時間：2022-09-24 08:50:04
導(dǎo)語：在鐵道工程技術(shù)論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
讀初高中時,住家離臺糖小火車鐵道很近,每天看到同學從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)搭火車上學,40年后仍歷歷在目。
那時知道臺糖火車的車廂比臺鐵的小,鐵軌也較窄。聽人說臺糖火車叫做“五分車”,不明白是什么意思。1970年到臺北讀大學,那時以坐平快車為主,知道臺灣的縱貫鐵路是日據(jù)時期修造的,聽人家說這叫做“七分車”,也不明白是什么意思。后來看電影《東方快車謀殺案》,看到洋人的火車竟然有包廂,廂外有通道,覺得洋火車比臺灣的火車寬敞。1979年到巴黎第一次坐有包廂的火車,感覺臺灣的火車還真窄。1992~1993年在美國,更確定臺灣的軌寬有點奇怪。
很慚愧,我一直沒去弄清楚五分車、七分車、歐洲車、美國鐵軌的寬度有什么差別,為什么會采用這么不同的規(guī)格。這件事拖到2001年初,我讀到Douglas Puffert(2000)的論文后,才把整個事情弄清楚。
復(fù)雜的軌寬
1995年夏,我在慕尼黑大學三個月,在經(jīng)濟史研討會上認識Puffert,是個溫文儒雅的年輕學者,他在斯坦福大學的博士論文(1991),就是以北美鐵軌的寬度為主題,在主要的經(jīng)濟史期刊上發(fā)表好幾篇論文。我從維基百科(Wikipedia)查“軌距”,得到許多具體的數(shù)字。
國際上通用的標準軌是143.5厘米,現(xiàn)在歐洲大部分國家都使用標準軌,例外的國家有:愛爾蘭與北愛爾蘭(160厘米)、西班牙(167.4厘米,正在改為標準軌)、葡萄牙(166.5厘米),阿根廷與智利的軌距是167.6厘米,俄羅斯及鄰近國家,以及蒙古、芬蘭都是152厘米。
日本的軌距是106.7厘米,日據(jù)時期修筑的臺灣軌寬也是106.7厘米,這是國際標準軌(143.5厘米)的74%,稱為“七分車”。臺灣的糖業(yè)鐵路和阿里山的森林鐵路,是76.2厘米的窄軌,是143.5厘米的53%,簡稱“五分車”。日本在1960年代修建新干線(高速鐵路)時,采用143.5厘米的國際寬軌,提高行駛的穩(wěn)定性。臺灣高鐵、臺北和高雄的捷運,都采用143.5厘米的標準軌。清朝末年中國的鐵道,由英國和比利時承建,采用143.5厘米標準軌。
有人說,1937年制定的國際標準軌143.5厘米是英國提出的,這個說法不夠準確,待會兒會詳細解釋。最讓人感興趣的是,為什么143.5厘米的軌寬,會在諸多規(guī)格的激烈競爭下脫穎而出?
1835~1890年間,北美(美國與加拿大)至少有9種軌道: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。
為什么會這么復(fù)雜?
原因很多,大致有三種。其一是各地區(qū)修筑鐵路時,鐵路工程師的技術(shù)來源與傳承不一,有些采用英國體系,有些則不是。其二是故意不兼容,阻擋其它地區(qū)的農(nóng)工業(yè)產(chǎn)品進入。其三是各地區(qū)的地形地勢不一,對軌道的需求自然不同。
為什么后來會統(tǒng)一使用145.3厘米,1937年之后這個尺度成為國際標準軌寬呢?這就是本文的要點:說不出合乎邏輯的道理,這是政治與經(jīng)濟交互角力后,一步步發(fā)展的結(jié)果,這正是典型的path dependence問題(依發(fā)展途徑而異、受到隨機性的因素干擾)。市場機能、競爭、效率、最適合這類的觀念,在這個議題上無法發(fā)揮功能,因而稱為“市場失靈”。
143.5厘米的起源與變遷
美國最早的鐵道,是承襲英國的142.2厘米規(guī)格,這是18世紀末,在英國礦區(qū)發(fā)展的原初型鐵路,在紐卡斯爾地區(qū)最通行。
有位叫史蒂文生的工程師,在斯托克頓和達靈頓之間建造了一條運煤鐵道。1826~1830年間,他被任命在利物浦(Liverpool)和曼徹斯特(Manchester)之間建造鐵路(L&M),特點是用蒸汽機來推動火車頭。這是第一條靠蒸汽機推動的鐵路,也是第一條完全依靠運載乘客與貨運的鐵路,更是第一條與礦冶完全無關(guān)的鐵路,在鐵道史上有顯著的開創(chuàng)地位。不知什么原因,史蒂文生把鐵軌加寬了1.3厘米,成為143.5厘米,這就是日后國際標準軌的規(guī)格。
1826年,史蒂文生在競爭L&M鐵路時,他的對手刻意提出167.6厘米的寬軌(加大24.1厘米),但沒被采用。史蒂文生的兒子羅伯特,后來在國會的委員會上說:143.5厘米軌寬也不是他父親訂的,而是從家鄉(xiāng)地區(qū)的系統(tǒng)“承襲”來的。斯邁爾斯是史蒂文生的朋友與早期傳記的作者,他說143.5厘米的軌寬,“沒有任何科學理論上的依據(jù),純粹是因為已經(jīng)有人在用了?！?/p>
美國早期的鐵路建造者,參觀L&M與其他地區(qū)的鐵道,認為L&M的規(guī)格較適合,就把整套工程技術(shù)搬回美國。另有一批工程師,1829年參觀英國鐵路,回國后在巴爾的摩(Baltimore)與俄亥俄(Ohio)之間筑了另一條鐵路(B&O),將軌寬改為143.5厘米,目的是要和L&M鐵路的火車“接軌”。
但有幾批工程師卻另有盤算,有些認為152.4厘米較易使用,有些人用144.8厘米,有人堅持147.3厘米也不錯。簡言之,在最復(fù)雜的時候,美國鐵路有過9種軌寬并存。
現(xiàn)在回過頭來看鐵道的發(fā)源國英國,他們在建筑Great Western Railways(GWR)時,把軌寬擴大為213.4厘米,幾條較短的路線,用其它規(guī)格。有些美國工程師,看到鐵路老大改為寬軌,為了迎頭超越,就把紐約與愛力(Erie)之間的鐵路,建為182.9厘米,希望能達到三個目的:最高速、最舒適、最低成本。
但事與愿違,有些人認為167.6厘米就夠了。幾經(jīng)實驗,19世紀中葉的美國鐵道工程師,在考慮火車頭的拉牽力之后,覺得還是以152.4～167.6厘米之間較合適。加拿大的鐵路學者也有同感,而這正是英國當時采用的軌寬。
1860年之后,又有人感覺寬軌太耗動能,對蒸汽機的負擔過重,認為還是老規(guī)格較合適。在地勢變化較大的地區(qū),其實106.7厘米更合用,因為較容易轉(zhuǎn)彎。在多山的地區(qū),若用91.4厘米寬的鐵軌,就不必挖太寬的隧道,可以省下不少成本:91.4厘米的鐵路成本,比143.5厘米的建造費用便宜三分之一(枕木、石塊、人工、管理都較省)。
建造鐵路時,美國政府只負責土地與公共事務(wù),對具體的投資、興建、技術(shù)規(guī)范都不插手。如果你是第一位在某個區(qū)域的鐵道投資者,只要考慮自己喜歡哪種軌寬;第二位投資者,或許也可以自由選擇軌寬;但第三位投資者,就必須考慮接軌問題,沒有多大選擇空間。在這種機制下,美國的鐵道系統(tǒng)就出現(xiàn)一項特質(zhì):地區(qū)性的軌寬整合度很高,但全國性的相似度很低。
簡言之,美國的軌寬是由民間工程師決定,而這又受到他們之前的經(jīng)驗影響:或是向英國某個地區(qū)學來的,或是依所購買的火車頭帶動力,來決定軌寬。為什么143.5厘米最后會成為主流?因為采用者最多,滾雪球效應(yīng)最大。
偶然與必然
換個角度來問:政府為何不出面協(xié)調(diào)呢?
其實很簡單,南北戰(zhàn)爭之前,有誰能預(yù)期日后會建造出全國性的鐵路網(wǎng)呢?那時投資鐵路的人,只想運載貨物和非乘客的人員,從河運搶些生意做,占據(jù)某個地區(qū)的地盤。他們甚至不想和其它區(qū)域的鐵路接軌,基本的心態(tài)是互不侵擾地盤。加拿大也不希望美國的火車駛?cè)?鐵道的規(guī)格因而形成割據(jù)。現(xiàn)在美加兩國的鐵路、電話號碼、電壓、影印紙規(guī)格都已統(tǒng)一化,那是很后來的事了。
其實加拿大的國會,很早就知道軌寬標準化的重要性。美國國會把橫跨大陸的軌寬選擇權(quán),授給林肯總統(tǒng),他決定采用152.4厘米。但是中西部的鐵道業(yè)者不愿接受,就和東部的同行結(jié)盟,游說國會采用最老式的英國軌寬143.5厘米。
某些較貧困的地區(qū),資本不夠,希望采用窄軌,就在1872年另組一個“國家窄軌聯(lián)盟”:之后全國各地的窄軌,95%采用91.4厘米的規(guī)格。在這種“地區(qū)性整合度高、全國性相似度低”的結(jié)構(gòu)下,美國的鐵道系統(tǒng),怎么可能在20年內(nèi)(1866~1886年),就完成規(guī)格統(tǒng)一呢?143.5厘米的規(guī)格獲勝,是因為它有特殊的優(yōu)越性嗎?
其實在1860年代時,誰也不知道143.5厘米會成為日后的國際標準,當時存在9種規(guī)格,工程師并無明顯的偏好。為何會有統(tǒng)一化的認知呢?主要是各地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展后,運輸量大幅增加,東西兩岸的產(chǎn)品與人員相互運送,無法透過較受地域性限制的水運。當時東西橫向的鐵路,大都采用143.5厘米,產(chǎn)生大者恒大的雪球效應(yīng),市場占有率愈來愈高。各地區(qū)的鐵路公司,在利益的考慮下愈來愈合作:發(fā)展跨區(qū)的鐵道系統(tǒng),共同管理相互協(xié)助,這是推動鐵道標準化的重要因素。
大家會問:把原來不是143.5厘米的軌寬,不論是拉寬或縮窄,轉(zhuǎn)換的成本不是很高昂嗎?是的,費用看起來是不小,但相對于鐵道的總價值,百分比并不高。主要的花費是整修路基,尤其是在擴寬軌道時,如果只是把軌道稍微拉寬或縮小,這屬于“移軌”的問題,成本并不高。較貴的部份,是更換為143.5厘米的車廂和火車頭(機頭)。
1871年時,把俄亥俄和密西西比鐵路,從182.9厘米縮為143.5厘米的平均成本,是每英里1066美金,再加上價值5060美金的新車頭。到了1885~1886年間,這些成本更低了:更改南方軌道與設(shè)備的成本,每英里約只需150美金。把窄軌拉寬的成本,每英里約7500美金。對那些和143.5厘米較接近的軌道,就建造可以調(diào)整輪子寬度的車體,來相互通車。一旦整合的意愿明確化,確知每英里的更改成本,占鐵道總價值的百分比不高后,20年內(nèi)很快地就整合完成了。143.5厘米成為美加的標準規(guī)格,1937年成為國際標準,沿用到今日。
美國軌寬的故事告訴我們:市場的需求,是規(guī)格統(tǒng)一化的重要推手。1880年代統(tǒng)一的143.5厘米,以今日的車頭牽動能力而言,并不是最具能源效率的規(guī)格;但這已是國際標準,改動不了了。143.5厘米能一統(tǒng)天下,并不在于規(guī)格上的優(yōu)越性,而是歷史的偶然造成,并不是最有效率、最具優(yōu)勢的東西,就能存活得最好。這種path dependence的現(xiàn)象,在度量衡上最常見。聽說1英尺的定義,就是某位國王鼻尖和手指之間的距離。
鏈接:
馬屁股距離決定軌寬
經(jīng)濟學中有個名詞稱為“路徑依賴”,它類似于物理學中的“慣性”,一旦選擇進入某一路徑(無論是好的、還是壞的),就可能對這種路徑產(chǎn)生依賴。這個美國鐵軌的故事,也許有助于我們理解這一概念,并且加深對其后果的印象。
美國鐵路兩條鐵軌之間的標準距離,是4.85英尺。這是一個很奇怪的標準,究竟從何而來的?原來這是英國的鐵路標準,因為美國的鐵路,最早是由英國人設(shè)計建造的。
那么,為什么英國人用這個標準呢?原來英國的鐵路,是由建電車軌道的人設(shè)計的,而這個4.85英尺,正是電車所用的標準。
電車軌標準又是從哪里來的呢?原來最先造電車的人,以前是造馬車的。而他們是用馬車的輪寬做標準。
好了,那么,馬車為什么要用這個輪距標準呢?因為那時候的馬車,如果用任何其它輪距的話,馬車的輪子很快就會在英國的老路上撞壞。為什么?因為這些路上的轍跡寬度,為4.85英尺。這些轍跡又是從何而來呢?答案是古羅馬人定的,4.85英尺正是羅馬戰(zhàn)車的寬度。如果任何人用不同的輪寬,在這些路上行車的話,輪子的壽命都不會長。
我們再問:羅馬人為什么用4.85英尺,作為戰(zhàn)車的輪距寬度呢?原因很簡單,這是兩匹拉戰(zhàn)車的馬的屁股寬度。故事到此應(yīng)該完結(jié)了,但事實上還沒有完。
下次你在電視上看到,美國航天飛機立在發(fā)射臺上的雄姿時,你留意看,它的燃料箱的兩旁,有兩個火箭推進器。這些推進器是猶他州的工廠所提供的,如果可能的話,這家工廠希望把推進器造得胖一些,容量就會大一些,但是他們不可以,為什么?因為這些推進器造好后,要用火車從工廠運到發(fā)射點,路上要通過一些隧道,而這些隧道的寬度,只比火車軌道寬了一點點。然而我們不要忘記,火車軌道的寬度,是由馬屁股的寬度決定的。
關(guān)鍵詞：產(chǎn)學研；土木工程專業(yè)；應(yīng)用型；創(chuàng)新人才；畢業(yè)設(shè)計
隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展及知識經(jīng)濟時代的到來，創(chuàng)新成為推動社會科技進步與經(jīng)濟不斷發(fā)展的決定性力量[1]。城市經(jīng)濟的發(fā)展、建筑工程的規(guī)模逐漸擴大及其形式功能的日新月異則要求土木工程技術(shù)也不斷地發(fā)展與創(chuàng)新，同時也要求高校土木工程專業(yè)[2]培養(yǎng)大量應(yīng)用型創(chuàng)新高等工程技術(shù)人才。畢業(yè)設(shè)計論文作為土木工程本科專業(yè)中最后的一個理論性與實踐性綜合的教學環(huán)節(jié)，其目的是培養(yǎng)學生獨立分析與解決工程技術(shù)問題，最終使學生符合應(yīng)用型創(chuàng)新工程人才的基本要求。因此，畢業(yè)設(shè)計[3,4]論文必須具有綜合知識、能力與創(chuàng)新相結(jié)合的特點。企業(yè)、高校與科研院所[5]之間通過生產(chǎn)、教學和科研緊密結(jié)合，在課程教學與實踐過程中有機結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實踐與科研創(chuàng)新，可以較好地培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)、能力以及創(chuàng)新能力。同時，使學生在實際畢業(yè)設(shè)計論文過程中，提升科學研究能力與團隊合作精神，增強設(shè)計與參與生產(chǎn)實踐的事業(yè)心和責任感[6]，在更好地運用綜合專業(yè)知識提升畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的同時，達到應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標。
1創(chuàng)新土木工程畢業(yè)設(shè)計模式
產(chǎn)學研有機結(jié)合土木工程畢業(yè)設(shè)計論文的創(chuàng)新，就是在畢業(yè)設(shè)計與研究論文中，實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計[7]、教學與土木工程實踐相結(jié)合的創(chuàng)新模式，提升土木工程專業(yè)學生的實踐能力。土木工程產(chǎn)學研項目中，結(jié)合科研創(chuàng)新與生產(chǎn)實踐來優(yōu)化課程教學，培養(yǎng)土木工程學生的實習實踐能力，有助于全面培養(yǎng)有能力的土木工程專業(yè)學生。在具體的土木工程畢業(yè)設(shè)計創(chuàng)新模式之中，可以優(yōu)化開展實施產(chǎn)學研合作，有效建立健全當前土木工程教育中產(chǎn)學研結(jié)合教育課程評價[8]及調(diào)控機制，改變傳統(tǒng)的土木工程教育模式。同時，也有助于實現(xiàn)企業(yè)、高校以及研究機構(gòu)間的優(yōu)勢資源互補，優(yōu)化培養(yǎng)應(yīng)用型土木工程專業(yè)創(chuàng)新人才。
2基于產(chǎn)學研土木工程畢業(yè)設(shè)計的意義
