时间:2023-03-16 15:41:50
导语:在高速铁道工程论文的撰写旅程中,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。
关键词:高速;铁路;隧道;围岩分级
由于当前国内外盛行的隧道围岩分级,大多仅适用于长度及埋深较小或勘探工程量很多、或开挖有导洞等条件的围岩分级。我国多年的勘探设计资料表明,在勘察阶段,其工程量是比较少的,特别是深埋长大隧道,即或有较多的勘探工程量,但与埋深和长度相比较,其控制程度远不如一般的地下洞室,仍是很有限的。在此情况下,如何做好深埋长大隧道的围岩分级、评价是相当关键的。为此,必须对隧道全线工程地质条件做全面、深入的了解,进而寻求一些新的方法去获得岩石的RQD值、结构面状态、岩体完整性等资料。
另外,高速铁路隧道与其他隧道相比有各自的特点。水电隧洞虽然规模大,但勘探工作十分详细,而且其位置本身就是选地质构造、地层岩性相对优良的地区。铁路因为展线的需要则有时不得不穿越地质条件很差的地段。所以,在施工过程中因围岩级别的诸多问题(如设计中确定围岩级别与实际围岩级别的差异、按照规范确定的围岩级别进行支护仍然满足不了要求等)而往往延误工期,提高工程造价甚至发生工程事故。作者参与了正在建设的云桂高铁(昆明到南宁高速铁路)的施工,在施工中最为棘手的问题就是前期勘察设计阶段对隧道地质情况了解不全面,导致工程进度困难、造价调整、事故频发、高频率的设计变更等诸多问题。
因此,根据高速铁路隧道的特点尽快建立有效的围岩分级方法已成为广大高铁建设者的强烈愿望,也成为高铁工程地质研究急需解决的课题。我认为,所谓有效的围岩分级就是技术上可行,能充分利用勘察设计、施工阶段的工作信息,逐步由粗到细的一种分级,并能立即用于指导施工的分级。本论文就是沿着上述思路开展研究工作的。
1 基于TSP探测成果的围岩分级
根据设计阶段的地质勘察工作成果可以对隧道的围岩进行分级,这一分级结果对于指导设计和招标、投标均能起到一定的作用。但是,由于勘察工作的现场调查是在地表进行的,对隧道的围岩分级带有很大的推测性;钻探虽然深达隧道位置,但钻孔数量有限;物探虽然也是进行深部探测,但难以对围岩的频繁变化做出较为准确的探测;这种分级的准确性和精度都难以保证,而地质条件本身的复杂性又使其更为困难。所以,更靠近隧道的、更为准确的分级就成为隧道设计、施工人员的迫切需要。
TSP和其它反射地震波方法一样,采用了回声测量原理。根据对TSP探测资料的解释,每次可得到掌子面前方150m左右的范围内围岩的地质状况,并由岩性变化、岩体中富水性强弱程度和换算出的围岩力学,参数按照《铁路隧道设计规范》进行围岩分级。根据TSP探测结果所得的围岩分级结果这与勘察阶段的围岩分级结果基本一致。但是,根据TSP探测的围岩分级与勘察阶段的围岩分级相比,又有一定的差别,表现在各类围岩的距离较短,显然更为精确,将其直接应用于指导设计和施工更为可靠。另外,同一级围岩中包括了不同的软硬程度的岩石,或者岩性类似,但富水情况不同,这显然更为接近围岩实际,使设计和施工人员有了更为可靠的依据,也为施工过程中的变更设计提供了极有价值的资料。
2 基于超期水平钻孔的围岩分级
利用超前钻孔确定掌子面前方围岩级别主要是依据钻速的快慢机钻孔中回水的颜色来判断前方掌子面围岩的岩性、构造及岩石的破碎程度,进而判断围岩级别。其工作程序是,首先对掌子面围岩特征进行描述,作掌子面地质素描图,然后进行钻探,在钻进过程中记录钻进速度、回水的颜色、从钻孔冲出的岩石颗粒大小等,最后对这些资料进行整理分析,确定围岩级别。在被钻的围岩开挖过程中对围岩进行详细描述,并作开挖面地质素描图,一方面为了验证分级结果,另一方面,为后续的围岩分级积累经验。当然,由于目前还没有根据钻进资料进行围岩分级的定量指标体系,所以,根据我们的经验,这种分级应该是在一个隧道掘进过程中,特别是在掘进初期就不断总结完善十分重要。实践证明,在掘进到几十米后即可通过信息反馈总结出一些规律。
从云南山区多座隧道的围岩分级实例发现,不同级别的围岩在钻进过程中表现出不同的特征,这些特征就是区分围岩级别的依据。通过观察总结,对于钻进工程中的现象得出如下认识:
(1)钻进正常表明围岩节理少,岩体完整;卡钻表明围岩破碎,往往是几组节理交汇的反映,而且显示节理较为密集;吃钻表明是从坚硬岩层突然进入软弱岩层,而且软弱岩层一般出露宽度大于20cm。
(2)钻进过程中流出的液体颜色是岩性的反映。
(3)从钻孔中冲出的岩粉粗表明岩石软弱或破碎,岩粉细表明岩石坚硬或完整。
(4)从钻孔中流出的水流量越大,表明岩体中裂隙越发育。
(5)钻进速度快表明岩石软弱,钻进速度慢表明岩石坚硬,但对因裂隙发育而出现的卡钻现象或岩石软弱出现吃钻现象的情况需区别分析。钻速忽快忽慢表明围岩变化频繁。由于对于指导施工来说围岩级别不宜变化频繁,特别是不宜在1~2m左右变化,所以,根据钻速变化进行围岩分级时必须结合其他现象综合考虑。
3 基于监控量测资料的围岩分级
虽然已经有不少的研究者已经提到应用监控量测资料进行判断围岩性质,进而确定下一工序的支护参数,但截至目前还没有一个判断标准,甚至用哪些指标来判断也没有形成统一的认识。而应用监控量测数据进行围岩分级则一方面开展的较少,另一方面研究程度更低。
总所周知,围岩级别不同,隧道开挖后围岩的松动范围大小不同,围岩应力调整时间的长短不同,围岩施加在衬砌上的荷载(特别是施加在初期支护上的荷载)大小也不同。所以,根据以上认识,通过对围岩与初期支护直接的接触压力的分析,我们提出以围岩与初期支护直接的接触压力趋于稳定的时间(d)、围岩与初期支护直接的接触压力变化速率(MPa/d)(监控量测数据稳定之前)两个指标作为围岩分级的依据。
综上所述,高速铁路隧道围岩分级虽然已经进行了很多的研究工作,然而,研究工作是没有止境的,有些问题,限于资料不足,加之作者才学疏浅,目前尚无力进行研究,即使本论文讨论的问题,也难免有不尽人意之处,因此,作者恳切希望得到师友们的批评指正。
参考文献
关键词:盾构隧道;管片和衬砌;成本缩减;地下空间
1 引言
在现代城市建设中,地下空间的开发利用已成为一个重要的组成部分。而盾构法隧道,由于其先进的施工工艺和不断完善的施工技术,使得其在城市地下空间的开发中取得了巨大的成功,并被越来越多地应用于城市地铁、上下水道以及地下共同沟等隧道工程建设中。在我国的各大主要城市,如上海、北京、深圳、广州和南京等地,已建和在建的地铁隧道大都采用盾构法施工。但是,一方面伴随着各主要城市为解决制约城市经济发展的交通瓶颈问题,对发展地下轨道交通有着较大的需求,另一方面,采用盾构法施工的隧道,从工程造价上来看是非常昂贵的,这在一定程度上制约了城市地下空间的开发和利用。
因此,如何合理地控制盾构隧道的建设成本、降低工程造价,已成为当前地下空间开发必须认真研究的课题。目前,这一研究工作已取得阶段性成果,如日本建设省制定了“降低土木工程造价的指导方针”[1],要求从设计阶段开始就采取缩小结构物断面、结构物形状单纯化、构件预制化、材料规格化和标准化以及施工技术标准化等5大措施。关宝树[1]总结了影响地下铁道造价的主要因素,并指出降低建设费主要应从以下三个方面入手:降低车辆等设备购置费、降低运营管理费,以及降低作为基础设施的土建工程的费用。张凤祥[2]等人基于当前我国盾构技术发展的现状和特点,提出了今后我国盾构技术开发的方向:降低成本、提高质量、施工高速化、使用寿命长等,即通过机械化、智能化、信息化、设计规范化、新材料和新工艺的采用等几个方面来实现。Y.TAYAGAKI[3]等人提出了增加盾构隧道管片宽度,提高经济效益,从而降低成本的措施。最近,日本和中国[4][5]都在开展预应力高强管片的应用研究,由于这种管片省去了接头螺栓和二次衬砌,使得盾构隧道的外径缩小,从而降低总的建设费用。本文在分析了盾构法隧道成本构成的基础上,总结了国内外众多的施工业绩,并结合现有的技术水平,从设计和施工技术的角度论述了如何进行成本缩减,从而达到降低工程造价的目的。
