义分级判据可靠性的函数上，用柯尔莫洛夫法对其分布规律进行检验。还提出了分级标准和分级方法的评价准则。
2.2地质资料的概率处理
对于大型地下工程和重点长大隧道都要进行比较细致的地质勘探。但要从有限的勘探资料中获得隧道全长或大型地下工程周边围岩的地质状况和有关参数，必然存在不确定性和偶然性。用概率法可减少误判的机率。例如长江科学院包承纲研究员等以概率方法处理水坝地基钻孔之间的地层分界线，取得更为合理的结果。
地层中常有一些异常地质点存在，如软弱夹层、空洞等。他们对地下工程施工和运营有很大影响。为此，首先要弄清楚它们出现的可能性、大概的位置及其性质，然后通过可靠度分析法去分析它们的影响。Bercher(1979)及Tang(1987)等都对某地区在给定钻孔布置与地质历史推断情况下，对异常地质出现的概率和统计特征做过估计，先给予一个不出现异常的先验概率，然后根据一系列钻孔资料按Bayesion 公式推得修正的不出现概率和联合分布。
2.3土性参数的随机场研究
据研究，土性参数变异系数可达0.29，比计算模型的不定性影响大得多。土性参数概率特征经历了两个阶段。早期研究建立在随机变量基础上。后期研究集中在随机场理论的应用上。
不难理解，岩土工程的性状是由某一空间范围内岩土的平均特征所控制。根据一个个试样求得的统计特征称为点特征。点特征与空间特性之间由一定的关系。空间平均特征的方差应小于点特征的方差。控制岩土工程可靠度的是土性参数的空间平均值方差而不是点方差。因此，土性参数的概率分析是一个随机场问题。对于空间分布的地层，由于沉积和埋藏等条件的联系，不同点之间虽有差别又有一定的相关性。这种相关性将随二点距离的增大而减弱。相关距离是岩土可靠度随机场研究中的一个重要参数。有关学者提出了相关距离的物理意义、集合意义及实际计算方法，提出了不同地层相关距离的年经验值。研究了不同统计方法的参数对可靠度分析的影响。
2.4岩体特性统计特征的研究有待加强
近几年由于土坡稳定、桩基承载力及地基承载力等方面可靠度分析实用化的需要，推动了土体概率特征的研究。而土性概率特征的研究成果又促进了上述几种典型工程实用可靠度分析。由于岩体的本构关系更为复杂，节理、裂隙、层状等对岩体特性影响更多，岩石地下工程计算模型不定性更为突出。对于众多不定性相互作用的岩石工程，更需要可靠度分析。国内勘察设计部门也积累过大量岩石资料，但用概率方法加以整理的参加横过较少。日本在这方面做过的工作值得重视。他们对各类围岩（如花岗岩、闪绿岩、砾岩、砂岩、泥岩等）的主要指标（如单轴抗压强度、压缩变形系数、抗剪强度、干密度等）的分布特征，均值及变异性以及相互关系等都做过分析整理，这些资料可供参考。
3.作用效应随机分析方法的成果
作用效应是可靠度分析中重要的综合随机变量，它占用很大的计算工作量。地下结构作用效应的定值分析方法不论是“荷载—结构”模式或“地层—结构”模式，目前大多采用有限元分析，考虑空间作用时还用三维有限元。对裂缝、节理发育的岩石地层主要有两种方法：
a.仍然利用连续介质力学理论，但要寻求反映不连续岩体特点的本构关系或把节理裂隙的力学性质作为附加条件加以考虑，然后求解；
b.应用块体理论，寻求关键块。利用量测到的位移信息反求地层的力学指标也是常用的方法。引入可靠度以后如何在上述各方法基础上进行随机分析时必须解决的问题。
3.1随机有限元的进展
有限元法在随机介质中的应用始于70年代初期。当时主要用于岩土理论与应力分析。其基本思路是采用蒙特卡洛模拟法。该法建立在大量确定性计算基础之上，费用较为昂贵。结构静力计算的随机有限元法70年代中期由瑞典的K.Handa首先提出，80年代末日本的Hisada和Nagagri等对随机有限元作了较为系统的研究。至此以后随机有限元理论朝着两个方向发展，一是基于摄动展开的有限元统计分析；另一是随机场的局部平均。具体的方法有：纽曼随机有限元法；随机有限元最大熵法；有限元一次二阶矩法；随机有限元响应面法；摄动随机有限元法等。上述各种方法各有其特点，有的理论上较为严密，但计算量大；有的较近似而计算简便。响应面法，摄动法及蒙特卡洛法在我国隧道可靠度分析中都已实际应用。
作为随机有限元的深入，有人还提出非线性随机有限元，但该理论正处于尝试中。采用目前流行的随机有限元通常只能确定荷载效应的某些数值特征，如均值、方差、相关矩等，难以确定荷载效应的概率分布及高阶矩，故还不能很好的满足可靠度分析的要求。蒙特卡洛法可求出概率分布，但计算量较大。成都电子科技大学张新培教授提出了改进的随机有限元法。该法以有限元为基础，利用荷载列阵与刚度矩阵各元素之间特征函数确定结构各单元荷载效应的特征函数，再根据特征函数与分布密度函数及数字特征的关系，求出荷载效应分布密度函数积极数字特征。此法概念简单，容易实行，较好地满足可靠度分析的要求。
3.2随机块体理论的提出和应用
块体理论是我国学者石根华和美国学者R.Goodman首先提出的岩体工程分析方法，为岩体洞室和边坡稳定分析开辟了新的途径，在国际上受到重视并得到日益广泛的应用。块体理论中关于岩体被不连续的空间平面切割成分离块体以及切割面上的力学参数c、Φ等都作为定值。由于实际岩体不连续面形成因素复杂，同一组不连续面的产状在一定范围内发生变化，连续空间平面切割成的变形状空间块体具有随机性。切割面力学参数也使随机变量。因此更适合概率分布。河海大学王保田、吴世伟提出的随机块体理论，用随机抽样法寻找可动块体的概率，并用一次二阶矩法求关键块的概率。二者结合可较好的解决已知结构面产状概型和力学性态是随机值的问题。南京航空专科学校的张广健等应用随机块体理论编制出计算程序，用以对隧道围岩稳定性进行可靠度分析，求得各类围岩的块体稳定可靠指标。所得结论与设计和施工经验基本一致。若能用现场实测数据统计分析，其结果将更能反映工程实际。