利用產(chǎn)學研機制與應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標進行創(chuàng)新性土木本科畢業(yè)設(shè)計論文的選題，從工程實際與學術(shù)問題的聯(lián)合創(chuàng)新出發(fā)，豐富與擴展課題的研究目標，將產(chǎn)學研科研或工程項目轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新型的實驗項目、依據(jù)工程實際與實驗?zāi)Ｐ团囵B(yǎng)學生的動手能力、擴展創(chuàng)新能力。同時，創(chuàng)新性土木本科畢業(yè)設(shè)計過程中，也可以提升學生的論文寫作能力，優(yōu)化學生力學模型計算能力，培養(yǎng)技術(shù)學術(shù)交流，擴展學生思維，具有重要創(chuàng)新意義?；诋a(chǎn)學研的課程實踐與畢業(yè)設(shè)計工作，能夠優(yōu)化提高土木工程產(chǎn)學研合作水平和效率，實現(xiàn)共贏，共同發(fā)展。創(chuàng)新模式，搭建土木工程產(chǎn)學研平臺，優(yōu)化服務(wù)，能夠優(yōu)化推進企業(yè)與高校、科研院合作，提高合作層次，有效實踐產(chǎn)學研合作，提升土木工程畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量，發(fā)揮積極影響。而且，在土木工程專業(yè)中，其畢業(yè)設(shè)計與實際工程密切相關(guān)，使其與產(chǎn)學研相結(jié)合，有助于培養(yǎng)學生的實踐能力與創(chuàng)新能力，也可以提升畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量，具有重要意義。
3基于產(chǎn)學研土木工程畢業(yè)設(shè)計創(chuàng)新的實現(xiàn)措施
3.1完善產(chǎn)學研結(jié)合體系
密切協(xié)調(diào)土木工程教學與后期畢業(yè)設(shè)計間的聯(lián)系，基于產(chǎn)學研創(chuàng)新模式，設(shè)置課程教學與生產(chǎn)實踐，最終為畢業(yè)設(shè)計的選題、實習與設(shè)施打下基礎(chǔ)，增強課程試驗與畢業(yè)設(shè)計等與外部生產(chǎn)與科研創(chuàng)創(chuàng)新等因素之間的關(guān)系，提升畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量?？疾鞂W生的知識綜合應(yīng)用能力，解決工程中與企業(yè)科技生產(chǎn)中的實際問題，從而使學生能夠更好的理解工程畢業(yè)設(shè)計題目，使其能夠聚精會神地投入到畢業(yè)設(shè)計中，提升學生參加土木工程畢業(yè)設(shè)計的熱情。
3.2提升土木工程專業(yè)產(chǎn)學研基地實力
高校院系加強與地方科研生產(chǎn)合作，建立完善土木工程專業(yè)的產(chǎn)學研基地，鼓勵教師參與生產(chǎn)實踐，提升其實踐指導(dǎo)實力，為畢業(yè)設(shè)計與論文提升工程實際的支撐，激發(fā)土木工程學生在畢業(yè)設(shè)計中的潛在能力。通過土木工程專業(yè)產(chǎn)學研聯(lián)合的課程教學實踐與畢業(yè)設(shè)計，更深層次地讓學生通過融入到土木工程設(shè)計實踐中。
3.3提升選題水平
創(chuàng)新性畢業(yè)設(shè)計論文選題工作，必須要確保選題符合土木工程專業(yè)的實際特點，切合應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標要求，保障土木工程畢業(yè)設(shè)計的選題深度可為學生所接受，一方面避免選題簡單重復(fù)的陳舊題目，適應(yīng)經(jīng)濟與社會發(fā)展的需要；另一方面避免在畢業(yè)設(shè)計中選題過深、題目過大而脫離生產(chǎn)實際的情況，確保學生切實完成畢業(yè)設(shè)計工作。
3.4提高畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)質(zhì)量
院系在畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)中，應(yīng)細化到具體教學指導(dǎo)單位，根據(jù)各專業(yè)學生畢業(yè)設(shè)計的專業(yè)特點，制定適合創(chuàng)新模式的畢業(yè)設(shè)計論文指導(dǎo)細則。指導(dǎo)教師在學生畢業(yè)設(shè)計中，能夠積極引導(dǎo)學生去創(chuàng)新思維，建立學生對畢業(yè)設(shè)計的多元文化意識，培養(yǎng)土木學生的工作、人際交流能力。
3.5協(xié)調(diào)畢業(yè)設(shè)計考核環(huán)節(jié)
建立基于產(chǎn)學研的畢業(yè)設(shè)計分階段考核方法，首先對指導(dǎo)教師要求其書面陳述畢業(yè)設(shè)計課題來源、選題依據(jù)、設(shè)計論文內(nèi)容、難以程度及工作量等情況，由院系討論與考核設(shè)計選題。在此基礎(chǔ)上，增加創(chuàng)新學分與創(chuàng)新能力的評價標準，使學生更加有積極性地投入創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，同時，激勵教師培育基于產(chǎn)學研等的創(chuàng)新課程與畢業(yè)設(shè)計的實踐，給予相應(yīng)的政策支持?；诋a(chǎn)學研的畢業(yè)設(shè)計論文實施過程，可以根據(jù)實際情況，適當?shù)恼{(diào)節(jié)增加實踐環(huán)節(jié)的考核，以保證畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量提升。
4產(chǎn)學研創(chuàng)新畢業(yè)設(shè)計論文案例探索
鹽城工學院土木工程學院依據(jù)江蘇省特色專業(yè)和國家特色專業(yè)建設(shè)點，逐步推行創(chuàng)新教學與科技管理體制改革，努力提高科技水平，走產(chǎn)學研相結(jié)合的道路，積極為地方社會經(jīng)濟服務(wù)，承擔了大量的企業(yè)科技開發(fā)項目。土木工程學院在基于產(chǎn)學研的教學與畢業(yè)設(shè)計改革上，利用校企協(xié)同育人平臺，引入企業(yè)深度參與教學實踐，開發(fā)了“企業(yè)文化、建筑工業(yè)化技術(shù)、施工安全管理、現(xiàn)代施工關(guān)鍵技術(shù)、建筑信息化技術(shù)、綠色建筑技術(shù)、建筑設(shè)備工程”等校企網(wǎng)絡(luò)課程。進一步，加強教學方法改革，利用校企網(wǎng)絡(luò)共享絡(luò)課程，鼓勵開展學生主動學習、研究性學習與合作性學習；對“土木工程測量、土木工程材料與工程結(jié)構(gòu)測試技術(shù)訓(xùn)練”等課程實施以能力考核為主的考核方式改革，為切實完成實踐課程培養(yǎng)目標與創(chuàng)新性畢業(yè)設(shè)計論文工作提供有力保障。學院教師團隊目前承擔的產(chǎn)學研項目，緊密結(jié)合土木工程教學與企業(yè)生產(chǎn)實踐科技問題，為培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才進行卓有成效的探索。筆者所在的課題組，目前承擔“深大基坑開挖施工對工程樁的影響及其檢測關(guān)鍵技術(shù)研究”產(chǎn)學研項目，旨在結(jié)合教學與工程實踐科技創(chuàng)新的同時，進行土木工程創(chuàng)新畢業(yè)設(shè)計與應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)等探索工作。在教學中，針對鹽城多河地區(qū)特點，分析深大基坑開挖的設(shè)計、施工與環(huán)境影響特點，將工程難點問題引入課堂與試驗及實習實踐。對深大基坑開挖回彈引起的樁基承載形狀變化等問題，在“樁基工程”課程的設(shè)計與施工檢測等課程中，進行針對性的分析，充分調(diào)動學生的學習興趣，利用課程試驗與產(chǎn)學研課題研究試驗有機的結(jié)合，引導(dǎo)學生參與科研試驗研究，為創(chuàng)新性畢業(yè)設(shè)計提供知識能力的積累。在此基礎(chǔ)上，進行基于產(chǎn)學研的畢業(yè)設(shè)計論文工作，根據(jù)學生情況并結(jié)合項目特點，畢業(yè)設(shè)計選題有“先鋒島三期多面臨河深大基坑的設(shè)計與施工”“鹽城多河地區(qū)的基坑支護形式與插入深度研究”“深大基坑開挖條件下的工程樁承載力計算”“深大基坑開挖坑底回彈與樁基承載計算與檢測”“臨河高層建筑深大地下室基礎(chǔ)設(shè)計與施工方案”等，創(chuàng)新了土木工程畢業(yè)設(shè)計論文的形式，并推動了工程生產(chǎn)實踐與企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新等工作。
5結(jié)語
在土木工程教學、試驗實踐及畢業(yè)設(shè)計的各階段，基于產(chǎn)學研聯(lián)合研究項目改革教學方法與畢業(yè)設(shè)計選題及實施，促進土木工程本科畢業(yè)設(shè)計論文的創(chuàng)新與實踐，使學生在畢業(yè)設(shè)計階段直接接觸到工程實例與企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新實踐，可有效保證學生完成土木工程專業(yè)的教育培養(yǎng)計劃，培養(yǎng)學生的專業(yè)創(chuàng)新能力，為完成土木工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標發(fā)揮重大作用。
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關(guān)鍵詞重力式支擋結(jié)構(gòu)；評估體系；影響因素；評估技術(shù)；
中圖分類號：TU457文獻標識碼：A
1概述
重力式支擋結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于鐵路及公路支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計中[1]。既有鐵路運營過程中，在線路提速或軸重加大后，作用在路基面上的動應(yīng)力將大幅增加[2]。既有線路經(jīng)過一定運營期后，重力式支擋結(jié)構(gòu)工作環(huán)境也隨之發(fā)生變化。既有重力式支擋結(jié)構(gòu)如何保證運營的安全，這是工程技術(shù)人員最為關(guān)心的問題。目前，我國在重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估方面的研究較少，特別需要加強此領(lǐng)域的研究工作。重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估，是在一定的評估體系下，對其安全影響因素進行全面分析，確定評估單元，再應(yīng)用各種安全評估方法對其安全狀況進行評判，并據(jù)此提出維護和加強的措施。
2重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估體系
2.1重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估體系的目標
建立重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估體系，是重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估時的理論依據(jù)。其目標
是對鐵路、公路等交通工程系統(tǒng)安全性、可靠性、可用性、可維護性的各種指標進行評估，以達到最低事故率、最少損失、最少維護率及最優(yōu)投資效益。
2.2重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估體系的構(gòu)成
重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估體系主要由安全預(yù)評估、設(shè)計審核安全評估、施工安全評估、驗收安全評估、安全現(xiàn)狀定期安全評估（直至超出正常使用年限）五項內(nèi)容構(gòu)成[3]。安全預(yù)評估主要在系統(tǒng)可行性研究時進行，可指導(dǎo)后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計及施工。設(shè)計審核安全評估及施工安全評估是結(jié)構(gòu)是否能夠達到正常使用年限的關(guān)鍵。在設(shè)計時應(yīng)綜合考慮設(shè)計的經(jīng)濟性及合理性，在施工時應(yīng)嚴格要求施工質(zhì)量及施工安全。驗收安全評估是通過試運行階段分析結(jié)構(gòu)使用時潛在的風險，并確定其危險程度及可能出現(xiàn)的后果，提出預(yù)防措施。安全現(xiàn)狀定期安全評估，即采用各種安全評估技術(shù)相結(jié)合，綜合評估重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全狀況，是其生命周期內(nèi)所有評估工作的重點。
2.3重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估單元
根據(jù)分析重力式支擋結(jié)構(gòu)安全影響因素及其破壞時可能出現(xiàn)的癥狀，可從以下幾方面著手確定其評估單元：(1)從受力角度，包括動應(yīng)力的變化對穩(wěn)定性的影響；不同計算方法對穩(wěn)定性的影響；不同荷載方式對穩(wěn)定性的影響。(2)從變形角度，包括墻身是否有裂縫；墻后土體是否開裂；墻后土體是否有不均勻下沉。(3)從墻型結(jié)構(gòu)及材料角度，包括材料是否風化；砂漿、混凝土是否老化；墻型尺寸是否滿足設(shè)計要求。(4)從水文地質(zhì)角度，包括泄水孔是否堵塞；墻體地基是否發(fā)生變化。
2.4重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估步驟
重力式支擋結(jié)構(gòu)進行安全評估時，可遵循以下七個步驟：準備工作、安全影響因素分析、確定評估單元、安全評估實施、安全對策制定、評估結(jié)論及建議、編寫安全評估報告[3]。
3重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全影響因素
在設(shè)計計算過程中，特別是土壓力的計算理論、計算參數(shù)的取值、材料、施工、動應(yīng)力、地震力等方面，對重力式支擋結(jié)構(gòu)安全性均有較大影響。同時，既有支擋結(jié)構(gòu)安全性還受其工作環(huán)境變化的影響，如水文及工程地質(zhì)條件的變化等，在進行安全評估時要進行全面分析。
3.1不同土壓力計算理論的影響
目前設(shè)計中大多采用庫倫公式計算土壓力，也有時采用彈性理論。庫侖理論及彈性理論的計算假設(shè)條件不同，計算所得墻后土壓力大小、分布規(guī)律及作用點位置均有較大差別。由庫倫理論計算所得的墻后土壓力分布形式為一折線，而由彈性理論計算所得的墻后土壓力分布形式為一凸曲線，中上部偏大，底部偏小。在評估時應(yīng)對由于不同的計算方法對計算結(jié)果的影響進行分析。
3.2提速或軸重增加引起動應(yīng)力增大的影響
傳統(tǒng)普通鐵路路基設(shè)計均采用換算土柱法，將靜荷載和動荷載一并簡化為靜荷載。但隨著既有線提速或軸重增加后，列車動荷載作用明顯加強，導(dǎo)致基床范圍內(nèi)重力式支擋結(jié)構(gòu)土壓力與傳統(tǒng)庫侖理論計算所得結(jié)果相比有明顯差異，特別是當支擋結(jié)構(gòu)較矮(2m~4m)時[4]。因此需要對由于動應(yīng)力發(fā)生變化對支擋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響進行評估。
3.3使用環(huán)境變化的影響
重力式支擋結(jié)構(gòu)經(jīng)歷一定的運營期后，排水設(shè)施失效或者排水不利時，可能引起土體重度明顯增加，粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ、墻背摩擦角δ均不同程度減小。雨水的入滲還可能發(fā)生基底軟化現(xiàn)象，導(dǎo)致基底承載能力急劇下降。在經(jīng)歷一定時間的運營期后，墻體材料耐久性也會發(fā)生明顯變化，特別是墻背。這些因素對重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全影響至關(guān)重要，需特別加以重視。
3.4不同墻型的影響
重力式支擋結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)使用墻型一般為墻胸墻背坡度相同。但現(xiàn)在使用較多的改進后墻型是將上墻背坡度放陡，增設(shè)傾斜基底。使用傳統(tǒng)墻型的重力式支擋結(jié)構(gòu)隨著既有線提速，可能造成路基受力不均。不同墻型的計算截面面積也有所不同。同時，改進后的墻型由于增設(shè)傾斜基底，故抗滑能力有較大提高[5]。但是采用增強措施的墻型雖然安全系數(shù)得以提高，但其安全可靠度不一定相應(yīng)提高。