2 盾构隧道的成本构成
表1是对中、日两国盾构隧道建设成本的构成分析[7],从中我们可以看出各主要项目在整个隧道建设成本中所占的比例。并且,还可发现构成费用的主体主要有这几大项:管片衬砌、机器设备、废土运输处理及竖井建造的防护费用。因此,本文对成本缩减研究的重点也在于此。
3 盾构隧道的成本缩减研究
3.1 管片和衬砌的成本缩减
3.1.1 合理的设计方法
盾构隧道的设计主要是针对管片和衬砌的设计,而目前应用较多的就是惯用设计法。惯用设计法是一种不考虑管片接头刚度降低而将其视作刚度均匀的圆环的设计方法,计算时假定土体随管片环的变形而产生地基反力。这种设计法由于没有考虑管片接头刚度的降低,因而计算出的结果相对来说要偏高。而梁—弹簧模型法[6]则是将管片环模拟为梁的构架(直梁或曲梁),用旋转弹簧和剪切弹簧分别模拟管片接头和环间接头,将其弹性性能用有限元法进行构架分析,计算截面力。据认为,这种计算法是一种解释管片环承载机理的有效方法。
在某高速公路隧道的设计中,应用梁—弹簧模型法计算出的管片厚度为40~45cm,而采用惯用设计法计算出的则为50~65cm。可见,使用前者可以提高计算的精度,降低的管片厚度,一方面使得隧道断面缩小,另一方面则降低了制造费用。
3.1.2 二次衬砌的省略
盾构施工法中施作二次衬砌的作用在于:防腐、放水、防火、隧道内表面光滑、管片拼装蛇行修正以及隧道衬砌的补强作用。在确保衬砌强度和结构安全性的条件下,二次衬砌的省略,其优点主要有以下几点:
(1) 由于二次衬砌的省略,直接导致成本的降低;
(2) 由于二次衬砌的省略,工期得以缩短;
(3) 由于掘削断面的缩小,排出的弃土将会减少,从而使得机器设备、始发及到达竖井等的规模缩小。
3.1.3 增加管片宽度
通过增加管片的宽度,则沿隧道纵向管片接头的数目可以减少,从而管片的生产费用就会降低;在隧道长度不变的情况下,增加管片宽度,组装次数减少,日推进量增加,工期可以缩短;增加管片宽度,相应减少了隧道的环缝数量,不仅改善隧道的防水状况,而且还减少了接缝止水材料以及连接件的投资。但是,管片宽度的增加可能会出现这样的问题:由于管片环接头螺栓处产生的剪切力的作用,导致管片弯曲应力增加,并且主要集中于管片断面的边缘部位。对此,Y.TAYAGAKI[3]提出将加宽后的管片按错缝拼装使其具有很高的强度,以此来保证隧道的结构安全;另外,采取高强连接接头、管片边缘部位钢筋加密以及等分布置管片等措施,能很好的消除接头部位的应力集中。
转贴于 3.1.4 预应力高强管片的使用
这是一种新型的盾构隧道用管片,其作法是将在工厂制作的混凝土管片在盾构机后方组装成一个环,并将预应力钢绞线插入预先埋设在管片内的套管中进行张拉和锚固,从而形成一个预应力管片环,并具有无裂缝,以及真圆性、止水性、耐久性等均好的特点。
使用这种结构的优点在于:
(1) 由于省去了二次衬砌和减小了构件厚度,使盾构隧道的外径缩小,这样可以降低总的建设费用。
(2) 由于省去了管片之间、环之间的接头螺栓类,提高了施工性,有利于缩短工期。此外,由于接头部分省去了螺栓等金属物件,使得管片钢筋配置简单化。
(3) 不使金属物件露在表面,不仅提高了止水性也使内表面相对平滑,这对省去二次衬砌也具有很好的适应性。
3.2 机器设备的成本缩减
3.2.1 合理的盾构机选型
盾构机选型主要包括:盾构类型的选择,如泥水式还是土压式;盾构机具体结构的选择,如刀盘形式、刀头配置、开口位置及开口率、推进千斤顶的推进行程等。盾构机选型不仅直接关系到设备的购置费,更与造价的合理性有关。不合理的选型,一方面会因为设备的预留储备过多,设备的利用率低,从而造成设备购置费用占整个工程造价的比重过高,形成不必要的浪费;另一方面,如果所选盾构不具有很好的地层适应性,不仅会造成高能耗低产出,而且会造成工期的延误,从而最终导致工程造价的剧增。因此,合理而科学的盾构选型应结合拟建隧道的功能、总长度、埋深、地质条件、沿线地面建筑物、地下构筑物和管线等环境条件,以及对地表变形的控制要求等做综合的分析后决定,从而使得所选盾构产生最大的费效比。
3.2.2 特种盾构机的使用[7]
(1) 适应长距离掘进的盾构机
盾构掘进的长距离化,一方面有助于减少同时施工的盾构机台数,另一方面也有利于减少中间连接竖井的数量和进出洞时的地层改良次数,从而达到降低工程造价的目的。
(2) 适应断面形状变化的盾构机
地铁隧道大多是圆形的,在地铁建设过程中,往往会遇到两种不同断面形状的隧道在地中结合的情况(如地铁车站等处)。通常,都是在断面变化处建造竖井,并分别采用不同断面形状的盾构机来施工。无论是不同断面形状的盾构机的使用,还是中间连接竖井的建造,都势必造成整个施工成本的高涨。因此,应对的措施是采用断面形状可伸缩变化的特种盾构机。举例来说,就是当遇到地铁隧道与车站相连的情况时,在相邻车站间的隧道采用圆形盾构,而到达车站时,则两翼展开成三圆盾构进行车站的掘进;当遇到断面直径由大突变至小的情况,宜采用母子盾构机,并在变径处实现母、子盾构机分离。所有这些情况均只采用一台盾构来施工,而将中间的连接竖井省略掉,从而达到降低造价的目的。
3.2.3 高效高能切削刀具的使用
为了适应长距离化掘进,对于所选盾构机及其配套设备有如下的要求:
(1) 尽量减少损耗材料的更换次数
这里主要指的是切削刀具和密封材料的更换,减少它们的更换次数,就避免了更多的停工延误时间。同时,为了解决长距离推进过程中刀具的更换问题,一些制造厂商开始研制可在常压下能够随时安全、快速进行刀具更换的盾构机。最近,日本三菱重工与石川岛播磨重工已联合研制成功了一种新型盾构机,其刀盘采用“球体”技术,可旋转180°后,在大气压下更换刀具。
(2) 切削刀具耐久性的提高
耐久性的提高,主要有赖于刀盘、刀具材质的提高(如在刀具上镶嵌超硬合金刀头,对刀头磨损有明显的减轻);刀盘和刀具形状的合理选择;以及各种切削刀头的合理布置。此外,刀头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运输的高效化
长距离掘进,由于减少了中间竖井数,则运输距离相对延长。因此,对材料输送设备提出了新的要求,如设备的大容量化,以及运输的高效化。
3.3 竖井建造的成本缩减
一般来说,地铁隧道的总长度越长,则所需的地中结合竖井也越多。为此,竖井建造费和盾构机进出洞处的地层改良费也就越高。因此,合理地选择竖井数量及其结构形式,将直接关系到成本总量。为了尽量减少竖井建造的成本,可采取的有效措施包括:盾构掘进的长距离化,减少中间竖井的数量;采用特种盾构,使地中分叉、地中变径处的竖井得以省略;在操作空间得以保证的前提下,尽量减少竖井的建造面积。此外,选择合理的施工工法(地下连续墙、SMW工法、沉箱法)和竖井结构形式的选择(矩形、圆形)等也很重要,对此须做详细的技术经济比较。
3.4 施工高速化
高速化施工,可明显缩短工期,有助于降低设备维护费和人工费用,从而有利于总建设成本的降低。为达到高速施工的目的,可采取的措施有:
(1) 掘进速度的提高:即采取大功率、大容量的设备;
(2) 管片拼装的高效化:增加管片宽度,减少接头数量;简化接头形式,如改变螺栓式接头为插入式接头;
(3) 管片拼装和盾构掘进的同时进行;
(4) 运输高速化:包括运输设备大容量化和运输速度的提高。
4 结语
影响盾构隧道建造成本的因素有很多,如隧道长度、隧道埋深、隧道断面形状、隧道线性条件、盾构穿越地层的地质条件、隧道沿线的环境条件以及障碍物情况等。因此,盾构隧道的成本缩减研究要从多方面着手。本文则是在分析国内外众多工程实例的基础上,研究了盾构法隧道的成本构成,并结合现有的技术水平,从管片和衬砌、盾构机器设备、竖井建造和高速化施工等四个主要方面论述了如何进行成本缩减,从而达到降低工程造价的目的。此外,新技术的开发、新材料和新工艺的应用,正越来越成为降低建设成本的主要对策。
