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隧道襯砌結構及輔助施工措施
本工程具有周邊環境復雜、工程及水文地質條件差、結構形式及受力復雜、施工工序多、地面沉降控制嚴格、工期緊等特點。由于鐵路無法設置便梁等臨時保護措施,在臨時支撐拆除時為確保隧道有效控制沉降及鐵路的運營安全,隧道采用3層襯砌結構[2](1次初支、2次模筑襯砌),全環設置299超長管幕預加固[5],按雙側壁導坑六部[6]微臺階開挖方式進行施工。2.1襯砌結構1)初期支護。①噴混凝土:C25耐腐蝕混凝土,厚度35cm;②鋼筋網:8鋼筋,網格間距15cm×15cm,全環雙層;③鋼架:I25工字鋼架,全環設置,間距60cm。2)一次模筑襯砌。采用C40耐腐蝕防水鋼架混凝土,厚40cm,鋼架采用25四肢格柵鋼架,間距50cm,一次模筑是在中壁臨時支護不拆除的情況下施工。3)二次模筑襯砌。采用C40耐腐蝕防水鋼筋混凝土,厚50~60cm。在一次模筑襯砌的保護下,分段拆除臨時支護后施工。4)中壁臨時支護。臨時支護采用C25噴混凝土(中壁厚30cm、橫撐25cm)、工字鋼架(中壁I25、橫撐I20a)、8鋼筋網聯合支護,鋼架間距同主鋼架,并對掌子面噴混凝土進行封閉。2.2輔助施工措施1)299超長管幕。全環設置299鋼管管幕[5],隧道管幕左線長度110m,右線長度76m。鋼管環向間距35cm,與隧道外輪廓凈距25cm,鋼管采用299×12mm的無縫鋼管水平鋪設在土體中,299鋼管之間打入60鋼花管,通過60鋼花管對管幕外的土體進行注漿加固并使之與299鋼管成為一個整體。鋼管之間的連接采用273mm的內接管箍,管箍長400mm,直接對焊連接。2)洞內深孔注漿。管幕施工完成后,采用超細水泥-水玻璃漿液對掌子面進行全斷面超前注漿加固地層,防止隧道開挖過程中出現坍塌引發地表下沉。3)地面注漿。為有效保護鐵路,采用超細水泥漿對隧道拱部管幕以上1.5m、邊墻管幕以外2m范圍進行注漿,對管幕以外的松散土體進行加固,防止土體從管幕之間的薄弱環節掉塊。
工法選擇及施工組織
隧道施工工法根據隧道的結構形式、工程及水文地質和周邊環境條件,經綜合比選后,隧道采用雙側壁導坑六步微臺階法[6]施工工法,詳見圖3。1)施工299管幕,全斷面注漿,采用雙側壁導坑法分六步分部開挖并支護[5]。2)鑿除一次模筑襯砌范圍的中壁臨時支護噴射混凝土,保留臨時支護鋼架,施作一次模筑鋼架襯砌,每循環長度為6m。3)待一次模筑襯砌達到設計強度后,在其保護下,分段拆除中壁豎向臨時支護,鋪設防水板,施作二次模筑襯砌底板。4)采用襯砌臺車施作拱墻部位的二次模筑襯砌。管幕與注漿施工順序的選擇對于超長管幕與注漿的施工順序有先施工管幕后注漿和先注漿后管幕2種。1)如采用先施工管幕后注漿,管幕擴孔施工是在原狀松軟地層中進行,較容易推進,但注漿需要分2種方式,在管幕以內部分需要洞內水平注漿,管幕以外需要在地面垂直注漿,這樣就存在2種注漿方式的工序轉換,且洞內注漿效果沒地面效果好。2)如采用先注漿后管幕,由于埋深較淺,均采用地面注漿方式,施工容易,注漿效果較好,但對管幕的施工影響較大,由于注漿后會提高地層的強度,對管幕的擴孔造成較大的困難,對工期和管幕的施工質量均有較大影響。經綜合比較后,選擇先施工管幕后注漿的施工順序。(a)(b)圖3隧道雙側壁導坑微臺階法步驟圖Fig.3Sequenceoftunnelconstructionbydoublesidedriftminibenchmethod3.3管幕施工工藝為控制地表及鐵路沉降,保證鐵路運營的安全、暢通,在綜合比較108雙層大管棚、299鋼管管幕、600管幕后,根據施工現場的工程及水文地質條件,并結合目前各施工工藝情況,根據計算和工程類比,確定超前支護采用299鋼管管幕。考慮到管幕最長為110m,采用前拉后夯[5]施工工藝進行施工,即首先利用水平導向鉆機打設127的水平孔,然后通過前拉后夯工藝將299鋼管拉到指定位置。具體施工方法為:采用127鉆桿每隔4孔打設一個導向孔,要求導向孔的導向精度控制在5cm以內,利用導向孔進行擴孔作業,擴孔作業要采用擠擴的方法,不能采用通常水循環方法,防止引起地層擾動,導致地面沉降;擴孔完成后采用前拉后夯法,將299鋼管連同60注漿管同時拉入;在拉入時,可能會遇到回填及不均勻的硬地層引起卡鉆現象,局部用夯錘夯法,在鋼管后部施以夯力使鋼管順利通過,直至將鋼管拉出對面掌子面。管幕導向孔利用有線和無線2種導向方法,嚴格控制導向精度。利用高精度有線導向儀及管內光學測量系統,其精度控制在3‰以內;利用無線導向儀器在地表進行測量定位,將偏差控制在5cm以內。為了避免相鄰管幕施作后引起地層松動,確保地面無沉降,在管幕施工過程中須適時在管幕外側進行回填注漿,補償地層的松散變形,更加有效地控制地層的擾動變形。跟進回填注漿采用60mm鋼花管注漿。根據本項目管幕的施工情況統計,一般正常情況下3d可以施工2根長管幕。當地層中遇到障礙物時就會較長,最長1根管幕花了5d才完成。地層條件對管幕的工期影響較大,在選用時應慎重考慮。
鐵路保護措施
鷹廈鐵路是進入廈門本島的主要鐵路通道,每天有13對客車與17對貨車通過,交通十分繁忙。隧道下穿段既有鐵路有3~4條股道交錯設置,平面布置十分復雜;與擬建下穿隧道交角較小,影響范圍長,專用線道岔位于隧道拱頂位置。控制標準根據《鐵路線路修理規則》,線路軌道靜態幾何尺寸容許偏差管理控制標準值如表1所示。對鐵路的保護措施1)采用強大的隧道支護結構和措施,控制隧道及地表變形。隧道采用3層結構,施工階段荷載由初期支護與一次模筑襯砌承擔,使用階段荷載由一次模筑襯砌與二次模筑襯砌承擔。一次模筑襯砌達到強度后,拆除臨時施工支護,施作二次模筑襯砌。2)洞口管幕端頭設置支撐于樁基的導向墻,從而管幕形成剛度較大的縱梁,控制隧道周邊地層變形及地表沉降。3)與鐵路工務部門密切配合,為避免沉降累計,影響鐵路的正常行車,可分階段起道填碴或墊鋼板(如管幕施工完成、開挖過半、開挖完成等不同階段),根據監測數據,分別對軌道做出調整。4)隧道施工中,鐵路應限速,每趟列車經過前監測一次(由第三方進行自動化監測),軌道變形接近控制標準的70%時,應立即對鐵路進行起道填碴或墊鋼板,保證鐵路的安全暢通。應遵守現行《鐵路線路修理規則》、《鐵路工務安全規則》等規范。5)左、右線隧道錯開30m施工,并采用小于0.7m的短進尺開挖,避免地面沉降累計,降低單位時間的沉降量。6)應有工務部門的專人負責鐵路的安全評估,當影響列車通行時,應停止隧道施工,對鐵路進行整修和保護。緊急預案1)每趟列車經過前監測一次(由第三方進行自動化監測),軌道變形超過控制值時,應立即與鐵路運營部門聯系,征求其處理意見,原則上貨車應以慢性方式通過,客車應停止通過。并立即組織人員進行搶修,盡快恢復鐵路正常的運營。2)隧道施工前,應備齊鐵路搶險整修的材料、工具,整修人員到位,保證鐵路搶險及時,列車安全通過。3)接受工務部門專人負責鐵路的安全評估,整修不到位,嚴禁列車通行。