4重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估方法
重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估方法有很多種，包括非確定性分析方法、定性分析方法、定量分析方法、模型試驗分析方法及現(xiàn)場檢測分析方法。各種分析方法特點及使用范圍不盡相同。
4.1非確定性分析方法
4.1.1可靠度分析方法
可靠度分析方法，通過考慮重力式支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計中隨機變量（重度γ、綜合內(nèi)摩擦角φ0、墻背摩擦角δ、基底承載力σ）的變異性，計算結(jié)構(gòu)功能函數(shù)的不同功能函數(shù)值，進而確定結(jié)構(gòu)的失效概率及可靠指標，給出相應(yīng)安全評估結(jié)論。
其中，重力式支擋結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)方程的功能函數(shù)：
(1)
重力式支擋結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定極限狀態(tài)方程的功能函數(shù)：
(2)
可靠度指標：（3）
式(3)中，mR：結(jié)構(gòu)抗力的均值；mS：荷載效應(yīng)的均值；σR：結(jié)構(gòu)抗力的標準差；σs：荷載效應(yīng)的標準差。
4.1.2模糊綜合評估方法
模糊集論首先由美國控制論專家查德(L.A.Zadeh)于1965年提出。模糊綜合評估方法借助模糊集論為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成原理，先將重力式支擋結(jié)構(gòu)本身及填土等一些不易確定或無法具體量化的參數(shù)模糊化，然后再進行綜合評估。
1.確定重力式支擋結(jié)構(gòu)安全影響因素集[A]及影響因素得分{RA}
提速或軸重增加引起動應(yīng)力增大的影響A1；使用環(huán)境變化的影響A2；墻型不同的影響A3；地震作用的影響A4；設(shè)計標準及施工質(zhì)量A5；現(xiàn)場檢查情況（裂縫、地下水、墻體風化情況等）A6。
(4)
其中，Aij為第i影響因素與第j項影響因素的相對重要性得分，可采用“九度法”。
各項的權(quán)重分別為，其中。
各影響因素最后得分。
確定重力式支擋結(jié)構(gòu)不同安全等級對正常營運的影響集[B]及得分{RB}
將重力式支擋結(jié)構(gòu)安全等級分為優(yōu)、良、中、差，分別用B1、B2、B3、B4表示。
(5)
同理，Bij為第i影響因素與第j項影響因素的相對重要性得分，也可采用“九度法”。
各項的權(quán)重分別為，其中。
各安全等級最后得分。
重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估所得安全等級
（6）
根據(jù)最終R值的大小，參考相應(yīng)的換算標準，即可得出重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全評估等級。
4.1.3專家評估方法
專家評估方法[6]，采用匿名函詢的方式，通過一系列簡明的調(diào)查征詢表邀請專家對待評估結(jié)構(gòu)進行打分，并通過有控制的反饋，取得盡可能一致的意見，對結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀作出相應(yīng)評估，對未來做出相應(yīng)的預(yù)測。
4.2定性分析方法
工程類比方法是定性分析技術(shù)的典型應(yīng)用[7]。首先，盡量找一與待評估的重力式支擋結(jié)構(gòu)使用環(huán)境類似，并已安全使用超過其使用年限的同類型重力式支擋結(jié)構(gòu)。再分析兩者可能的破壞機制的相似性及差異性，并結(jié)合兩者的安全等級，綜合確定其安全狀態(tài)。
4.3定量分析方法
主要包括極限平衡法及有限元法[7]。廣泛應(yīng)用于巖土工程界的GEO-SLOPE（邊坡穩(wěn)定分析軟件）便是基于極限平衡原理，將重力式支擋結(jié)構(gòu)及后方巖（土）體均視為剛體，不考慮本身的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，將結(jié)構(gòu)后方潛在滑動面內(nèi)的巖（土）體劃分為多個小塊體，通過各塊體的平衡條件建立整個體系的平衡方程，導(dǎo)出重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。
有限元法先將重力式支擋結(jié)構(gòu)用有限個容易分析的單元代替，單元之間通過有限個節(jié)點相互連接，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)來綜合求解其位移、應(yīng)力、應(yīng)變、內(nèi)力等，綜合分析其所處安全狀態(tài)。有限元法可以用來求解彈性、彈塑性、粘彈塑性、粘塑性等問題，常用的計算分析軟件有ANSYS、FLAC、ABAQUS、SAP等。
4.4模型試驗方法
由于重力式支擋結(jié)構(gòu)尺寸較大，故實尺模型試驗既耗時又不經(jīng)濟，一般對其進行離心模型試驗。把按1/n比例縮放后的模型放在以ng離心加速度運轉(zhuǎn)的離心機中進行試驗，模擬現(xiàn)場實際受力，通過測試其應(yīng)力及變形破壞情況，對其作出安全評估結(jié)論。
4.5現(xiàn)場試驗方法
現(xiàn)場試驗方法主要包括裂縫觀測、排水設(shè)施檢查、荷載試驗、位移時間曲線監(jiān)測、地基土軟化情況檢測等。其中現(xiàn)場裂縫觀測、排水設(shè)施檢查比較直觀，容易實現(xiàn)，且效果比較精準。在雨季時對重力式支擋結(jié)構(gòu)做位移時間監(jiān)測試驗，可以有效減少突然破壞情況的發(fā)生。
5可靠度分析方法在重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估中的應(yīng)用
利用可靠度分析方法，結(jié)合蒙特卡洛原理對某單線I級鐵路既有重力式支擋結(jié)構(gòu)進行安全評估。
5.1計算條件
以單線I級次重型鐵路為例。支擋結(jié)構(gòu)型式取重力式路肩墻，墻胸墻背均取1：0.25的仰斜。列車荷載分布寬度：l0=3.5m；換算土柱高度：h0=3.2m。換算土柱距路基邊緣距離：k0=1.95m。填土按砂性土考慮，取內(nèi)摩擦角φ=350，基底摩擦系數(shù)f=0.3；土體重度γ=19KN/m3；土與墻背的摩擦角δ=φ/2，即17.50；基底容許承載力取σ=300kPa。
5.2可靠指標計算結(jié)果分析
在該計算條件下，該結(jié)構(gòu)抗滑可靠指標在2.26~2.86之間變化，其相應(yīng)失效概率為9.1‰~2.5‰。該結(jié)構(gòu)抗傾覆可靠指標在2.85~3.29之間變化，其相應(yīng)失效概率為2.5‰~2.0‰。各項指標均符合相關(guān)要求，故可將該結(jié)構(gòu)安全狀況評估為良好。
在傳統(tǒng)的安全系數(shù)法計算過程中，盡管重力式支擋結(jié)構(gòu)的墻高在4m~10m間變化時，其抗滑穩(wěn)定系數(shù)均在1.30~1.35之間變化，其抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)均在1.66~1.80之間變化。但其抗滑動和抗傾覆可靠指標均隨著墻高的增加而變大，其基底承載力可靠指標則隨著墻高的增加而減小。
通過引進可靠度原理對重力式支擋結(jié)構(gòu)進行設(shè)計及安全評估，相比傳統(tǒng)的安全系數(shù)法，能更直觀并準確地反應(yīng)結(jié)構(gòu)的安全儲備情況。
6結(jié)語
本文初步建立了重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估的體系，對影響重力式支擋結(jié)構(gòu)安全的主要影響因素進行了詳細分析，研究探討了多種重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估方法。重點介紹了由多安全影響因素控制的可靠度分析方法及模糊綜合評估方法在重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估中的應(yīng)用，其避免了由單個控制因素而得結(jié)論的片面性及誤差性。
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土木建筑施工領(lǐng)域是我國各行業(yè)中事故多發(fā)，因工致病、致殘、致死較多的高危行業(yè)。國家安監(jiān)總局統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析顯示，2009年，建筑施工坍塌墜落較大以上事故多發(fā)，因施救不當造成的重大、較大事故時有發(fā)生，包括非金屬礦、尾礦庫、隧道施工、鐵路交通等行業(yè)較大涉險事故時有發(fā)生，安全生產(chǎn)形勢不容樂觀?？梢?，土木建筑施工安全技術(shù)與工程是目前需要重點研究和建設(shè)的重要方向。2002年，石家莊鐵道大學（以下簡稱“我?！保┰趪鴥?nèi)率先開設(shè)并確立了以土木施工安全技術(shù)為特色的土木安全工程專業(yè)發(fā)展方向，依托我校具有豐富的辦學經(jīng)驗、雄厚的師資力量和良好的教學條件的國家特色專業(yè)——土木工程專業(yè)，為安全工程專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展構(gòu)筑了堅實的辦學平臺。
安全學科是理、工、文、法、管、醫(yī)等學科的新興、綜合、交叉學科，土木工程也涵蓋了建筑工程、交通土建、地下工程等近十個專業(yè)。因而，土木安全技術(shù)與工程要求學生應(yīng)掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識非常廣泛，不但要求學生具備傳統(tǒng)安全工程專業(yè)教學培養(yǎng)模式中最基本的“懂技術(shù)、會管理”，而且要求具備土木安全工程的實踐技能，即綜合性強、專業(yè)性強、實踐性強的安全技術(shù)人才。由此可見，土木安全工程專業(yè)培養(yǎng)過程中實踐的重要性，必須貫徹以實踐教學為核心的辦學理念。
伴隨著現(xiàn)代化實踐教學方法在高等院校專業(yè)教學領(lǐng)域中日漸廣泛的運用，安全工程專業(yè)實踐教學模式也開始萌生、發(fā)育與發(fā)展，并顯示出強大的生命力，在土木安全工程人才培養(yǎng)方面發(fā)揮了不可替代的作用。
一、實踐教學的特色辦學理念
實踐教學是指在整個教學過程中，學生通過參加一定的實踐活動，把知識運用于實踐的教學環(huán)節(jié)。通常，實踐教學是為配合理論教學培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，加強專業(yè)訓(xùn)練和鍛煉學生實踐能力而設(shè)置的教學環(huán)節(jié)。
在高等教育強調(diào)重基礎(chǔ)、淡專業(yè)、寬口徑的培養(yǎng)模式下，安全工程的教學培養(yǎng)體系中，學生四年中大部分時間在學習公共基礎(chǔ)課、人文社科類課程。同時，安全專業(yè)要求必須開設(shè)的安全類基礎(chǔ)課和平臺課也需要大量理論學時，由于受到本科教育年限和總學時的限制，特色專業(yè)技術(shù)類課程學時安排非常緊張，很多對于學生畢業(yè)后在實際工作中非常實用和現(xiàn)場特別緊缺的技術(shù)課程無法開設(shè)，課程設(shè)置困難，顧此失彼，課時捉襟見肘。
安全科學的交叉性造成了學生需要幾乎所有科學的相關(guān)知識基礎(chǔ)。在教學課時極為有限的條件下，專業(yè)課程設(shè)置受到限制，而且相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)、實踐環(huán)節(jié)、課程設(shè)計等內(nèi)容無法跟上，違反了教學規(guī)律，學生學習后達不到希望的效果。[3]
為了解決這一問題，在土木安全工程培養(yǎng)模式中，確立了以實踐教學為特色的辦學理念。將實踐教學模式貫穿課堂、專業(yè)課程實驗、專業(yè)課程設(shè)計、實習環(huán)節(jié)、畢業(yè)論文以及課外活動之中。在教學中培養(yǎng)學生的實踐能力，加大實踐教學比重，抓基礎(chǔ)、重實踐，理論與實踐相結(jié)合，以實踐促進對理論的學習興趣和學習效率。通過實踐教學，在學習中對學生的科學思維方法、工程實踐能力和創(chuàng)新意識進行實戰(zhàn)性演習。
二、實踐教學模式的建設(shè)與應(yīng)用
如何在利用好學?，F(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，加大對土木安全工程專業(yè)的實踐教學的改革與實踐，建立更為“接近土木施工現(xiàn)場安全”的實踐教學培養(yǎng)模式，是擺在我校安全工程系面前的一個亟待解決的客觀問題。而且只有改革實踐教學環(huán)節(jié)，才能更好地適應(yīng)國家高等教育體制改革，才能辦出特色，專業(yè)才能得以更好地生存與發(fā)展。經(jīng)過不斷探索，總結(jié)出以實踐為特色的土木安全工程教學模式的建立，需要重點抓好課堂教學實踐、課程設(shè)計實踐、實習環(huán)節(jié)實踐和畢業(yè)設(shè)計實踐四個關(guān)鍵模塊。
1.課堂教學以實踐為導(dǎo)向
貫徹實踐教學特色理念，首先是把以實踐教學為核心的辦學思想融入課堂教學。安全工程通過生產(chǎn)活動中各種事故分析為途徑，應(yīng)用自然科學技術(shù)和管理科學知識，識別和預(yù)測生產(chǎn)生活中存在的不安全因素，分析事故發(fā)生的原因和機理，并采取有效控制措施防止事故發(fā)生，這一科學技術(shù)知識體系是一門實踐性、經(jīng)驗性非常強的工程學科。
在教學中，結(jié)合安全工程專業(yè)“安全管理學”、“安全學原理”等部分較為抽象的課程，教師采用計算機輔助教學，運用多媒體電子課件、圖文影像紀錄片、事故案例分析教學、事故情境模擬等方式進行授課，引導(dǎo)學生通過對事故分析、企業(yè)安全管理方法學習和考察等實踐性活動，加強對事故理論和現(xiàn)代安全管理思想理念的掌握，建立和運用實踐教學思想，吸引學生將精力集中到課堂教學內(nèi)容之中，有效克服安全工程專業(yè)理論教學枯燥脫離實際、泛泛空談、學而無用的被動局面。此外，鼓勵學生自導(dǎo)自演DV小品，加強安全意識和安全文化的宣傳教育。
在“土木安全工程”、“安全事故分析與處理”、“爆炸安全技術(shù)”、“災(zāi)害防治理論與技術(shù)”等課程中，教師采取動畫演示、網(wǎng)絡(luò)互動視頻教學、事故案例分析教學，增加學生對理論學習的感官刺激，培養(yǎng)學習興趣，引導(dǎo)學生通過對事故分析的實踐性活動，加強對土木施工和工程災(zāi)害發(fā)生的原因、規(guī)律和基本原理的消化理解，運用啟發(fā)式教學，使學生主動式、自主式學習，強調(diào)教學的引導(dǎo)與互動，培養(yǎng)學生靈活運用理論知識去觀察、分析、解決安全生產(chǎn)問題，從而提高教學效果。
2.課程設(shè)計以實踐為檢驗
課程設(shè)計是工科學生完成某一課程理論學習之后進行的一次知識綜合應(yīng)用，是課堂學習的一種實踐性延伸。在以實踐教學為特色的土木安全工程專業(yè)培養(yǎng)模式中是一個最基本的集中實踐環(huán)節(jié)。開設(shè)安全類及直接相關(guān)課程設(shè)計的課程包括“安全人機工程”、“安全系統(tǒng)工程”、“土木安全工程”、“應(yīng)急結(jié)構(gòu)工程”、“消防安全工程”等。
為了使課程設(shè)計形成體系，規(guī)范實踐教學內(nèi)容和過程，提高教學質(zhì)量，課程設(shè)計大綱中擬定了指導(dǎo)性設(shè)計題目和設(shè)計方向。在課程設(shè)計過程中，學生可以依照自身的興趣特長，運用所學的知識，自己動手，結(jié)合真實或虛擬、簡化的生產(chǎn)現(xiàn)場實際，獨立地展開設(shè)計工作。
“安全人機工程”課程設(shè)計讓學生就土木工程現(xiàn)場簡單施工機械工具和設(shè)備的安全可靠性進行分析，按照人機工程學要求對工具結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀、不同工作環(huán)境下使用的安全性、便捷性、作業(yè)效率等進行改進和優(yōu)化，設(shè)計、加裝、改裝安全保護設(shè)施、防止事故的報警裝置等，培養(yǎng)了學生理論與實踐相結(jié)合的開拓創(chuàng)新精神，動手能力有了很大提高。