参考文献
[1] 关宝树.再谈降低地下铁道工程造价问题,地下铁道新技术文集[C].成都:西南交通大学,2003
[2] 张凤祥,杨宏燕,顾德昆等.对我国发展盾构技术的一点看法[J].岩石力学与工程学报,1999,18(5):611~614
[3] Y.TAYAGAKI,A.YAMAGISHI,M.WATANUKI.翟进营译.增加盾构隧道管片宽度,提高经济效益[J].地下空间,2003,23(1):100~104
[4] 小泉淳.セグメントの新技术[M].土木工学社,平成12年2月
[5] 于宁.盾构隧道预应力管片的模型试验与计算方法的研究[D].同济大学博士学位论文,2004
关键词:铁路调度通信系统;组网;数字中继
中图分类号:U285 文献标识码:A文章编号: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、现有调度通信系统存在的问题及解决思路
铁路调度通信作为一项专用通信手段,因其功能的专业性和应用的特殊性造成与公网在通信、信令、组网方式上有很大的不同,在政策、技术、市场等客观条件的限制下,铁路专用通信网不可能得到像公网一样的发展机会。首先,通信系统有全程全网的特点,网络达到一定的规模才可以产生效益,如果仅仅用来满足铁路运输行业内部需求并依靠自身的投入产出而达到迅速发展是非常困难的。其次,为了保证专网的安全性、完整性,铁路专用通信网的发展也受到各种政策条件的限制。故铁路调度技术发展缓慢,现有的铁路调度电话多为模拟制式,设备故障率高,通话质量较差,且业务单一,难于适应日益繁忙的运输生产形势。
(一)铁路调度通信存在的问题:
1.技术落后:既有的专用通信设备大部分仍为模拟电路,选叫速度慢,接续时间长,通话质量不高。
2.组网方式单一:调度总机与其所管辖的调度分机的拓扑结构为模拟共线方式,且仅完成调度选叫和通话功能。而且铁路现有专网内通信基础设备繁多、机型复杂、各种专用设备自成体系,造成了分散在铁路现场的专用通信设备重复设置,无法实现技术综合,也造成了极大的资源浪费。这种单一的组网方式,难以满足现场复杂多样的需要和向数字化、宽带化、综合化演进的要求。
3.可靠性低:系统采用分立器件构成,易损件多,故障多,维护费用高,可靠性差。针对现有铁路调度系统的弊病,应采用一种全新的数字调度系统淘汰原有模拟调度设备,改变铁路专用通信落后的局面。在数字调度系统的开发研制中,笔者认为应从以下方面进行考虑。
(二)解决思路
1.采用先进的程控交换技术、数字通信技术、计算机控制等技术开发研制新一代的数字调度系统设备仁总机、分机、通话选叫设备),使其具有模拟调度设备无可比拟的集成度高、容量大、呼叫处理能力强、接续快、服务功能丰富等特点;传输平台选择光传输网,使其信号在传输过程中,具有全数字化、低衰耗、高清晰度、高容量等优点,以适应现代通信网数字化、智能化、宽带化的发展方向。
2.设计多种网络拓扑结构,改变模拟调度电话组网单一的弊病,适应各种传输业务和传输技术;具备数字中继、2B+D、环路中继、模拟等多种接口,适应铁路专用通信网内设备机型的复杂多样。
3.系统采用无阻塞交换技术,具有大话务量处理能力;采用模块化设计,保证系统易于升级、扩充方便;重要模块双热备份;采用自愈技术提高传输通道保护能力等,从多方面保证统稳定可靠工作。
二、铁路数字调度系统总体结构
铁路数字调度系统由调度总机(主系统)、调度分机(分系统)、调度所通话选叫设备(调度台>、传输通道组成。
一般地,调度总机(主系统)设置在各铁路局或大站,是系统的调度指挥中心;分机(分系统)设置在铁路沿线各车站,供车站值班员使用。通话选叫设备放置在调度所内,主要为调度员提供一个适合工作环境、符合人机工程学原理的操作平台。调度总机通常设置在调度所附近的调度机械室内。
由于调度总机与分机之间、调度分机与分机之间的物理距离较远,所以需要通过传输系统实现通信业务,可用实回线、电缆、光缆作为传输通道。
(一)铁路调度通信的特殊性
铁路调度通信的特殊性主要体现在:
1.通信方式;总机到分机为指令型,分机到总机为请示汇报型
总机(调度员)对各车站分机(值班员)的通话有主控权,根据工作需要,总机能单呼、组呼、全呼该调度区段内的分机,可随时与分机通话、下达调度命令、收点、询问列车运行情况等。分机呼叫总机按热线方式。而各车站分机之间不经调度员同意不允许互相通话,亦不允许监听调度区段内的通信。
2.操作方式:双向呼叫一键到位
调度指挥要求时实性高,操作简单,只需按键,呼叫自动实现,无须拨号过程。
3.区段调度通信网络结构:点对多点,网内设备复杂
区段调度电话完成的是调度所调度员仁总机)与其所管辖的调度区段仁沿铁路沿线)内各车站值班员之间的通信,属于集中式多点专用系统,通常需要在一个车站上下几条话路,且区段内各种调度设备和种类繁杂多样。
(二)铁路调度系统功能需求分析
铁路调度通信由于其功能的专业性和应用的特殊性,决定了其应具备以下基本功能:
1.铁路调度指挥功能
铁路调度指挥功能是调度通信设备最重要的功能,且具有与其他通信设备不同的重要特点。调度员具有主控权,与值班员之间可以实现优先通话和无阻塞通话。调度员利用按键或摘机,直接呼叫或应答某个被调度用户,也可同时呼出或应答一组或全部被叫调度用户,实施调度分接或并接功能。调度员可进行中继调度、中继汇接、限制出中继等有关调度通信事项,还可直接利用中继与上级调度通信连接,构成树型调度指挥网。
2.自动交换功能
调度员与值班员员间、值班员间、调度用户与中继间可直接拨号。需要说明
的是,调度通信的自动交换功能属于辅助功能,对新业务的增设要依据用户的要求设定,必要时,可限制拨外线和长途电话。
3.中继组网功能
调度系统设有标准的2Mbit/s接口,可与其他数字传输系统配合,组成数字调度系统网络。调度系统具有数字、模拟兼容组网能力,配备环路、数字、磁石等各种中继接口,整合现场各种现有设备,满足专用通信网各种业务传输的需要。调度系统设备可多台互连,组成自动数字调度网,或与其他调度设备配合,实现多级调度。
4.其他功能
通过键盘、鼠标、触摸屏的配置,为调度用户提供友好界面,实现远端实时视频监测,通信状态显示直观,操作简单方便;数据传输功能;电话会议功能等。
三、调度系统硬件组成特点
(一)开放平台上的模块化设计
系统基于全数字程控交换技术,采用开放平台上的模块化设计思想,其软硬件均采用模块化结构,几用户可以根据需要选择不同的软硬件模块,构成自己的应用系统。机架采用国家标准尺寸的积木式结构,根据不同容量的需求,进行灵活配置,任意叠加。主要模块有:主处理机模块、时钟模块、普通用户模块(Z),2M数字中继模块、调度台2B+D)接口模块、双音多频仁DTMF)模块、会议模块、环路中继模块、模拟电路模块及各种数据接口模块、无线适配口仁RI)等。除主处理机模块、时钟模块、电源模块外,其余模块主要完成对外接口及对内通信功能。各模块均有自己的CPU单元,模块间做到相互独立,其中主处理机及时钟模块可1:I冗余配置。为完成调度通信、数据传输及不同组网要求,主处理机的数字交换网((D SN)的PCM母线分别直接和用户电路、2B+D电路、2M数字中继电路、信号收发电路等连接以实现话音、数据处理和处理机间通信。
(二)具有多种中继方式便于组网
系统配备数字中继模块和环路中继模块,通过数字中继与长途通信系统组网.数字中继上传送的信令既可以是中国一号信令,也可以是七号信令。系统通过环路中继与公用电话交换网连接,完成调度用户与公用电话交换用户之间的通信,通过环路中继还可与其他调度系统相连接,完成通信功能。系统终端接口方式还有磁石用户线接口、模拟用户线接口、ISDN接口等。
(三)分级控制提高系统可用性