工程實施效果及變形分析
管幕直徑較大且密排布置,其施工對其周邊土體擾動較大,地面及鐵路的變形對其影響的敏感性較強。左、右線隧道在下穿鐵路段管幕施工引起的地表沉降主要規律及特點如下:1)管幕施工造成的地表變形量較大,剛開始施工時正線甚至出現隆起現象。管幕施工完成后,造成的地表沉降累計一般有40~50mm,多的達70~80mm,最大一天的沉降量為3mm。局部沉降較大,是因為在施工中,當管幕拉進困難時,部分段落采用高壓水沖切土體超挖引起的。由于現場采用了起道填碴措施,所以沒有對鐵路運營造成大的影響,起道填碴頻率一般為1~2次/周。2)管幕施工引起的地表沉降有3個原因,分別為成孔時的應力釋放、成孔過程中的水土流失、成孔施工偏差及擾動引起的沉降。3)管幕施工引起地表沉降大小除與地層條件、埋深和施工工藝等因素有關外,還與管幕之間的施工間距和施工持續時間有關系。施工間距越大,沉降越小;施工持續時間越長,沉降越大,對周圍環境造成的影響也越大,因此應盡量保持管幕施工的連續性。4)一般管幕施工期間都會引起地表沉降,而本工程局部出現隆起現象,是因為在施工過程中,正線下方遇到較多的錘坡石,給拖管或夯管造成一定的難度,強行夯或拖管會導致石塊擠壓土體,而管幕的埋深較淺,強夯會造成地表或軌面隆起現象。隧道開挖及初期支護施工隧道開挖采用雙側壁六步微臺階法施工,在管幕的保護下,考慮到到初支剛度較大,每循環進尺控制為1m(2榀鋼架距離),在開挖后及時進行初期支護和臨時支護。上臺階均采用人工開挖,下臺階采用小型挖機配合人工修邊開挖。上下臺階的長度均控制在3~5m,待③部開挖支護10m后,隧道中導洞⑤部即展開施工。根據以上施工工序,要完成以上①~⑥步一個循環,最短的長度是23m。在施工開挖及支護施工過程中,由于有管幕對隧道周邊的保護和注漿加固對地層的改良,施工進展較順利,沒有發生影響施工及鐵路運營安全的事故,在自動化監測和鐵路養護部門的配合下,保證了鐵路的運營安全。隧道一次模筑襯砌施工隧道一次模筑在初支噴射混凝土達到強度后,即可進行一次格柵鋼架模筑混凝土施工。只能鑿除一次模筑鋼架格柵混凝土范圍的臨時支護噴射混凝土,保留臨時支護鋼架,每次鑿除長度為6m。一次模筑的格柵鋼架和初期支護的型鋼支撐間隔布置,格柵鋼架的縱向間距與型鋼鋼架相同,兩者的接頭也錯開位置至少1.0m。為保證隧道拱頂處混凝土的密實性和兩者的較好結合,在拱頂采用自流平、免振搗混凝土。隧道二次模筑襯砌施工隧道二次模筑混凝土采用鋼筋混凝土,在一筑混凝土強度基本達到設計強度要求后施工。由于初期支護和一次模筑襯砌可以承擔全部的荷載,所以可以根據二次模筑臺車的長度,逐段全部拆除中間2道臨時支護鋼架及噴混凝土。先施工仰拱防水層及仰拱混凝土,其超前于邊拱混凝土襯砌約30m,然后采用模板臺車進行拱墻襯砌的施工。施工監測情況為了確保鐵路的正常運營和施工安全,第三方監測對鐵路鋼軌沉降、地表沉降、隧道拱頂沉降和隧道收斂情況共4個主要項目進行了監測。共布設地表沉降測點152個,拱頂沉降測點108個,圍巖收斂測點52個,鋼軌沉降測點73個。1)鋼軌沉降和地表沉降監測如表2所示,通過表2可以看出,由于下穿鐵路隧道地質條件差,土層松軟,在管幕施工和隧道開挖期間,兩者均發生了較大的沉降,由于現場采用了起道填碴措施,所以沒有對鐵路運營造成大的影響,起道填碴頻率一般為1~2次/周。根據監測數據和各階段的綜合分析,各階段的累計沉降比例如下:管幕施工階段約占25%;在上、下臺階開挖階段差別不大,兩者累計約占55%;二次模筑襯砌及拆撐階段約占20%。從各階段的沉降比例對比分析,由于采用了二次模筑襯砌,較以前常規采用一次模筑襯砌相比,在拆撐階段引起的地表沉降比例大大降低,從而體現出采用二次模筑襯砌的重要性。2)隧道拱頂沉降和圍巖收斂監測。鑒于下穿鐵路隧道地質條件極差,土層疏松,并且隧道上面還有火車動荷載的反復作用,隧道開挖引起的沉降變形較大,拱頂測點和水平收斂測點間距均為5m,具體的監測結果如下:左線隧道①部拱頂最大累計沉降值50mm,③部拱頂最大累計沉降值118mm,⑤部拱頂最大累計沉降值63mm。右線隧道①部拱頂最大累計沉降值74mm,③部拱頂最大累計沉降值84mm,⑤部拱頂最大累計沉降值50mm。左線隧道①部最大累計收斂值-6.54mm,③部最大累計收斂值-7.05mm。右線隧道①部水平收斂最大累計收斂值-7.37mm,③部最大累計收斂值-7.96mm。根據監測數據和各階段的綜合分析,隧道拱頂下沉主要是因為下臺階施工引起的。水平收斂較小,與隧道的支護剛度及強度較大和上下臺階之間的臨時仰拱發揮了較大的作用有關。
結構計算
計算條件隧道按荷載-結構模型進行計算。襯砌結構分2種工況進行計算:1)施工階段,一次模筑混凝土與初期支護共同承受荷載;2)使用階段,考慮初期支護失效,一次模筑襯砌與二次模筑襯砌共同承受荷載。荷載考慮圍巖壓力、結構自重和列車活載,覆土厚度3m,圍巖壓力根據《公路隧道設計規范》確定,結構自重及列車活載根據《鐵路橋涵設計基本規范》確定。由于隧道頂覆土厚度h≥1m,不計列車豎向動力作用。施工階段一次模筑襯砌結構計算在施工階段,根據《公路隧道設計規范》并考慮初期支護厚度0.35m,一次模筑襯砌的厚度0.45m,按兩者的厚度比例并適當考慮初期支護弱于一次模筑襯砌,確定一次模筑襯砌的荷載分攤比例為60%。經模擬計算,一次模筑襯砌主要控制點的內力值如表3所示。使用階段二次模筑襯砌結構計算在使用階段,考慮一次模筑襯砌的厚度0.45m,二次模筑襯砌的平均厚度0.55m,按兩者的厚度比例并適當考慮一次模筑襯砌性能降低,確定二次模筑襯砌的荷載分攤比例為60%。經模擬計算二次模筑襯砌主要控制點的內力值如表4所示。
本文作者:牛建偉工作單位:中鐵七局集團鄭州工程有限公司
冬期施工中關于混凝土的各項技術措施
(一)混凈土攪拌冬期施工中的混凝土原材料需要在攪拌的時候進行加熱,經過計算在溫度低于8度的時候,只需要進行加熱就可以滿足溫度的需求,但是在溫度低于零下8度的時候就需要把原材料放在一個封閉的空間之內,然后在房間內進行供暖的方法來提高原材料的溫度以保證其溫度可以滿足要求。其中對于溫度的規定,首先對于拌合水來說其溫度要求準確并且其供應應該及時,這樣才可以保證混凝土的坍落度可以保持一致。在施工時要讓拌合物的溫度保持一致,這就需要我們對水的加熱溫度經常進行調節。其次,在冬期對混凝土進行攪拌時,對于投料的合理順序應該和材料所需要的加熱條件互相適應。應該首先投入加熱水以及骨料,等到攪拌一定時間之后等溫度降低到40度時,再投進水泥進行攪拌,直到規定的時間。在進行投料的時候,一定要注意不可以把帶有冰雪或者凍團的骨料加入到攪拌機內,因為一旦這些帶有冰雪以及凍塊的骨料進入攪拌機內時就會給拌合物的溫度帶來非常大的損失,并且如果這些凍快如果其直徑大于8厘米的話是很難在攪拌機內進行粉碎的。最后就是對拌合站的料倉和輸送等都需要進行封閉式的保溫處理,或者是通過設置熱水罐、火爐等進行保溫。(二)混凝土運輸為了防止在運輸的過程之中出現混凝土的塌落度出現變化,就需要對運輸工具進行嚴格挑選,要讓運輸工具可以具有保溫防風的功能,并且還應該做到嚴密、不漏水等,梁場采用混凝土攪拌車運輸混凝土,要保持運輸混凝土的道路平坦暢通,保證混凝土在運輸過程中保持均勻性,運到澆筑地點時不分層、不離析。其次對混凝土攪拌車采取保溫隔熱措施。第三當罐車到達澆筑現場時,使罐車高速旋轉20~30s,再將混凝土拌合物喂入地泵受料斗。第四混凝土的罐車應該采用篷布以及土工布來進行包裹以盡可能的減少在中間會出現的倒運環節,可以有效的縮短運輸的時間,這樣可以減少在運輸過程中混凝土熱量的散失。(三)冬期混凝土的澆筑在冬期進行混凝土的澆筑之前要首先清除在模板以及鋼筋上的冰雪或者污垢等,澆注之前應該采取防風和防凍等保護措施,在模板的底面以及側面直接接通蒸汽來有效的對模板進行預熱和保溫工作。在頂面搭設棚架或者混凝土澆筑采用從中間向兩邊全斷面的防風就可以有效的減少混凝土在這個過程中的散熱面積來進行保溫工作。