3.3三维随机边界元法的提出
地下结构的有限元分析特别是三维分析需要划分许多单元，计算机工作量和对计算机内存的要求都很大。特别对无限区域的课题，在一定范围内离散将忽略外方广大区域的影响而带来误差。因此人们的注意力又转到一些边界解法上，相应的边界单元法得到发展。隧道的边界元分析有其明显的优点，日益受到国内外重视。针对地下结构分析中参数都具有明显不确定性的特点，随机边界元法的研究和应用将对隧道可靠度分析起到新的推进作用。
武汉水利电力学院潘国宁等提出的三维随机边界法是将边界元计算过程作为函数转换过程，再参数取值时对函数过程做泰勒展开。通过边界计算得到应力和位移的均值；然后计算有关变量对参数的一阶导数和二阶导数在取均值时的值。最后考虑参数的变异性来分析计算结果的变异性。此法公式简洁，计算工作量小，对隧道分析有重要参考价值。
3.4围岩参数的随机反分析
由于围岩的物理力学指标不容易确定，现场取样试验或直接测试资料也只是得到点特性而不是我们所要求的围岩空间平均特性。因此，利用施工监测得到的位移信息反演求出围岩参数的方法在一定条件下能满足地下结构分析的要求。目前定值的反演分析比较成熟，已开发出很多程序可供应用。但是反演分析所依据的信息实际是带有一定离散性的随机变量，可靠度分析也要求反分析的结果能表示出概率特征。因此，随机反分析也逐渐受到重视。专门著作《反演理论》对反分析概率化有重要论述。同济、北方交大、西南交大岩土和地下工程专业的博士研究生的论文都曾涉及隧道随机反分析问题。目前采用的方法有传统的蒙特卡洛法、随机摄动法。
4.针对岩土工程特点的可靠度分析方法的新发展
《工程结构可靠度设计统一标准》在附录一中推荐用一次二阶矩法计算结构的可靠指标。同时指出对于变异系数很大、极限状态方程非线性程度很高等情况，宜用更精确的方法计算。岩土物性变异性比较大，常呈现一定的相关性，如内摩擦角与内聚力之间负相关，容重与压缩模量、内聚力等正相关。忽视这些相关性，会使计算结果出现误差。而一次二阶矩法是假定基本变量间是相互独立的。
目前针对相关性提出两种一次二阶矩的改进方法。一是将相关变量变为互不相关的变量，新变量的方差矩阵是由原变量标准化后的方差矩阵构成。另一方法是将极限状态方程的标准差展开后求得分离变量作为新变量的灵敏系数，在新的灵敏系数重反映与之相关的另一变量的影响。前法适用于多个相关的基本变量，后法只适用于两个相关变量。
对于非线性极限状态方程，用当量正态法有时计算误差过大，有时不易收敛。此时将蒙特卡洛模拟引入可靠度分析中，只要模型次数多就能得到精确的失效概率值。对于很小的失效概率需要很大的模拟次数。为节省机时，可从计算方法上改进。为避免概型拟和引入的误差，采用高阶矩发值得进一步探索。
对于一些判别准则易受人为因素影响的问题，也可将模糊数学方法引入可靠度分析中，发展成为模糊可靠度分析法。坑道稳定性位移判别的方法和准则就有很多主观和客观不确定性因素，坑道稳定性模糊概率分析法，把“坑道稳定性”作为一模糊随机事件，求其模糊概率，用模糊统计分析试验法结合专家综合评判来确定地下坑道周边位移与坑道稳定性的隶属函数，推导出坑道稳定性可靠度计算的一般表达式。
5.围绕《铁路隧道设计规范》的修订，隧道可靠性
铁路隧道在我国地下工程中占很大比例，第二层次的《铁路工程可靠度设计统一标准》也已。第三层次的铁路各专业设计规范可靠度设计修订工作已提上日程。针对人们对可靠度理论在隧道中的应用有怀疑态度甚至否定这一情况，铁道部先组织几批专家进行“以可靠性理论为基础修订铁路隧道设计规范的可行性研究”，得出可行的结论，并分别从“荷载—结构”模式、“地层—结构”模式和以工程类比为基础的经验设计模式等几个方面提出实现可靠度设计的途径和需要攻关研究的课题。该项研究经铁道部组织专家评审验收，人为结论正确，所建议的隧规改革目标明确，路径可行，可作为今后隧规改革的指导性文件。
为了使铁路隧道设计规范按可靠度设计加以修订这一难度较大的工作能逐步深入开展，铁道部主管部门已立项开展《按可靠度理论修改隧规的基础性研究》。研究内容包括围岩物性指标及深埋隧道围岩松动压力统计特征研究；浅埋隧道覆土荷载统计特征研究；明洞、棚洞填土荷载统计特征试验研究；衬砌混凝土偏压构件抗力计算方法及偏压强度统计特征研究；隧道衬砌几何特征研究等。由铁路各高校分别承担。铁路高校研究生论文选题也开始转向隧道可靠度设计这一领域。
与此同时，有关院校对人防工程按可靠度设计也提出过方法及若干建议。水电部门针对工程特点正对隧道工程的作用及作用效应进行统计参数整理。
关键词：顶管技术；市政工程；应用；施工工序
引言
地下管网是城市基础设施的重要组成部分，日夜肩负着传送信息和能量的重要任务。为城市处理污水的系统、自来水、煤气、电力和通讯设施等等都属于地下管网之内，要对上述市政设施进行改建、新建、扩建，需要工程技术人员进行安全的管道安装。传统的挖槽埋管地下管线施工技术由于对地面交通影响较大，使本来就拥挤繁忙的城市交通如同雪上加霜，同时给市民工作、生活带来许多不便，特别在人口稠密的城市和交通拥挤的地区以及不允许开挖的地段，这个矛盾就更加突出。市政工程如何使这些安装工程对城市的影响减至最小，如何尽可能减少对人们日常生活的影响。已经成了一个迫切解决的问题。
