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A024 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)理學(xué)版
主管單位：中華人民共和國(guó)教育部
主辦單位：中南大學(xué);中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)
出版周期：雙月刊
出版地址：湖南省長(zhǎng)沙市
語(yǔ)
種：中文
開(kāi)
本：大16開(kāi)
國(guó)際刊號(hào)：1672-7029
國(guó)內(nèi)刊號(hào)：43-1423/U
郵發(fā)代號(hào)：42-59
發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間：1979
期刊收錄：
CA 化學(xué)文摘(美)(2009)
中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽(yù)：
Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
中圖分類(lèi)號(hào)： U442.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： APier Linear Stiffness Optimization of LargeSpan
大跨高墩長(zhǎng)聯(lián)簡(jiǎn)支梁橋是鐵路無(wú)縫線(xiàn)路建設(shè)中常用的型式，特別是山區(qū)鐵路.但跨度超過(guò)48 m的簡(jiǎn)支梁橋墩頂縱向水平線(xiàn)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究很少，相關(guān)規(guī)范中沒(méi)有規(guī)定[1]，且大跨高墩簡(jiǎn)支梁橋墩臺(tái)也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)圖可依.
設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)橋墩時(shí)，需不斷調(diào)整墩身尺寸反復(fù)試算，以滿(mǎn)足橋上無(wú)縫線(xiàn)路要求，不僅設(shè)計(jì)工作量大，而且人工調(diào)整的橋墩線(xiàn)剛度取值不合理，橋墩之間線(xiàn)剛度不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致橋墩設(shè)計(jì)尺寸偏于保守，橋梁投資不經(jīng)濟(jì).
本文通過(guò)建立參數(shù)化結(jié)構(gòu)分析模型和優(yōu)化模型，采用ANSYS提供的零階優(yōu)化方法[23]對(duì)跨度64 m的高墩長(zhǎng)聯(lián)簡(jiǎn)支梁橋上無(wú)縫線(xiàn)路橋墩線(xiàn)剛度[45]進(jìn)行了優(yōu)化，為跨度64 m的簡(jiǎn)支梁橋墩頂縱向水平線(xiàn)剛度限值提供了參考.1結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型的建立1.1力學(xué)模型橋上無(wú)縫線(xiàn)路[6]是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，軌道、主梁、橋墩、基礎(chǔ)以及橋梁兩側(cè)路基之間相互影響[711]，借鑒橋上無(wú)縫線(xiàn)路現(xiàn)有力學(xué)模型[1214]，按照鋼軌、主梁、橋墩尺寸建立了圖1所示的力學(xué)模型.
西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)第48卷第2期喬建東等：無(wú)縫線(xiàn)路大跨簡(jiǎn)支梁橋橋墩線(xiàn)剛度優(yōu)化鋼軌與主梁上翼緣之間采用線(xiàn)彈簧模擬道碴層，彈簧剛度系數(shù)為常數(shù)；主梁、橋墩及基礎(chǔ)剛度按實(shí)際截面選取.為了準(zhǔn)確反映鋼軌與主梁的協(xié)調(diào)變形，用剛臂將主梁上翼緣與主梁中性軸、主梁中性軸與支座連接，通過(guò)釋放約束模擬固定支座和活動(dòng)支座；采用ANSYS參數(shù)化建模，以?xún)?yōu)化墩頂縱向水平線(xiàn)剛度.
該模型有以下特點(diǎn)：
（1） 采用道床連接彈簧能夠模擬道床的豎向阻力和縱向阻力；
（2） 將主梁上、下翼緣與主梁中性軸作剛臂處理，且將實(shí)際橋墩及基礎(chǔ)納入力學(xué)模型，能夠充分模擬鋼軌、主梁、橋墩和基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)作用機(jī)制；
（3） 采用參數(shù)化建模，有利于優(yōu)化設(shè)計(jì).1.2橋上無(wú)縫線(xiàn)路工程實(shí)例以一座擬建客貨共線(xiàn)無(wú)縫線(xiàn)路單線(xiàn)有碴簡(jiǎn)支梁橋（圖2）為研究對(duì)象，橋跨布置為9×64 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁，梁高5 m，墩（從左至右依次為1#～8#墩）高分別為29、41、44、44、47、47、51和43 m；道碴層厚0.65 m，橋上無(wú)縫線(xiàn)路結(jié)構(gòu)型式與路基一致，線(xiàn)路道床阻力為常數(shù).
主要設(shè)計(jì)參數(shù)：
（1） 設(shè)計(jì)荷載：中活載；
（2） 制動(dòng)力參數(shù)：取豎向靜活載的10%；
（3） 橋臺(tái)線(xiàn)剛度：1 500 kN/cm[1]；
（4） 線(xiàn)路縱向阻力：計(jì)算伸縮力時(shí)，縱向阻力取70 N/cm.計(jì)算撓曲力時(shí)，若軌面無(wú)荷載，縱向阻力取70 N/cm；若軌面有荷載，機(jī)車(chē)下縱向阻力取110 N/cm，車(chē)輛下縱向阻力取70 N/cm[1]；
（5） 有碴軌道混凝土梁溫度差：15 ℃[1]；
（6） 設(shè)計(jì)采用60型鋼軌.
根據(jù)確定的上述主要設(shè)計(jì)參數(shù)，建立該橋梁的有限元模型.模型中，主梁、橋墩采用Beam188梁?jiǎn)卧M；鋼軌采用Beam4梁?jiǎn)卧M；鋼軌與主梁之間的道碴層以及基礎(chǔ)采用Combin14彈簧單元模擬；固定支座和活動(dòng)支座通過(guò)釋放梁端約束實(shí)現(xiàn).