冬期施工的保證措施
首先是在質量上的保證措施。主要包括以下幾點:首先是要建立一個完善的質量保證體系和管理制度。其次就是完善質檢以及實驗體系,要嚴格的執行三級檢驗制度。再次就是加強對于施工過程的控制。其次就是安全的保證措施。包括:對于養護的管路以及設備要一周檢修一次,并且設備要安排專門的工作人員來進行負責,嚴防火災等。最后就是要求所有的工作人員都應該注意自己的安全問題,負責高空作業的人員要系好安全帶并且穿防滑鞋,工作人員上下支架的時候要謹慎小心,加強個人安全防護工作來避免事故的發生。鐵路的簡支箱梁預制的施工最主要的就在于對混凝土溫度的控制,并且這個溫度的控制主要包括了對混凝土原材料以及施工中各個環節的具體管理和控制。希望本文的介紹對于實踐有較好的指導意義。
鐵路路基工程施工現場的進度管理主要是為了順利完成合同工期約定的目標任務,在約定工期內按時竣工。在鐵路路基工程施工現場進度管理過程中應該注意以下幾個問題:第一,在鐵路路基工程實施之前項目經理組成相關人員制定科學合理的進度計劃。路基工程施工進度計劃是在工程開工前對路基工程整體項目的選擇施工工藝、核算工程量以及部署人力資源、原材料和施工機械等問題進行確定,根據合同提出的質量要求和成本要求做出合理的進度計劃目標。第二,鐵路路基工程在實施過程中嚴格執行項目部制定的進度計劃,實施全過程施工進度管理。作為鐵路路基工程施工過程中重要環節之一,進度管理控制主要有四階段循環:制定進度計劃—執行進度計劃—動態檢查進度計劃—調整進度計劃,如果調整后科學合理則繼續開始進入一個新的循環管理。在項目經理組織相關人員編制進度計劃過程中,必須掌握施工團隊當前技術水平、施工管理能力及資源配備能力,緊密結合合同要求,編制具有可操作性的施工進度計劃,然后把進度計劃上報監理和業主方審批通過后方可開工執行。在鐵路路基工程實施過程中所有施工團隊必須嚴格執行進度計劃進行施工操作,項目部每次下達的施工任務書必須寫明每月的作業進度計劃和對應的施工任務表,并且作業進度計劃、每項施工任務都必須落實到班組,然后由班組落實到個人,從而做好認真做好資源配置和調配工作。在施工過程中一定做好進度計劃檢查工程,隨時了解現階段的施工實際情況,施工班組必須隨時記錄施工進度情況,如有延期必須及時上報并記錄導致施工拖延的原因,從而及時作出資源配置調整等補救工作,通過合理的獎懲措施提高施工管理人員和施工執行人員的工作積極性,確保完成施工項目總目標的實現。項目管理人員需要隨時檢查時標網絡圖計劃,一般鐵路路基工程施工現場的進度管理利用時標網絡圖計劃進行施工進度的動態管理及時對進度計劃進行糾偏調整。最常用的進度管理和糾偏方法為“工期成本”優化方法,也就是如果檢查發現施工進度晚于計劃要求時,充分考查壓縮工期的可能性以及壓縮工程所增加的成本,在增加成本費用最低的前提下,選擇合適的階段進行壓縮工期,從而保證最后施工總目標的順利實現。
2鐵路路基工程施工現場的質量管理
鐵路路基工程施工現場的質量管理需要從以下幾個方面具體操作、嚴格把關:第一,施工原材料的質量。鐵路路基工程施工現場的質量管理工作人員應該嚴格執行“三把關,四檢驗”的原則確保施工原材料材料的質量,其中,三把關就是原料供應人員、技術檢驗人員、操作人員嚴格把關建設材料的質量,四檢驗就是工作人員必須認真檢查建設材料的規格、品種、質量、數量是否符合要求。第二,施工人員的工作質量。在我國鐵路路基工程施工工藝中仍以手工操作為主。我國目前還沒有建立科學完善的技工教育體系和技工培訓體系,而且我國的施工人員仍以農民工為主,因此施工現場施工人員參差不齊的技術水平和任務理解能力會嚴重影響鐵路路基工程的施工質量。因此,在工人上崗之前加強施工工人的技術培訓和安全培訓,幫助他們了解技術標準、操作規范以及安全注意事項,保證每一次技術交底都能夠順利進行,保證每階段的工作都能順利、按時完成。第三,施工工藝的質量。在鐵路路基工程的施工過程中,施工工藝水平會直接影響工程質量,因此重視對施工工藝質量的檢查,及時淘汰落地的生產工藝,引進先進的施工工藝,確保施工質量符合各項標準。第四,施工工序的質量。在鐵路路基工程的施工過程中,每道施工工作都有一定的施工工序,加強施工工序的質量動態管理,及時發現施工實際過程與質量計劃的偏差,并且分析施工工序質量的影響因素,針對分析原因采取有效的策略進行調整,從而保障施工工序的質量符合合同要求。
3鐵路路基工程施工現場的成本管理
鐵路路基工程的施工成本指完成路基工程施工全過程后產生的各項費用總和。鐵路路基工程的成本管理采用科學合理的技術和管理方法成本預測、成本決策、成本控制、成本核算、成本分析以及成本考核六項成本管理內容實現對施工過程中產生的人工費、機械使用費、材料費以及其他間接費用的成本管理全過程控制。鐵路路基工程施工現場的成本管理措施主要注意以下幾個方面:第一,參考合同內容、施工定額以及當前市場的建設材料價格,合理確定工程量清單的成本單價以及管理費用。第二,采用成本承包責任制,合理劃分成本責任及確定成本管理評價體系和獎懲制度。施工團隊從上自下做好施工方案優化工作,從各方面提高成本效益,同時做好施工方案變更及索賠工作,通過科學的成本管理確定成本目標的實現。
4結語
關鍵詞: 鐵路; 運輸; 站場設計;樞紐
Abstract: Since the proposed Railway Leap-forward Development Strategy, railway transportation mode has been changed, these changes put forward new requirements for field design of railway station passenger railway hub layout, affect, station, station, marshalling station and section generally intermediate station design.