非开挖技术将完全能解决这些难题，提供安全及经济的施工方法。非开挖技术是指利用少开挖和不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换的工艺。顶管技术就是在这种情况下发展起来的一种非开挖技术，其在国外已广泛使用，在国内也已逐渐普及。随着顶管技术在市政工程的广泛运用，本论文主要讨论在顶管作业施工过程中出现了一些具体的技术问题，值得施工技术人员重视，并以此和同行共享。
1 顶管施工的特点
顶管法又称为非开挖管道敷设技术，它具有不需要开挖面层，就能穿越地面构筑物和地下管线吸公路、铁路、河道的特点，相比开挖敷设技术，投资和工期将大大节省。同时，顶管施工技术可以降低噪音，减少粉尘，减轻对城区的交通条件和环境状况的干扰和破坏，属于真正的无污染、高效率的施工技术。顶管施工法由于其上述多方面的优点，在市政工程中尤其是在市政管线工程中得到了广泛地应用。概括起来，顶管施工技术具有几大方面的优点：施工面由线缩成点，占地面积小；地面活动不受施工影响，对交通干扰小；噪音和震动低，城市中施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷设管道，可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物，减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价。
2 顶管技术施工应用分析
2.1 顶进管的选择 顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。钢筋砼管的规格设计、配筋和应力验算应遵守有关钢筋砼的标准和技术规程，特别是有关钢筋砼管的标准和技术规程。①顶进管直径的选择：顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于500mm；②顶进管长度的选择：顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，取得良好的效果，但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。
一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当IJD外≥2.10时为长管。
2.2 顶管施工的前期准备 ①现场平面布置：平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下；②顶管机进、出洞处以及后靠土体加固：为确保顶管机出洞的绝对安全，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固。为防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井安装止水装置。
2.3 顶管施工的工艺：顶管施 叉称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制成椭圆形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交义通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道铺设。
2.3.1 顶管井的设计：顶管井分工作井与接收井两种，顶管井的建造结构有很多种类，一般使用钢筋混凝土结构。工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井。前者形状有圆形、正方形、矩形等，后者则大多为矩形，它们的结构受力性能由高至低依次为圆形一正方形一矩形。
2.3.2 顶管施工工序 ①穿墙：打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置，主要技术施工措施1）穿墙管内填夯压密实的纸筋粘土或低强度水泥粘土拌和土，以起到临时性阻水挡土作用；2）为确保穿墙孔外侧一定范围内土体基本稳定并有足够强度，工作井工具管穿墙前，对穿墙管外侧采取注浆固结措施；3）穿墙前对可能出现的问题进行分析并制定相应处理措施；4）闷板开启后迅速推进工具管，同时做好穿墙止水，本工程采用止水法兰加压板，中间安入20mm厚的天然优质橡胶止水板环，要求具有较高的拉伸率和耐磨性，借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置，应防止因穿墙管外侧的土体暴露时间过长而产生扰动流变。②顶管出洞：顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采取工具管调零，在工具管下的井壁上加设支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。③注浆减阻：在顶管施工中还有一个重要的技术措施就是通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。在施工中，首先对顶管机头尾部压浆，并要与顶进工作同步，然后在中续间和混凝土管道的适当位置进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失。注浆工序一般多应用于长距离顶管施工中。④顶管纠偏：纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶迸。顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组方法，进行纠偏操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩，反之亦然。