驗(yàn)算項(xiàng)目?jī)?yōu)化前優(yōu)化后變化率/%規(guī)范限值鋼軌最大附加拉應(yīng)力/MPa工況123.325.28.5181工況227.537.235.2781鋼軌最大附加壓應(yīng)力/MPa工況153.757.67.2661工況230.133.912.6261墩身混凝土最大壓應(yīng)力/MPa1.974.20113.2016.1墩身混凝土最大拉應(yīng)力/MPa0.650.707.691.52梁軌快速相對(duì)位移/mm2.53.436.004墩頂縱向位移/mm11.013.018.1840墩身混凝土總體積/m314 98912 08919.35—
結(jié)果都留有一定的安全儲(chǔ)備.因此，本文的優(yōu)化程序具有較強(qiáng)的通用性.4結(jié)語(yǔ)橋墩縱向水平線(xiàn)剛度是橋上無(wú)縫線(xiàn)路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，橋上無(wú)縫線(xiàn)路縱向附加力、梁軌快速相對(duì)位移在很大程度上取決于橋墩縱向水平線(xiàn)剛度.為保證軌道結(jié)構(gòu)的安全適用性，應(yīng)對(duì)橋梁墩頂縱向水平線(xiàn)剛度進(jìn)行限定.
通過(guò)APDL參數(shù)化語(yǔ)言對(duì)ANSYS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建立參數(shù)化結(jié)構(gòu)分析模型和優(yōu)化模型，利用ANSYS提供的零階優(yōu)化方法對(duì)跨度64 m的高墩長(zhǎng)聯(lián)簡(jiǎn)支梁橋墩頂縱向水平線(xiàn)剛度進(jìn)行了優(yōu)化研究.
優(yōu)化后橋墩混凝土總用量節(jié)約了19.35%，優(yōu)化效果顯著.通過(guò)實(shí)例計(jì)算與分析，建議跨度64 m的高墩長(zhǎng)聯(lián)簡(jiǎn)支梁橋墩頂縱向水平線(xiàn)剛度限值控制在750 kN/cm以上.此外，采用優(yōu)化技術(shù)，使大跨長(zhǎng)聯(lián)簡(jiǎn)支梁橋各橋墩的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，縱向剛度相互協(xié)調(diào)，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量.
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Abstract: the subway tunnel waterproof underground method is one of the important factors of success or failure. The leakage of the tunnel is highlighted in tunnel construction quality problems and solve the issues to be further. Type of method with China's rapid development of urban rail traffic, underground mining method tunnel is more and more, this paper aims to analysis in underground mining method in the tunnel construction the characteristics of various auxiliary measures, suitable conditions, the use of waterproof facilities.
Keywords: the subway tunnel; Waterproof facilities; Concealed excavation method
中圖分類(lèi)號(hào)：U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
一：暗挖法定義
暗挖法，是指在軟弱圍巖地層中，以改造地質(zhì)條件為前提，以控制地表沉降為重點(diǎn)，以格柵和錨噴砼作為初期支護(hù)手段，遵循“新奧法”理論，按照“十八字”方針（管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)）進(jìn)行隧道的設(shè)計(jì)和施工。暗挖的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)形式靈活多變，對(duì)地面建筑、道路和地下管線(xiàn)影響不大，拆遷占地少，擾民少，污染城市環(huán)境少等。缺點(diǎn)：施工速度慢，噴射混凝土粉塵多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械化程度不高，以及高水位地層結(jié)構(gòu)防水比較困難等。
二：地鐵礦山法隧道所處的環(huán)境
通過(guò)對(duì)多個(gè)礦山暗挖法隧道的調(diào)查研究，對(duì)不同文地質(zhì)條件，周邊環(huán)境下的注漿措施進(jìn)行分析對(duì)比研究結(jié)論：在城市地鐵中的礦山暗挖法隧道，需根據(jù)工程的周邊環(huán)境，隧道埋置深度，工程及水文地質(zhì)條件，隧道斷面尺寸，結(jié)合隧道施工的基本工法，選擇合理的注漿參數(shù)，對(duì)地層及圍巖進(jìn)行必要的加固和止水，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響至關(guān)重要。
不少地鐵隧道，由于埋深淺，處于第四系各種土層，砂層或巖石全，強(qiáng)風(fēng)化的軟弱圍巖中，一般地下水位較高，地下水豐富；因此,在礦山法隧道設(shè)計(jì)和施工中選擇合理的輔助施工措施，圍巖進(jìn)行加固和止水，保證隧道的施工安全和減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。
三：在礦山暗挖法中排水放在非常重要的地位
但近些年來(lái)由于部分建設(shè)工作者對(duì)地下工程防水存在模糊認(rèn)識(shí)，致使地下工程滲漏水越來(lái)越嚴(yán)重。為了規(guī)范地下隧道工程防水做法，除建議嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)規(guī)范外，特提出以下方案。
1、地下防水工程選材條件
1.1地下工程防水的目的
a、防止水對(duì)地下維護(hù)結(jié)構(gòu)的侵蝕，保證地下建筑物使用年限。