Key words: railway; transportation; station design; hub
中圖分類號: DF416 文獻標識碼A 文章編號
鐵路站場設計是鐵路工程設計的重要環節, 它不僅關系到如何設計出一個車站, 更重要的是車站及樞紐是形成運輸綜合能力的關鍵環節, 是滿足鐵路運輸服務質量最基本的基礎設施, 是建設與運營、土建與機電設備連結的紐帶。因此, 每次設計過程中, 地方部門特別關心車站的位置, 貨場、旅客站房的規模。鐵路運營部門也特別關心樞紐格局、站場規模、作業條件。正是由于站場與運輸之間的這種密切關系,在運輸方式發生變化時,對站場設計也提出了更多的要求。
1.鐵路站場設計的側重面和習慣做法
1.1 即有樞紐布局
在路網及地區樞紐形成初期, 由于列車數量不多, 大多數是一個區段站型的樞紐布局。其主要特征是正線中穿, 客貨到發場橫列。以后隨著列車數量的增加, 區段站型的客貨橫列布置導致了客貨列車的大量交叉, 嚴重影響了車站作業能力, 因此各樞紐逐步建設客貨縱列式、客貨并列式, 尤以客貨縱列式為多, 使客運站與編組站分開, 擺在一條客貨正線共用的軸線上。
1.2 既有區段站
除個別區段站為客貨車場分設外, 絕大部分區段站布置成客貨到發場并列的圖型, 且以貨車到發線為多, 客車到發線一般情況下設三條, 兼顧貨車到發, 設一個基本站臺加一個中間站臺,少部分有二個或三個中間站臺, 從站房側依次為客車到發線,貨車到發線、調車線。所有到發線客貨共用。即便是客貨車場分設的區段站, 其正線大多數是客貨共線。
1.3 一般中間站
由于中間站作業簡單,站線數量不多。基本上以橫列式為主, 而且單線中間站臺, 布置成二臺夾二線, 站臺高出軌面0.3~0.5 m;雙線一般設一個基本站臺, 一個中間站臺,布置成二臺夾三線。客流較大的中間站臺與基本站臺間設了跨線設備,大部分車站行包是通過站臺兩端平過道作業。
2.鐵路運輸方式發展的新要求
隨著國民經濟的發展、人民生活水平的提高, 鐵路除滿足基本的工農業原材料運輸和基本的大眾旅客運輸外, 運輸能力和運輸方式都發生了較大的變化。從旅客列車的提速、五定班列快運貨物列車的開行, 到集裝箱專業化運輸、行包專運、煤炭重載等一系列分層次分種類的運輸方式體現了社會對運輸需求的新變化。在客運方面, 現在普通客車行車速度都在80~120 kmPh,快速旅客列車達到140~160 kmPh。旅客列車開行的變化, 不僅僅體現在行車速度上, 在行車密度上也大幅度提高,一些繁忙干線上出現一天中某些時段只開行客車,貨車被積壓在相鄰的技術作業站。因此,運輸部門逐步提出樞紐客貨分線的強烈要求。在貨運方面,更加強調降低運輸成本。隨著路網電氣化的大力發展, 機車交路進一步延長,路網中原來承擔辦理機車換掛作業的部分區段站, 失去了主要作業功能, 只承擔本站的摘掛列車作業。除此之外,壓縮車輛周轉時間, 不僅可以提高貨物送達速度,而且提高車輛運用效率,這就要求減少貨物列車途中技術作業次數, 盡量集中在主要編組站作業,提高路網主要編組站的通過能力和作業條件;同時大力發展集裝箱、輕質快運貨物、行包專列、煤炭重載列車等多種類多層次的運輸方式。這些運輸方式不僅僅只是列車自身的變化, 而是一個從組織貨源的裝車地、組成車列、運營路徑的選擇, 到目的地的貨物疏散, 一系列的系統的運輸方式的變化。
3.對未來站場設計觀念的分析
每次談到更新設計理念, 談的起點都很高, 但是落到站場設計的實處, 應該體現在幾個方面, 否則就成為空談。站場設計理念的更新來自于鐵路運輸方式的變化。這種變化對一般中間站和路網樞紐都產生深刻的影響。
3.1 樞紐布局
對于樞紐, 首先確定在路網上的作用。當樞紐位于干線網和客運網的結點上時, 這個樞紐從主要徑路上應實現客貨分線, 這意味著不僅客貨車站分工明確,樞紐內相關的正線及疏解線也分工明確。其次從樞紐內車站分布上, 已不僅是以客運站、編組站為中心, 樞紐內將按照運輸方式的劃分, 形成客運站、編組站、集裝箱中心站或作業站、行包中心站、普通貨運站等多種車站的有機體。并且部分車站如客運站不只設置一個。第三, 由于引入方向的增多, 許多順列式樞紐、客貨并列式樞紐將逐步形成環線, 甚至多環樞紐。第四,隨著我國路網復線率的提高, 樞紐內疏解將更加復雜,進路更加明確。
3.2 客運站
對于客運站, 首先從辦理列車數量上, 將出現跨越式的突破。對于大型客站, 從以前辦理幾十對客車, 將大幅度提高到上百對甚至幾百對列車。其次, 由于用
地資源的有限, 辦理列車對數的增多,并不是以無限制地擴大車站規模為代價, 而是大幅度地提高列車開行密度和平行作業數量,提高到發線的運用效率。這就
要求盡量使銜接的線路能同時引入,列車同時到發;作業時間最短,相關的機車車輛進路更加便捷。對于采用動車組的線路,車輛交路與車站能力的銜接更加協調。第三,客運站的作業從單純地辦理旅客乘降到以人為本的觀念轉變。以人為本不僅體現在組織旅客上車和下車,還應體現在為旅客提供便利舒適的服務條件的全過程,如讓站臺與車底相平,減少旅客乘降車的障礙, 同時提高旅客進出站及與其他交通方式換乘的便捷條件,減少站臺上的支柱, 提高旅客通視條件, 增加殘疾人通道,體現無障礙理念等等。
3.3 編組站
對于編組站,更加注重在路網上的作用。在優化機車交路、貨運通道的前提下, 對編組站進行定性; 從路網的發展需求上,對編組站進行定量;從發揮編組站的作用上, 確定建設適應期。這三定的結果,一是對確定為路網上發揮重要作用的編組站, 要求其功能更加強大、作業更加靈活, 而對路網上發揮作用不大的編組站, 功能將會調整或改變;二是對確定為路網上發揮重要作用的編組站, 要求其能力更大, 辦理車數將成倍增長; 三是對確定為路網上發揮重要作用的編組站, 建設適應的時間將延長。以前的設計,編組站建成后5 年為近期、10年為遠期, 適應期太短,導致反復改造。以后對于這些編組站的改擴建,考慮到對路網車流組織至關重要的作用,一旦建成后將適應20年以上較長的時期。
3.4 區段站
雖然這類車站規模不大, 但數量較多。這類車站性質沒有改變, 基本維持客貨共線或以貨運為主的鐵路作業功能, 在客運專線上沒有此類車站。過去設計的區段站大多數中間站臺較窄, 且鄰靠正線。不僅靠正線的站臺面不能接發旅客列車, 而且當既有線提速客車速度大于160 km/ h 時, 影響中間站臺上旅客的乘車安全。此外, 并非所有客車均要在區段站上停車, 這就要求車站應有較好的線路平縱斷面條件, 讓客車不減速通過。有些區段站往往位于人口較多的大城市,不僅辦理貨車較多, 而且將來辦理客車量也較大, 這就要求旅客站臺較多。既有的區段站站型當按照這種要求布置時不僅客貨干擾很大, 而且正線上的道岔很多, 咽喉區很長, 因此這種圖型不適應這類區段站發展的需要, 必須加以改進, 做成客貨分場橫列或縱列。
3.5 一般中間站
一般中間站的圖形雖然比較簡單, 但是隨著客車速度的提高, 其圖型變化也較大。首先是車站分布突破了固有的觀念, 站間距離進行了適當加大, 尤其是雙