调度总机的控制方式采用主处理机和功能模块处理机两级方式控制,每块功能电路板上的微处理器都具有智能处理功能,负责本模块的一些基本操作并通过异步串行通信总线与主CPU通信。采用多处理机可以提高系统的处理能力,提高可靠性与可用性,改进实时响应速度和方便地进行扩容。
(四)信号方式灵活
使用的信令方式有用户信令和局间信令两种。用户信令有模拟用户信令和数字用户信令,模拟用户信令用于普通电话终端与交换机之间的协议;数字用户信令在ISDN的用户终端与网络接口间使用的协议,通过ISDN的基本数率接口或基群数率接口的D通道进行信令的双向传送,局间信令具有中国一号信令和七号
信令功能。
参考文献:
[1]罗军,铁道概论.中国铁道出版社,2002
[2]王,李忠民等.程控调度电话,中国铁道出版社,1995
[3]王壮锋等.对我国高速铁路综合调度系统的思考,中国铁道科学,2003年第24卷第2期
[4]白昭.高速铁路综合调度系统模式探讨,铁道工程学报,2003年第3期
[5]铁道部电务局通信处,铁路专用通信技术体制,2000年
[6]曾广坤.铁路专用通信系统的数字化改造,铁道通信信号,2003年第39卷
第5期
[7]黄庆贵.接入网在铁路通信中的应用,铁道通信信号,2002年第38卷
关键词:软岩偏压铁路隧道; 大变形; 拱架拆换; 减载反压
中图分类号:U459.1 文献标识码:A 文章编号:
1概述
随着我国高速铁路的快速建设,受地形、水文地质条件以及规划平面要求等因素的影响,各种复杂地质条件下修建隧道大量出现,在地形偏压软弱岩体中进行隧道开挖支护便是典型现象之一 。软弱岩体特征复杂、岩性多变、围岩破碎,隧道易发生大变形,施工风险极大。软岩隧道的大变形破坏特征主要表现为:变形破坏方式多样、变形量大、变形速率快和持续时间长等特点 。截止至目前,虽然国内外学者对于软岩隧道修建提出了一系列控制标准及技术措施,但如何提高隧道结构在浅埋偏压条件下施工过程中的稳定性和有效控制隧道变形同时又提高施工效率,仍然是隧道工程界关注的热点问题 。现以软岩偏压铁路隧道工程为研究背景,综合分析现场施工量测数据和隧道大变形特征,进而分析产生大变形的原因,提出适合于浅埋偏压软岩内修建隧道的施工工法以及控制大变形的处治措施。
2 软岩隧道大变形特征及原因分析
2、1 隧道大变形特征分析
隧道自暗洞开挖以来,掌子面揭示围岩为强风化页岩夹砂岩,岩体破碎,自稳性差,有渗水,围岩变形严重。
隧道施工时根据开挖揭示的隧道工程地质条件及地形浅埋、偏压严重的特点采取了加强措施,但围岩及初期支护仍出现了严重变形,地表出现裂缝,导致已开挖段69 m 范围内初支变形侵限。
根据对施工现场的监控量测结果进行统计分析,,已开挖段出现大变形的问题主要有以下几个方面。
(1)围岩变形量大:拱顶沉降量大,其中D1K481+177.7 处拱顶累计沉降达49 cm;拱顶水平位移量偏大,其中D1K481+121 处拱顶水平位移达21.6 cm;
(2)围岩变形持续时间长:在围岩初期变形后,变形并未停止,而是持续发展,甚至加速发展。隧道的持续变形,造成初期支护变形过大而发生破坏,不得不进行衬砌拆换处理;
(3)拱脚位移收敛:线路左侧拱脚明显收敛,线路右侧拱脚偏离线路向外侧(山体低侧)位移,该段位于洞口段,浅埋偏压更严重,但变形量相对小,分析原因系该段已采用地表钢管桩注浆加固;
(4)初期支护变形破坏:由于围岩持续变形,初期支护严重变形破坏,且持续发展,易侵限。开挖过程中预留的40 cm 拱顶变形量,仍有局部侵限现象,主要分布在D1K481 + 175 断面拱顶处, 最大侵限值达到11.5 cm;
(5)地表开裂:据现场调查,施工开挖过程中,地表隧道中线两侧连续出现纵向裂缝, 裂缝伴随掌子面掘进而往前发展,且有变大趋势,裂缝无错台现象,裂缝最大宽度5 cm,长约50 m。
2.2软岩偏压铁路隧道大变形成因分析
综合下贵坪隧道施工实际情况,隧道发生大变形与地形特征、工程地质和水文条件、施工方法与工艺控制、支护措施等因素有关,具体分为以下几个方面。
(1)地形严重偏压:隧道出口穿越一单面斜坡,地形左高右低,斜坡呈下陡上缓状,自然坡度一般15毅~35毅,右侧坡脚相对较陡,达40毅,植被发育。隧道大致从斜坡中段通过,埋深浅,最大埋深仅约30 m,地形偏
压严重。
(2)岩质软,受断层影响,岩体破碎,开挖扰动后,周边围岩松动圈不断扩大:隧道穿越地层为页岩夹砂岩,属软质岩。隧道左侧约260 m 发育界牌断层,为区域性逆断层。隧道位于断层下盘,受此断层影响,隧道出口段岩层节理裂隙发育,强风化层较厚,岩体破碎,自稳能力差,裂隙间部分有泥质充填。局部有渗水,页岩遇水软化,围岩自稳定性差。
(3)施工方法不当及支护参数偏弱。隧道采用台阶法加临时仰拱法施工,随着施工扰动,岩体进一步破碎,在隧道发生大变形后未及时调整施工方法和加强支护措施,致变形加剧。
3 软岩偏压铁路隧道大变形控制措施
隧道大变形控制措施主要包括:施工方法调整和支护措施加强,浅埋偏压段洞外减载反压,以及变形侵限段初期支护拆换等措施。
3.1 施工方法调整和支护措施加强
3.1.1已开挖段支护加强
对已开挖段的支护加强主要包括洞内支护、地表加固两项措施。
(1)洞内支护:D1K481+116 ~ +155 段在既有的初期支护基础上增加了拱墙准42 mm 注浆锚管(长4 m,环纵向间距1 m)径向注浆加强支护。
(2)地表加固:开挖揭示围岩为强风化页岩夹砂岩,夹较多薄层状泥质粉砂岩,岩体破碎,稳定性差(雨季更甚)。洞身及隧底均位于该地层,且拱顶埋深仅3 ~10 m,偏压严重。在D1K481+145 ~ +185 段地表采用准75 mm 钢花管桩预注浆加固的横向范围由隧道中线两侧各12 m 扩大至隧道中线两侧各15 m,洞身范围加固深度自地表至拱顶以上0.5 m,洞身范围外加固深度自地表至隧底以下1 m。
3.1.2未开挖段支护加强及施工方法调整针对已开挖段在变更加强措施后仍发生较大变形导致侵限, 为确保隧道施工及结构安全, 对洞内D1K480+970 ~ D1K481+116 未开挖段146 m 支护措施进行适当调整,施工方法调整为CRD 法,如表3 所示。洞身复合型衬砌初期支护喷射C30 混凝土的厚度调整为30 cm,钢架采用全环玉25a 型钢钢架(间距0.6 m)。
3.2洞外减载反压
为减小地形浅埋偏压对隧道的影响,对D1K481+000 ~ +185 左侧山体进行开挖减载,利用开挖土石方对右侧沟槽进行回填反压,具体措施如下。D1K481+000 ~ +185 段洞外左侧山体开挖减载至高程约711 m,洞顶保留覆土厚度约6 m,开挖土石方量为5郾9 万m3,减载挖方全部用于右侧沟槽回填反压,回填高度至隧道内轨顶面以上5郾5 m 处,回填坡脚采用4 m 高坝式挡砟墙防护。
3.3初期支护变形拆换
为保证二次衬砌厚度, 确保结构安全, 对D1K481+116 ~ +185 段初支变形侵限或破坏部位进行注浆拆换处理。具体措施如下。
对初支变形侵限部位采用直径42 mm 钢花管径向注浆加固,钢花管纵、环向间距0.8 m,交错布置,每根长5 m。注浆采用水泥浆(水灰比1 :1),注浆压力1.0 ~1.2 MPa,注浆量按加固体积的15% 控制。注浆加固后对初支变形侵限或破坏部位进行逐榀拆换,拆换后及时施做二次衬砌。
注浆拆换顺序为:初支变形侵限或破坏部位注浆加固,侵限或破坏部位初支拆换,钢架落底成环,施作二次衬砌。
4 结论
(1)针对浅埋偏压软岩隧道选择适宜的施工方法对保证结构和施工安全十分重要。
(2)隧道发生大变形与地形特征、工程地质和水文条件、施工方法与工艺控制、支护措施等因素密切相关。
(3)隧道出现大变形时,洞内、洞外分别采取措施综合整治才能取得成功。
参考文献
[1]摇朱维申,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.