b、防止水對(duì)地下建筑空間的侵蝕，保證地下建筑物使用安全。
c、防止?jié)B漏造成地下水土失衡，影響相鄰建筑物使用安全。
1.2關(guān)于防水層在地下建筑物構(gòu)造層次中的地位
“混凝土的裂縫是不可避免的”，是對(duì)混凝土特性的科學(xué)評(píng)價(jià)。因此，《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定混凝土允許裂縫寬度為0.2mm，這也是合乎情理的。但允許有0.2mm裂縫的混凝土仍稱(chēng)作“結(jié)構(gòu)自防水”是沒(méi)有道理的。因?yàn)閺奈锢砀拍钌险f(shuō)，水分子的直徑約0.3×10-6，可以穿過(guò)任何肉眼可見(jiàn)的裂縫。肉眼可見(jiàn)的裂縫范圍一般以0.005mm為界。那么0.2mm的裂縫肯定要漏水的，被允許有0.2mm裂縫的混凝土，又如何稱(chēng)得上“結(jié)構(gòu)自防水”呢？所以，防水層在地下建筑物主體結(jié)構(gòu)以外的構(gòu)造層次中，其作用之重要是第一位的，而不能被視為“附加防水層”。
1.3須考慮防水材料與地下建筑物使用同步
由于地下工程是埋于地下的建筑物，將來(lái)防水層失效需要翻修的可能性幾乎沒(méi)有。因此，地下工程防水層材料選擇盡可能采用能與建筑物設(shè)計(jì)使用期同步的材料。因?yàn)?，合成?shù)脂片材在不受大氣、臭氧、紫外線(xiàn)、侵蝕的情況下老化非常緩慢。日本、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家常采用諸如：EVA、PE、PVC防水卷材做復(fù)合襯砌防水層。目前已經(jīng)有35年不失效記錄。
一般地下隧道工程設(shè)計(jì)使用年限為70年，故隧道工程絕大多數(shù)采用合成樹(shù)脂片材（包括均質(zhì)或復(fù)合片材）做全外包防水層。
2.采用合成樹(shù)脂片材的缺陷和改用埋貼式高分子防水卷材的優(yōu)勢(shì)。
2.1采用合成樹(shù)脂片材做隧道全外包防水的缺陷
合成樹(shù)脂片材（如HDPE、EVA、PVC）具有耐久、（幾十年不降解）防腐，強(qiáng)度高（不易被戳穿），延伸大等優(yōu)點(diǎn)。但由于采用合成樹(shù)脂片材做防水層與二次襯砌間不發(fā)生任何形式的粘著，它們之間是松鋪的，因此，很容易因某個(gè)局部破損或不密實(shí)而造成竄水、漏水，甚至導(dǎo)致整個(gè)工程防水失效。
2.2 改用埋貼式高分子防水卷材做隧道防水層的優(yōu)勢(shì)。
埋貼式高分子防水卷材，是在合成樹(shù)脂片材上涂蓋不小于0.5mm厚的自粘膠層而制造的高分子自粘防水卷材。其特點(diǎn)是高分子卷材表面的自粘層與混凝土有很強(qiáng)的粘著力。施工時(shí)，先將卷材鋪在隧道支護(hù)層上，采用捆綁固定法將卷材固定，卷材搭接部位的高分子片材間熱焊，使高分子片材形成一個(gè)整體。二次襯砌施工前，將卷材表面隔離層揭除，在自粘膠粘結(jié)面表面涂敷一層水溶膠，當(dāng)二次襯砌模注完成，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并干燥后，便可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求（卷材與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度）的粘結(jié)強(qiáng)度。
四：高分子防水卷材施工
常用的埋貼式高分子防水卷材為高分子復(fù)合片材兩面覆有自粘膠層（即雙面卷材）。在應(yīng)用時(shí)，一面與基面粘結(jié)，另一面與結(jié)構(gòu)粘結(jié)。埋貼式高分子防水卷材應(yīng)用于明挖法地下室工程，底板墊層和側(cè)墻保護(hù)墻是比較平整的，采用外防內(nèi)貼法；如需采用外防外貼時(shí)，可選用單面粘埋貼式高分子防水卷材。
埋貼式高分子防水卷材應(yīng)用于暗挖法（或礦山法）工程，防水基面是凹凸不平的，施工時(shí)是在基面固定自粘片（每塊為150㎜×150㎜，每平方米不少于3塊均布），然后將卷材整體托起，就位，在一邊用25寬鍍鋅壓條固定，再將粘結(jié)塊壓緊壓實(shí)。卷材主體搭接時(shí)可采用墊焊法（卷材可留有搭接邊）；也可以采用全粘法（卷材不留墊焊搭接邊）。
五：埋貼式高分子防水卷材暗挖法工程施工
在暗挖法工程防水施工中，埋貼式高分子防水卷材為雙面粘，當(dāng)施工車(chē)托盤(pán)將卷材展開(kāi)托起后，對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)線(xiàn)就位，然后固定。卷材表面隔離膜（紙）在主體結(jié)構(gòu)澆筑前揭除。底板墊層部位的卷材自粘層表面噴有水溶膠粉，以防粘結(jié)。埋貼式高分子防水卷材明挖法工程施工在明挖法工程防水施工中，埋貼式高分子防水卷材可以是雙面自粘，也可是單面自粘?；婊靖稍锏拿魍诜üこ炭刹捎秒p面自粘埋貼式高分子防水卷材；基面潮濕（無(wú)明水）的明挖法工程可采用單面埋貼式高分子防水卷材。
六：結(jié)語(yǔ)
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，路、鐵路隧道工程也越來(lái)越多。隧道工程不可避免地要經(jīng)過(guò)含水量較高的地層，以必將受到地下水的有害作用。果沒(méi)有可靠的防水、堵漏措施，水就會(huì)侵人隧道，響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與附屬管線(xiàn)，至危害到隧道的運(yùn)營(yíng)和降低隧道使用壽命。所以隧道工程的防排水已經(jīng)成了隧道施工的關(guān)鍵工序。對(duì)長(zhǎng)大隧道和穿過(guò)富水地層的隧道,防排水顯得尤為重要。
[1] 鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)#隧道。訂版.北京:中國(guó)鐵道出版社,1999.
Abstract: China's subway project visit the amount of work in recent years have made great development of advanced measurement techniques to be applied in the survey work in the subway. The article describes the MTR measurement features and application of new measurement technology at work.
Keywords: Underground Railroad; measurements.