3 膨润土悬浮液在疏松土层中的应用
在无粘性的疏松土层中以及在粘性很小的土壤中，例如在砂砾土中，若不采取其它辅助措施，土层由于本身极不稳定，以致在刃脚推进之后立刻就会坍落在管壁上。所以对这类土壤来说，膨润土悬浮液的支承作用尤其具有重要意义。为了起到这种支承作用，先决条件是要尽可能准确地掌握膨润土悬浮漓在砂砾上中的特性。膨润上悬浮液将渗人土层的孔隙内，充满孔隙，并继续在其中流动。流速取决于孔隙的横断面与悬浮液的流变特性，同时也取决于压浆压力。因此为了在同样的压浆压力下达刭相同的渗入深度，在孔隙横断面很小的细粒土层中便需要低流限的悬浮液，面孔隙横断面较大的粒粒土层则需要高流限的悬浮液。在克服流动阻力的过程中，压浆压力随着渗入深度的增加而成比例地衰减，所以相应每一种压浆压力，都有一个完全确定的渗入深度。
尽管就某种场合来说，随着管子的推进同时在管子整个圆周上和管路全部长度上均匀地压浆证明是相宜的，而在另一些场合下，正确的方法则又可能是分段压浆。例如现已得知，在管子下半部，膨润土在顶进过程中比静止状态下更容易流出，而上半部的压浆则是在管路静止的情况下更容易进行。因此最好是将管子下半都的注浆孔和上半部的注浆孔分别组合起来。这种半侧压出韵原因在于，静止状态的管道以其全部很大的重量沉落于底部。这样便在管道的顶部形成了小空隙，或者至少是形成了一个压力较低的区域。因而在这种状态下，膨澜土在管顶处比在管底部更容易流出。反之，在顶压力和浮力同时作用下，管道有向上拱起的倾向。这时管道离地升起，于是管底下方便形成了一个低压区，致使膨润土更加容易渗入其中并均匀地散开。
4 顶进管在膨润土悬浮浪中受到的浮力
只要顶进管在整个圆周上被膨润土悬浮液所包围，浮力定律便对它有效，即使悬浮液层的厚度很小也同样如此。在钢筋混凝土管情况下，浮力均为管子自重的1.4倍。这样，只要通过正确地压人膨润土悬浮液，从而在土层中围绕顶进管形成一个支承环带，并保持悬浮液压力等于土压力，于是管子就会在膨润土悬浮液中漂浮起来。为此必需的前提在于悬浮液应是液体状态的，亦即呈现为表观流限相应较低的溶胶状态。在悬浮液的膨润土含量低到接近运动状态下的稳定极限时，这个条件便能得到满足。浮力可使管外璧摩阻力减小，因为管底部由于自重产生的法向力减少了。这一效果首先会对大直径管子的长距离推顶产生有利的影响
5 结语
顶管设计在市政工程中，特别是深覆土大管径的管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程设计中显得尤为重要。在特定工程条件下，相对与开槽埋管更具优越性。时代要前进，城市要发展。市政设施配套完善，地下各种管道建设将会大量增加，顶管设计和施工也会增多。管径加大，长度加长，有直有曲，种类繁多，这将是今后大城市顶管施工的发展趋势。因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高我们的顶管设计和施工技术，使之综合施工技术达到国际水平。
参考文献：
［1］ 廖霞柳.洛河电厂取水工程顶管施工质量控制分析［J］.安徽水利水电职业技术学院学报,2010,(01):13-14,17.
［2］ 邓雅婷.地下建筑与工程专业揭密及院校介绍［J］.高校招生,2002,(07) :58；学校学报,2010,(01):23-24,37.
［3］ 张振宇.盾构法施工技术在我国的应用与发展［J］.武汉工程职业技术学院学报,2005,(04):26-28,36.
［4］ 马福海.发展中的中国非开挖事业［J］.非开挖技术，2006,(03):85.
［5］ 方客军.北京地铁蒲黄榆车站超前长管棚试验研究［J］.铁道建筑技术，2005,(05)63.
(下接第31页)
而且做工细致。
制作本身就是利用实物演示形象地说明专业理论，如果发动得当，学生会有许多创新产品出现。因此，指导学生制做制作大大提高了学生学习本专业知识的兴趣，加深他们对专业理论的理解，进而提高了动手操作能力、创新能力，也培养了他们团结协作的精神。
6.结语
在新课标教育改革下，教师应当要善于避开思维定势的方向，善于从侧向和逆向设奇想、出奇问，跳出传统教学模式的束缚，对教学环节进行不断的创新。而作为机械专业的教师来说，要从改善课程的教学质量，提高学生的创新能力，就必须要对机械教学进行创新。
参考文献：
［1］ 薛小雯.创新教育在机械基础课程中的实践［J］.无锡教育学院学报，20O4(l) .
［2］ 干成.机械基础教学中的形象思维培养［J］.职业教育研究，2004 .
［3］ 王五一在《机械基础》教学中应注重学生创新素质的培养［J］.教学研究与实践，2004(1).