关键词: 高铁 防水聚脲 施工质量
中图分类号:F253.3 文献标识码:A 文章编号:
1.工程概况
张庄漳河特大桥中心里程:DK471+176.11,在河北省邯郸段管段起止里程:DK442+333.15~DK490+248(0#台~1482#墩),长47914.85m ,防水层施工面积达573205m2。
2.聚脲防水层施工
2.1喷涂主要设备
采用美国固瑞克公司H-XP3喷涂设备进行喷涂施工。
2.2喷涂辅助设备
1)空压机:采用进口的1.3L空气压缩机,气压衡定,并自带油、水分系统。
2)空气冷干机:采用高性能的空气冷干机,能有效分离压缩空气中的水分,确保压缩空气水分对喷涂聚脲的影响,避免聚脲涂层因水分形成气泡、针眼。
3)发电机:采用200KVA发电机组,能同时满足一组基层抛丸设备和二组聚脲喷涂设备的用电需求。
2.3基层处理设备
1)抛丸机:2-20DT
2)角磨机:采用博世9980N角磨机,功率850W。
3.聚脲施工方法及工艺
基层交接基层处理(抛丸、打磨)涂刮环氧腻子底涂满扫石英砂涂刮聚脲底涂修补针眼基层质量自检喷涂(纯)聚脲防水涂料喷涂脂肪族聚氨酯面层(部位)缺陷检查、涂层修补喷涂脂肪族聚氨酯面层(部位)防水涂层检验、验收。
3.1基层验收
防水层的基层应平整、清洁、干燥(含水率小于7%),不得有空鼓、松动、蜂窝麻面、浮渣、浮土、脱模剂和油污,平整度达到4m靠尺,尺与基层间隙<3mm。
梁面的尘土,施工残留的水泥浆,砂浆及油污等必须彻底清理干净,基层表面保持干净,不得有明水。
3.2基层抛丸
1)桥面初步清理
清理大的表面遗留物,可采用人工清扫+吹风机吹扫风的形式。
2)抛丸机的调试
抛丸机现场进行试抛施工,在试抛过程中,检测骨料的外露程度和表面粗糙度,根据测试结果,反复调整参数,控制好相关技术参数。
3)抛丸作业
根据调试后确定的三个参数,正式进行桥面的抛丸作业,并及时回收抛丸机抛头处溢出的钢丸。
4)抛丸质量检查
桥面抛丸处理中,控制抛丸机行进速度,用肉眼观察、手感度等方法来判断抛丸效果,是否完全清除表面浮浆和起砂情况,确保达到施工要求。
3.3涂布环氧底涂
腻子底涂用作粘结混凝土与后续满刮环氧底涂涂层,有良好的渗透力,能够封闭混凝土基层的水分、气孔以及修正基层表面的微小缺陷;同时能够与混凝土基层和上部环氧底涂涂层有很好的粘结作用。
基层抛丸处理完毕后,在混凝土基层上涂布环氧底涂涂层,采用人工滚涂及刮涂的方式进行施工,要求涂布均匀,无漏涂、无堆积。用量约为0.4kg/m2。
3.4满扫石英砂
涂布第一遍环氧底涂后,由于混凝土的缺陷,基层混凝土会显现密度很大的孔洞、如果不进行处理,后续的聚脲喷涂层的施工质量将得不到任何保障,而因为孔洞数量太多,单个地用人工进行修补工作量太大,工作进度太慢,严重地影响工程进度。因此可采用满扫40-70目石英砂的施工工法。
3.5刮涂聚脲底涂
采用人工刮涂环氧型聚脲底涂于基层表面,边坡部位采用滚涂滚刷的方式,要求涂布均匀,无漏涂、无堆积。现场作业时,应做好经处理并验收合格基层的保护,防止二次污染,并尽量在最短的时间内(底涂表干,4至6小时)进行聚脲涂料的喷涂作业。
3.6修补针眼
基层表面的剩余的少量针眼用PUP261环氧型修补材料进行人工补平,待修补材料固化后,才能进行下一道工序施工。
3.7喷涂聚脲弹性体防水涂料
聚脲涂料喷涂作业,采用双组份枪头撞击混合喷射系统的喷涂设备,防水涂料由甲组(A组)和乙组(B组)两种组份组成。
喷涂聚脲防水涂料施工采用人工喷涂方式,聚脲施工前应保证基层温度高于露点温度3℃,施工前需将B料搅拌15分钟以上,并使之均匀,施工过程中应保持连续搅拌。
喷涂作业时,一般用手持喷枪喷涂施工,喷枪宜垂直于待喷基层,距离适中,移动速度均匀;喷涂顺序为先难后易、先上后下,宜连续作业,一次多遍、纵横交叉喷涂至设计要求的厚度,一般人工喷涂2—3遍能达到2mm厚。
底胶层施工完成后,与喷涂聚脲作业的间隔时间不应超过相关规定,一般在底涂施工完成4小时后,24小时前进行聚脲喷涂。
3.8特殊部位处理
1)防护墙、侧向挡块的封边处理
防护墙的侧面应先使用角磨砂轮机打磨混凝土表面、清除浮浆和毛边。防护墙、侧向挡块根部的后期修补用聚合物砂浆进行处理,之后再做底涂处理。
2)泄水孔的处理
泄水管内刷涂底涂约10cm深,然后手工向孔内壁喷涂聚脲防水材料。
3.9 喷、涂脂肪族面层
对于外露使用的聚脲防水层,为防止变色,应在其上罩一层脂肪族聚氨酯面漆。采用专用设备或人工涂刷,按照设备的要求进行喷涂施工,喷涂厚度0.2mm;确保不漏涂,不堆积,均匀喷涂,达到封闭的目的,提高防水层的耐久性。喷涂施工24小时内,应避免重物碾压。
3.10涂层修补
针孔应逐个用涂层修补材料修补。先用电钻在针眼部位打直径为3mm的孔,然后用刮涂聚脲修补找平。
对于小于250cm2的鼓包,剔除鼓包后直接用刮涂聚脲修补至设计厚度。
对于大于250cm2的鼓包,应剔除到混凝土桥面基层,重新涂环氧底涂、满扫石英砂、第二遍底涂、按设计要求厚度喷涂聚脲涂层,喷涂聚脲涂层之前应采用专用粘结处理剂对原有防水层表面进行处理。
4.防水涂层检验、验收
按《京沪高速铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》的规定,聚脲施工过程中以及喷涂完成后应进行现场检验。现场检验项目如下:
1)现场试模检验
现场每班喷涂前,应利用所使用设备及原材料喷制400×400㎜聚脲防水涂料试模3块,养护7天后选择2块进行拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、硬度等物理性能检验。
2)聚脲防水层外观检测
聚脲表面平整、无流挂、无针孔、无起泡、无空鼓、无开裂、无异物混入。
3)厚度检测
喷涂完成后,用超声测厚仪检查涂层厚度,底座板下喷涂聚脲弹性防水层厚度≥2.0㎜。其它区域≥1.8㎜。轨道板下每隔5米布设4个测点;其它区域每隔5米布设4个测点,即轨道板中间布设2个、左右防护墙各布设1个。
4)粘结强度检测
在防水层施工7天后进行现场拉拔试验,每10孔梁(或每320米)随即抽取一孔(或连续32米1桥面)进行检测,每孔梁(或每32米)检测5处,测点均匀分布。拉拔后的部位用聚脲防水涂料喷涂,做快速修补、刮平。
5)不透水性检测
在防水层上选定测试部位,清除灰尘,按透水仪底座大小涂抹一圈密封材料,将仪器底座安置并按紧。将水注入带有刻度的玻璃管内,至570㎜刻度为止,每30秒记录一次水位高度,直至30分钟为止。每孔梁(或每32米)检测一处。
6)脂肪族聚氨酯面层检验
脂肪族聚氨酯面层施工完毕后,应进行目测外观检验。面层应涂刷均匀,色泽一致,不得漏涂,涂层应无气泡、开裂和剥落。
脂肪族聚氨酯面层厚度应按照设计要求厚度,一般情况下脂肪族聚氨酯面层厚度≥200微米每孔梁(或每32米)检测10处,按照涂刷区域均匀分布检测点。
5.桥面防水层施工注意事项
1)涂料使用前严禁混淆A、B组分进料系统;
2)雨天或6级以上风不得进行聚脲喷涂施工;
3)防水涂料在运输和保存中,严禁遇水,严禁接近火源,甲乙两种涂料应分别存放保管;
4)防水层施工过程中,不得因流溅或其他原因污染梁体;
5)环境温度低于10℃应采取保温措施;
6.结论
本论文对高速铁路聚脲防水施工进行了讨论。因高速铁路采用无砟轨道技术与传统铁路不同,要求防水层不仅具有防渗、抗裂的基本性能,还要能经受高速、受载、交变冲击等火车高速行驶带来的冲击。喷涂聚脲涂层因没有接缝、黏结力强,同时还具有优异的耐磨性、抗冲性、抗开裂、耐紫外光以及耐高低温性能,满足了高铁的特殊要求。所以笔者认为防水技术将随着高速铁路建设的不断发展而改进和提高,而防水材料的选择将成为重中之重的一项内容。
参考文献
1)高速铁路聚脲防水施工设计参考:铁道第三勘察设计院2009年12月天津出版《桥面防水体系铺装及构造图》(石郑桥通-14);