中圖分類(lèi)號(hào)：K826.16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
l 引言
世界第一條地下鐵道誕生在1 8 6 3 年的英國(guó)倫敦，距現(xiàn)在已有1 30 多年，在這130里，世界地鐵交通有了飛速發(fā)展。我國(guó)從1 9 6 5 年7 月在北京開(kāi)始修建第一條地鐵至今，天津、上海、廣州地鐵陸續(xù)建成，大大緩解了城市交通緊張狀況。北京、上海和廣州新的地鐵線(xiàn)路目前也正在加緊施工，伴隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)狀況的好轉(zhuǎn)，全國(guó)20 多個(gè)城市醞釀的地鐵建設(shè)會(huì)在不久的將來(lái)成為現(xiàn)實(shí)。作為地鐵施工中不可缺少的地鐵測(cè)量工作也將會(huì)有進(jìn)一步的發(fā)展。
2 地下鐵道測(cè)量的特點(diǎn)、內(nèi)容和精度要求
地下鐵道是城市公共交通的一種形式，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它包括地下、地面、高架三種方式的軌道工程體系，在城區(qū)它埋設(shè)在地下，在郊區(qū)它是地面或高架構(gòu)筑物。
2.1 地下鐵道測(cè)量特點(diǎn)
(l) 地下鐵道工程浩大、投資大、工期長(zhǎng)，一個(gè)城市地鐵建設(shè)要根據(jù)近期、遠(yuǎn)期客流量先作總體規(guī)劃，分期建設(shè)。測(cè)量工作不僅要考慮全局，也要顧及局部，既要沿每條線(xiàn)路獨(dú)立布設(shè)控制網(wǎng)，又要在線(xiàn)路交叉處有一定數(shù)量控制點(diǎn)重合，以保證各相關(guān)線(xiàn)路準(zhǔn)確銜接。
地鐵工程有嚴(yán)格限界規(guī)定，為降低工程成本，施工誤差裕量已很小，設(shè)計(jì)采用三維坐標(biāo)解析法，所以對(duì)施工測(cè)量精度有較高的要求。
(3) 測(cè)量?jī)?nèi)容多，與地面既有建筑結(jié)合緊密。各測(cè)量體和線(xiàn)路聯(lián)接密切，地上、地下測(cè)量工作要保證萬(wàn)無(wú)一失，除了要進(jìn)行施工放樣，貫通測(cè)量以外，還要進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)等項(xiàng)工作。
(4) 測(cè)量?jī)?nèi)容多，與地面既有建筑結(jié)合緊密。各測(cè)量體和線(xiàn)路聯(lián)接密切，地上、隧道及車(chē)站內(nèi)的控制點(diǎn)數(shù)量多、使用頻繁，應(yīng)做好標(biāo)志，加強(qiáng)維護(hù)，為地鐵不同階段施工及后期測(cè)量工作提供基礎(chǔ)點(diǎn)位及資料。
(5) 地鐵位于城市，沿線(xiàn)高樓林立、車(chē)水馬龍、能見(jiàn)度差、隧道埋深淺，地表沉降變形等都會(huì)給地鐵施工測(cè)量工作帶來(lái)很大困難。
2.2 地下鐵道測(cè)量工作
地下鐵道測(cè)量包括規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、施工、竣工和運(yùn)營(yíng)階段全部測(cè)繪工作。地下鐵道測(cè)量工作除了提供各種比例尺地形圖與地形數(shù)字資料滿(mǎn)足規(guī)劃、設(shè)計(jì)需要外，還要按設(shè)計(jì)要求標(biāo)定地鐵線(xiàn)路位置、指導(dǎo)施工、保證所有建、構(gòu)筑物位置正確并不侵入限界，以及在施工和運(yùn)營(yíng)期間對(duì)線(xiàn)路、建筑結(jié)構(gòu)、周?chē)h(huán)境的穩(wěn)定狀況進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)等[1]。
地下鐵道測(cè)量的主要工作如下：
(l) 地面、地下平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量；
(2) 地鐵線(xiàn)路帶狀地形測(cè)量和管線(xiàn)調(diào)查；
(3) 地鐵線(xiàn)路地面定線(xiàn)測(cè)量；
(4) 地鐵車(chē)輛段測(cè)量；
(5) 地面、地下聯(lián)系測(cè)量；
(6) 隧道和高架線(xiàn)路施工測(cè)量；
(7) 鋪軌測(cè)量；
(8) 設(shè)備安裝測(cè)量；
(9) 竣工測(cè)量；
環(huán)境、線(xiàn)路、結(jié)構(gòu)變形測(cè)量。
2.3 地下鐵道測(cè)量的精度及其依據(jù)
地下鐵道測(cè)量的必要精度，這是一個(gè)需要研究討論的題目，北京地下鐵道一、二期施工擬定了明挖方法施工測(cè)量的精度指標(biāo)，現(xiàn)在第三期暗挖法施工測(cè)量精指標(biāo)如下：
地面GPS控制網(wǎng)的點(diǎn)位和相對(duì)點(diǎn)位誤差≤±10mm。
沿地下鐵道線(xiàn)路布設(shè)的地面精密導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)的點(diǎn)位和相對(duì)點(diǎn)位誤差≤±8mm。
從精密導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)將坐標(biāo)傳遞到豎井旁的近井點(diǎn)的點(diǎn)位誤差≤±10mm。
④ 從地面近井點(diǎn)通過(guò)豎井向地下隧道內(nèi)傳遞坐標(biāo)的誤差≤±5mm。
⑤ 從地下豎井底通過(guò)橫通道將坐標(biāo)傳遞到線(xiàn)路正線(xiàn)隧道內(nèi)的坐標(biāo)測(cè)量誤差≤±5mm。
⑥ 地下隧道內(nèi)的控制導(dǎo)線(xiàn)最遠(yuǎn)點(diǎn)的點(diǎn)位誤差≤±15mm。（一般為500mm的地下控制支導(dǎo)線(xiàn))。
⑦ 地面地下高程控制測(cè)量精度限差8/L(L為公里數(shù))。
⑧ 從地面向地下隧道內(nèi)傳遞高程的誤差為≤±3mm。
在建立地面控制網(wǎng)估算精度和貫通測(cè)量的精度估算時(shí)，還要留些裕量，那么各項(xiàng)測(cè)量精度還要適當(dāng)?shù)奶岣摺?/p>
3 地面平面控制網(wǎng)測(cè)量
地鐵平面控制網(wǎng)分首級(jí)GPS控制網(wǎng)和二級(jí)精密導(dǎo)線(xiàn)控制網(wǎng)。在滿(mǎn)足規(guī)范前提下，平面控制網(wǎng)點(diǎn)還應(yīng)布設(shè)合理、靈活，滿(mǎn)足工程實(shí)際需要。在工程實(shí)施階段，應(yīng)按原測(cè)精度對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行定期全面復(fù)測(cè)和不定期局部復(fù)測(cè)，確保網(wǎng)形結(jié)構(gòu)的連續(xù)、穩(wěn)固和使用。因此，點(diǎn)位的選埋和維護(hù)是地面測(cè)量工作的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
3. 1 GPS控制網(wǎng)應(yīng)收集的基礎(chǔ)資料