線地段最大站間距離達到了30 km; 其次, 優化了車站作業結構, 對于客貨運量較小的車站, 改為會讓站或越行站; 而對于客貨運量較大的車站, 延長站臺, 增加站臺高度, 增加牽出線, 取消占用正線調車, 從而改善了客貨運作業條件。第三, 改變了過去的布置圖型, 對于客車速度較高的線路, 中間站臺不靠正線, 雙線車站一般設成二臺夾四線, 增設跨線設備, 取消平過道, 為線路提供安全的運輸通道。第四, 由于部分中間站位于地市級城市, 或名勝旅游城市, 乘降的客流量較大, 旅客站臺設成高站臺。
此外, 對于道岔的運用也在不斷的更新, 過去18號道岔在設計中很少采用, 運營部門也很難接受。鐵路提速后, 隨著對列車運行條件要求的提高和道岔技術的進步, 采用的道岔不僅有固定型轍岔、可動心軌轍岔等不同種類型, 還有12、18、30、38、43 等不同側向通過速度的道岔。
4.結束語
以上這些樞紐、客運站、編組站、區段站及中間站設計的變化, 在新線建設及既有線改造中正在逐步地調整。這些潛移默化的變化, 通過每一條線的建設正在形成一套適應鐵路運輸方式發展的新的站場設計觀念。這些觀念改變了過去照搬照套的習慣做法, 同時也提高了站場設計的深度與廣度。
參考文獻:
1.1缺乏專業的管理人員隨著新的設備和機械被引進,鐵路機械設備的老式管理方法已經被淘汰掉了,新型機械設備的引入就使得我們不得不加強對專業的管理人才的培訓,鐵路發展的腳步已經越來越快,對管理人員的專業水平要求也是越來越高,很多的大型設備我們都是從國外引進來的,對于這些機械設備的操作和使用就需要專業的管理人員,因為機械設備的更新是很快速,所以我們對管理人員的專業要求也要相應的提高,基本水平已經不足以滿足我們了,管理需要更加專業的人才,設備管理也要涉及很多的領域,因此我們要組織員工對鐵路機械設備操作管理進行專業的培訓。只有全面的提高管理人員的專業性,才能使得鐵路機械設備管理更有保障、更規范。
1.2鐵路機械設備的技術壽命與經濟壽命間的矛盾問題我國鐵路機械設備的技術壽命與經濟壽命間存在著矛盾,鐵路建設中使用的設備都是比較大型的,在生產和制造的過程中都是很繁瑣復雜的,國家也要投入很大的科研經費,我們在大型設備購買的過程當中也會大批量的投入資金,這樣一來,我們對機械的使用壽命就會有很大的提升,大部分的大型設備可以運轉使用幾十年,在表面上看我們的設備性價比是非常高的,但事實上卻不是這樣的,我們的設備在使用的初期跟生產力能夠很好的保持一個平衡,但是隨著科技不斷的更新進步,漸漸的原有機械設備的能力已經跟不上施工的要求了,這樣就使得鐵路工程的整體質量跟不上,不利于我國鐵路的長期發展,所以我們一定要把機械壽命和實際的經濟效益緊密的結合,才能使我國鐵路得到更進一步的發展。
1.3鐵路項目目標管理和機械設備安全管理間的矛盾問題鐵路的項目管理是一個大目標,它的管理方向更具全面性,它能最大限度的提升施工的效率,它所要強調的是項目施工的進度,所以在設備的使用中要最大限度的利用機械設備。項目管理的目標就是質量、是進度、是效益,所以在施工的過程中機械設備帶來的工作負擔從機械設備的安全管理角度來看是行不通的,當前現狀普遍的存在機械設備超額負載,使用的次數太多了,這樣的現象使機械設備產生了一定的安全隱患。另外,我們從機械設備安全管理所處的地位來分析,它處在項目管理的最邊沿,不受施工單位的重視,不抓全面的鐵路施工一定會導致機械設備發生故障,從而影響鐵路施工的進度,所以要把鐵路項目目標管理和機械設備安全管理緊密的結合,兩者都是很重要的,不要小看機械設備安全管理。
1.4我國現有的鐵路施工當中所存在的機械設備安全問題我國現如今的鐵路施工當中所存在一些機械設備安全的問題,一方面,操作人員工作意識不強烈,大型機械設備的管理達不到國家要求的標準,在管理的基礎環節沒引起一定的重視,因為不受重視,所以對大型機械設備的管理就很容易出現紕漏,這樣的紕漏就變相成為了施工中的安全隱患;另一方面,尤其鐵路施工的環境是相對有特殊性的,這就為機械設備的管理加大了難度,鐵路建設的地點選擇都不是很好,大多數都是選擇在山間,很少有在平坦馬路上建設的,建設的自然環境條件不好,就對設備的保養和管理產生了很多的不利因素。
2我國鐵路工程施工機械設備安全的管理對策
想要增強鐵路工程的設備管理需要從多方面來入手,從多方面考慮我國當下的鐵路施工建設的具體情況,分析當中所存在的問題和,提高對我國鐵路工程機械設備的管理意識。具體來說,可以利用下面的幾個方面來進行改善我國當下鐵路工程施工機械設備中所存在的問題。
2.1協調統一鐵路項目管理與機械設備的安全管理機械設備的管理在鐵路施工中,根本得不到管理人員的重視,兩者之間得不到一個完美的共存,所以這就要求管理人員去完善機械設備的管理體制,與此同時還要做好相關管理人員的培訓工作,使機械設備的安全管理更加的規范和科學化。要在鐵路施工機械設備管理部門設立專門的負責管理人員,管理人員盡力去協調機械設備管理目標和項目管理目標的一致性,使它們之間不再有矛盾生成。而且要對安全施工過程當中的機械設備做好管理計劃工作,加強對管理人員和操作人員的培訓力度,這樣才能確保機械設備能夠正確安全并且穩定的使用,延長了設備的使用壽命,同時還要加大監督檢查力度,只有這樣才能全面提高接卸設備管理在鐵路工程項目管理中的地位,協調統一鐵路項目管理和機械設備的安全管理。
2.2排除存在的安全隱患,最大的發揮機械設備的性能對大型的機械設備要進行嚴格的檢查,因為機械設備的陳舊和老化都會在施工當中形成嚴重的安全隱患,這樣的問題對工作人員的人身安全和鐵路工程的進度都有很大的影響,管理人員絕對不能夠疏忽大意,要有專門的部門和人員對這些機械設備負責,責任下發到個人,每一個環節都不能出現錯誤,如果在檢查中發現安全隱患,就要停止使用,盡快的排除安全隱患。鐵路機械設備在使用之前一定要先熟悉它的安裝和使用說明以及相關注意事項,要對設備的質量安全做細致的檢查,在檢驗合格之后才能投入到施工當中進行使用。對鐵路機械設備要進行定期的保養和檢查,發現問題要馬上維修,一定要排除機械設備的安全隱患,從而提高機械設備的安全性能。
3結語
京津城際鐵路于2008年8月開通運營,是中國最具代表性的高速鐵路線路之一,已成為京津兩地往來最為便利的交通方式。該線路的運營對于加強北京和天津之間的人員往來、帶動商業和旅游業發展以及促進城市間協調發展具有重要意義。為了更好地分析高速鐵路對城市增長外部影響的微觀機制,筆者所在團隊于2010年12月下旬選取了工作日和雙休日在京津城際列車旅途中對乘客進行問卷調研,共發放問卷1200份,回收有效問卷1005份。
1.乘客出行方式及其目的變化高速鐵路對乘客交通出行方式的影響是最為直接的,特別是從其他交通方式吸引的客流,對于京津城際鐵路也是如此。調查統計顯示,45%的旅客是由傳統(低速)列車出行轉向乘坐城際鐵路列車。由于高速鐵路列車和傳統鐵路列車之間具有較強的共同性和替代性,因此前者的投入使用對后者帶來的競爭沖擊影響無疑是最大的。另外,來自其他交通方式的55%客流量則主要來自于長途汽車和自駕車,這與國際高速鐵路的發展經驗也是基本一致的。此外,旅客平均每月的來往京津兩地的次數也由運營前的2.4次增加為4.2次。從各類出行目的分布來看,無論工作日還是雙休日,工作都是京津兩地乘客出行的主要目的(分別占出行總量的54%和30%),這說明京津兩地圍繞工作展開的事務通往來或就業通勤的需求是較強的。節假日期間乘客出行目的構成有所變化,探親、旅游、購物出行的占比均出現不同程度的上升。對調研樣本進一步分析發現,京津城際鐵路開通運營后雙休日旅游和購物出行人數分別較運營前增加213%和121%。這些數據從需求角度表明京津城際鐵路在促進京津兩地消費方面具有較大的潛力。