2)防水验收标准及试验指标参考:铁道部2009年11月第1版北京的“铁建设[2009]117号《客运专线桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》;
关键词:爆破工程;安全监理;问题;对策
中图分类号:O643文献标识码: A
引言
爆破工程通常使用在开凿隧道、修建桥梁、山体爆破、拆除构筑物和建筑物等等工程之中,其通常会排在重要的位置,并且影响到全部工程进度。爆破工程拥有着相当大破坏威力,并且在施工过程之中具有一定的不确定性。如果爆破工程出现重大失误之时,则就会出现一定的损失,造成不堪设想的后果。因此安全问题这是爆破工程的重要点。安全监理指的是工程建设过程之中对施工人员的人身安全、操作工具仪器、材料的安全以及确保周围环境安全进行评价、动态监管以及督查,防止潜在的威胁及安全隐患的产生,进而实现安全生产的目的。安全监理可以保证爆破工程顺利,不断降低事故发生概率,并且,安全监理也可以避免爆破工程产生的重要损失、材料浪费和工程延期,帮助其达到较好的爆破效果。在实际爆破工程的实施过程中,安全监理存在着诸多不合理的地方,比如说;法律法规不健全、缺少较为专业的安全监理技术人员、检查监管制度不严等。本文将对爆破工程之中存在的安全监理问题进行地梳理,同时提出一些行之有效的措施,并且促进安全监理功能的实现,确保爆破工程顺利实施,可以给我国社会经济发展提供一定的支撑。
1、爆破的实质
当今,在高速公路的施工过程中己经广泛地应用了工程爆破技术,为了使西部大开发的繁荣发展,在基础设施建设方面需要对其进行加强。我国的西部地区有比较多的高挖地段,同中部相比地形较为复杂。因此,在对公路进行施工时,爆破技术是其主要的使用形式。而在爆破的过程之中,因为施工现场的复杂性,可以会出现诸多不可预料的错误,而对施工人员的生命健康安全造成一定的伤亡。根据我国的相关规定,因为爆破施工造成的人员伤亡率占到总伤亡人数的30%。因此,在进行公路建设施工过程之中,需要对爆破过程之中做好施工管理工作,将爆破伤亡率将到最低。
在进行爆破之时,因为外界条件、内部的受热以及撞击,在能量积累到一定程度之后,达到量的积累实现爆破,在进行爆破的过程之中,会出现一定的高热气体。出现爆破之后会产生一定的危害,比如,可能产成飞石现象、空小规模的地震与空气冲击波。如果当前的现象超出不能掌控的范围之话,则就会出现一定的事故,在今后的施工过程之中,为了保证安施工的进行,防止人员伤亡与发生意外事故,施工企业需对爆破技术的管理工作加强,这样做有利于确保爆破过程的安全性。
2、爆破工程安全监理存在的问题
2.1、缺乏一些安全监理技术人员
爆破工程是工程建设领域之中一个十分特殊行业,因为处在高速发展时期,需要的从业人员相对比较多。爆破工程安全监理也是一种特殊的专业性较强的的技术工作,其在爆破工程之中起着重要作用。爆破工程安全监理的从业人员不仅仅需要一些专业的爆破方面知识,还且还需要一定的组织协调能力、工程控制能力以及法津意识等等。但是可以同时满足该些条件的人员数量比较少,不能满足该行业的需要,并且也不方便此行业的进一步发展壮大。
2.2、与之相应的法津法规不健全
当前我国已经制定了相关的爆破工程安全监理方面的法律法规主要包括有《爆破安全规程》(GB6722-2003)、《民用爆炸物品安全管理条例》、《爆破作业项目管理要求》(GA991―2012)。其只有提供有限的参考性的标准以及条例,比如说操作规范等重大问题仍无参照。
3、爆破工程安全监理的措施
3.1、爆破施工的准备工作
在进行爆破施工之前,需要依据之前爆破施工设计,按照工程方案,确定好爆破施工顺序、点火形式以及装药量。在进行爆破施工之中,为了保证爆破施工的安全,爆破施工现场只能留下专业的爆破施工人员,严格遵守爆破安全操作制度。
在填入炸药前,应将所有的炮孔进行清理与检查。在填充炸药过程中,严禁使用铁棍,应通过竹子与木棍进行填充。在装药的过程中,严禁使用烟火与明火进行照明。同时在进行爆破施工之前,施工方应该将声响信号以及视觉信号及时发出,使得危险区之内的全部施工人员保持一定的警惕性。如果在爆破实施过程之中,出现盲炮、瞎炮的话,首先需要上报,依据实际情况,制定行之有效的解决方案。
3.2、成立安全管理组织机构
确保爆破工程进行安全施工,要求成立项目安全管理的组织机构。项目总监其是爆破工程的主要责任者,在任期之内,应该不断建立健全以总监为首的项目处、工地和班组的分级负责安全管理保证体系,并且也应该建立以及健全专管成线、群管成网的安全管理组织机构。爆破工程应该设置专职安全管理部门,同时配备一定的专职人员。工地应成立以总监为负责人的安全施工管理小组,并且配备安全管理员,应该注重建立工地领导成员轮流安全施工值日制度,解决以及处理施工之中的安全问题以及进行巡回安全监督检查。同时不断加强施工班组安全建设,每一个施工班组应该设立安全员协助班长,做好班组安全管理。每一个班组应该坚持执行安全检查、安全值日、安全记录等等制度。
3.3、安全生产管理机构和专职人员制度
安全生产管理机构由项目单位内部依法自行设立,用于管理本项目内部关于生产活动相关的安全行为。管理机构内部人员为专职负责安全生产活动人员,不得由其他部门人员兼职,并且必须具有一定的安全管理的能力,通过国家考试取得从事安全生产管理的相应证件。管理机构内专职人员的数量应根据工程项目规模和从事生产活动性质而定,但人员最少数量必须满足国家要求。安全生产管理机构在日常生产活动中,对于不安全的行为和人员,依法实行监督、管理的权利,任何部门和个人不得阻碍执法活动。专职人员负责日常生产活动中现场的检查、记录,当发现安全隐患后,专职安全人员立即制止违法、违章施工生产,并立即上报单位领导和安全管理机构。
3.4、安全生产责任制度
安全生产责任制度应根据“管生产必须管安全”“安全生产人人有责”的原则,明确各级领导、各职能部门和各类人员在施工生产中应负的安全责任。爆炸物品的安全管理由单位领导直接负责,单位领导必须制定和完善爆炸物品安全操作规程和安全技术管理制度,建立健全职工责任制,督促职工严格遵守,实行奖罚制度,并根据实际设立单独的安全管理部门或专职安全人员。爆炸用品应在专用仓库储存,储存仓库内设专职人员管理。严禁将爆破器发放个人或非专用仓库保存。爆破用品专用库房,必须建立健全严格的出入库检查、登记制度。爆破用品的收存和发放必须做到实名登记,做到库存和登记相一致。储存爆破用品数量应当小于库房设计最大存储量,对于性质相抵触并可能发生反应发生危险的爆破用品,必须实行单独库房存储,严禁存放其货物和易燃易爆物品。非工作人员或无关人员不得进入仓库,不得进行一切与工作无关的活动。专职人员在工作中应严格执行安全操作规程,对于违反规程的不安全行为和个人有权制止,如发现爆破用品被盗,必须在第一时间上报单位领导和当地公安机关。对新入库的爆破器材应抽样进行性能检验,变质和过期失效的爆破器材,必须及时由专人处理。对于要实行销毁的器材,在销毁前应登记造册,提出实施方案,报上级主管部门批准,并向所在地县、市公安局指定的地点妥善销毁。从炸药运入现场开始,应划定装运警戒区,警戒区内应禁止烟火;搬运爆破器材应轻拿轻放,不应冲撞起爆药包。爆破用品使用,实行严格的领取、清退制度。爆破器材必须由专职爆破人员领取,其他人员或不具备资格人员不得领取。爆破作业必须建立统一的指挥系统,制定严格的爆破前后安全检查、处理制度和安全警戒制度。对于使用后剩余爆破用品,必须当天退回仓库,严禁在外非法储存。
4、结语
爆破工程的危险性使得对于安全提出从了较高的要求,并且对于爆破工程的监理也挖掘了监理的新内涵――安全监理。爆破工程安全事故的发生使得其在爆破工程中安全监理必须执行。重大爆破工程之中得到成功的经验,则给当前进行爆破工程安全监理工作提供了十分重要的借鉴意义,并且对爆破工程安全监理制度的出台提供一定的参考价值。
参考文献
[1]李林.工程监理的安全生产管理探析[J].江西建材,2014,13:280.