(下接第32页)
故障安全评价。对于故障分析时需要考虑哪些故障，就是GB7588―2003中14.1.1.1和附录H叶|所列出的故障。把这些故障分别输入评价流程图中，只有能到达“可接受”的设计才是符合安全标准的。对含有电子元件的
安全电路还需进行规定的型式试验合格。目前对安全电路进行故障安全评价这一环节未能得到有效地控制。使用计算机软件(程序)作为安全电路的组成部分，是电梯控制技术发展的趋势；而GB7588标准中提到的安全电路的三个组成部分却并不包含软件(程序)。
4 结语
电梯制造企业在设计电气控制系统时，应充分考虑其对各种意外情况下的安全保护，应达到不低于标准GB7588-2003的相关要求，电梯检验人员在检验过程中，亦应加强对电气控制系统的试验，严格把关。通过对电梯电气控制系统故障的诊断和分析，找到了电梯电气控制系统一般故障有效的检查方法和切实可行的维修方案。
参考文献：
［1］ 芮靖康.机床电气维修技术问答［M］.北京：中国水利水电出版社，1999.
关键词:开磷集团;软岩巷道;锚喷网支护;施工工艺
中图分类号:U417文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0165-02
开磷集团矿业总公司地处贵州省开阳县金中镇境内,是我国化工优质磷肥生产的重要基地。随着矿山浅部矿床开采完毕,公司下属6个矿山中已有多个矿山开拓采准进入到+600～+800m水平,距地表深度达500～600m,矿床地压显现严重,因而带来的问题是:矿山主要开拓及采准巷道支护困难,原有的支护技术与措施失效,巷道返修率高,永久性巷道支护后存在经常性冒顶、片帮、底鼓等现象,需要多次维护与加固,维护工作量大,支护成本高;其它采准巷道支护时间短,维护量大,作业不安全,对矿山的正常安全开采带来了严重影响。本次研究提出青菜冲矿巷道支护方法及其施工工艺,为矿山深部软岩巷道掘进提供了技术保障。
一、锚喷网支护理论的提出
喷网支护因其施工方便、劳动强度低等诸多优点,在青菜冲矿的生产实践中已被广泛采用。为了有效地控制围岩的变形必须满足巷道围岩与支护体强度、刚度及结构上的耦合。必须采用锚杆支护,锚杆支护是一种主动支护形式,代表了巷道支护的发展方向。
二、锚喷网支护施工材料的选择
近十几年来,国内很多学者对锚杆作用机理作了大量的深入研究与探讨,进一步揭示了锚杆支护的实质,促进了锚杆支护理论研究的发展,扩大了锚杆支护技术应用的范围。
(一)锚杆杆体的选择
根据巷道高强度支护的要求,选用20MnSi左旋无纵筋螺纹钢锚杆,其表面有凹凸纹理,不需要作任何处理即能保证锚杆与锚固剂之间较高的粘结强度。
(二)锚杆直径和锚孔直径的选择
水泥砂浆锚杆直径的选择从支护效果和经济效益两方面考虑。从支护效果看,在其它条件一定的情况下,锚杆支护强度的大小与杆体直径成正比,也就是说,直径越大,支护强度越高,围岩强度强化效果越好;从经济方面考虑,锚杆直径对锚杆材料成本的影响不是很明显,考虑到“三径”合理匹配,决定选用?准20mm的锚杆,与水泥砂浆锚杆直径相匹配的锚孔直径为29mm。
(三)混凝土的材料与配合比
水泥采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,标号不低于425号;砂采用中砂或粗中砂混合的石英砂,含泥量不超过3%;石子采用碎石粒径不超过10mm;水采用洁净的水,不应含有杂质;添加剂尽量使用中性和不降低喷射混凝土强度的速凝剂;配合比(重量比)为:水泥∶粗中混合砂子∶石子(1∶2∶2)。
(四)护网的选择
从支护强度和刚度考虑,护网选用钢筋网,材质选用A3钢,钢筋直径为6mm;网度为150mm×150mm;从循环进尺和巷道周长考虑,网片选用2000mm×2000mm。
(五)锚喷网支护巷道掘进光面爆破参数
光面爆破技术是巷道“新奥法”施工的必需条件,采用光面爆破技术可以减少巷道超挖,维护巷道与围岩的稳定性,减少支护工作量,节约支护成本。
根据青菜冲矿巷道施工特征及岩石的力学特性,巷道光面爆破参数选择如下:
炮眼直径d:采用凿岩台车凿岩,孔径为42mm。
周边眼间距E:根据光面爆破经验公式,周边眼距与炮眼直径的关系为:E=(8～18)d。一般根据围岩类别确定E值大小,如果岩石完整性差,E值必须取小值。根据青菜冲矿地质情况及开挖岩石特征,E值取45cm。
周边眼深度L:从光面爆破的要求看,炮眼越深,轮廓面纵向平整度愈好控制。但是,亦会受到凿岩设备、爆破器材性能、岩石类别及完整性等因素的影响。根据青菜冲矿施工设备及岩石类别、完整程度,L确定为3.0m。
周边眼角度α:周边眼原则上应布置在开挖面的设计轮廓线上,并与巷道轴线平行。但是,由于凿岩机钻凿周边眼时,受到凿岩设备构造的限制,以及拱部和墙部岩壁的制约,钻眼不得不存在一定的偏斜角α,偏斜角度的大小可依据炮眼深度进行调整,使其眼底能落在设计轮廓线外10cm左右为宜。故巷道施工时,α值一般取3°～5°。