測(cè)區(qū)中央子午線(xiàn)、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)、橢球參數(shù)、起算點(diǎn)已知坐標(biāo)、測(cè)區(qū)高程異常值、測(cè)區(qū)的平均高程。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為保密資料，應(yīng)嚴(yán)格按照保密協(xié)議交接、簽收和使用。
3. 2 精密導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)
精密導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)應(yīng)盡量沿地鐵線(xiàn)路布設(shè)成直伸形狀，形成掛在GPS點(diǎn)上的附合導(dǎo)線(xiàn)、多邊形閉合導(dǎo)線(xiàn)或結(jié)點(diǎn)網(wǎng)。選點(diǎn)和觀(guān)測(cè)是控制精密導(dǎo)線(xiàn)質(zhì)量的兩個(gè)重要因素，工作的重點(diǎn)是精密導(dǎo)線(xiàn)的選點(diǎn)和觀(guān)測(cè)，難點(diǎn)是選點(diǎn)工作。根據(jù)地鐵線(xiàn)路附近GPS網(wǎng)點(diǎn)位的分布通視情況，車(chē)站、豎井的設(shè)計(jì)位置，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘后可以初步在線(xiàn)路平面圖上繪制精密導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)形，根據(jù)規(guī)范和測(cè)區(qū)環(huán)境條件詳細(xì)制定出外業(yè)測(cè)角、測(cè)邊以及高程聯(lián)測(cè)作業(yè)方法等。
3. 3 平面控制網(wǎng)布設(shè)形式探討
近年來(lái)，由于設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展、施工工法進(jìn)步，測(cè)量設(shè)備更新，根據(jù)具體情況布設(shè)的平面控制網(wǎng)形式不一，部分指標(biāo)突破規(guī)范要求。如用GPS網(wǎng)一次布設(shè)完成平面控制、個(gè)別地段加密精密導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)與主網(wǎng)一起施作完成的布網(wǎng)形式，代替地面平面控制網(wǎng)分兩級(jí)布設(shè)； 盾構(gòu)法施工的廣泛應(yīng)用，區(qū)間豎井較少，由此布設(shè)的地面精密導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)平均邊長(zhǎng)遠(yuǎn)大于350m的規(guī)范要求。這些情況結(jié)合了工程實(shí)際，使用方便，同樣滿(mǎn)足施工要求[2]。
3. 4 新線(xiàn)建設(shè)與已有線(xiàn)路結(jié)合部位控制點(diǎn)較差處理
在地鐵設(shè)計(jì)線(xiàn)路的交匯處，新建的地面控制網(wǎng)必須與原網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，會(huì)出現(xiàn)同一個(gè)點(diǎn)在不同時(shí)期的控制網(wǎng)下有不同的坐標(biāo)，處理坐標(biāo)較差方法為：高等級(jí)起算控制點(diǎn)位盡量選擇一致，以減少系統(tǒng)誤差。當(dāng)較差較小時(shí)，既有線(xiàn)采用原坐標(biāo)，新線(xiàn)采用新坐標(biāo)而對(duì)施工加密點(diǎn)、隧道洞內(nèi)控制點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)制平差；當(dāng)較差較大時(shí)(不能大于50mm 的規(guī)范規(guī)定) ，實(shí)測(cè)交叉部位處既有線(xiàn)路在新線(xiàn)控制網(wǎng)下的中線(xiàn)坐標(biāo)提交設(shè)計(jì)進(jìn)行解決，使設(shè)計(jì)和施工在一坐標(biāo)系統(tǒng)下，從而解決控制點(diǎn)較差問(wèn)題。
4 地下鐵道工程測(cè)量展望
伴隨工程測(cè)量技術(shù)的變革和進(jìn)步，地下鐵道測(cè)量工作也在不斷地創(chuàng)新和發(fā)展。G PS 定位技術(shù)、數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)、物探方法進(jìn)行地下管線(xiàn)探測(cè)技術(shù)、激光準(zhǔn)直和掃平儀、全站儀與計(jì)算機(jī)組合測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、施工變形測(cè)量監(jiān)控量測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)等新技術(shù)都在地下鐵道測(cè)量中得到應(yīng)用。隨著各學(xué)科間的相互滲透和影響，為工程測(cè)量提供了新的技術(shù)和方法，今后隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)狀況的好轉(zhuǎn)，隨著城市地鐵交通事業(yè)的發(fā)展，地鐵建設(shè)的地下鐵道工程測(cè)量技術(shù)也將會(huì)從理論到實(shí)踐，有進(jìn)一步完善發(fā)展，新技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用。
【摘 要】本實(shí)用新型的地鐵隧道結(jié)構(gòu)形式，包括隧道承壓部分、填充材料部分和外部保護(hù)層，這種隧道結(jié)構(gòu)通過(guò)在隧道管壁之間進(jìn)行填充新型材料，可以延續(xù)使用目前的盾構(gòu)法，只需改變管片的形式，按照新的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)管片，繼而以管片的形式進(jìn)行拼裝，不用改變施工工法。新型隧道同時(shí)可以根據(jù)不同地區(qū)的不同地質(zhì)條件和周邊環(huán)境要求選擇減振為主、減噪為主或防漏水為主的材料，通過(guò)中間的材料吸收列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)與噪音，從而達(dá)到減振減噪的效果。
關(guān)鍵詞 新型隧道結(jié)構(gòu)；減振減噪；填充材料
0 引言
自地鐵開(kāi)始運(yùn)行以來(lái),地鐵對(duì)周邊環(huán)境的振動(dòng)影響已經(jīng)引起人們的關(guān)注。①由于機(jī)車(chē)運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)鋼軌、道床結(jié)構(gòu)源源不斷的傳遞到地面建筑物，造成地面建筑物振動(dòng)，危及建筑物自身安全；一輛列車(chē)通過(guò)后能夠造成地面建筑物振動(dòng)10s左右，而每小時(shí)通過(guò)的列車(chē)高達(dá)30對(duì)，因此建筑物振動(dòng)時(shí)間占地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間的15%左右，長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)嚴(yán)重影響到人們生活、工作及休息；②列車(chē)形式產(chǎn)生的振動(dòng)被多輛列車(chē)不斷放大后，使隧道內(nèi)整體道床負(fù)荷增加，在振動(dòng)加速度的作用下，將大部分作用力傳遞給鋼軌扣件，極易使扣件斷裂，造成行車(chē)安全；產(chǎn)生的振動(dòng)在傳遞到隧道結(jié)構(gòu)的同時(shí)也在源源不斷的傳遞到車(chē)輛本身，影響機(jī)車(chē)使用壽命，振動(dòng)也給乘客帶來(lái)不舒適。因此對(duì)于大部分運(yùn)營(yíng)里程都在地下的鐵路來(lái)說(shuō)，研究地鐵振動(dòng)規(guī)律及其控制方法就具有非常重要的意義。