[2]欧阳蕾.谈建筑工程项目的安全监理问题与对策[J].山西建筑,2013,34:229-230.
[3]张道振,屠欢根,李运喜,高啸.浅谈组织协调在爆破安全监理中的作用[J].工程爆破,2011,01:92-94+23.
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
论文摘要:现代土木工程不断地为人类社会创造崭新的物质环境,成为人类社会现代文明的重要组成部分。本文论述了土木工程的涵义、现状及未来的发展趋势。
引言
纵观人类文明史,土木工程建设在和自然斗争中不断地前进和发展。在我国的现代化建设中,土木工程业越来越成为国民经济发展的支柱产业。同时,随着社会和科技的发展,建筑物的规模、功能、造型和相应的建筑技术越来越大型化、复杂化和多样化,所采用的新材料、新设备、新的结构技术和施工技术日新月异,节能技术、信息控制技术、生态技术等日益与建筑相结合,建筑业和建筑物本身正在成为许多新技术的复合载体。而超高层和超大跨度建筑、特大跨度桥梁及作为大型复杂结构核心的现代结构技术则成为代表一个国家建筑科学技术发展水平的重要标志。所有这一切都说明在土木工程中越来越体现了技术与创新的作用,谁能在世纪之交把握住土木工程学科的发展趋势。谁就能在知识经济时代开创土木工程学科的新纪元。
一、土木工程的涵义
土木工程是指建造各类工程设施的科学、技术和工程的总称。土木工程的含义可从两方面去理解。一层含义是指与人类生活、生产活动有关的各类工程设施,如建筑工程、公路与城市道路工程、局坝水电和水利工程、铁路工程、桥梁工程、隧道工程、地下空间开发利用工程等。另一层含义是指为了建造工程设施应用材料、工程设备在土地上所进行的勘察、设计、施工等工程技术活动。经过多年的发展,目前土木工程的实践和研究己取得显著成就,无论是结构的力学分析,还是结构设计的理论和方法以及结构的施工手段,都有了非常大的突破;特别是近若干年,在高层、大跨结构和钢结构方面成绩尤其惊人。但展望未来,土木工程领域中仍然有许多课题需要我们进一步探讨。
二、土木工程的发展现状
我国的土木工程建设从20世纪50年代起一直没有停过,且发展很快,尤其在近年来,发展极为迅猛,几乎整个中国成了一个大的建设工地。新的高楼大厦、展览中心、铁路、公路、桥梁、港口航道及大型水利工程在祖国各地如雨后春笋般地涌现,新结构、新材料、新技术大力研究、开发和应用。发展之快,数量之巨,令世界各国惊叹不已。
截止2000年底,我国铁路运营路程已达6.78万公里,居世界第4位,亚洲之首。铁路朝着城市轻轨和地铁两方而发展。同时,我国也在积极建造高速铁路,武汉至广州的高速铁路运营时间仅需4小时。此外,磁悬浮列车也在发展。桥梁工程也取得了惊人的成就,伴随着桥梁类型的不断翻新,主跨跨度一再突破。杨浦大桥、南浦大桥、芜湖长江大桥、南京长江二桥等大跨桥梁的建成都标志着我国的大跨结构达到了一个新的水平,己跨入世界水平先进行列。目前,我国己建成千米以上大桥3座、800m以上大桥8座、600m以上大桥15座、400m以上大桥40座,重庆万县单孔跨度达420m的钢筋混凝上拱桥更引起世界同行的莫大兴趣。在水利建设方面,50年间全国兴建大中小水库8.6万座,水库总蓄水量4580亿立方米。建设和整修大江大河堤防25万公里,目前防洪工程发挥的经济效益达7000多亿元。在大坝建设方面,我国先后建成了青海龙羊峡大坝、贵州鸟江渡大坝、四川二滩大坝等水利工程。
三、土木工程的发展趋势
(一)高性能材料的发展
钢材将朝着高强、具有良好的塑性、韧性和可焊性方向发展。日本、美国、俄罗斯等国家已经把屈服点为700N/mm2以上的钢材列人了规范;如何合理利用高强度钢也是一个重要的研究课题。高性能混凝土及其它复合材料也将向着轻质、高强、良好的韧性和工作性方面发展。
(二)计算机应用
随着计算机的应用普及和结构计算理论日益完善,计算结果将更能反映实际情况,从而更能充分发挥材料的性能并保证结构的安全。人们将会设计出更为优化的方案进行土木工程建设,以缩短工期、提高经济效益。
(三)环境工程
环境问题特别是气候变异的影响将越来越受到重视,土木工程与环境工程融为一体。城市综合症、海水上升、水污染、沙漠化等问题与人类的生存发展密切相关,又无一不与土木工程有关。较大工程建成后对环境的影响乃至建设过程中的振动、噪声等都将成为土木工程师必须考虑的问题。
(四)建筑工业化
建筑长期以来停留在以手工操作为主的小生产方式上。解放后大规模的经济建设推动了建筑业机械化的进程,特别是在重点工程建设和大城市中有一定程度的发展,但是总的来说落后于其他工业部门,所以建筑业的工业化是我国建筑业发展的必然趋势。要正确理解建筑产品标准化和多样化的关系,尽量实现标准化生产;要建立适应社会化大生产方式的科学管理体制,采用专业化、联合化、区域化的施工组织形式,同时还要不断推进新材料、新工艺的使用。
(五)空间站、海底建筑、地下建筑
早在1984年,美籍华裔林铜柱博士就提出了一个大胆的设想,即在月球上利用它上面的岩石生产水泥并预制混凝土构件来组装太空试验站。这也表明土木工程的活动场所在不久的将来可能超出地球的范围。随着地上空间的减少,人类把注意力也越来越多地转移到地下空间,21世纪的土木工程将包括海底的世界。实际上东京地铁已达地下三层:除在青函海底隧道的中部设置了车站外,还建设了博物馆。
(六)结构形式
计算理论和计算手段的进步以及新材料新工艺的出现,为结构形式的革新提供了有利条件。空间结构将得到更广泛的应用,不同受力形式的结构融为一体,结构形式将更趋于合理和安全。
(七)新能源和能源多极化
能源问题是当前世界各国极为关注的问题,寻找新的替代能源和能源多极化的要求是21世纪人类必须解决的重大课题。这也对土木工程提出了新的要求,应当予以足够的重视。
此外,由于我国是一个发展中国家,经济还不发达,基础设施还远远不能满足人民生活和国民经济可持续发展的要求,所以在基本建设方面还有许多工作要做。并且在土木工程的各项专业活动中,都应考虑可持续发展。这些专业活动包括:建筑物、公路、铁路、桥梁、机场等工程的建设,海洋、水、能源的利用以及废弃物的处理等。
参考文献:
[1]段树金.土木工程概论[M].北京:中国铁道出版社,2005.