“土木安全工程”課程設(shè)計結(jié)合路基、橋梁、隧道、軌道結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)進行，如進行高填深挖路基、深大基坑、巖質(zhì)高邊坡、橋梁加固、隧道支護結(jié)構(gòu)等進行安全穩(wěn)定分析、對施工提出安全專項方案，還可結(jié)合特殊不良地質(zhì)、病害工程結(jié)構(gòu)物、既有結(jié)構(gòu)改擴建等進行設(shè)計。
“應(yīng)急結(jié)構(gòu)工程”課程設(shè)計以我校原鐵道兵時期形成并保留下來的國防交通應(yīng)急工程學科前沿為導(dǎo)向，結(jié)合戰(zhàn)時鐵路和橋梁搶修、搶建及軍事交通保障設(shè)施、搶險救災(zāi)、重載運輸、大件吊裝、橋梁架設(shè)等急難險重工程中的部分簡單構(gòu)件和結(jié)構(gòu)進行簡單化、虛擬化、驗證性課程設(shè)計。
“消防安全工程”課程設(shè)計主要對高層民用建筑、地鐵、長達隧道等重要結(jié)構(gòu)進行消防設(shè)計，包括消火栓、自動噴水滅火、高壓給水、消防安全門、緊急電話等設(shè)施，提出設(shè)計方案及防火安全措施，使學生從設(shè)計實踐中加深消防安全基礎(chǔ)理論知識掌握，提升應(yīng)用技能。
為了體現(xiàn)土木安全工程實踐教學體系中“加強基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)，注重實際，提高素質(zhì)”的總體思路，加大安全專業(yè)學生接觸土木工程基礎(chǔ)理論知識的深度，除了開設(shè)安全工程專業(yè)課程外，將土木工程與安全工程部分專業(yè)基礎(chǔ)課程模塊實行交叉，土木工程專業(yè)方向的專業(yè)基礎(chǔ)課程開設(shè)給安全工程專業(yè)，一方面體現(xiàn)淡化專業(yè)方向，使學生的專業(yè)適應(yīng)能力更強，專業(yè)口徑更寬；另一方面也利用土木工程實踐性、綜合性、專業(yè)性的特點和辦學優(yōu)勢條件鍛煉強化學生的實踐能力，使學生更快掌握和了解土木施工現(xiàn)場最新技術(shù)，更好的結(jié)合安全專業(yè)特點真刀真槍實干，開闊視野、活躍思維，挖掘創(chuàng)造力。
3.實習環(huán)節(jié)以實踐為主線
土木安全工程的實習環(huán)節(jié)由專業(yè)認識實習、生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習構(gòu)成，尤其是生產(chǎn)實習和畢業(yè)實習對于安全工程專業(yè)來說是非常關(guān)鍵的實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)，是學生面向土木施工現(xiàn)場的集中訓(xùn)練和全方位鍛煉。目前不少高校由于學生擴招等多方面原因，聯(lián)系實習單位較為困難，使實習流于形式，嚴重影響到學生實踐能力的培養(yǎng)，然而土木安全工程專業(yè)學生由于采取小班招生培養(yǎng)，加上我校與中鐵建、中交、中航、等大型企業(yè)緊密聯(lián)系的優(yōu)勢，管理制度上建立了嚴格的實習環(huán)節(jié)質(zhì)量監(jiān)控措施，學生認識實習、生產(chǎn)實習和畢業(yè)實習質(zhì)量能夠得到扎實開展，取得顯著的實習效果。
專業(yè)認識實習借助石家莊周邊條件和工、礦企業(yè)建立長期合作的實習基地，內(nèi)容包括危化、礦山、土木、鐵路、電力、消防等方面，使學生對本專業(yè)性質(zhì)、內(nèi)容及其重要地位有所認識。如深入河北衛(wèi)星化工廠雷管生產(chǎn)車間，學習參觀危險化學品、爆炸器材生產(chǎn)、重大危險源監(jiān)控、危險有害因素，炸藥雷管等火工品庫的主要防雷和防靜電措施等；參觀井陘、元氏等周邊礦山企業(yè)，了解礦山開采、危險有害因素，通風系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、提升運輸系統(tǒng)的危險有害因素的辨識，以及各種安全管理措施、各種安全規(guī)章制度。結(jié)合石太、京石、石武等周邊項目參觀土木施工現(xiàn)場，初步使學生了解土木施工安全技術(shù)、文化、管理制度、職業(yè)衛(wèi)生等土木安全的有關(guān)知識，了解土木施工工地存在的主要危險有害因素、防護措施等。
土木安全工程專業(yè)生產(chǎn)實習是在修完專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課與大部分主干專業(yè)課的基礎(chǔ)上進行的，是安全技術(shù)理論與實際相結(jié)合，鞏固、加深所學知識，提高生產(chǎn)安全技術(shù)應(yīng)用技能和管理能力的重要環(huán)節(jié)，實習過程中學生吃住在施工現(xiàn)場，跟班生產(chǎn)實踐。為了挖掘?qū)W生用腦思維、用眼觀察、動手操作的潛力，我們提出目標-調(diào)研-發(fā)現(xiàn)-討論-論證“1+4”實踐教學模式。
由于施工現(xiàn)場安全是復(fù)雜的系統(tǒng)，人員、機械、設(shè)備、作業(yè)場所等均處于不斷流動變化中，交叉作業(yè)多，臨時工程多，安全隱患多，包括生產(chǎn)和施工技術(shù)安全、加工機具安全、供配電及臨時用電安全，施工現(xiàn)場布置和材料加工堆放安全、企業(yè)安全生產(chǎn)管理組織結(jié)構(gòu)和管理制度、企業(yè)安全文化宣傳和職工安全教育培訓(xùn)、環(huán)境與職業(yè)安全健康管理體系及工傷保險等，為了提高實習針對性和深入程度，參加實習的學生自愿報名，按照特點和興趣劃分實習小組，劃定生產(chǎn)實習中主要考察、學習、研究的主要方向，幫助施工單位發(fā)現(xiàn)問題、分析原因，提出切實可行的安全生產(chǎn)解決方案建議。
“1+4”實踐教學模式的“1”即是指實習指導(dǎo)教師在生產(chǎn)實習開始提出實習目標，“4”即結(jié)合選定方向深入項目部和施工現(xiàn)場展開調(diào)研，針對發(fā)現(xiàn)的安全隱患和問題進行小組討論。實習結(jié)束前，在教師指導(dǎo)下進行小組答辯，實習學生對問題和解決方案的可行性展開論證。這種實習模式在實際應(yīng)用中取得了學生和單位的一致認可，能夠以具體的實戰(zhàn)演練代替抽象的理論說教，學生普遍感到安全專業(yè)知識實用性強，改變了以往那種對安全專業(yè)內(nèi)容空洞乏味、泛泛空談的偏見和錯誤看法，同時也受到了施工企業(yè)的普遍歡迎，收到了良好的實踐效果和社會效益。
畢業(yè)實習在畢業(yè)設(shè)計（論文）的階段，收集、調(diào)研與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)資料，為畢業(yè)設(shè)計順利進行做好基礎(chǔ)性準備工作。主要是結(jié)合具體指導(dǎo)教師的畢業(yè)設(shè)計（論文）方向安排，多數(shù)結(jié)合教師科研項目。如隧道施工安全監(jiān)測、施工安全評價，土石方工程爆破振動控制測試與監(jiān)控等進行安排。
4.畢業(yè)設(shè)計以實踐為核心
畢業(yè)設(shè)計是高等教育培養(yǎng)計劃方案中最后一個重要的實踐教學環(huán)節(jié)。在實踐教學體系中，我們將畢業(yè)設(shè)計的選題貼近土木施工安全生產(chǎn)工作實際，學生通過自己的分析、思辨、實踐，在走向工作崗位之前進行一次安全工程專業(yè)知識的綜合應(yīng)用與業(yè)務(wù)能力的全面凝練提升。
畢業(yè)設(shè)計題目設(shè)置要求每位指導(dǎo)教師盡可能結(jié)合科研課題、合作項目以及技術(shù)服務(wù)項目進行題目申報，教學虛擬題目必須由具有原型依托的企事業(yè)單位安排畢業(yè)實習，由系主任和學院對題目進行審批和把關(guān)，側(cè)重以實踐為核心。畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)已經(jīng)連續(xù)完成4屆，每年更新畢業(yè)設(shè)計題目，基本方向涵蓋了土石方工程爆破安全設(shè)計、高速鐵路路基施工危險源辨識與監(jiān)測、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工安全設(shè)計與風險管理、隧道施工安全監(jiān)控、深基坑工程施工風險分析、施工現(xiàn)場安全管理、職業(yè)安全衛(wèi)生體系、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊綜合安全評價、特殊地質(zhì)隧道施工安全技術(shù)、地鐵盾構(gòu)隧道施工安全與質(zhì)量控制、病害隧道安全狀態(tài)評估與整治、高層建筑消防安全設(shè)計、施工現(xiàn)場應(yīng)急響應(yīng)與救援等方面。
在每屆畢業(yè)生開始畢業(yè)設(shè)計的前一學期，通過講座方式，組織每一位指導(dǎo)教師向?qū)W生介紹所指導(dǎo)的畢業(yè)設(shè)計題目、選題要求和特色，讓學生做好正式選題前的準備工作。所有題目網(wǎng)上申報，網(wǎng)上選題系統(tǒng)可以實現(xiàn)學生和指導(dǎo)教師的雙向選擇，有利于充分發(fā)揮每個學生的個性特征和興趣愛好，同時也鼓勵土木工程專業(yè)學生跨專業(yè)選報，以實現(xiàn)學生知識結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢互補。
畢業(yè)設(shè)計過程中，學生在指導(dǎo)教師安排下，協(xié)調(diào)實習企業(yè)單位展開畢業(yè)設(shè)計工作。如將隧道施工安全分析小組的學生派駐天衡山隧道工程現(xiàn)場，對在建隧道進行施工過程跟蹤和安全監(jiān)測，現(xiàn)場調(diào)研施工危險源并提出解決措施和對策。機電設(shè)備安全管理分析小組的學生走進英科特（寧波）機電設(shè)備有限公司進行駐廠考察，對企業(yè)生產(chǎn)工藝、危險化學品和安全管理進行現(xiàn)狀評價等。
以實踐為核心，校企聯(lián)合的新型指導(dǎo)模式是土木安全工程實踐教學的大膽改革與創(chuàng)新。新舉措推行的過程中，我們意識到培養(yǎng)土木安全工程領(lǐng)域高級應(yīng)用型人才，必須強調(diào)與工程一線和生產(chǎn)一線的實際相結(jié)合，促使指導(dǎo)教師真正在指導(dǎo)學生畢業(yè)設(shè)計上下工夫，煉內(nèi)功。無形中給每位指導(dǎo)教師施加了壓力，增強了責任，提升了畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量，鍛煉了學生扎實的實踐技能。
三、實踐教學軟環(huán)境
實踐教學的軟環(huán)境，包括實踐教學理念、教學方法和手段、實踐教學管理制度改革、教材建設(shè)、課程建設(shè)、教學與科研等，是保障實踐教學模式順利推進實施的基本切入點。
安全工程系將實驗課程教學作為人才培養(yǎng)過程中十分重要的實踐教學環(huán)節(jié)，以“工程教育回歸工程”的教育理念，構(gòu)建了突出安全工程技術(shù)技能培養(yǎng)的完善實踐教學體系。高度重視實驗教學的地位，將狠抓實踐教學、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量列入專業(yè)發(fā)展規(guī)劃。
在實踐教學中加大投入，通過引進現(xiàn)代化的實驗手段和實驗技術(shù)，實現(xiàn)實驗手段的現(xiàn)代化。建立網(wǎng)絡(luò)教學平臺，實現(xiàn)實驗教學的網(wǎng)絡(luò)化。全面開放實驗室，建立以學生為中心的開放式實驗教學模式和以自主式、合作式、研究式為主的學習模式。對開設(shè)的實驗課程進行整合，對整合后的實驗教學修訂教學計劃，制定新的教學大綱，理論教學與實驗教學統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，建立與理論教學有機結(jié)合，以能力培養(yǎng)為核心，規(guī)劃合理、適用性強，效果良好的實驗教學新體系。改革實驗考試考核的方法，充分發(fā)揮實驗考試考核對教學質(zhì)量的雙向調(diào)控作用，提高學生自主實驗的能力。
加快土木安全工程系列教材建設(shè)，從安全工程專業(yè)特色出發(fā)，開發(fā)適合我校特色的專業(yè)課程教材或講義，制定了五年發(fā)展規(guī)劃，編寫了《土木施工安全技術(shù)》、《爆炸安全技術(shù)》、《隧道施工安全技術(shù)與評價》、《安全檢測控制原理及應(yīng)用》、《工程結(jié)構(gòu)安全檢測實驗指導(dǎo)》等教材，滿足了理論和實驗教學的需要，下一步重點抓好修訂和出版工作。
在課程建設(shè)中，借助申報《土木安全工程》省精品課的契機，以評促建，鞏固加強實踐特色模式在課堂教學的導(dǎo)向作用，同時抓好“兩個結(jié)合”，即實踐教學與工程實際應(yīng)用緊密結(jié)合，實驗教學與學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動緊密結(jié)合：部分實驗教學項目選題來源于科研工程實踐活動，指導(dǎo)教師也利用實驗教學平臺，提升教學科研能力。學生通過實踐活動從事創(chuàng)業(yè)研究、其中1人研究成果已獲得專利，實踐效果顯著，成績突出。
四、實踐教學設(shè)施和基地建設(shè)
自專業(yè)籌建之初，針對如何強化學生的能力培養(yǎng)，如何構(gòu)建一個完整、科學、合理的實踐教學體系就成為重點考慮的問題。通過多方面調(diào)研，確立了“建設(shè)層次系統(tǒng)化、工程化、開放化實踐教學體系”的指導(dǎo)思想。我校安全工程專業(yè)的建設(shè)目標是培養(yǎng)滿足社會需求，能解決土木工程現(xiàn)場實際安全技術(shù)問題的人才。因此，實驗室建設(shè)也圍繞如何通過實驗教學，使學生進一步加深對理論知識的理解，了解實際工程中可能存在的具體問題，并學會如何將所學的理論靈活應(yīng)用于工程實踐，逐漸培養(yǎng)自己解決實際問題的能力等。
近幾年，我校為了夯實實踐特色教學的基礎(chǔ)，重點進行了實驗室、校內(nèi)、校外實習基地的建設(shè)。在隧道與巖土工程研究所、橋隧施工地質(zhì)技術(shù)研究所、巖土與環(huán)境工程研究所、巖土與結(jié)構(gòu)實驗中心（省重點實驗室）基礎(chǔ)上，于2001年～2005年專門籌建爆破實驗室、安全工程實驗室，實驗面積達到200平方米，設(shè)備經(jīng)費為250萬元，直接服務(wù)安全工程系本科實踐教學。此外，學校還建立了仿真實驗室，滿足了開展安全事故模擬與仿真等課程實踐教學的需要。目前，分院正繼續(xù)努力發(fā)展和完善安全實驗室的設(shè)備投入，加強實驗室管理力度，力爭使60%以上的專業(yè)課程開出相關(guān)實驗，開出率達到90%以上。
為了拓寬學生接觸學科前沿，開闊視野，參與工程技術(shù)實踐，指導(dǎo)學生充分利用我校擁有的道路與鐵道工程安全保障實驗室、交通環(huán)境與安全工程研究所、大型結(jié)構(gòu)健康診斷與控制研究所、振動與噪聲控制實驗室等的資源優(yōu)勢，為安全工程專業(yè)本科和研究生實踐教學服務(wù)，形成了遞階層次系統(tǒng)化的實驗教學平臺。
在實習基地建設(shè)上，我們就學校周邊條件建立認識實習點，包括石家莊市內(nèi)高架橋、地道橋等市政建設(shè)工地、元氏煤礦、邢臺煤礦、井陘礦區(qū)、市橋東污水處理廠、河北衛(wèi)星化工廠、朔黃鐵路、京廣鐵路、石家莊編組站、上安電廠等，生產(chǎn)實習和畢業(yè)實習緊跟國家大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在北京地鐵、天津地鐵、京石客專、石武客專、石太客專等項目工地與北京城市軌道交通有限公司、中鐵隧道局、中鐵十二局、中鐵十四局、中鐵二十局等多家單位建立了實習場所，與房山橋梁廠、河北金安、河北英博等企業(yè)公司建立了良好的長期合作關(guān)系。保證了我校安全工程專業(yè)學生具有充足、優(yōu)質(zhì)的校外生產(chǎn)實習與畢業(yè)實習場所，為土木安全工程實踐特色教學奠定了堅實的基礎(chǔ)。
五、結(jié)論
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.