2.城際交通出行時間和成本的降低圖1將北京和天津間主要交通方式的出行時間和貨幣成本分別進行比較。其中,京津城際鐵路在貨幣成本上僅高于傳統火車,而在出行時間的節約方面京津城際列車具有絕對優勢。即使考慮市內交通出行,這種優勢仍然十分明顯。可將出行時間進行貨幣化的測算,先用收入和工作時間來計算勞動者的單位時間價值,再將其與各種交通出行方式所需花費的時間相乘即可得到相應的時間成本。根據調研數據,可以計算出乘客的平均時間價值約為22元/小時,那么采用京津城際鐵路出行比其他方式出行的乘客單程節省的時間價值超過50元。若考慮京津兩地之間巨大的客運量,這部分外部收益則更為可觀。據測算,運營初期每年節省的時間價值總額能夠達到10~20億元。
3.高速鐵路促進城市發展的預期高速鐵路的外部影響通常可以從民眾預期中得以體現。在實地調研的旅客當中,有76%的認為京津城際鐵路的運營能夠有效地帶動天津市的經濟增長,而僅3%的旅客認為京津城際鐵路的影響并不明顯存在(如圖2所示)。那么這種影響是否可以使產業受益呢?有34%的乘客表示其所在公司在兩地之間的業務量在該線路運營后有明顯增長。與此類似地,60%以上的乘客認為京津城際鐵路對兩個城市土地和住房價格也有明顯的拉動作用。由于案例分析僅適用于某一線路或某一區域的小范圍的研究,問卷調研無法全面覆蓋高速鐵路的各項外部經濟影響,對于城市發展以及住房價值提升只能夠得到受訪者的普遍預期。更加全面且精細化的量化評估高速鐵路的外部影響還需要借助城市經濟學和新經濟地理學的研究思路和方法。
二、高速鐵路外部影響的實證分析
1.新經濟地理學與城市經濟學的研究思路在新經濟地理理論研究中,以Hanson(2005)為代表的學者通過構造“市場潛力”指標來表現本城市與周邊城市之間的經濟聯系,強調這種聯系會隨著周邊城市規模的擴大而增加,但也會隨著城市間距離和運輸成本的增加而衰減。其中,potentiali,t為t時刻城市i的“市場潛力”,popj,t表示t時刻城市j的規模,dij,t則表示t時刻城市i與j之間的距離(既可以是地理距離也可以用兩地通行時間表示),λ為衰減系數(通常取值為1)。相關的實證分析驗證了某一區位上“市場潛力”與其經濟產出、產業結構存在著高度關聯(劉修巖等,2007)。由于“市場潛力”變量中包含著空間要素,因此在交通基礎設施對城市整體發展的影響分析中得以應用(Feddersen和Ahlfeldt,2011)。城市經濟學領域,Roback(1982)最早提出開放城市體系下的一般均衡分析框架。在此框架下開展的實證研究普遍采用特征價格模型的分析方法,其實質是將城市的住房價格(城市價值的體現)視為城市經濟發展水平和各類城市生活質量隱含價格的加總,通過模型分析方法將這些隱含價格進行定量分解。而每一部分的價格又體現為居民對相應城市特征的支付意愿。該模型的一般形式如公式(2)所示:。其中,homepricei,t為t時刻城市i的住房價格,Xi,t表示t時刻城市i一系列特征的變量,ηt表示時間固定效應,α和εi,t分別表示常數項和殘差項。利用該模型即可將一些難以在市場上定價的城市特征進行“資本化”測算,已被廣泛應用于城市內部軌道交通溢價效應的研究中,而這種研究思路和方法對于城市之間的“軌道交通”———高速鐵路而言同樣也是適用的。
2.數據來源及模型形式實證分析數據主要來自《中國城市統計年鑒》以及環境保護部、國家氣象局的相關資料。實證分析模型參考Zheng和Kahn(2013)并加以改進,包括回歸模型的形式以及“市場潛力”變量的構造方法等②。本文的計量經濟分析采用特征價格模型的水平形式,為避免實證估計過程中的多重共線性問題,模型中選取了典型城市特征作為控制變量,包括自然特征、社會特征和公共服務。其中,自然特征用冬季和夏季的氣溫、城市可吸入顆粒物濃度表征;社會特征采用市轄區人口規模表征;公共服務則選用普通中學的師生比指標表征。限于數據可得性,研究時間范圍為2006年第一季度至2010年第四季度,空間范圍為85個地級及以上城市。具體變量及數據描述性統計如表1所示。同時,為區分既有交通網絡和高速鐵路對城市發展的影響,本文將“市場潛力”變量分解為2006年第一季度的基期值(b_potential)和此后的變化值(d_potential)并同時引入特征價格模型中,重點觀察后者的系數來測算高速鐵路運營后“市場潛力”變化的外部影響效果,如公式(3)和(4)所示:需要說明的是,公式中的距離d表示每兩個城市之間的鐵路通行時間,是利用歷史列車時刻表和地理信息系統,對全部地級及以上城市數據綜合計算得到的。從各城市“市場潛力”的基期值b_potential的比較來看,長江三角洲地區、珠江三角洲地區和環渤海經濟圈的城市在高速鐵路開通運營之前便具有相對較高的“市場潛力”,而多數中西部城市則相對較低。最終確定的特征價格回歸模型形式如公式(5)所示。如果存在高速鐵路運營的影響,那么系數α2應顯著為正。
3.實證分析結果基于上述特征價格模型的回歸分析結果如表2所示。就城市宜居性而言,冬季氣溫對城市住房價格的影響顯著為正,說明冬季氣溫較高的城市住房價格更高。夏季氣溫的影響雖不顯著但系數符號符合預期,即夏季氣溫較高的城市房價相對較低。這反映了人們更青睞于氣候宜居性良好的城市,對該城市的住房的支付意愿更強。反映城市教育資源完善程度的“普通中學師生比”變量的系數顯著為正,說明教育資源良好的城市更具有吸引性。同樣的,空氣質量的對數值對城市住房價格的影響為負且顯著,說明消費者對城市住房的支付意愿中在一定程度上包含了城市環境的因素。本研究關注的“市場潛力”變量———b_potential和d_potential的系數均顯著為正,說明“市場潛力”與城市價值高度相關。特別的,后者反映了高速鐵路開通后所產生的外部經濟影響能夠顯著資本化到城市住房價格之中。本地人口變量的系數顯著為正,說明規模較大的城市有更高的住房價格水平(反映城市規模效應)。F檢驗值顯示ln(pop)、b_potential和d_potential三個變量同時顯著的置信度達到99%以上。此外,R2的數值達到63.9%,表示模型整體解釋能力較好。在此基礎上,篩選二、三線城市的子樣本進行回歸,d_potential的系數變化能夠體現出高速鐵路運營對不同類型城市的影響差別。回歸結果顯示,d_potential的系數在子樣本回歸中更大(高于全樣本約7%),這說明高速鐵路運營引發“市場潛力”的變化可能更有利于中小城市的發展,城市間的發展差距在高速鐵路運營后可能會逐漸縮小。以京津城際鐵路為例,假設兩個城市的其他特征在研究期內均保持不變,d_potential僅受到京津城際鐵路開通的影響(在此期間與兩城市連接的國內其他鐵路線路不發生變化)。根據兩個城市鐵路列車運行時間的變化以及基期的各項社會經濟指標,可計算得到北京和天津兩個城市d_potential分別為0.17和0.27,對應城市住房價格的年均增長率約為3.0%和4.8%。這也表明,京津城際鐵路對兩城市的外部影響是十分明顯的。若將這部分住房(土地)增值率與現有的居住用地面積進行綜合計算,則不難想象該線路所產生的土地增值是巨大的。此外,值得注意的是,京津城際鐵路的運營對天津的影響程度超過北京,這表明該線路更有助于帶動天津市的經濟發展,并縮小兩個城市之間經濟水平的差距。