據(jù)調(diào)查研究顯示，鐵道部勞動(dòng)衛(wèi)生所通過(guò)對(duì)我國(guó)幾個(gè)典型城市的鐵路環(huán)境振動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，考察了鐵路沿線(xiàn)居民區(qū)受列車(chē)運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)污染現(xiàn)狀,測(cè)試結(jié)果表明,離軌道中心線(xiàn)30m之內(nèi)的振級(jí)大部分接近80dB。這超出了《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 10070-88)規(guī)定的城市“混合區(qū)”晝間75dB及夜間72dB的要求。這樣高的振級(jí)將極大地影響地鐵沿線(xiàn)居民的日常生活及身心健康。[1]1977年, Rucker對(duì)柏林地鐵雙線(xiàn)區(qū)間隧道列車(chē)振動(dòng)進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)研究,1979年Dawn和Stan worth研究了鐵路運(yùn)行所產(chǎn)生的地面振動(dòng),1982年英國(guó)倫敦運(yùn)輸科學(xué)顧問(wèn)室進(jìn)行了地鐵區(qū)間隧道振動(dòng)試驗(yàn)。瑞士聯(lián)邦鐵路和國(guó)際鐵路聯(lián)盟(UIC)實(shí)驗(yàn)研究所(ORE)從改善線(xiàn)路結(jié)構(gòu)的角度提出了降低地鐵列車(chē)振動(dòng)對(duì)附近地下及地面結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響的途徑。[2]美國(guó)G.P.Wills on等提出了通過(guò)改善道床結(jié)構(gòu)形式(采用浮置板道床)和改革車(chē)輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)造以減少輪軌接觸力的方法,降低地鐵車(chē)輛引起的噪聲和振動(dòng)的建議。[3]因此分析地鐵產(chǎn)生振動(dòng)的原因、研究振動(dòng)機(jī)理、提出減振措施顯得十分重要。
本文研究的一種新型的地鐵隧道結(jié)構(gòu)形式，這種隧道結(jié)構(gòu)通過(guò)在隧道管壁之間進(jìn)行填充新型材料，選擇減振為主、減噪為主或防漏水為主的材料，通過(guò)中間的填充材料吸收列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)與噪音，從而達(dá)到減振減噪的效果。
1 創(chuàng)新原理
目前，地鐵振動(dòng)帶來(lái)的危害不容小覷，解決方案主要分為主動(dòng)減振和被動(dòng)減振兩種，主動(dòng)減振主要是通過(guò)科技發(fā)展，減少制作誤差，定期保養(yǎng)維修線(xiàn)路，但這些只能降低振動(dòng)能量，而不能避免振動(dòng)，被動(dòng)減震地鐵施工中主要運(yùn)用的減振方法是采用減振道床，其中包括：一般減振整體道床、橡膠減振墊浮置板整體道床、鋼彈簧浮置板道床。地鐵的減振措施主要集中在通過(guò)道床和扣件來(lái)進(jìn)行，能起到一定的減振效果，但不能達(dá)到大范圍的減振和減噪作用。因?yàn)槟壳暗牧N主要隧道結(jié)構(gòu)形式（半襯砌結(jié)構(gòu)，厚拱薄墻襯砌結(jié)構(gòu)，直墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)，曲墻襯砌結(jié)構(gòu)，復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，連拱隧道結(jié)構(gòu)）主要都只從受力的角度考慮，沒(méi)有把受力和減振減噪結(jié)合起來(lái)考慮的。并且城市土地資源緊缺，由于震動(dòng)緣故，在兩條隧道之間或者隧道與建筑之間需要一定的安全距離，加大了土地用量。居民區(qū)旁的隧道還會(huì)因?yàn)樵胍魡?wèn)題給居民帶來(lái)不便。
本文研究了一種新型的地鐵隧道結(jié)構(gòu)形式，其包括隧道承壓部分、填充材料部分和外部保護(hù)層，這種隧道結(jié)構(gòu)可以延續(xù)使用目前的盾構(gòu)法，只需改變管片的形式，按照新的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)管片，繼而以管片的形式進(jìn)行拼裝，不用改變施工工法。此新型隧道在原隧道結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，使隧道結(jié)構(gòu)在承受各種外力的基礎(chǔ)上，能夠通過(guò)中間的材料吸收列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)與噪音，從而達(dá)到減振減噪的效果。同時(shí)，在填充材料的選擇上有多種形式，可以根據(jù)不同地區(qū)的不同地質(zhì)條件和周邊環(huán)境要求選擇減振為主、減噪為主或防漏水為主的材料，來(lái)達(dá)到不同的目的。
2 工作原理
本文所研究的新型隧道結(jié)構(gòu)采用的技術(shù)方案如下：
在原隧道管片基礎(chǔ)上，多加一層填充材料和保護(hù)層，可以按照原來(lái)管片形式分為3塊標(biāo)準(zhǔn)塊、2塊鄰接塊、和1塊封頂塊，也稱(chēng)K塊，用原來(lái)的施工工法（盾構(gòu)法）進(jìn)行隧道開(kāi)挖和管片的拼裝。同時(shí)中間填充材料的選擇上有多種形式，新型隧道結(jié)構(gòu)的承重部分主要起承受列車(chē)重量、隧道管壁自重、各種設(shè)備重量及列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的各種力；中間的填充部分可以按不同的功能要求起到減震、降噪、防水等作用；最外面的保護(hù)層起保護(hù)填充材料和承受周?chē)翂毫Φ淖饔?。三部分的結(jié)合可以使隧道在起承壓作用的同時(shí)，還可以起到減震、降噪、防水等輔助作用。
3 結(jié)束語(yǔ)