關(guān)鍵詞：頂管技術(shù)；市政工程；應(yīng)用；施工工序
Key words: pipe technology；municipal engineering；application；construction process
0 引言
地下管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，日夜肩負著傳送信息和能量的重要任務(wù)。為城市處理污水的系統(tǒng)、自來水、煤氣、電力和通訊設(shè)施等等都屬于地下管網(wǎng)之內(nèi)，要對上述市政設(shè)施進行改建、新建、擴建，需要工程技術(shù)人員進行安全的管道安裝。傳統(tǒng)的挖槽埋管地下管線施工技術(shù)由于對地面交通影響較大，使本來就擁擠繁忙的城市交通如同雪上加霜，同時給市民工作、生活帶來許多不便，特別在人口稠密的城市和交通擁擠的地區(qū)以及不允許開挖的地段，這個矛盾就更加突出。市政工程如何使這些安裝工程對城市的影響減至最小，如何盡可能減少對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?。已?jīng)成了一個迫切解決的問題。
非開挖技術(shù)將完全能解決這些難題，提供安全及經(jīng)濟的施工方法。非開挖技術(shù)是指利用少開挖和不開挖技術(shù)來進行地下管線的鋪設(shè)或更換的工藝。頂管技術(shù)就是在這種情況下發(fā)展起來的一種非開挖技術(shù)，其在國外已廣泛使用，在國內(nèi)也已逐漸普及。隨著頂管技術(shù)在市政工程的廣泛運用，本論文主要討論在頂管作業(yè)施工過程中出現(xiàn)了一些具體的技術(shù)問題，值得施工技術(shù)人員重視，并以此和同行共享。
1 頂管施工的特點
頂管法又稱為非開挖管道敷設(shè)技術(shù)，它具有不需要開挖面層，就能穿越地面構(gòu)筑物和地下管線吸公路、鐵路、河道的特點，相比開挖敷設(shè)技術(shù)，投資和工期將大大節(jié)省。同時，頂管施工技術(shù)可以降低噪音，減少粉塵，減輕對城區(qū)的交通條件和環(huán)境狀況的干擾和破壞，屬于真正的無污染、高效率的施工技術(shù)。頂管施工法由于其上述多方面的優(yōu)點，在市政工程中尤其是在市政管線工程中得到了廣泛地應(yīng)用。概括起來，頂管施工技術(shù)具有幾大方面的優(yōu)點：施工面由線縮成點，占地面積?。坏孛婊顒硬皇苁┕び绊?，對交通干擾?。辉胍艉驼饎拥?，城市中施工對居民生活環(huán)境干擾小，不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷設(shè)管道，可以安全穿越鐵路、公路、河流、建筑物，減少沿線的拆遷工作量，降低工程造價。
2 頂管技術(shù)施工應(yīng)用分析
2.1 頂進管的選擇 頂進管一般選用鋼筋砼管，如沒有腐蝕要求可選用鋼管。鋼筋砼管的規(guī)格設(shè)計、配筋和應(yīng)力驗算應(yīng)遵守有關(guān)鋼筋砼的標準和技術(shù)規(guī)程，特別是有關(guān)鋼筋砼管的標準和技術(shù)規(guī)程。①頂進管直徑的選擇：頂進管的直徑選擇是首先根據(jù)工程性質(zhì)、工程需要確定內(nèi)徑，根據(jù)頂進管所受荷載確定砼管的配筋及壁厚，進而確定外徑。因為頂管工程工作面上需要配備挖土工人，所以一般管內(nèi)徑不小于500mm；②頂進管長度的選擇：頂進管的長度對頂管過程的可控性和經(jīng)濟性有很大的影響。在直線推頂?shù)那闆r下使用長管可以減少裝管的次數(shù)，取得良好的效果，但隨著管長度的增長，如果偏離原定的路線，使之恢復(fù)正確路線要比使用短管更加困難。建造頂壓坑時頂壓坑的長度也要增大，挖坑、支護、回填、修復(fù)的費用將相應(yīng)地增加。
一般情況下，管長度須相對于管徑來衡量，當L/D外≤1.10時，為短管；當L/D外=1.15時，為標準管；當IJD外≥2.10時為長管。
2.2 頂管施工的前期準備 ①現(xiàn)場平面布置：平面總體布置包括起重設(shè)備、自動控制室、料具間、管片堆場、拌漿棚及拌漿材料堆場、注水系統(tǒng)、棄土坑的布置等。始發(fā)工作井內(nèi)安裝發(fā)射架、頂管機、前頂鐵、主推千斤頂、反力架等頂進設(shè)備，工作井邊側(cè)設(shè)置下井扶梯供施工人員上下；②頂管機進、出洞處以及后靠土體加固：為確保頂管機出洞的絕對安全，需對后靠土體及進、出洞區(qū)域土體進行高壓旋噴樁加固。為防止頂管機進、出預(yù)留洞導(dǎo)致泥水流失，并確保在頂進過程中壓注的觸變泥漿不流失，必須在工作井安裝止水裝置。
2.3 頂管施工的工藝：頂管施 叉稱為頂進法施工，是指利用頂進設(shè)備將預(yù)制成橢圓形或圓形構(gòu)造物逐漸頂入路基，以構(gòu)成立體交義通道或涵洞的施工方法。頂管施工需先在確定的管段之間設(shè)置工作井和接收井，然后在工作井內(nèi)安裝推力設(shè)備將導(dǎo)軌上的頂管機頭推入土體，由機頭導(dǎo)向，將預(yù)制的鋼筋混凝土管向前頂進，前端土體通過工作井運出，最后完成管道鋪設(shè)。
2.3.1 頂管井的設(shè)計：頂管井分工作井與接收井兩種，頂管井的建造結(jié)構(gòu)有很多種類，一般使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。工作井的結(jié)構(gòu)形式通常有單孔井和單排孔井。前者形狀有圓形、正方形、矩形等，后者則大多為矩形，它們的結(jié)構(gòu)受力性能由高至低依次為圓形一正方形一矩形。
2.3.2 頂管施工工序 ①穿墻：打開穿墻悶板將工具管頂出井外，并安裝穿墻止水裝置，主要技術(shù)施工措施如下：1）穿墻管內(nèi)填夯壓密實的紙筋粘土或低強度水泥粘土拌和土，以起到臨時性阻水擋土作用；2）為確保穿墻孔外側(cè)一定范圍內(nèi)土體基本穩(wěn)定并有足夠強度，工作井工具管穿墻前，對穿墻管外側(cè)采取注漿固結(jié)措施；3）穿墻前對可能出現(xiàn)的問題進行分析并制定相應(yīng)處理措施；4）悶板開啟后迅速推進工具管，同時做好穿墻止水，本工程采用止水法蘭加壓板，中間安入20mm厚的天然優(yōu)質(zhì)橡膠止水板環(huán)，要求具有較高的拉伸率和耐磨性，借助管道頂進帶動安裝好的橡膠板形成逆向止水裝置，應(yīng)防止因穿墻管外側(cè)的土體暴露時間過長而產(chǎn)生擾動流變。②頂管出洞：頂管出洞是頂管作業(yè)中一個很值得注意的問題，頂管出洞，即頂管機和第一節(jié)管子從工作井中破出洞口封門進入土中。開始正常頂管前的過程，是頂管技術(shù)中的關(guān)鍵工序，也是容易發(fā)生事故的工序。為防止管線出現(xiàn)偏斜，應(yīng)采取工具管調(diào)零，在工具管下的井壁上加設(shè)支撐，若發(fā)現(xiàn)下跌立即用主頂油缸進行糾偏，工具管出洞前預(yù)先設(shè)定一個初始角彌補下跌等措施。③注漿減阻：在頂管施工中還有一個重要的技術(shù)措施就是通過壓注觸變泥漿填充管道周圍的空隙，形成一道泥漿保護套，起到支撐地層，減少地面沉降，減少頂進阻力的作用。在施工中，首先對頂管機頭尾部壓漿，并要與頂進工作同步，然后在中續(xù)間和混凝土管道的適當位置進行跟蹤補漿，以補充在頂進中的泥漿損失。注漿工序一般多應(yīng)用于長距離頂管施工中。④頂管糾偏：糾偏是指機頭偏離設(shè)計軸線后，利用設(shè)置在后部的糾偏千斤頂組，改變機頭端面的方向，減少偏差，使管道沿設(shè)計軸線頂迸。頂進糾偏是采用調(diào)整4臺糾偏千斤頂組方法，進行糾偏操作，若管道偏左則千斤頂采用左伸右縮，反之亦然。
3 膨潤土懸浮液在疏松土層中的應(yīng)用
在無粘性的疏松土層中以及在粘性很小的土壤中，例如在砂礫土中，若不采取其它輔助措施，土層由于本身極不穩(wěn)定，以致在刃腳推進之后立刻就會坍落在管壁上。所以對這類土壤來說，膨潤土懸浮液的支承作用尤其具有重要意義。為了起到這種支承作用，先決條件是要盡可能準確地掌握膨潤土懸浮漓在砂礫上中的特性。膨潤上懸浮液將滲人土層的孔隙內(nèi)，充滿孔隙，并繼續(xù)在其中流動。流速取決于孔隙的橫斷面與懸浮液的流變特性，同時也取決于壓漿壓力。因此為了在同樣的壓漿壓力下達剄相同的滲入深度，在孔隙橫斷面很小的細粒土層中便需要低流限的懸浮液，面孔隙橫斷面較大的粒粒土層則需要高流限的懸浮液。在克服流動阻力的過程中，壓漿壓力隨著滲入深度的增加而成比例地衰減，所以相應(yīng)每一種壓漿壓力，都有一個完全確定的滲入深度。
盡管就某種場合來說，隨著管子的推進同時在管子整個圓周上和管路全部長度上均勻地壓漿證明是相宜的，而在另一些場合下，正確的方法則又可能是分段壓漿。例如現(xiàn)已得知，在管子下半部，膨潤土在頂進過程中比靜止狀態(tài)下更容易流出，而上半部的壓漿則是在管路靜止的情況下更容易進行。因此最好是將管子下半都的注漿孔和上半部的注漿孔分別組合起來。這種半側(cè)壓出韻原因在于，靜止狀態(tài)的管道以其全部很大的重量沉落于底部。這樣便在管道的頂部形成了小空隙，或者至少是形成了一個壓力較低的區(qū)域。因而在這種狀態(tài)下，膨瀾土在管頂處比在管底部更容易流出。反之，在頂壓力和浮力同時作用下，管道有向上拱起的傾向。這時管道離地升起，于是管底下方便形成了一個低壓區(qū)，致使膨潤土更加容易滲入其中并均勻地散開。
4 頂進管在膨潤土懸浮浪中受到的浮力
只要頂進管在整個圓周上被膨潤土懸浮液所包圍，浮力定律便對它有效，即使懸浮液層的厚度很小也同樣如此。在鋼筋混凝土管情況下，浮力均為管子自重的1.4倍。這樣，只要通過正確地壓人膨潤土懸浮液，從而在土層中圍繞頂進管形成一個支承環(huán)帶，并保持懸浮液壓力等于土壓力，于是管子就會在膨潤土懸浮液中漂浮起來。為此必需的前提在于懸浮液應(yīng)是液體狀態(tài)的，亦即呈現(xiàn)為表觀流限相應(yīng)較低的溶膠狀態(tài)。在懸浮液的膨潤土含量低到接近運動狀態(tài)下的穩(wěn)定極限時，這個條件便能得到滿足。浮力可使管外璧摩阻力減小，因為管底部由于自重產(chǎn)生的法向力減少了。這一效果首先會對大直徑管子的長距離推頂產(chǎn)生有利的影響
5 結(jié)語
頂管設(shè)計在市政工程中，特別是深覆土大管徑的管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程設(shè)計中顯得尤為重要。在特定工程條件下，相對與開槽埋管更具優(yōu)越性。時代要前進，城市要發(fā)展。市政設(shè)施配套完善，地下各種管道建設(shè)將會大量增加，頂管設(shè)計和施工也會增多。管徑加大，長度加長，有直有曲，種類繁多，這將是今后大城市頂管施工的發(fā)展趨勢。因此，我們要重視這個良機，進一步地完善和提高我們的頂管設(shè)計和施工技術(shù)，使之綜合施工技術(shù)達到國際水平。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：可靠度 地下結(jié)構(gòu) 巖土參數(shù)概率特征
1.前言
地下結(jié)構(gòu)和其它巖土工程一樣，在整個設(shè)計過程中存在大量的不確定性。傳統(tǒng)方法設(shè)計時用一個籠統(tǒng)的安全系數(shù)來考慮眾多不確定性的影響。對各參數(shù)、變量都假定未定值。這就是常規(guī)的定值設(shè)計法。雖然以后對某些參數(shù)（如材料的強度）取值時也用數(shù)理統(tǒng)計方法找出其平均值或某個分位值，但未能考慮各參數(shù)的離散性對安全度的影響。所以安全系數(shù)法不能真正反映結(jié)構(gòu)的安全儲備。
60年代末期，數(shù)理統(tǒng)計和概率方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計中成功應(yīng)用，鼓勵和啟發(fā)了隧道工作者尋求用概率方法研究地下工程中各種不確定性并估計他們的影響。進入70年代，可靠度分析方法擴大到更多的設(shè)計領(lǐng)域。但是，這種方法仍然受到一些巖土工作者的反對和質(zhì)疑。原因在于巖土工程本身的機理比較復(fù)雜，有些問題還沒有充分認識；巖土工程概率方法還處在發(fā)展階段，不少概念還不很明確，計算方法也不夠簡便；一些人對概率論和方法不很熟悉。這些困難也促使一些巖土工作者潛心鉆研，他們吸收地面結(jié)構(gòu)概率分析成果，針對巖土和地下工程的特點開展專題攻關(guān)，雖未完全解決技術(shù)上的關(guān)鍵，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確定性越嚴重的問題中越能顯示出活力來。
1992年，國家技術(shù)監(jiān)督局《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》，作為其它各類工程結(jié)構(gòu)設(shè)計共同遵循的準則。鐵路、公路、水利、港口等行業(yè)先后開展結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準的編制工作。作為上述各類工程的重要組成部分的隧道及地下工程，采用概率極限狀態(tài)設(shè)計也提到日程上來。一些技術(shù)難題有待繼續(xù)攻克，實用化問題也要同時解決。目前，可靠度分析在地下工程中的應(yīng)用正在經(jīng)歷由粗糙到精細，由簡單到復(fù)雜再回到簡單并進入實用這一過程。
2.巖土參數(shù)概率特征的研究
確定圍巖的物理力學參數(shù)和原始應(yīng)力狀態(tài)時分析地下結(jié)構(gòu)力學行為的先決條件。對于重要的大型結(jié)構(gòu)（如水電站地下廠房等）通常要在周圍地層鉆孔取樣并進行一系列試驗以取得有關(guān)參數(shù)。交通用途隧道縱向長度比橫向長度大得多，經(jīng)過的圍巖也化，通常按各類圍巖的綜合力學參數(shù)進行計算。引入可靠度后，必須考慮這些物性參數(shù)的概率特征。這方面的研究成果對地下結(jié)構(gòu)可靠度分析至關(guān)重要。
2.1圍巖分級判據(jù)的可靠性研究
一般隧道設(shè)計時都要現(xiàn)場確定該隧道所處的圍巖類別。各種圍巖分類法都有各自的一套標準。但由于標準本身常存在模糊性或不確定性，或者不同人對標準的理解和處理不盡相同，不同人對同一圍巖的評價結(jié)果總體會趨于一致，具體還不會完全同一。圍巖分類的隨機性值得我們進一步研究。
我國在圍巖分類和分級方面已有不少成果，可惜各部門還不統(tǒng)一。東北大學林韻梅教授等提出圍巖穩(wěn)定性動態(tài)分級法，李強提出模糊聚類分析法。在動態(tài)分析法中對分級判據(jù)的分布進行初步分析，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法對分級判據(jù)進行研究。在定義分級判據(jù)可靠性的函數(shù)上，用柯爾莫洛夫法對其分布規(guī)律進行檢驗。還提出了分級標準和分級方法的評價準則。
2.2地質(zhì)資料的概率處理
對于大型地下工程和重點長大隧道都要進行比較細致的地質(zhì)勘探。但要從有限的勘探資料中獲得隧道全長或大型地下工程周邊圍巖的地質(zhì)狀況和有關(guān)參數(shù)，必然存在不確定性和偶然性。用概率法可減少誤判的機率。例如長江科學院包承綱研究員等以概率方法處理水壩地基鉆孔之間的地層分界線，取得更為合理的結(jié)果。