三、研究結論與討論
1.1工程環境特點
1)氣候特點
項目所在地位于燕山南麓,屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,四季分明,夏季高溫多雨,多東南風;冬季干燥寒冷,多西北風;春、秋兩季少雨多風,氣溫涼爽。
2)工程地質特點
鐵尾礦渣堆積地貌是人為的結果,鐵尾礦渣的產出狀態及鐵尾礦渣與原始地層的組合關系,即地基土的類型是由原始地形地質條件和風蝕雨淋的改造情況兩方面決定的。
(1)鐵尾礦渣是最主要的地基土類型,范圍有限,厚度不等,以極細鐵尾礦渣為主,中值粒徑0.1~0.2mm,不均勻系數2.8~4.0,曲率系數0.7~0.73,屬不良級配砂類土。
(2)鐵尾礦渣主要分布在選礦場及其周邊,堆積厚度一般在10~50m之間,以粉粒為主,黏粒盛少,屬粉土。
(3)鐵尾礦渣坑中的尾礦渣系選礦過程中的水流沖渣并沉積而成,有水平層理或斜層理,距入池點的距離越遠則平均顆粒粒徑越小,顆粒的水流分選作用越明顯。與鐵尾礦渣堆中的尾礦渣相比,含泥量少些。兩者成分相近。鐵尾礦渣堆的背風坡的渣土密實度極低,處于疏松狀態,工程性質很差。
1.2對路基施工的影響
1)對施工機具的影響由于堆積表面的鐵尾礦渣常為松散狀態,常用的輪式平地機不能直接在鐵尾礦渣上行走整平,只能選用小型推土機由人工配合進行鐵尾礦渣路基頂面的整平,同樣壓實也只能選用推土機、自行雙驅壓路機等輕型施工機械。為了保證路面工程的施工設備可在鐵尾礦渣路基頂面行走,還需要在鐵尾礦渣表面再攤鋪一層封層,這對于嚴重缺乏筑路材料的鐵尾礦渣堆積地區無疑增加了施工難度和工程造價。
2)常見的病害在風力的作用下,鐵尾礦渣災害的基本類型有風蝕和渣埋等。這些災害過程相互關聯并發生作用,其實質就是風力作用于鐵尾礦渣質地表而引起的鐵尾礦渣物質風吹~搬運~再堆積過程。可劃分為以下形式:在風力作用下鐵尾礦渣顆粒移動離開原位運動,形成鐵尾礦渣風吹流而產生的物質搬運過程,主要危害鐵尾礦渣堆積地區各種公路設施和基礎的穩定性。調查觀測表明,鐵尾礦渣的風蝕渣流中98%的鐵尾礦渣顆粒集中在地表以上10cm高度內,高速運動的風蝕鐵尾礦渣兩相流對公路路基及邊坡表面造成侵蝕破壞。當含鐵尾礦渣量含量呈飽和狀時所挾帶的鐵尾礦渣顆粒產生堆積形成積渣,掩埋公路排水設施等。在鐵尾礦渣危害嚴重地段,大風可以形成大量鐵尾礦渣搬移,壓埋鐵尾礦渣防護體系或路面,導致防護體系失效和阻礙公路運營。項目所在地區降雨少但非常集中,多在夏季降雨,且為強降雨,同時鐵尾礦渣的顆粒細小,不大的水流就可以將其帶出路基造成路基病害,主要有邊坡沖刷和路基掏蝕等。前者,雨水席卷鐵尾礦渣從路基邊流下形成溝槽,溝槽會因水流沖刷能力的增強迅速擴展;后者主要發生在鐵尾礦渣路基封層和包邊土已完工后,雨水從封層浸入鐵尾礦渣路基內部,并將鐵尾礦渣攜帶出路基,路基表面可能只是小裂縫,而路基內部已經掏蝕成很大一個洞,隨后塌陷,這種危害突然性較大。
2影響鐵尾礦渣填方路基穩定性的主要因素
2.1鐵尾礦渣填料的級配和密實度
由室內試驗結果可知,不同級配鐵尾礦渣的抗剪強度存在明顯差異。相同級配的鐵尾礦渣,其抗剪強度隨壓實度的成正比關系。因此,鐵尾礦渣路基的穩定性與填料級配、施工壓實工藝以及密實度等因素有關。
2.2地基的地質結構及水文地質特征
鐵尾礦渣通常堆積在山洼,溝渠等低洼地帶,原始地形變化加大,地質結構及水文地質特征差異較大。在鐵尾礦渣沉淀坑地帶,地基主要由鐵尾礦渣沉淀堆積形成,鐵尾礦渣密實度沿地基深度變化較大。通常地表3m以內處于松散或松軟狀態,3.0m以下處于中密狀態。同時,地下水位高低與鐵尾礦渣的沉淀、堆積形式和覆蓋層厚度等因素有關。因此,應重視鐵尾礦渣覆蓋層下面原始地貌及其地質結構、水文地質特征。
2.3鐵尾礦渣路基的邊坡設計
一般天然狀態下的松散鐵尾礦渣體干密度在1.55~1.57g/cm3之間,相應的自然休止角在31~36°之間,其對應的坡比為1:1.38~1:1.66。因此,一般采用1:1.5的坡比;對填方較高的情況則適當放緩。對鐵尾礦渣填方路基來講,保持邊坡的穩定性對車輛安全運營是十分重要的。
2.4鐵尾礦渣路基的邊坡防護措施
對鐵尾礦渣路基邊坡防護的質量對路基的穩定性起著至關重要的作用。采用砌體防護,不僅保護坡面不受外界環境影響,在一定程度上也增強了邊坡的穩定性。采用覆土植草防護,可保證邊坡及路肩不被風蝕,并減少了雨水沖刷。另外,對邊坡進行一定的防護措施,也可減少一些人為的破壞。2.5鐵尾礦渣路基的排水防洪措施鐵尾礦渣為細小的散粒顆粒,顆粒間無黏性,很容易受到雨水的沖刷而流失;路線處于遵化北部山區降雨量集中,雨季往往產生洪水;在水流集中路段,路肩及邊坡則容易被沖刷而形成溝渠,使路基遭到破壞;在低洼積水地段,路基填料被浸泡,強度降低,也可能引起路基的失穩破壞。因此,在鐵尾礦渣地區公路設計和施工中,應重視路基的排水防洪措施。
3鐵尾礦渣路基的工程防護與環境保護措施
3.1鐵尾礦渣路基的設計原則
1)鐵尾礦渣路基設計宜貫徹“寧填勿挖”的思想,以減輕鐵尾礦渣大風掩埋病害。
2)路線走向盡可能與季風風向平行。當路線與風向正交時,宜增大路基填方高度。因為,較高的路堤一般不至于遭受風吹鐵尾礦渣流動掩埋路面的鐵尾礦渣風吹埋危害。
3)鐵尾礦渣路堤高度不宜太大,以減輕風、雨蝕病害,一般以1.0m左右為宜。4)對于高度小于1.0m的低路堤,邊坡可視路側地形情況,采用緩坡式或流線形的路基斷面,坡比一般為1:4~1:10。這時,路側防護工程設施可適當減少。5)對于高度大于1.0m的路基,邊坡坡比采用1:1.5~1:2.0,一坡到頂,坡面設置一定的防護措施。
3.2鐵尾礦渣路基邊坡防護
根據前面的分析,鐵尾礦渣地帶路基填方愈高,則風蝕和沖刷作用愈顯著。因此,路基防護是鐵尾礦渣路基設計的重要組成部分。本項目中在勘察、設計和施工的各個階段積累了大量的研究資料和工程應用經驗。主要可概括為如下幾方面:
1)鐵尾礦渣地區路基防護應遵守因地制宜,就地取材的原則。
2)對鐵尾礦渣路基路肩部分主要采用土、石灰土及瀝青等材料進行防護,以保證路基的穩固和行車安全,也可采用植草、培基植被、土工網、土工布及土工格柵等材料加固。
3)對鐵尾礦渣路基邊坡的防護可分為臨時防護和長期防護兩部分。臨時防護主要以植草防護為主,包括采用麥草、稻草、蘆葦、鐵尾礦渣生植被以及草皮等防護措施,必要時也可采用粘土、礫卵石及瀝青或水泥鐵尾礦渣等材料防護。長期防護主要以植被防護為主,即在邊坡上種植各種適合當地特點的尾礦渣生植物,必要時也可結合采用一定厚度的粘土、山皮土、礫卵石、培基植被、土工合成材料及瀝青或水泥鐵尾礦渣等材料覆蓋。橋涵兩側以及一些特殊地段宜用砌體防護。