在當(dāng)今地下空間、地下隧道發(fā)展技術(shù)日新月異的時(shí)代，地鐵軌道的減振問(wèn)題已是一種不可避免且不可回避的問(wèn)題，地鐵減振已成為各國(guó)地鐵建設(shè)的主要研究課題。目前我國(guó)主要解決的方法是在道床結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間填充具有一定剛度和彈性的物質(zhì)，如橡膠、彈簧等，各種減振材料的研發(fā)。[4]本論文從隧道結(jié)構(gòu)的方面出發(fā)，致力于通過(guò)隧道自身來(lái)降低隧道的振動(dòng)。本文采取了一種全新的減振形勢(shì)，超脫于現(xiàn)有的改變軌道形式或扣件形式的技術(shù)，從隧道結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)來(lái)達(dá)到減振的目的，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本新型隧道結(jié)構(gòu)具有如下有益效果：
（1）本隧道形式通過(guò)隧道管壁來(lái)起到減振降噪的作用，而不僅僅是依靠扣減或者道床，會(huì)有更加明顯的效果。
（2）本隧道形式采用本實(shí)用新型隧道結(jié)構(gòu)形式不用改變施工工法，仍就可以使用盾構(gòu)法，具有顯著性應(yīng)用價(jià)值。
（3）本隧道形式可以根據(jù)不同地區(qū)的不同地質(zhì)條件來(lái)選用以不同功能為主的填充材料，具有較高的靈活性。
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傳統(tǒng)的混凝土在200年來(lái)的發(fā)展中，經(jīng)歷了幾次大的飛躍，但今天卻面臨著前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：首先，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，各種超長(zhǎng)、超高、超大型混凝土構(gòu)筑物，以及在嚴(yán)酷環(huán)境下使用的重大混凝土結(jié)構(gòu)，如高層建筑、跨海大橋、海底隧道、海上采油平臺(tái)、核反應(yīng)堆、有毒有害廢物處置工程等的建造需要在不斷增加。論文參考。這些混凝土工程施工難度大，使用環(huán)境惡劣、維修困難，因此要求混凝土不但施工性能要好，盡量在澆筑時(shí)不產(chǎn)生缺陷，更要耐久性好，使用壽命長(zhǎng)；其次，進(jìn)入20世紀(jì)70年代以來(lái)，不少工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正面臨一些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，特別是早年修建的橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施老化問(wèn)題，需要投入巨資進(jìn)行維修或更新；最后，混凝土作為用量最大的人造材料，不能不考慮它的使用對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。傳統(tǒng)混凝土的原材料都來(lái)自天然資源。每用1t水泥，大概需要0．6t以上的潔凈水，2t砂、3t以上的石子；每生產(chǎn)1 t硅酸鹽水泥約需1．5 t石灰石和大量燃煤與電能，并排放1tCO2，而大氣中CO2濃度增加是造成地球溫室效應(yīng)的原因之一。盡管與鋼材、鋁材、塑料等其它建筑材料相比，生產(chǎn)混凝土所消耗的能源和造成的污染相對(duì)較小或小得多，混凝土本身也是一種潔凈材料，但由于它的用量龐大，過(guò)度開(kāi)采礦石和砂、石骨料已在不少地方造成資源破壞并嚴(yán)重影響環(huán)境和天然景觀(guān)。所以未來(lái)的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強(qiáng)度都意味著節(jié)約資源。“高性能混凝土”正是在這種背景下產(chǎn)生的。
高性能混凝土作為一種新的建筑材料，其耐久性為普通混凝土耐久性的兩倍以上，可增加混凝土結(jié)構(gòu)安全使用壽命，減少造成修補(bǔ)或拆除的浪費(fèi)和建筑垃圾；可大量利用工業(yè)副產(chǎn)品和廢棄物，盡量減少自然資源和能源的消耗，減少對(duì)環(huán)境的污染；收縮徐變小，適合建造高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)；高性能混凝土適用于高層、大跨、大體積、大跨橋梁、海底隧道、高速公路及嚴(yán)酷環(huán)境中使用的結(jié)構(gòu)物，如核反應(yīng)堆、海上結(jié)構(gòu)和處于有腐蝕性介質(zhì)環(huán)境的結(jié)構(gòu)等的建筑和修補(bǔ)。其他用于特殊用途的智能高性能混凝土更有著其獨(dú)特的、其他混凝土難以替代的優(yōu)勢(shì)。正因?yàn)楦咝阅芑炷辆哂幸陨现T多優(yōu)越性能，自從產(chǎn)生以來(lái)，便大放異彩，世界各國(guó)對(duì)其研究和應(yīng)用勢(shì)頭的發(fā)展十分迅猛。具體如下：
1.高性能混凝土在國(guó)外的研究應(yīng)用現(xiàn)狀
1986～1993，法國(guó)由政府組織包括政府研究機(jī)構(gòu)、高等院校、建筑公司等23個(gè)單位開(kāi)展了“混凝土新方法”的研究項(xiàng)目，進(jìn)行高性能混凝土的研究，并建立了示范工程。1996年，法國(guó)公共工程部、教育與研究部又組織了為期4年的國(guó)家研究項(xiàng)目“高性能混凝土2000”，投入研究經(jīng)費(fèi)550萬(wàn)美元。論文參考。法國(guó)修建的3座高性能混凝土的斜拉橋一佩爾蒂大橋以及最近建設(shè)的埃洛恩河大橋和諾曼底大橋也都使用了高性能混凝土。論文參考。
1994年，美國(guó)聯(lián)邦政府16個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合提出了一個(gè)在基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中應(yīng)用高性能混凝土的建議，并決定在10年內(nèi)投資2億美元進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā) 各大州政府也致力于高性能混凝土的推廣和應(yīng)用。在紐約州已建成了100多座具有高性能混凝土橋面的橋梁。在華盛頓州，公路部門(mén)正在制定高性能混凝土梁的標(biāo)準(zhǔn)。
目前德國(guó)現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范已達(dá)C110級(jí)，強(qiáng)度等級(jí)為當(dāng)今世界之最。挪威皇家科技研究院的科學(xué)與工程研究基金持續(xù)資助高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土的研究。丹麥的大貝爾特工程是一座大型的隧道與橋梁連接結(jié)構(gòu)，規(guī)定的設(shè)計(jì)使用壽命為100年。國(guó)外的這些抗議應(yīng)用高性能混凝土的歷程，對(duì)我們很有啟發(fā)的參考價(jià)值。
2.高性能混凝土在國(guó)內(nèi)的研究應(yīng)用狀況
1992年，吳中偉首次將高性能混凝土介紹到國(guó)內(nèi)。近年來(lái)，我國(guó)高性能混凝土的研究、應(yīng)用發(fā)展較快。我國(guó)是生產(chǎn)和使用混凝土的大國(guó)，混凝土的質(zhì)量在不斷地提高，涉足高性能混凝土的研究和應(yīng)用還是近10年的事。隨著高性能混凝土的優(yōu)越性不斷地得到認(rèn)可，混凝土應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，城市建設(shè)速度的加快，高性能混凝土獲得了迅速發(fā)展。