最小抵抗线W:理论和实践证明,光面爆破炮眼间距与最小抵抗线之比取0.8最好,即E/W=0.8。故在马路坪隧道施工中,W值为60cm。
不偶合系数D和周边眼炸药直径不偶合系数(即炮眼和炸药直径的比值):实践证明,药卷在有空隙的炮眼中(不偶合装药)爆炸时,形成的冲击波随不偶合系数D的增大而衰减,D值一般取1.25～2.0。
周边眼装药集中度和装药量:根据巷道施工相关经验,周边眼装药集中度q=0.2～0.3kg/m。装药集中度过大易破坏巷道轮廓岩面,过小则爆不下来。根据青菜冲矿施工技术条件,取q=0.2kg/m。以周边眼钻眼深度3.0m计算,堵炮口炮泥长度为30cm,炮泥外留20cm。故每眼装药量为:(3.0-0.3-0.2)×0.2=0.5kg。
光面爆破装药结构如图1所示:
三、锚喷网支护施工工艺及技术
锚喷网支护施工工艺流程为:爆破巷道成型喷射第一层混凝土养护打锚杆孔安装锚杆挂顶网打锚杆孔安装管缝式锚杆挂帮网喷射第二层混凝土养护。
(一)砂浆锚杆的安装
锚杆施工前,应对下列事实进行调查核实:(1)工程计划、设计图等基础资料是否齐备;(2)井下施工用水水质,地下水对钻孔、注浆的影响;(3)对巷道周边设物和设置物核实、复查;(4)调查锚固工程周边状态岩层的处理;(5)作业限制、环保规则、矿山法令等对工程的影响。
1.顶板锚杆的安装。初喷后,给定锚杆眼眼位,钻锚杆孔,安装锚杆。技术要求:钻孔过程中对区段的位置、岩土分层位置进行验证,出现异常及时采取措施;根据岩土条件选用一定的钻孔法、保证孔壁不塌、孔径符合要求;钻孔宜用清水;钻孔使用锚杆钻机、按给定的锚杆眼位钻孔,并要求垂直顶底板,符合设计角度和深度要求;锚杆水平方向孔距误差不应大于50 mm,垂直方向孔距误差不大于100 mm,孔底偏斜尺寸不大于杆长的3 %;钻进时,开孔推力要小,正常匀速钻进,换钎时不许挪动钻机;水泥砂浆要充满钻孔;安装锚杆一般应从中间开始,向两边进行。若顶板出现凸凹不平,应先安装凹处的锚杆,然后再安装其它锚杆。
2.帮锚杆的安装。帮锚杆施工可始终滞后2排顶锚杆,便于顶帮锚杆平行作业。技术要求:钻孔要垂直巷帮,其它要求同上。
3.底角锚杆的布置。布置底角锚杆是控制底鼓的专门措施,一组底角锚杆一般由2根锚杆组成,一根按45°倾角布置,另一根则垂直打入底板。由于垂直向下打孔和锚杆安装非常困难,所以本试验只布置1根底角锚杆。长度为3m,间排距为1000mm×1000mm。
(二)喷射混凝土
喷层总厚度确定为120mm,它由初喷30～50mm、二次复喷达到设计厚度两部分组成。爆破后,首先检查掘进工作面安全状况,敲帮问顶和撬除活石,然后进行初喷。
技术要求:以防页岩风化,初喷要及时,喷厚均匀,避免岩面,复喷的混凝土要压紧金属网,保持金属网与岩面紧贴,复喷混凝土要封住金属网,以防其锈蚀;每次喷射混凝土后要及时洒水养护,以保证其强度。
(三)注浆材料及拌制
锚孔一般注入水泥或水泥砂浆与地层固定并对锚杆加以保护,锚杆的粘结强度和防腐效果在很大程度上取决于浆液拌合料的成分,浆体拌制质量及注入方式。
技术要求:水泥用不低于325号普通硅酸盐水泥,水一般用不含硫酸盐(≯0.1%)和含有机质的水,用清水拌和为好。水灰比用0.40～0.45,当用水泥砂浆时,灰砂比为1:1～1:2,且砂子粒径不大于2mm,否则要严格过筛,水泥砂浆只能用于一次注浆。为了改善水泥浆在施工中和硬化后的性能,可加入适量外加剂。注浆体强度一般7天不低于20 MPa,28天不低于30MPa。水泥浆拌制要遵守以下原则:水泥、砂要按重量计算,拌合水要先于水泥、砂子送入搅拌机,任何外加剂均在搅拌时间过半后加入,机械搅拌时间不少于2min,应避免人工搅拌,灰浆搅拌后应放入特制容器中,并使其缓慢拌动,因此一般用双筒搅拌机,以使水泥砂浆连续注浆。
水泥砂浆通过泵和耐压胶管注入锚杆孔,泵压范围为0.1～12MPa,在钻孔较长部段上,根据操作压力和所使用的注浆方式,还应让水泥浆通入内径为12～25mm的塑料管,该塑料管离钻孔底的距离通常为150mm,并每隔1～2m就用胶带将此管与锚杆杆体相连接,注浆后该管就留在孔中。当用密封圈或密封袋封闭注浆时,应用一根小直径排气管将注浆段内空气排出,如果水泥浆从该管排出,则表明这一段已填满水泥浆,在压力进一步加大前应封闭此管。若要用高压注浆则常用带环的管子,可二次或多次高压注浆,锚杆承载力可比一次注浆增大一倍。
四、结语
在锚喷网支护施工过程中应调整施工顺序和工艺,保障支护效果。根据现场实测结果,调整喷射混凝土的时间,初喷要及时,第一次复喷安排在巷道开挖相对稳定期后进行,二次复喷安排在巷道变形稳定期后进行。
参考文献
[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.