【关键词】铁路隧道防排水 设计要点
中图分类号:S607+.2 文献标识码:A 文章编号:
一、前言
防排水是铁路隧道设计标准建设、设计、施工中的重点,但衬砌渗漏水问题仍然不同程度地出现在新建铁路隧道中。隧道渗漏水不仅直接影响行车安全,而且还降低隧道通风、照明系统的工作效率,诱发运营设施的锈蚀,影响隧道结构的耐久性,在寒冷地区隧道的渗漏水还会引发挂冰、底鼓等不良病害,严重危及行车安全。因此,针对目前国内的防排水技术现状,有必要进行进一步的研讨,对防排水技术提出更新的改进措施。进一步指导铁路隧道设计与施工,使隧道工程交付运营后处于整洁状态。
二、铁路隧道防排水设计原则
“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理”是铁路隧道防排水设计遵循的基本原则。在进行铁路隧道设计时,应综合考虑隧道区水文工程地质和气候条件,以及地下水排放对周围生态环境的影响,合理设计隧道衬砌和铁路隧道的开挖方法。
1、根据防排水形式,隧道防排水设计可分为:排水型隧道和防水型隧道。
(一)排水型隧道坚持以排为主或以堵为主,限量排放的原则,一般应用在山岭隧道中。我国大部分铁路隧道位于山区,一般情况下隧道排水对周围环境影响不大,大部分使用排水型隧道。允许地下水排放量要根据具体的隧道环境来确定。如果排水对周围的生态环境影响不大可不控制排水。在保证初期支护和二次衬砌的排水系统畅通的情况下,可以利用衬砌背后的盲沟让水排进隧道内排水沟排除洞外。但是,如果排水系统发生堵塞时,可能导致隧道承受水压,使隧道失稳。
(二)防水型隧道是通过防水层或止水带等各种措施将水控制在衬砌之外。这种类型的隧道广泛应用于静水头压力不超过30m的隧道区中。经研究表明,防水型隧道的静水头压力上限是60m,但是这对隧道结构和防水的要求比较高且不符合经济性要求。但是,在下列条件下是要优先选用防水型隧道的:
当地下水排放对周边环境影响较大时,特别是城市条件下及大量排水对地表植被、生态环境等造成影响较人的地区;当地表下沉对结构lF常使用和周边环境影响较大且对其造成危害时;当地下水具有腐蚀作用时,为了避免地下水对混凝土的腐蚀和加速混凝土的退化,需要将混凝土与地下水隔离处理。
2、铁路隧道防排水措施
铁路隧道防排水措施除了模筑混凝土主体自防水外,还包括初期支护喷射混凝土防渗、防水层防水、施工缝、变形缝防水、洞内排水等等措施。
(一)初期支护喷射混凝土防渗:I—TA(国际隧协)提倡用喷射混凝土作为防水层。但影响其抗渗性的因素较多,采用此法需要隧道进行特别的处理,隧道围岩面处理对于喷射混凝土时十分必要的。围岩漏渗水对喷射质量有直接的影响。当隧道处于软弱围岩段时,为了保证支护抗渗能力需要对支护及其背后进行注浆,使喷射混凝土层内部密实。对于突出于围岩面的锚杆端部或钢筋头。可事先切割然后喷射,或者在喷射后在进行切割,然后对其再补喷或用砂浆覆盖。
(二)防水层防水:防水层是山岭隧道复合式衬砌中防排水体系的重要组成部分,是保证隧道防水功能的重要措施,防水层有效的消除底层渗水对二次衬砌的影响。还可以对初期支护和二次衬砌起到隔离作用,减小喷射混凝土对二次衬砌模筑混凝土的约束应力,避免了二次衬砌裂缝的产生,提高其抗渗能力。
(三)施工缝、变形缝防水
施工缝是隧道衬砌混凝土施工时遗留的。沉降缝和伸缩缝统称为变形缝。沉降缝设计地质条件显著变化和衬砌受力不均处。伸缩缝的设置是为了防止混凝土受温度和收缩影响而开裂,施工缝和变形缝是防水的薄弱部位,需加强防水设计。二次衬砌结构混凝土时应尽量少留施工缝,在拱墙、仰拱和底板等处不得留纵向施工缝。对于止水带的选用应该根据实际情况,合理选择符合实际需要的止水带。
(四)洞内排水
洞内排水是在衬砌背后设置排水系统,使水能从衬砌背后畅通排除。排水系统主要由环、纵和横向排水盲管、侧沟和中央排水管组成。初期支护喷射混凝土和岩面、防水层之间的水通过环向排水盲管下渗至纵向排水盲管;纵向排水肓管将水汇集流入位于衬砌基础的横向排水盲管,然后再排至中央排水管中。地下水主要通过隧道内侧沟,由侧沟汇集排至中央排水管。中央排水管要符合设计要求,总体坡度、段落坡度和单管坡度要协调一致。排水系统埋设好之后,还要进行通水实验,发现问题及时处理。
三、防排水问题分析与建议
铁路隧道的防排水可分为三类,为全封堵防水型,防排结合型(限量排水)和排水型。排水和限量排水施工对地下水的影响示意,排水型隧道相当于地下集水廊道,显然是对地下水影响最严重的一种;限量排水型是目前铁路隧道应用较多的一种类型,水位下降的多少及影响范围与允许的排水量、地下水补给量有关。全封堵防水即不允许或仅允许肉眼观察不到的极少量的地下水渗入,其对地下水的水位不会产生影响,如在浅埋隧道中可采用全封堵防水。
1、根据环境要求选择防水类型与地下水处理措施
目前很多隧道忽视外部环境对隧道防排水的要求,在全长范围内采用同一防水类型,这在某些情况下不合理,建议设计时多考虑外部生态环境和地质环境要求分区段确定防水类型。
(一)在临近良田和城镇村落的洞口浅埋段,浅埋且上部有重要水源或河湖段。要求隧道防水在满足内部运营及耐久性需要的前提下,主要为消除对外部生态环境影响而考虑。可选择全封堵防水型。
(二)在隧道深埋段,由于存在高水压问题需要适当在衬砌背后设置排水系统,同时要减少排水对原有地下水环境和围岩的影响,这就要求选择防排结合类型。限量排水。
(三)在特殊地质地段,需结合地下水文地质特点,选择合理的地下水处理措施。比如隧道在岩溶暗河段,通常不能堵塞其河道,而采用引流措施,绕避隧道。
2、重视衬砌结构防水
支护结构应被视为隧道防水的第一道防线,通常支护包括围岩注浆、喷射混凝土支护。
( 一)围岩注浆防水
围岩注浆对防水的作用主要表现为以下两个方面:围岩注浆可减少地下水渗透量。根据日本青函隧道围岩注浆试验结果,压注后围岩空隙填充率一般在0.8~0.9左右,注浆前后渗透系数比值可达到100~l000倍左右。
(二)初期支护防水
喷射混凝土支护层作为复合式衬砌的最外层支护,其施作质量受围岩开挖、施作工艺及结构形式影响很大,不作任何处理的支护防水能力是非常有限的。施工时应做到以下几点:对喷射混凝土的围岩面进行处理;对喷射混凝土背后或内部空隙进行注浆;对突出的钢筋、锚杆端头进行处理;对喷射混凝土裂纹进行处理;调整混凝土配合比或掺加外加剂等,提高混凝土的抗渗能力。
3、强调新型分区防水,改善防水效果
目前采用的分区防水是仅在防水层与二次衬砌之间进行分区,其理由是防水层一点的破损,不致使渗入的地下水流入隧道的其他区段,而是将其限制在某个较小的区域里面,也就是说防水层一点的渗漏不致引起多处衬砌薄弱部位的渗漏。但事实是防水层的损坏不会只有一点,很多情况下是存在多处损伤。而初期支护喷射混凝土表面的渗漏存在不均一性,防水板背后的土工缓冲材料又具有排水的功能,地下水可在防水层背后自由流窜。因此,隧道初期支护喷射混凝上层一点的渗漏,可能导致所有防水层破损处渗漏,使相应地段衬砌处于水害威胁之下,当渗漏发生在隧道纵坡坡顶时,渗漏会影响隧道全长。
结论
随着铁路隧道的设计标准不断提高,铁路隧道防排水设计应进一步加强其系统性排水与防水应紧密结合,尤其应注重隧道排水系统对防水的基础性作用,根据工程条件针对性进行防排水设计,做到防排水精细化设计,并将防排水施工作为一道关键施工序,从而保证防排水系统稳定可靠。
【参考文献】
[1].陈文义 浅谈内昆铁路隧道结构防排水设计[期刊论文]-隧道建2004,24(1)
[2].严卫.YAN Wei 昆仑山隧道防排水设计与施工[期刊]-隧道建设2006,26(5)