地層中常有一些異常地質(zhì)點存在，如軟弱夾層、空洞等。他們對地下工程施工和運營有很大影響。為此，首先要弄清楚它們出現(xiàn)的可能性、大概的位置及其性質(zhì)，然后通過可靠度分析法去分析它們的影響。Bercher(1979)及Tang(1987)等都對某地區(qū)在給定鉆孔布置與地質(zhì)歷史推斷情況下，對異常地質(zhì)出現(xiàn)的概率和統(tǒng)計特征做過估計，先給予一個不出現(xiàn)異常的先驗概率，然后根據(jù)一系列鉆孔資料按Bayesion 公式推得修正的不出現(xiàn)概率和聯(lián)合分布。
2.3土性參數(shù)的隨機場研究
據(jù)研究，土性參數(shù)變異系數(shù)可達0.29，比計算模型的不定性影響大得多。土性參數(shù)概率特征經(jīng)歷了兩個階段。早期研究建立在隨機變量基礎(chǔ)上。后期研究集中在隨機場理論的應(yīng)用上。
不難理解，巖土工程的性狀是由某一空間范圍內(nèi)巖土的平均特征所控制。根據(jù)一個個試樣求得的統(tǒng)計特征稱為點特征。點特征與空間特性之間由一定的關(guān)系?？臻g平均特征的方差應(yīng)小于點特征的方差?？刂茙r土工程可靠度的是土性參數(shù)的空間平均值方差而不是點方差。因此，土性參數(shù)的概率分析是一個隨機場問題。對于空間分布的地層，由于沉積和埋藏等條件的聯(lián)系，不同點之間雖有差別又有一定的相關(guān)性。這種相關(guān)性將隨二點距離的增大而減弱。相關(guān)距離是巖土可靠度隨機場研究中的一個重要參數(shù)。有關(guān)學者提出了相關(guān)距離的物理意義、集合意義及實際計算方法，提出了不同地層相關(guān)距離的年經(jīng)驗值。研究了不同統(tǒng)計方法的參數(shù)對可靠度分析的影響。
2.4巖體特性統(tǒng)計特征的研究有待加強
近幾年由于土坡穩(wěn)定、樁基承載力及地基承載力等方面可靠度分析實用化的需要，推動了土體概率特征的研究。而土性概率特征的研究成果又促進了上述幾種典型工程實用可靠度分析。由于巖體的本構(gòu)關(guān)系更為復(fù)雜，節(jié)理、裂隙、層狀等對巖體特性影響更多，巖石地下工程計算模型不定性更為突出。對于眾多不定性相互作用的巖石工程，更需要可靠度分析。國內(nèi)勘察設(shè)計部門也積累過大量巖石資料，但用概率方法加以整理的參加橫過較少。日本在這方面做過的工作值得重視。他們對各類圍巖（如花崗巖、閃綠巖、礫巖、砂巖、泥巖等）的主要指標（如單軸抗壓強度、壓縮變形系數(shù)、抗剪強度、干密度等）的分布特征，均值及變異性以及相互關(guān)系等都做過分析整理，這些資料可供參考。
3.作用效應(yīng)隨機分析方法的成果
作用效應(yīng)是可靠度分析中重要的綜合隨機變量，它占用很大的計算工作量。地下結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)的定值分析方法不論是“荷載—結(jié)構(gòu)”模式或“地層—結(jié)構(gòu)”模式，目前大多采用有限元分析，考慮空間作用時還用三維有限元。對裂縫、節(jié)理發(fā)育的巖石地層主要有兩種方法：
a.仍然利用連續(xù)介質(zhì)力學理論，但要尋求反映不連續(xù)巖體特點的本構(gòu)關(guān)系或把節(jié)理裂隙的力學性質(zhì)作為附加條件加以考慮，然后求解；
b.應(yīng)用塊體理論，尋求關(guān)鍵塊。利用量測到的位移信息反求地層的力學指標也是常用的方法。引入可靠度以后如何在上述各方法基礎(chǔ)上進行隨機分析時必須解決的問題。
3.1隨機有限元的進展
有限元法在隨機介質(zhì)中的應(yīng)用始于70年代初期。當時主要用于巖土理論與應(yīng)力分析。其基本思路是采用蒙特卡洛模擬法。該法建立在大量確定性計算基礎(chǔ)之上，費用較為昂貴。結(jié)構(gòu)靜力計算的隨機有限元法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等對隨機有限元作了較為系統(tǒng)的研究。至此以后隨機有限元理論朝著兩個方向發(fā)展，一是基于攝動展開的有限元統(tǒng)計分析；另一是隨機場的局部平均。具體的方法有：紐曼隨機有限元法；隨機有限元最大熵法；有限元一次二階矩法；隨機有限元響應(yīng)面法；攝動隨機有限元法等。上述各種方法各有其特點，有的理論上較為嚴密，但計算量大；有的較近似而計算簡便。響應(yīng)面法，攝動法及蒙特卡洛法在我國隧道可靠度分析中都已實際應(yīng)用。
作為隨機有限元的深入，有人還提出非線性隨機有限元，但該理論正處于嘗試中。采用目前流行的隨機有限元通常只能確定荷載效應(yīng)的某些數(shù)值特征，如均值、方差、相關(guān)矩等，難以確定荷載效應(yīng)的概率分布及高階矩，故還不能很好的滿足可靠度分析的要求。蒙特卡洛法可求出概率分布，但計算量較大。成都電子科技大學張新培教授提出了改進的隨機有限元法。該法以有限元為基礎(chǔ)，利用荷載列陣與剛度矩陣各元素之間特征函數(shù)確定結(jié)構(gòu)各單元荷載效應(yīng)的特征函數(shù)，再根據(jù)特征函數(shù)與分布密度函數(shù)及數(shù)字特征的關(guān)系，求出荷載效應(yīng)分布密度函數(shù)積極數(shù)字特征。此法概念簡單，容易實行，較好地滿足可靠度分析的要求。
3.2隨機塊體理論的提出和應(yīng)用
塊體理論是我國學者石根華和美國學者R.Goodman首先提出的巖體工程分析方法，為巖體洞室和邊坡穩(wěn)定分析開辟了新的途徑，在國際上受到重視并得到日益廣泛的應(yīng)用。塊體理論中關(guān)于巖體被不連續(xù)的空間平面切割成分離塊體以及切割面上的力學參數(shù)c、Φ等都作為定值。由于實際巖體不連續(xù)面形成因素復(fù)雜，同一組不連續(xù)面的產(chǎn)狀在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化，連續(xù)空間平面切割成的變形狀空間塊體具有隨機性。切割面力學參數(shù)也使隨機變量。因此更適合概率分布。河海大學王保田、吳世偉提出的隨機塊體理論，用隨機抽樣法尋找可動塊體的概率，并用一次二階矩法求關(guān)鍵塊的概率。二者結(jié)合可較好的解決已知結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀概型和力學性態(tài)是隨機值的問題。南京航空?？茖W校的張廣健等應(yīng)用隨機塊體理論編制出計算程序，用以對隧道圍巖穩(wěn)定性進行可靠度分析，求得各類圍巖的塊體穩(wěn)定可靠指標。所得結(jié)論與設(shè)計和施工經(jīng)驗基本一致。若能用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，其結(jié)果將更能反映工程實際。
3.3三維隨機邊界元法的提出
地下結(jié)構(gòu)的有限元分析特別是三維分析需要劃分許多單元，計算機工作量和對計算機內(nèi)存的要求都很大。特別對無限區(qū)域的課題，在一定范圍內(nèi)離散將忽略外方廣大區(qū)域的影響而帶來誤差。因此人們的注意力又轉(zhuǎn)到一些邊界解法上，相應(yīng)的邊界單元法得到發(fā)展。隧道的邊界元分析有其明顯的優(yōu)點，日益受到國內(nèi)外重視。針對地下結(jié)構(gòu)分析中參數(shù)都具有明顯不確定性的特點，隨機邊界元法的研究和應(yīng)用將對隧道可靠度分析起到新的推進作用。
武漢水利電力學院潘國寧等提出的三維隨機邊界法是將邊界元計算過程作為函數(shù)轉(zhuǎn)換過程，再參數(shù)取值時對函數(shù)過程做泰勒展開。通過邊界計算得到應(yīng)力和位移的均值；然后計算有關(guān)變量對參數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)在取均值時的值。最后考慮參數(shù)的變異性來分析計算結(jié)果的變異性。此法公式簡潔，計算工作量小，對隧道分析有重要參考價值。
3.4圍巖參數(shù)的隨機反分析
由于圍巖的物理力學指標不容易確定，現(xiàn)場取樣試驗或直接測試資料也只是得到點特性而不是我們所要求的圍巖空間平均特性。因此，利用施工監(jiān)測得到的位移信息反演求出圍巖參數(shù)的方法在一定條件下能滿足地下結(jié)構(gòu)分析的要求。目前定值的反演分析比較成熟，已開發(fā)出很多程序可供應(yīng)用。但是反演分析所依據(jù)的信息實際是帶有一定離散性的隨機變量，可靠度分析也要求反分析的結(jié)果能表示出概率特征。因此，隨機反分析也逐漸受到重視。專門著作《反演理論》對反分析概率化有重要論述。同濟、北方交大、西南交大巖土和地下工程專業(yè)的博士研究生的論文都曾涉及隧道隨機反分析問題。目前采用的方法有傳統(tǒng)的蒙特卡洛法、隨機攝動法。
4.針對巖土工程特點的可靠度分析方法的新發(fā)展
《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》在附錄一中推薦用一次二階矩法計算結(jié)構(gòu)的可靠指標。同時指出對于變異系數(shù)很大、極限狀態(tài)方程非線性程度很高等情況，宜用更精確的方法計算。巖土物性變異性比較大，常呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，如內(nèi)摩擦角與內(nèi)聚力之間負相關(guān)，容重與壓縮模量、內(nèi)聚力等正相關(guān)。忽視這些相關(guān)性，會使計算結(jié)果出現(xiàn)誤差。而一次二階矩法是假定基本變量間是相互獨立的。
目前針對相關(guān)性提出兩種一次二階矩的改進方法。一是將相關(guān)變量變?yōu)榛ゲ幌嚓P(guān)的變量，新變量的方差矩陣是由原變量標準化后的方差矩陣構(gòu)成。另一方法是將極限狀態(tài)方程的標準差展開后求得分離變量作為新變量的靈敏系數(shù)，在新的靈敏系數(shù)重反映與之相關(guān)的另一變量的影響。前法適用于多個相關(guān)的基本變量，后法只適用于兩個相關(guān)變量。
對于非線性極限狀態(tài)方程，用當量正態(tài)法有時計算誤差過大，有時不易收斂。此時將蒙特卡洛模擬引入可靠度分析中，只要模型次數(shù)多就能得到精確的失效概率值。對于很小的失效概率需要很大的模擬次數(shù)。為節(jié)省機時，可從計算方法上改進。為避免概型擬和引入的誤差，采用高階矩發(fā)值得進一步探索。
對于一些判別準則易受人為因素影響的問題，也可將模糊數(shù)學方法引入可靠度分析中，發(fā)展成為模糊可靠度分析法。坑道穩(wěn)定性位移判別的方法和準則就有很多主觀和客觀不確定性因素，坑道穩(wěn)定性模糊概率分析法，把“坑道穩(wěn)定性”作為一模糊隨機事件，求其模糊概率，用模糊統(tǒng)計分析試驗法結(jié)合專家綜合評判來確定地下坑道周邊位移與坑道穩(wěn)定性的隸屬函數(shù)，推導(dǎo)出坑道穩(wěn)定性可靠度計算的一般表達式。
5.圍繞《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》的修訂，隧道可靠性
鐵路隧道在我國地下工程中占很大比例，第二層次的《鐵路工程可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》也已。第三層次的鐵路各專業(yè)設(shè)計規(guī)范可靠度設(shè)計修訂工作已提上日程。針對人們對可靠度理論在隧道中的應(yīng)用有懷疑態(tài)度甚至否定這一情況，鐵道部先組織幾批專家進行“以可靠性理論為基礎(chǔ)修訂鐵路隧道設(shè)計規(guī)范的可行性研究”，得出可行的結(jié)論，并分別從“荷載—結(jié)構(gòu)”模式、“地層—結(jié)構(gòu)”模式和以工程類比為基礎(chǔ)的經(jīng)驗設(shè)計模式等幾個方面提出實現(xiàn)可靠度設(shè)計的途徑和需要攻關(guān)研究的課題。該項研究經(jīng)鐵道部組織專家評審驗收，人為結(jié)論正確，所建議的隧規(guī)改革目標明確，路徑可行，可作為今后隧規(guī)改革的指導(dǎo)性文件。
為了使鐵路隧道設(shè)計規(guī)范按可靠度設(shè)計加以修訂這一難度較大的工作能逐步深入開展，鐵道部主管部門已立項開展《按可靠度理論修改隧規(guī)的基礎(chǔ)性研究》。研究內(nèi)容包括圍巖物性指標及深埋隧道圍巖松動壓力統(tǒng)計特征研究；淺埋隧道覆土荷載統(tǒng)計特征研究；明洞、棚洞填土荷載統(tǒng)計特征試驗研究；襯砌混凝土偏壓構(gòu)件抗力計算方法及偏壓強度統(tǒng)計特征研究；隧道襯砌幾何特征研究等。由鐵路各高校分別承擔。鐵路高校研究生論文選題也開始轉(zhuǎn)向隧道可靠度設(shè)計這一領(lǐng)域。
與此同時，有關(guān)院校對人防工程按可靠度設(shè)計也提出過方法及若干建議。水電部門針對工程特點正對隧道工程的作用及作用效應(yīng)進行統(tǒng)計參數(shù)整理。
關(guān)鍵詞：頂管技術(shù)；市政工程；應(yīng)用；施工工序
引言
地下管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，日夜肩負著傳送信息和能量的重要任務(wù)。為城市處理污水的系統(tǒng)、自來水、煤氣、電力和通訊設(shè)施等等都屬于地下管網(wǎng)之內(nèi)，要對上述市政設(shè)施進行改建、新建、擴建，需要工程技術(shù)人員進行安全的管道安裝。傳統(tǒng)的挖槽埋管地下管線施工技術(shù)由于對地面交通影響較大，使本來就擁擠繁忙的城市交通如同雪上加霜，同時給市民工作、生活帶來許多不便，特別在人口稠密的城市和交通擁擠的地區(qū)以及不允許開挖的地段，這個矛盾就更加突出。市政工程如何使這些安裝工程對城市的影響減至最小，如何盡可能減少對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊憽Ｒ呀?jīng)成了一個迫切解決的問題。
非開挖技術(shù)將完全能解決這些難題，提供安全及經(jīng)濟的施工方法。非開挖技術(shù)是指利用少開挖和不開挖技術(shù)來進行地下管線的鋪設(shè)或更換的工藝。頂管技術(shù)就是在這種情況下發(fā)展起來的一種非開挖技術(shù)，其在國外已廣泛使用，在國內(nèi)也已逐漸普及。隨著頂管技術(shù)在市政工程的廣泛運用，本論文主要討論在頂管作業(yè)施工過程中出現(xiàn)了一些具體的技術(shù)問題，值得施工技術(shù)人員重視，并以此和同行共享。
1 頂管施工的特點
頂管法又稱為非開挖管道敷設(shè)技術(shù)，它具有不需要開挖面層，就能穿越地面構(gòu)筑物和地下管線吸公路、鐵路、河道的特點，相比開挖敷設(shè)技術(shù)，投資和工期將大大節(jié)省。同時，頂管施工技術(shù)可以降低噪音，減少粉塵，減輕對城區(qū)的交通條件和環(huán)境狀況的干擾和破壞，屬于真正的無污染、高效率的施工技術(shù)。頂管施工法由于其上述多方面的優(yōu)點，在市政工程中尤其是在市政管線工程中得到了廣泛地應(yīng)用。概括起來，頂管施工技術(shù)具有幾大方面的優(yōu)點：施工面由線縮成點，占地面積??；地面活動不受施工影響，對交通干擾??；噪音和震動低，城市中施工對居民生活環(huán)境干擾小，不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷設(shè)管道，可以安全穿越鐵路、公路、河流、建筑物，減少沿線的拆遷工作量，降低工程造價。