[2]蒋洪胜,侯学渊.软土地层中的圆形隧道载荷模式研究[J].岩石力学与工程学报,2003,22(4).
[3]P-Lunard.cellular arch Technique for LargeCSpan Stalion Carern.Thnnels & Tunneling,1991,(11).
[4]朱维申,何满潮.复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工力学[M].北京:科学出版社,1996.
[5]李守柱,黄鼎成,邢念信,徐复安.软弱破碎围岩变形特性[J].工程地质学报,1999,(1).
[6]张士林.注浆锚杆作用机理及技术参数研究[D].辽宁工程技术大学硕士论文,1999.
关键词：混凝土桥梁 下部结构 检测方法
Abstract: This paper introduces the test method of concrete bridge substructure both, separately from the concrete strength, internal defects, concrete crack, homogeneity of concrete, reinforced these five aspects and introduces the corresponding detection method.
Keywords: Test Method of concrete bridge substructure
U448.33
下部结构是混凝土桥梁的主要承重部分。在其自身结构设计与施工质量的缺陷、结构所处环境的变化、使用条件及防护措施的影响下，下部结构难免会产生不同程度的缺陷和损坏。在对混凝土桥梁下部结构养护和加固之前，工程人员必须对下部结构的缺陷和损坏准确检测。下部结构一般检查包含两方面的内容：一是外观检查。外观检查是一项非常重要的工作。通常产生了病害会有一些表象，如有无冻胀、风化、开裂、剥落、露筋等缺陷，通过外观检查可以分析判断这些病害产生的原因，提出整治措施，并有利于明确接下来的工作重点。二是下部结构的材料特性检查。材料是组成桥梁各个构件的基本元素，所以其质量的好坏直接关系到工程的质量是否合格。钢材的强度一般以设计、施工有关资料为依据，不再检查，当怀疑钢材质量有问题或者资料不明确时应采取必要的措施截取试件进行材料试验。混凝土的强度会随着时间的变化而变化，混凝土强度的检测通常可分为直接检测和间接检测。
一、下部结构混凝土强度的一般检测方法
1.回弹法测定混凝土强度：回弹法是根据混凝土的表面硬度与抗压强度存在着一定的相关性而建立起来的一种检测方法。测试时，用具有规定动能的重锤弹击混凝土表面，初始动能发生重分配，一部分能量被混凝土吸收，剩余的能量则传回重锤。被混凝土吸收的能量取决于混凝土表面的硬度，混凝土表面硬度越低，受弹击后表面塑性变形和残余变形大，被混凝土吸收的能量就多，回传给重锤的能量就少，反之亦反。
2.钻芯法测定混凝土强度：钻芯法是利用专用钻机，从混凝土中钻取芯样以检测混凝土的强度和观察混凝土内部质量的办法。由于他对混凝土造成局部损伤，属于局部破损的检测方法。这一方法在质量检验中得到普遍的应用，取得了明显的技术经济效益。
3.拔出法测定混凝土强度：拔出法是把一个金属制作的锚固件预埋入未硬化的混凝土构件内，或者在已硬化的混凝土构件上钻孔埋入一个锚固件，然后根据测试锚固件被拔出时的拉力，来确定混凝土的拔出强度，并以此推断混凝土的立方体抗压强度。
4.敲击法、撞击法：可以采用钉锤或钢球直接对混凝土表面进行撞击，根据其破坏的痕迹或凹痕，对混凝土质量进行检测，做出质量判断。
5.超声法测定混凝土强度：超声法与回弹法类似，也是建立在混凝土的强度与其它物理特征值相互关系基础上的一种方法。混凝土的强度与弹性模量、密度等密切相关，而根据弹性波理论，超声波在弹性介质中的传播速度又与弹性模量和密度这些参数之间存在一定的关系。
二、下部结构内部缺陷的检测方法
用于检测混凝土内部缺陷的方法有射线法和声脉冲波法两大类。射线法是运用x射线、γ射线透过混凝土，然后照相分析，这种方法穿透力有限，在使用中需要解决人体防护问题，在建筑工程中应用较少。声脉冲波法又有超声波法和声发射法两种，其中超声波法比较成熟，也是本论文介绍的主要对象。
超声波检测仪是混凝土无损检测中的必备装置，其工作原理是利用超声换能器向混凝土构件发射一定频率的超声波，通过检测超声波在混凝土中的走时、首波幅值、主频等参数来推导混凝土内部的结构、缺陷、强度，进而评价被检测混凝土的安全运行期和使用寿命。