4)鐵尾礦渣地區路基防護應將臨時防護和長期防護結合起來,這樣不僅能抵御強風、暴雨對鐵尾礦渣路基的風蝕危害和沖刷破壞。
5)在低洼易積水或易受洪水沖刷路段,所采取的防護措施應能經受住水的浸蝕破壞和洪水的沖刷破壞。一般常采用植樹、培基植被、土工合成材料和砌體防護等加固措施。
3.3鐵尾礦渣公路的環境保護措施
根據該地區鐵尾礦渣堆積自然氣候特征,防治尾礦渣害的措施必須要雙管齊下,除了以上路基本體防護又要考慮路基兩側風雨流鐵尾礦渣的危害,才能遏制鐵尾礦渣風雨流的形成,減少公路對環境的影響以及因破壞環境而對公路的不利影響。鐵尾礦渣地區公路環境保護措施主要包括植物防護、工程防護等方法。
1)工程措施
工程防護措施是鐵尾礦渣地區公路防護的主要組成部分。常用的工程防護內容有:穩固鐵尾礦渣工程、攔阻鐵尾礦渣工程等兩部分。
(1)穩固鐵尾礦渣工程
穩固鐵尾礦渣工程是通過工程措施將易于移動的鐵尾礦渣堆、小鐵尾礦渣丘等就地固定的一種治理方法。主要內容有砌筑護墻、護坡等。
(2)攔阻鐵尾礦渣工程
攔阻鐵尾礦渣工程是通過工程措施,將鐵尾礦渣風吹流阻止在距公路較遠的地方,以便公路不受鐵尾礦渣淹埋和侵蝕影響。常用的攔阻鐵尾礦渣工程有石砌攔阻鐵尾礦渣墻、鐵尾礦渣堤、鐵尾礦渣障板等,視當地實際情況選用。
2)植物防護措施
植物防護措施是整個鐵尾礦渣堆積區公路環境保護的主要組成部分。它是利用生物的生態特點來防止鐵尾礦渣移動,并且達到鐵尾礦渣堆積穩固的一種措施。由于生物防護具有經濟、使用時間長、改善沿線生態與保護環境等優點,因此,是在鐵尾礦渣堆積區公路防護中均應倡導的防護措施,也是一項很有前景的防護工程。植物防護措施主要內容有固定活動鐵尾礦渣丘、攔阻鐵尾礦渣、穩定邊坡以及設置鐵尾礦渣地林帶等。植物防護措施配置要求土地整治與造林種草措施相結合,樹種選擇要做到適地適樹,并結合生活及美化要求,可適當選擇具有觀賞價值的樹種,在具體布設防護林帶上要合理密植,注意喬、灌、草合理搭配,綠化和美化有機結合,形成綜合性保水保土防護體系。
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本鐵路工程冬季混凝土施工,在混凝土中摻加適量抗凍劑并將混凝土攪拌原材料預先加熱,混凝土經運輸、入模溫度保持10℃以上,通過蓄熱保溫、人工加熱(通過電暖器、電熱炮加熱)使混凝土養護溫度保持在5℃以上。現場混凝土采用搭設保溫防護棚,混凝土輸送泵管用保溫材料包裹,表面采用塑料薄膜覆蓋保濕保溫。
1.1凍臨界強度冬季施工期間,采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥配制的混凝土,在抗壓強度達到設計40%及5MPa前不得使其受凍;采用礦渣硅酸鹽水泥配制的混凝土,在抗壓強度達到設計50%前不得受凍。
1.2原材料配合比要求混凝土冬期施工應優先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥,水泥的強度等級不應低于PO42.5MPa,最小水泥用量不應<300kg/m3,水灰比≯0.55。砂石材料必須清潔不含凍塊。水加熱應提前4h進行,保證水溫達到80℃。攪拌站的冬施措施按照天津市相關規定執行,施工前檢查其措施必須執行到位方可拌制混凝土。攪拌站的冬施混凝土要求摻加具有早強效果的抗凍劑,保證混凝土在-10℃環境下,混凝土的水分子能夠保持液相狀態。抗凍早強劑的使用效果和摻量經試驗室試配后確定能否達到要求,防凍劑必須是環保產品,不得含有尿素、氯鹽成分。混凝土的塌落度有嚴格要求,冬施期間,底板塌落度140~160mm,攪拌站按照要求塌落度進行攪拌,混凝土運輸到工地后要對塌落度進行檢驗,發現塌落度不符合要求,混凝土拌和物離析、泌水,立即予以退回。
1.3混凝土攪拌和運輸為保證攪拌溫度,必須嚴格控制水的加熱溫度。攪拌過程中,隨時注意檢查砂、石、水的溫度情況,當不滿足計算要求的溫度時,應及時采取措施或暫停攪拌混凝土。混凝土的攪拌時間不得少于135s,商品混凝土到現場的出罐溫度控制在15℃以上。混凝土運輸車,外纏苫布保溫。混凝土運至澆灌部位后,采用2臺泵車水平分層,分區塊鋪料,快振搗,及時覆蓋的快速施工方法。混凝土經輸送泵的傳輸后的入模溫度不應低于10℃,對每一臺班車輛的進場混凝土進行入泵前的溫度測量,入模溫度的測量,混凝土澆筑后覆蓋前的溫度測量并做記錄。混凝土的攪拌及運輸由混凝土廠家嚴格按要求進行控制。
1.4混凝土泵送混凝土出罐前一定要測量其溫度,保證其溫度不低于150℃,輸送到作業層的混凝土,測量入模溫度,要求不低于100℃。每一臺班施工完成后,清洗機具,徹底排出其內部的積水,以免其內部受凍,影響施工的正常進行。罐車必須設置在穩固地點,不得有冰雪凍融物。喂料前,要監督罐車進行倒轉,防止混凝土的離析等物理不良變化。施工現場道路注意防滑等措施,水平管的出料方向要低于進料方向。
1.5混凝土澆筑1)冬施混凝土澆筑安排每次澆筑的開始時間宜在當日上午9:00開始,盡可能避開夜間作業。2)冬施混凝土澆筑應盡可能避開雨雪嚴寒天氣施工。3)澆筑混凝土前及時將模板、鋼筋上的冰、雪清理干凈。4)澆筑前充分做好準備工作,提高混凝土的澆筑速度,保證混凝土的入模溫度。5)每次澆筑混凝土前,要檢查混凝土入模溫度。6)現場混凝土隨澆隨蓋,尤其是底板表面混凝土在二次抹光前,臨時性的先鋪一層塑料薄膜,待二次抹光后,及時加蓋一層保溫被。7)混凝土澆筑時要測量其入模溫度,保證其溫度不得低于100℃,澆筑成型后的混凝土溫度不得低于50℃。混凝土澆筑完畢后要及時覆蓋保溫養護。
1.6混凝土養護和測溫混凝土的養護采用地熱及混凝土本身溫度及外加熱綜合養護,即在混凝土中摻加適量抗凍早強劑并將混凝土攪拌原材料預先加熱,混凝土經運輸、澆筑完成時,溫度保持在10℃以上,通過蓄熱保溫或短期人工加熱,使混凝土經1~3d混凝土強度達到抗凍臨界強度后,可靠混凝土及地熱蓄熱、覆蓋養護。蓄熱保溫及短期人工加熱搭設保溫棚。棚架采用鋼管焊接制作,底板棚架寬21m×20m,側墻利用搭設的腳手架,四周及頂部用帶棉的帆布密閉。表面覆蓋塑料布保濕保溫,要求相鄰塑料布搭結200mm,鋪蓋過程中應注意混凝土的成品保護,不得隨意踩壞混凝土。遇大風天氣時,保溫棚用木方或鋼管等重物覆蓋,以免大風將保溫層吹開。安排專人負責混凝土的覆蓋檢查工作,同時對工人加強冬施期間的技術交底,注意混凝土覆蓋物的保護。在澆筑混凝土時,要根據測量溫度的要求,預埋好溫度計的測量位置,測溫次數見溫度測量表。保溫完畢,相關人員要認真檢查,遇有大風天氣,要留專職人員檢查覆蓋情況并負責修復被風破壞的保溫層。混凝土養護溫度不得低于5℃,不能滿足該溫度條件時,必須立即增加覆蓋保溫。若混凝土拆模后,混凝土溫度與外界溫差>20℃時,在混凝土表面必須繼續覆蓋兩層阻燃草簾被。
1.7測溫測溫孔的均勻設置,澆筑混凝土時,按照設計位置埋設并采取措施固定,埋設深度為底板厚度的中間部位,每塊板共埋設9個。測溫時,按測溫孔編號順序進行,每晝夜測4次。
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