2 頂管技術(shù)施工應(yīng)用分析
2.1 頂進管的選擇 頂進管一般選用鋼筋砼管，如沒有腐蝕要求可選用鋼管。鋼筋砼管的規(guī)格設(shè)計、配筋和應(yīng)力驗算應(yīng)遵守有關(guān)鋼筋砼的標準和技術(shù)規(guī)程，特別是有關(guān)鋼筋砼管的標準和技術(shù)規(guī)程。①頂進管直徑的選擇：頂進管的直徑選擇是首先根據(jù)工程性質(zhì)、工程需要確定內(nèi)徑，根據(jù)頂進管所受荷載確定砼管的配筋及壁厚，進而確定外徑。因為頂管工程工作面上需要配備挖土工人，所以一般管內(nèi)徑不小于500mm；②頂進管長度的選擇：頂進管的長度對頂管過程的可控性和經(jīng)濟性有很大的影響。在直線推頂?shù)那闆r下使用長管可以減少裝管的次數(shù)，取得良好的效果，但隨著管長度的增長，如果偏離原定的路線，使之恢復(fù)正確路線要比使用短管更加困難。建造頂壓坑時頂壓坑的長度也要增大，挖坑、支護、回填、修復(fù)的費用將相應(yīng)地增加。
一般情況下，管長度須相對于管徑來衡量，當L/D外≤1.10時，為短管；當L/D外=1.15時，為標準管；當IJD外≥2.10時為長管。
2.2 頂管施工的前期準備 ①現(xiàn)場平面布置：平面總體布置包括起重設(shè)備、自動控制室、料具間、管片堆場、拌漿棚及拌漿材料堆場、注水系統(tǒng)、棄土坑的布置等。始發(fā)工作井內(nèi)安裝發(fā)射架、頂管機、前頂鐵、主推千斤頂、反力架等頂進設(shè)備，工作井邊側(cè)設(shè)置下井扶梯供施工人員上下；②頂管機進、出洞處以及后靠土體加固：為確保頂管機出洞的絕對安全，需對后靠土體及進、出洞區(qū)域土體進行高壓旋噴樁加固。為防止頂管機進、出預(yù)留洞導(dǎo)致泥水流失，并確保在頂進過程中壓注的觸變泥漿不流失，必須在工作井安裝止水裝置。
2.3 頂管施工的工藝：頂管施 叉稱為頂進法施工，是指利用頂進設(shè)備將預(yù)制成橢圓形或圓形構(gòu)造物逐漸頂入路基，以構(gòu)成立體交義通道或涵洞的施工方法。頂管施工需先在確定的管段之間設(shè)置工作井和接收井，然后在工作井內(nèi)安裝推力設(shè)備將導(dǎo)軌上的頂管機頭推入土體，由機頭導(dǎo)向，將預(yù)制的鋼筋混凝土管向前頂進，前端土體通過工作井運出，最后完成管道鋪設(shè)。
2.3.1 頂管井的設(shè)計：頂管井分工作井與接收井兩種，頂管井的建造結(jié)構(gòu)有很多種類，一般使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。工作井的結(jié)構(gòu)形式通常有單孔井和單排孔井。前者形狀有圓形、正方形、矩形等，后者則大多為矩形，它們的結(jié)構(gòu)受力性能由高至低依次為圓形一正方形一矩形。
2.3.2 頂管施工工序 ①穿墻：打開穿墻悶板將工具管頂出井外，并安裝穿墻止水裝置，主要技術(shù)施工措施1）穿墻管內(nèi)填夯壓密實的紙筋粘土或低強度水泥粘土拌和土，以起到臨時性阻水擋土作用；2）為確保穿墻孔外側(cè)一定范圍內(nèi)土體基本穩(wěn)定并有足夠強度，工作井工具管穿墻前，對穿墻管外側(cè)采取注漿固結(jié)措施；3）穿墻前對可能出現(xiàn)的問題進行分析并制定相應(yīng)處理措施；4）悶板開啟后迅速推進工具管，同時做好穿墻止水，本工程采用止水法蘭加壓板，中間安入20mm厚的天然優(yōu)質(zhì)橡膠止水板環(huán)，要求具有較高的拉伸率和耐磨性，借助管道頂進帶動安裝好的橡膠板形成逆向止水裝置，應(yīng)防止因穿墻管外側(cè)的土體暴露時間過長而產(chǎn)生擾動流變。②頂管出洞：頂管出洞是頂管作業(yè)中一個很值得注意的問題，頂管出洞，即頂管機和第一節(jié)管子從工作井中破出洞口封門進入土中。開始正常頂管前的過程，是頂管技術(shù)中的關(guān)鍵工序，也是容易發(fā)生事故的工序。為防止管線出現(xiàn)偏斜，應(yīng)采取工具管調(diào)零，在工具管下的井壁上加設(shè)支撐，若發(fā)現(xiàn)下跌立即用主頂油缸進行糾偏，工具管出洞前預(yù)先設(shè)定一個初始角彌補下跌等措施。③注漿減阻：在頂管施工中還有一個重要的技術(shù)措施就是通過壓注觸變泥漿填充管道周圍的空隙，形成一道泥漿保護套，起到支撐地層，減少地面沉降，減少頂進阻力的作用。在施工中，首先對頂管機頭尾部壓漿，并要與頂進工作同步，然后在中續(xù)間和混凝土管道的適當位置進行跟蹤補漿，以補充在頂進中的泥漿損失。注漿工序一般多應(yīng)用于長距離頂管施工中。④頂管糾偏：糾偏是指機頭偏離設(shè)計軸線后，利用設(shè)置在后部的糾偏千斤頂組，改變機頭端面的方向，減少偏差，使管道沿設(shè)計軸線頂迸。頂進糾偏是采用調(diào)整4臺糾偏千斤頂組方法，進行糾偏操作，若管道偏左則千斤頂采用左伸右縮，反之亦然。
3 膨潤土懸浮液在疏松土層中的應(yīng)用
在無粘性的疏松土層中以及在粘性很小的土壤中，例如在砂礫土中，若不采取其它輔助措施，土層由于本身極不穩(wěn)定，以致在刃腳推進之后立刻就會坍落在管壁上。所以對這類土壤來說，膨潤土懸浮液的支承作用尤其具有重要意義。為了起到這種支承作用，先決條件是要盡可能準確地掌握膨潤土懸浮漓在砂礫上中的特性。膨潤上懸浮液將滲人土層的孔隙內(nèi)，充滿孔隙，并繼續(xù)在其中流動。流速取決于孔隙的橫斷面與懸浮液的流變特性，同時也取決于壓漿壓力。因此為了在同樣的壓漿壓力下達剄相同的滲入深度，在孔隙橫斷面很小的細粒土層中便需要低流限的懸浮液，面孔隙橫斷面較大的粒粒土層則需要高流限的懸浮液。在克服流動阻力的過程中，壓漿壓力隨著滲入深度的增加而成比例地衰減，所以相應(yīng)每一種壓漿壓力，都有一個完全確定的滲入深度。
盡管就某種場合來說，隨著管子的推進同時在管子整個圓周上和管路全部長度上均勻地壓漿證明是相宜的，而在另一些場合下，正確的方法則又可能是分段壓漿。例如現(xiàn)已得知，在管子下半部，膨潤土在頂進過程中比靜止狀態(tài)下更容易流出，而上半部的壓漿則是在管路靜止的情況下更容易進行。因此最好是將管子下半都的注漿孔和上半部的注漿孔分別組合起來。這種半側(cè)壓出韻原因在于，靜止狀態(tài)的管道以其全部很大的重量沉落于底部。這樣便在管道的頂部形成了小空隙，或者至少是形成了一個壓力較低的區(qū)域。因而在這種狀態(tài)下，膨瀾土在管頂處比在管底部更容易流出。反之，在頂壓力和浮力同時作用下，管道有向上拱起的傾向。這時管道離地升起，于是管底下方便形成了一個低壓區(qū)，致使膨潤土更加容易滲入其中并均勻地散開。
4 頂進管在膨潤土懸浮浪中受到的浮力
只要頂進管在整個圓周上被膨潤土懸浮液所包圍，浮力定律便對它有效，即使懸浮液層的厚度很小也同樣如此。在鋼筋混凝土管情況下，浮力均為管子自重的1.4倍。這樣，只要通過正確地壓人膨潤土懸浮液，從而在土層中圍繞頂進管形成一個支承環(huán)帶，并保持懸浮液壓力等于土壓力，于是管子就會在膨潤土懸浮液中漂浮起來。為此必需的前提在于懸浮液應(yīng)是液體狀態(tài)的，亦即呈現(xiàn)為表觀流限相應(yīng)較低的溶膠狀態(tài)。在懸浮液的膨潤土含量低到接近運動狀態(tài)下的穩(wěn)定極限時，這個條件便能得到滿足。浮力可使管外璧摩阻力減小，因為管底部由于自重產(chǎn)生的法向力減少了。這一效果首先會對大直徑管子的長距離推頂產(chǎn)生有利的影響
5 結(jié)語
頂管設(shè)計在市政工程中，特別是深覆土大管徑的管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程設(shè)計中顯得尤為重要。在特定工程條件下，相對與開槽埋管更具優(yōu)越性。時代要前進，城市要發(fā)展。市政設(shè)施配套完善，地下各種管道建設(shè)將會大量增加，頂管設(shè)計和施工也會增多。管徑加大，長度加長，有直有曲，種類繁多，這將是今后大城市頂管施工的發(fā)展趨勢。因此，我們要重視這個良機，進一步地完善和提高我們的頂管設(shè)計和施工技術(shù)，使之綜合施工技術(shù)達到國際水平。
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而且做工細致。
制作本身就是利用實物演示形象地說明專業(yè)理論，如果發(fā)動得當，學生會有許多創(chuàng)新產(chǎn)品出現(xiàn)。因此，指導(dǎo)學生制做制作大大提高了學生學習本專業(yè)知識的興趣，加深他們對專業(yè)理論的理解，進而提高了動手操作能力、創(chuàng)新能力，也培養(yǎng)了他們團結(jié)協(xié)作的精神。
6.結(jié)語
在新課標教育改革下，教師應(yīng)當要善于避開思維定勢的方向，善于從側(cè)向和逆向設(shè)奇想、出奇問，跳出傳統(tǒng)教學模式的束縛，對教學環(huán)節(jié)進行不斷的創(chuàng)新。而作為機械專業(yè)的教師來說，要從改善課程的教學質(zhì)量，提高學生的創(chuàng)新能力，就必須要對機械教學進行創(chuàng)新。
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故障安全評價。對于故障分析時需要考慮哪些故障，就是GB7588―2003中14.1.1.1和附錄H葉|所列出的故障。把這些故障分別輸入評價流程圖中，只有能到達“可接受”的設(shè)計才是符合安全標準的。對含有電子元件的
安全電路還需進行規(guī)定的型式試驗合格。目前對安全電路進行故障安全評價這一環(huán)節(jié)未能得到有效地控制。使用計算機軟件(程序)作為安全電路的組成部分，是電梯控制技術(shù)發(fā)展的趨勢；而GB7588標準中提到的安全電路的三個組成部分卻并不包含軟件(程序)。
4 結(jié)語
電梯制造企業(yè)在設(shè)計電氣控制系統(tǒng)時，應(yīng)充分考慮其對各種意外情況下的安全保護，應(yīng)達到不低于標準GB7588-2003的相關(guān)要求，電梯檢驗人員在檢驗過程中，亦應(yīng)加強對電氣控制系統(tǒng)的試驗，嚴格把關(guān)。通過對電梯電氣控制系統(tǒng)故障的診斷和分析，找到了電梯電氣控制系統(tǒng)一般故障有效的檢查方法和切實可行的維修方案。
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關(guān)鍵詞:開磷集團;軟巖巷道;錨噴網(wǎng)支護;施工工藝
中圖分類號:U417文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0165-02
開磷集團礦業(yè)總公司地處貴州省開陽縣金中鎮(zhèn)境內(nèi),是我國化工優(yōu)質(zhì)磷肥生產(chǎn)的重要基地。隨著礦山淺部礦床開采完畢,公司下屬6個礦山中已有多個礦山開拓采準進入到+600～+800m水平,距地表深度達500～600m,礦床地壓顯現(xiàn)嚴重,因而帶來的問題是:礦山主要開拓及采準巷道支護困難,原有的支護技術(shù)與措施失效,巷道返修率高,永久性巷道支護后存在經(jīng)常性冒頂、片幫、底鼓等現(xiàn)象,需要多次維護與加固,維護工作量大,支護成本高;其它采準巷道支護時間短,維護量大,作業(yè)不安全,對礦山的正常安全開采帶來了嚴重影響。本次研究提出青菜沖礦巷道支護方法及其施工工藝,為礦山深部軟巖巷道掘進提供了技術(shù)保障。
一、錨噴網(wǎng)支護理論的提出
噴網(wǎng)支護因其施工方便、勞動強度低等諸多優(yōu)點,在青菜沖礦的生產(chǎn)實踐中已被廣泛采用。為了有效地控制圍巖的變形必須滿足巷道圍巖與支護體強度、剛度及結(jié)構(gòu)上的耦合。必須采用錨桿支護,錨桿支護是一種主動支護形式,代表了巷道支護的發(fā)展方向。
二、錨噴網(wǎng)支護施工材料的選擇
近十幾年來,國內(nèi)很多學者對錨桿作用機理作了大量的深入研究與探討,進一步揭示了錨桿支護的實質(zhì),促進了錨桿支護理論研究的發(fā)展,擴大了錨桿支護技術(shù)應(yīng)用的范圍。
(一)錨桿桿體的選擇
根據(jù)巷道高強度支護的要求,選用20MnSi左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,其表面有凹凸紋理,不需要作任何處理即能保證錨桿與錨固劑之間較高的粘結(jié)強度。
(二)錨桿直徑和錨孔直徑的選擇
水泥砂漿錨桿直徑的選擇從支護效果和經(jīng)濟效益兩方面考慮。從支護效果看,在其它條件一定的情況下,錨桿支護強度的大小與桿體直徑成正比,也就是說,直徑越大,支護強度越高,圍巖強度強化效果越好;從經(jīng)濟方面考慮,錨桿直徑對錨桿材料成本的影響不是很明顯,考慮到“三徑”合理匹配,決定選用?準20mm的錨桿,與水泥砂漿錨桿直徑相匹配的錨孔直徑為29mm。
(三)混凝土的材料與配合比
水泥采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,標號不低于425號;砂采用中砂或粗中砂混合的石英砂,含泥量不超過3%;石子采用碎石粒徑不超過10mm;水采用潔凈的水,不應(yīng)含有雜質(zhì);添加劑盡量使用中性和不降低噴射混凝土強度的速凝劑;配合比(重量比)為:水泥∶粗中混合砂子∶石子(1∶2∶2)。
(四)護網(wǎng)的選擇
從支護強度和剛度考慮,護網(wǎng)選用鋼筋網(wǎng),材質(zhì)選用A3鋼,鋼筋直徑為6mm;網(wǎng)度為150mm×150mm;從循環(huán)進尺和巷道周長考慮,網(wǎng)片選用2000mm×2000mm。
(五)錨噴網(wǎng)支護巷道掘進光面爆破參數(shù)
光面爆破技術(shù)是巷道“新奧法”施工的必需條件,采用光面爆破技術(shù)可以減少巷道超挖,維護巷道與圍巖的穩(wěn)定性,減少支護工作量,節(jié)約支護成本。
根據(jù)青菜沖礦巷道施工特征及巖石的力學特性,巷道光面爆破參數(shù)選擇如下:
炮眼直徑d:采用鑿巖臺車鑿巖,孔徑為42mm。
周邊眼間距E:根據(jù)光面爆破經(jīng)驗公式,周邊眼距與炮眼直徑的關(guān)系為:E=(8～18)d。一般根據(jù)圍巖類別確定E值大小,如果巖石完整性差,E值必須取小值。根據(jù)青菜沖礦地質(zhì)情況及開挖巖石特征,E值取45cm。
周邊眼深度L:從光面爆破的要求看,炮眼越深,輪廓面縱向平整度愈好控制。但是,亦會受到鑿巖設(shè)備、爆破器材性能、巖石類別及完整性等因素的影響。根據(jù)青菜沖礦施工設(shè)備及巖石類別、完整程度,L確定為3.0m。
周邊眼角度α:周邊眼原則上應(yīng)布置在開挖面的設(shè)計輪廓線上,并與巷道軸線平行。但是,由于鑿巖機鉆鑿周邊眼時,受到鑿巖設(shè)備構(gòu)造的限制,以及拱部和墻部巖壁的制約,鉆眼不得不存在一定的偏斜角α,偏斜角度的大小可依據(jù)炮眼深度進行調(diào)整,使其眼底能落在設(shè)計輪廓線外10cm左右為宜。故巷道施工時,α值一般取3°～5°。