超声波法具有被测对象范围广、探测深度大、检测灵敏度高、成本低、检测速度快及现场使用方便等优点。因此，超声波法是国内外受到广泛重视和迅速发展的一种混凝土结构无损检测技术，目前已广泛应用于混凝土结构的内部质量检测中，并被列入一些部门、地方和工程标准化委员会的检验规程中。
超声波检测的优点是穿透力强、设备轻便、检测成本低、检测效率高，能即时知道检测结果（实时检测），能实现自动化检测和实现永久性记录，在缺陷检测中对危害性较大的裂纹类缺陷特别敏感等等。
三、下部结构裂缝的检测方法
裂缝的检查主要包括三个方面：裂缝宽度检查、稳定性检查、裂缝深度检查。
1.测量裂缝宽度，通常都是使用光学读数显微镜和电子裂缝观测仪。光学读数显微镜是配有刻度和游标的光学透镜，从镜中看到的是放大的裂缝，通过调节游标读出裂缝的宽度。带摄像头的电子裂缝观测仪克服了人直接附在裂缝上进行观测的诸多不便，是目前最为常用的办法。
通常裂缝的宽度都是不一样的，工程鉴定时通常关注的都是特定位置的最大裂缝宽度。限制裂缝宽度的主要目的是防止侵蚀性介质进入而导致钢筋腐蚀。所以测量裂缝的位置往往选在受力主筋的附近。
2.裂缝稳定性的检查，当结构构件上出现裂缝时，首先要判定是否趋于稳定，是否有害；再根据裂缝的特征判定裂缝产生的原因和补救措施。判断裂缝是否稳定一般采用观测法。
观测法是在裂缝的个别区段及裂缝顶端涂抹石膏，用读数放大镜读出裂缝宽度。如果在相当长一段时间内石膏没有开裂，则说明裂缝已经稳定。但有些裂缝是随着时间和环境变化的，例如温度裂缝冬天增大，夏天减小，收缩裂缝在初期发展快，1~2年后基本稳定，这些裂缝属于正常现象。而不稳定裂缝，主要是指随时间不断增大的裂缝，沉降缝等。
3.裂缝深度的检查，可采用开凿法或超声波检查。采用开凿法检测前，先向缝中注入有色墨水，则容易辨别细小裂缝。超声波检查裂缝深度有三种办法，即平测法、斜测法和钻孔对测法。
（1）超声波单面平测法。当混凝土出现裂缝时，裂缝中间充满空气，由于气体与固体界面对声波构成反射面，通过的声能很小，声波绕裂缝顶端通过，以此可测出裂缝深度。
（2）超声波双面斜测技术。斜测法适用于结构的裂缝部位具有两个相互平行的可测表面。检测时，将发、收换能器的连线长度，记录各测点接受波形的幅值和频率。若换能器的连线通过裂缝，超声波会在裂缝界面上会产生较大衰减，幅值和频率比不通过裂缝是有明显降低，据此可判断裂缝的深度及是否贯通。
（3）钻孔对测法，在大体积结构混凝土中，当裂缝深度在500mm以上时，可采用钻孔放入径向振动式换能器进行检测。先在裂缝两侧对称的钻两个垂直于混凝土表面的检测孔，两个孔口的连线应与裂缝走向垂直。钻孔清洗后再注满清水。将发、收振动式换能器分别设置于两个钻孔中，两个换能器沿钻孔徐徐下落的过程中要使其与混凝土表面保持相同的距离，用超声波衰减的情况判断裂缝深度。
四、下部结构混凝土均匀性鉴定
构件内部的不均匀性，导致脉冲速度差异，在混凝土构件上，选定一定体积，然后均匀布满若干测点。测点数目取决于结构的尺寸、要求精度和混凝土的变异性。大区间或均匀的混凝土取边长1m的方格；小区间或有变异的混凝土，取小的方格布点；在整个区间中尽量取统一的声径。在整个脉冲速度测值中，求出其标准差或变异系数等统计参数，用以表达混凝土的均匀性。
五、下部结构钢筋的检测方法
混凝土结构钢筋的检查主要包括三个方面：钢筋位置和保护层厚度、钢筋锈蚀程度、钢筋力学性能检测。
1.钢筋位置和保护层厚度检查：混凝土保护层可以保护钢筋免遭锈蚀从而保证混凝土结构能够长期正常工作，如果混凝土保护层厚度不符合设计施工要求，一旦出现问题有可能带来非常严重的后果。在实际工程中可以直接采用磁感仪，数字化钢筋位置和保护层厚度测定仪或雷达波直观的观测钢筋位置。
2.钢筋锈蚀程度：在混凝土结构中钢筋的锈蚀会使得钢筋的截面积缩小，锈蚀的部分体积增大，会使混凝土胀裂、剥落、降低钢筋与混凝土的连接力等。产生结构破坏或耐久性降低等现象。通常钢筋锈蚀的检测可采用二种方法：局部开凿法、直观检测法。
3.钢筋力学性能检查：混凝土结构中钢筋的力学性能检测，一般采用板破损法，即凿开混凝土，截取钢筋试件，然后进行力学试验。
参考文献：
[1] 宋彧.工程结构检测与加固[M].科学出版社,2011.
[2] 王国鼎，袁海庆，陈开利.桥梁检测与加固[M].人民交通出版社,2003.
[3]中华人民共和国交通部标准.公路桥涵设计通用规范，（JTGD6O一2004）.
[4]王国华.桥梁加固基本概念.公路工程与运输,2005.
[5]王祥鲁.混凝土桥梁钢筋锈蚀机理及防治对策研究[D].西安:长安大学道路与铁道工程专业,2003.
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