最小抵抗線W:理論和實踐證明,光面爆破炮眼間距與最小抵抗線之比取0.8最好,即E/W=0.8。故在馬路坪隧道施工中,W值為60cm。
不偶合系數(shù)D和周邊眼炸藥直徑不偶合系數(shù)(即炮眼和炸藥直徑的比值):實踐證明,藥卷在有空隙的炮眼中(不偶合裝藥)爆炸時,形成的沖擊波隨不偶合系數(shù)D的增大而衰減,D值一般取1.25～2.0。
周邊眼裝藥集中度和裝藥量:根據(jù)巷道施工相關(guān)經(jīng)驗,周邊眼裝藥集中度q=0.2～0.3kg/m。裝藥集中度過大易破壞巷道輪廓巖面,過小則爆不下來。根據(jù)青菜沖礦施工技術(shù)條件,取q=0.2kg/m。以周邊眼鉆眼深度3.0m計算,堵炮口炮泥長度為30cm,炮泥外留20cm。故每眼裝藥量為:(3.0-0.3-0.2)×0.2=0.5kg。
光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示:
三、錨噴網(wǎng)支護施工工藝及技術(shù)
錨噴網(wǎng)支護施工工藝流程為:爆破巷道成型噴射第一層混凝土養(yǎng)護打錨桿孔安裝錨桿掛頂網(wǎng)打錨桿孔安裝管縫式錨桿掛幫網(wǎng)噴射第二層混凝土養(yǎng)護。
(一)砂漿錨桿的安裝
錨桿施工前,應(yīng)對下列事實進行調(diào)查核實:(1)工程計劃、設(shè)計圖等基礎(chǔ)資料是否齊備;(2)井下施工用水水質(zhì),地下水對鉆孔、注漿的影響;(3)對巷道周邊設(shè)物和設(shè)置物核實、復(fù)查;(4)調(diào)查錨固工程周邊狀態(tài)巖層的處理;(5)作業(yè)限制、環(huán)保規(guī)則、礦山法令等對工程的影響。
1.頂板錨桿的安裝。初噴后,給定錨桿眼眼位,鉆錨桿孔,安裝錨桿。技術(shù)要求:鉆孔過程中對區(qū)段的位置、巖土分層位置進行驗證,出現(xiàn)異常及時采取措施;根據(jù)巖土條件選用一定的鉆孔法、保證孔壁不塌、孔徑符合要求;鉆孔宜用清水;鉆孔使用錨桿鉆機、按給定的錨桿眼位鉆孔,并要求垂直頂?shù)装?符合設(shè)計角度和深度要求;錨桿水平方向孔距誤差不應(yīng)大于50 mm,垂直方向孔距誤差不大于100 mm,孔底偏斜尺寸不大于桿長的3 %;鉆進時,開孔推力要小,正常勻速鉆進,換釬時不許挪動鉆機;水泥砂漿要充滿鉆孔;安裝錨桿一般應(yīng)從中間開始,向兩邊進行。若頂板出現(xiàn)凸凹不平,應(yīng)先安裝凹處的錨桿,然后再安裝其它錨桿。
2.幫錨桿的安裝。幫錨桿施工可始終滯后2排頂錨桿,便于頂幫錨桿平行作業(yè)。技術(shù)要求:鉆孔要垂直巷幫,其它要求同上。
3.底角錨桿的布置。布置底角錨桿是控制底鼓的專門措施,一組底角錨桿一般由2根錨桿組成,一根按45°傾角布置,另一根則垂直打入底板。由于垂直向下打孔和錨桿安裝非常困難,所以本試驗只布置1根底角錨桿。長度為3m,間排距為1000mm×1000mm。
(二)噴射混凝土
噴層總厚度確定為120mm,它由初噴30～50mm、二次復(fù)噴達到設(shè)計厚度兩部分組成。爆破后,首先檢查掘進工作面安全狀況,敲幫問頂和撬除活石,然后進行初噴。
技術(shù)要求:以防頁巖風化,初噴要及時,噴厚均勻,避免巖面,復(fù)噴的混凝土要壓緊金屬網(wǎng),保持金屬網(wǎng)與巖面緊貼,復(fù)噴混凝土要封住金屬網(wǎng),以防其銹蝕;每次噴射混凝土后要及時灑水養(yǎng)護,以保證其強度。
(三)注漿材料及拌制
錨孔一般注入水泥或水泥砂漿與地層固定并對錨桿加以保護,錨桿的粘結(jié)強度和防腐效果在很大程度上取決于漿液拌合料的成分,漿體拌制質(zhì)量及注入方式。
技術(shù)要求:水泥用不低于325號普通硅酸鹽水泥,水一般用不含硫酸鹽(≯0.1%)和含有機質(zhì)的水,用清水拌和為好。水灰比用0.40～0.45,當用水泥砂漿時,灰砂比為1:1～1:2,且砂子粒徑不大于2mm,否則要嚴格過篩,水泥砂漿只能用于一次注漿。為了改善水泥漿在施工中和硬化后的性能,可加入適量外加劑。注漿體強度一般7天不低于20 MPa,28天不低于30MPa。水泥漿拌制要遵守以下原則:水泥、砂要按重量計算,拌合水要先于水泥、砂子送入攪拌機,任何外加劑均在攪拌時間過半后加入,機械攪拌時間不少于2min,應(yīng)避免人工攪拌,灰漿攪拌后應(yīng)放入特制容器中,并使其緩慢拌動,因此一般用雙筒攪拌機,以使水泥砂漿連續(xù)注漿。
水泥砂漿通過泵和耐壓膠管注入錨桿孔,泵壓范圍為0.1～12MPa,在鉆孔較長部段上,根據(jù)操作壓力和所使用的注漿方式,還應(yīng)讓水泥漿通入內(nèi)徑為12～25mm的塑料管,該塑料管離鉆孔底的距離通常為150mm,并每隔1～2m就用膠帶將此管與錨桿桿體相連接,注漿后該管就留在孔中。當用密封圈或密封袋封閉注漿時,應(yīng)用一根小直徑排氣管將注漿段內(nèi)空氣排出,如果水泥漿從該管排出,則表明這一段已填滿水泥漿,在壓力進一步加大前應(yīng)封閉此管。若要用高壓注漿則常用帶環(huán)的管子,可二次或多次高壓注漿,錨桿承載力可比一次注漿增大一倍。
四、結(jié)語
在錨噴網(wǎng)支護施工過程中應(yīng)調(diào)整施工順序和工藝,保障支護效果。根據(jù)現(xiàn)場實測結(jié)果,調(diào)整噴射混凝土的時間,初噴要及時,第一次復(fù)噴安排在巷道開挖相對穩(wěn)定期后進行,二次復(fù)噴安排在巷道變形穩(wěn)定期后進行。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：混凝土橋梁 下部結(jié)構(gòu) 檢測方法
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
下部結(jié)構(gòu)是混凝土橋梁的主要承重部分。在其自身結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工質(zhì)量的缺陷、結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的變化、使用條件及防護措施的影響下，下部結(jié)構(gòu)難免會產(chǎn)生不同程度的缺陷和損壞。在對混凝土橋梁下部結(jié)構(gòu)養(yǎng)護和加固之前，工程人員必須對下部結(jié)構(gòu)的缺陷和損壞準確檢測。下部結(jié)構(gòu)一般檢查包含兩方面的內(nèi)容：一是外觀檢查。外觀檢查是一項非常重要的工作。通常產(chǎn)生了病害會有一些表象，如有無凍脹、風化、開裂、剝落、露筋等缺陷，通過外觀檢查可以分析判斷這些病害產(chǎn)生的原因，提出整治措施，并有利于明確接下來的工作重點。二是下部結(jié)構(gòu)的材料特性檢查。材料是組成橋梁各個構(gòu)件的基本元素，所以其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到工程的質(zhì)量是否合格。鋼材的強度一般以設(shè)計、施工有關(guān)資料為依據(jù)，不再檢查，當懷疑鋼材質(zhì)量有問題或者資料不明確時應(yīng)采取必要的措施截取試件進行材料試驗?；炷恋膹姸葧S著時間的變化而變化，混凝土強度的檢測通?？煞譃橹苯訖z測和間接檢測。
一、下部結(jié)構(gòu)混凝土強度的一般檢測方法
1.回彈法測定混凝土強度：回彈法是根據(jù)混凝土的表面硬度與抗壓強度存在著一定的相關(guān)性而建立起來的一種檢測方法。測試時，用具有規(guī)定動能的重錘彈擊混凝土表面，初始動能發(fā)生重分配，一部分能量被混凝土吸收，剩余的能量則傳回重錘。被混凝土吸收的能量取決于混凝土表面的硬度，混凝土表面硬度越低，受彈擊后表面塑性變形和殘余變形大，被混凝土吸收的能量就多，回傳給重錘的能量就少，反之亦反。
2.鉆芯法測定混凝土強度：鉆芯法是利用專用鉆機，從混凝土中鉆取芯樣以檢測混凝土的強度和觀察混凝土內(nèi)部質(zhì)量的辦法。由于他對混凝土造成局部損傷，屬于局部破損的檢測方法。這一方法在質(zhì)量檢驗中得到普遍的應(yīng)用，取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟效益。
3.拔出法測定混凝土強度：拔出法是把一個金屬制作的錨固件預(yù)埋入未硬化的混凝土構(gòu)件內(nèi)，或者在已硬化的混凝土構(gòu)件上鉆孔埋入一個錨固件，然后根據(jù)測試錨固件被拔出時的拉力，來確定混凝土的拔出強度，并以此推斷混凝土的立方體抗壓強度。
4.敲擊法、撞擊法：可以采用釘錘或鋼球直接對混凝土表面進行撞擊，根據(jù)其破壞的痕跡或凹痕，對混凝土質(zhì)量進行檢測，做出質(zhì)量判斷。
5.超聲法測定混凝土強度：超聲法與回彈法類似，也是建立在混凝土的強度與其它物理特征值相互關(guān)系基礎(chǔ)上的一種方法?；炷恋膹姸扰c彈性模量、密度等密切相關(guān)，而根據(jù)彈性波理論，超聲波在彈性介質(zhì)中的傳播速度又與彈性模量和密度這些參數(shù)之間存在一定的關(guān)系。
二、下部結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的檢測方法
用于檢測混凝土內(nèi)部缺陷的方法有射線法和聲脈沖波法兩大類。射線法是運用x射線、γ射線透過混凝土，然后照相分析，這種方法穿透力有限，在使用中需要解決人體防護問題，在建筑工程中應(yīng)用較少。聲脈沖波法又有超聲波法和聲發(fā)射法兩種，其中超聲波法比較成熟，也是本論文介紹的主要對象。
超聲波檢測儀是混凝土無損檢測中的必備裝置，其工作原理是利用超聲換能器向混凝土構(gòu)件發(fā)射一定頻率的超聲波，通過檢測超聲波在混凝土中的走時、首波幅值、主頻等參數(shù)來推導(dǎo)混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、缺陷、強度，進而評價被檢測混凝土的安全運行期和使用壽命。
超聲波法具有被測對象范圍廣、探測深度大、檢測靈敏度高、成本低、檢測速度快及現(xiàn)場使用方便等優(yōu)點。因此，超聲波法是國內(nèi)外受到廣泛重視和迅速發(fā)展的一種混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部質(zhì)量檢測中，并被列入一些部門、地方和工程標準化委員會的檢驗規(guī)程中。
超聲波檢測的優(yōu)點是穿透力強、設(shè)備輕便、檢測成本低、檢測效率高，能即時知道檢測結(jié)果（實時檢測），能實現(xiàn)自動化檢測和實現(xiàn)永久性記錄，在缺陷檢測中對危害性較大的裂紋類缺陷特別敏感等等。
三、下部結(jié)構(gòu)裂縫的檢測方法
裂縫的檢查主要包括三個方面：裂縫寬度檢查、穩(wěn)定性檢查、裂縫深度檢查。
1.測量裂縫寬度，通常都是使用光學讀數(shù)顯微鏡和電子裂縫觀測儀。光學讀數(shù)顯微鏡是配有刻度和游標的光學透鏡，從鏡中看到的是放大的裂縫，通過調(diào)節(jié)游標讀出裂縫的寬度。帶攝像頭的電子裂縫觀測儀克服了人直接附在裂縫上進行觀測的諸多不便，是目前最為常用的辦法。
通常裂縫的寬度都是不一樣的，工程鑒定時通常關(guān)注的都是特定位置的最大裂縫寬度。限制裂縫寬度的主要目的是防止侵蝕性介質(zhì)進入而導(dǎo)致鋼筋腐蝕。所以測量裂縫的位置往往選在受力主筋的附近。
2.裂縫穩(wěn)定性的檢查，當結(jié)構(gòu)構(gòu)件上出現(xiàn)裂縫時，首先要判定是否趨于穩(wěn)定，是否有害；再根據(jù)裂縫的特征判定裂縫產(chǎn)生的原因和補救措施。判斷裂縫是否穩(wěn)定一般采用觀測法。
觀測法是在裂縫的個別區(qū)段及裂縫頂端涂抹石膏，用讀數(shù)放大鏡讀出裂縫寬度。如果在相當長一段時間內(nèi)石膏沒有開裂，則說明裂縫已經(jīng)穩(wěn)定。但有些裂縫是隨著時間和環(huán)境變化的，例如溫度裂縫冬天增大，夏天減小，收縮裂縫在初期發(fā)展快，1~2年后基本穩(wěn)定，這些裂縫屬于正?，F(xiàn)象。而不穩(wěn)定裂縫，主要是指隨時間不斷增大的裂縫，沉降縫等。
3.裂縫深度的檢查，可采用開鑿法或超聲波檢查。采用開鑿法檢測前，先向縫中注入有色墨水，則容易辨別細小裂縫。超聲波檢查裂縫深度有三種辦法，即平測法、斜測法和鉆孔對測法。
（1）超聲波單面平測法。當混凝土出現(xiàn)裂縫時，裂縫中間充滿空氣，由于氣體與固體界面對聲波構(gòu)成反射面，通過的聲能很小，聲波繞裂縫頂端通過，以此可測出裂縫深度。
（2）超聲波雙面斜測技術(shù)。斜測法適用于結(jié)構(gòu)的裂縫部位具有兩個相互平行的可測表面。檢測時，將發(fā)、收換能器的連線長度，記錄各測點接受波形的幅值和頻率。若換能器的連線通過裂縫，超聲波會在裂縫界面上會產(chǎn)生較大衰減，幅值和頻率比不通過裂縫是有明顯降低，據(jù)此可判斷裂縫的深度及是否貫通。
（3）鉆孔對測法，在大體積結(jié)構(gòu)混凝土中，當裂縫深度在500mm以上時，可采用鉆孔放入徑向振動式換能器進行檢測。先在裂縫兩側(cè)對稱的鉆兩個垂直于混凝土表面的檢測孔，兩個孔口的連線應(yīng)與裂縫走向垂直。鉆孔清洗后再注滿清水。將發(fā)、收振動式換能器分別設(shè)置于兩個鉆孔中，兩個換能器沿鉆孔徐徐下落的過程中要使其與混凝土表面保持相同的距離，用超聲波衰減的情況判斷裂縫深度。
四、下部結(jié)構(gòu)混凝土均勻性鑒定
構(gòu)件內(nèi)部的不均勻性，導(dǎo)致脈沖速度差異，在混凝土構(gòu)件上，選定一定體積，然后均勻布滿若干測點。測點數(shù)目取決于結(jié)構(gòu)的尺寸、要求精度和混凝土的變異性。大區(qū)間或均勻的混凝土取邊長1m的方格；小區(qū)間或有變異的混凝土，取小的方格布點；在整個區(qū)間中盡量取統(tǒng)一的聲徑。在整個脈沖速度測值中，求出其標準差或變異系數(shù)等統(tǒng)計參數(shù)，用以表達混凝土的均勻性。
五、下部結(jié)構(gòu)鋼筋的檢測方法
混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋的檢查主要包括三個方面：鋼筋位置和保護層厚度、鋼筋銹蝕程度、鋼筋力學性能檢測。
1.鋼筋位置和保護層厚度檢查：混凝土保護層可以保護鋼筋免遭銹蝕從而保證混凝土結(jié)構(gòu)能夠長期正常工作，如果混凝土保護層厚度不符合設(shè)計施工要求，一旦出現(xiàn)問題有可能帶來非常嚴重的后果。在實際工程中可以直接采用磁感儀，數(shù)字化鋼筋位置和保護層厚度測定儀或雷達波直觀的觀測鋼筋位置。
2.鋼筋銹蝕程度：在混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕會使得鋼筋的截面積縮小，銹蝕的部分體積增大，會使混凝土脹裂、剝落、降低鋼筋與混凝土的連接力等。產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞或耐久性降低等現(xiàn)象。通常鋼筋銹蝕的檢測可采用二種方法：局部開鑿法、直觀檢測法。
3.鋼筋力學性能檢查：混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的力學性能檢測，一般采用板破損法，即鑿開混凝土，截取鋼筋試件，然后進行力學試驗。
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