高性能混凝土在實(shí)際工程中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，尤其是在高層建筑、大跨度橋梁、海上采油平臺(tái)、礦井工程、海港碼頭等工程中的應(yīng)用日益增多。
全國(guó)很多研究單位已經(jīng)研制出普通泵送高性能混凝土、大摻量粉煤灰高性能混凝土、高流態(tài)自密實(shí)高性能混凝土、纖維增加高性能混凝土、輕骨料高性能混凝土、水下不分散高性能混凝土港工與海工高性能混凝土、高拋纖維高性能混凝土等等，研制出C30-C80的各種強(qiáng)度等級(jí)的高性能混凝土和完備的混凝土耐久性檢測(cè)設(shè)備，以及掌握了配套的施工成套技術(shù)和各種混凝土耐久性檢測(cè)技術(shù)等。其中具有優(yōu)異耐久性的C30高性能混凝土即將在地質(zhì)條件復(fù)雜的深圳地鐵工程中大規(guī)模使用。
3.高性能混凝土的發(fā)展趨勢(shì)
高性能混凝土的發(fā)展，不過(guò)十幾年的時(shí)間，習(xí)慣了普通混凝土的人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)還不夠，阻礙了高性能混凝土廣泛應(yīng)用。高強(qiáng)高性能混凝土已基本被接受，而中低強(qiáng)度高性能混凝土還沒(méi)得到工程人員的普遍認(rèn)可，這就為中低強(qiáng)調(diào)高性能混凝土的普及帶來(lái)很大障礙。同時(shí)，人們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到“優(yōu)質(zhì)工程必須要高性能”的。
在綠色環(huán)保日益深入人心的今天，混凝土能否長(zhǎng)期作為最主要的工程結(jié)構(gòu)材料，關(guān)鍵在于能否成為綠色建筑材料，于是高性能混凝土便將承擔(dān)歷史的責(zé)任。高性能混凝土能更多的節(jié)約水泥熟料，更有效地減少環(huán)境污染，同時(shí)也能大量降低料耗與能耗；能更多的摻加以工業(yè)廢渣為主的細(xì)摻料，節(jié)代熟料，改善環(huán)境，減少二次污染；能更大地發(fā)揮高性能混凝土的優(yōu)勢(shì)，盡量減少水泥與混凝土的用量，達(dá)到節(jié)省資源、能源與改善環(huán)境的目的。
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關(guān)鍵詞：天津地鐵一號(hào)線(xiàn)地鐵工程風(fēng)險(xiǎn)分析
Abstract:
The subway construction risk analysis, is the need of the development of the subway construction should be there. For tianjin metro speaking, risk analysis is more important. Tianjin nearly twenty years there are such a large-scale underground engineering construction, the construction technology and experience in the national level is relatively backward; And because the geological condition, the influence of various factors, to the subway construction causes a lot of difficulties. This paper first to influence the tianjin metro engineering construction of major factors are analyzed, and the causes of the formation of risk analysis and the harm caused, prevent and solve the method; Then this paper to tianjin metro construction scheme in the overall evaluation.
Keywords: tianjin metro subway engineering risk analysis
中圖分類(lèi)號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
天津地鐵一號(hào)線(xiàn)施工風(fēng)險(xiǎn)分析
天津市是我國(guó)四大直轄市之一，是華北地區(qū)海路交通樞紐和首都的門(mén)戶(hù)。根據(jù)天津市政府最近制訂的“三步走”戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，將要把天津建成中國(guó)北方重要的經(jīng)濟(jì)中心和國(guó)際化港口大都市。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然帶動(dòng)城市建設(shè)的發(fā)展，作為現(xiàn)代化城市的硬件之一――快速軌道交通設(shè)施，將成為未來(lái)幾年中天津城市交通建設(shè)的重點(diǎn)。已于2001年開(kāi)工建設(shè)的天津地鐵一號(hào)線(xiàn)工程是規(guī)劃中的六條快速軌道交通線(xiàn)之一，計(jì)劃2005年竣工。對(duì)于天津地鐵一號(hào)線(xiàn)工程在施工中可能遇到的和應(yīng)該考慮的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，將在選擇合適的施工方案避免和應(yīng)對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)方面發(fā)揮重要的作用。
第一節(jié) 施工中可能誘發(fā)的環(huán)境災(zāi)害引起的風(fēng)險(xiǎn)分析
在施工中，由于施工方法不當(dāng)、準(zhǔn)備工作倉(cāng)猝而造成的事故或?qū)ρ鼐€(xiàn)建筑物、地下管線(xiàn)的破壞，也會(huì)給地鐵工程帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)。本章就從兩方面分析其中的危害和防范措施。
一、施工過(guò)程中易發(fā)生的各種事故的影響及應(yīng)對(duì)措施
在地鐵施工中出現(xiàn)事故對(duì)工程的影響是很大的，因?yàn)槿绻捎谑┕し椒ú划?dāng)或施工質(zhì)量不合格，而造成基坑倒塌、透水、火災(zāi)等事故，不但會(huì)使工期延長(zhǎng)，還可能造成資金損失，使實(shí)際所需投資超過(guò)預(yù)算，給整個(gè)工程帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。以下舉例說(shuō)明事故的危害。
1994年9月1日上午7時(shí)許，某地某大廈靠某馬路一側(cè)約40m長(zhǎng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐破壞，地下連續(xù)墻突然倒塌，該馬路路面下陷，面積約500m2，下陷最深處達(dá)6～7m。路面下的地下管線(xiàn)，包括電力電纜、電車(chē)電纜、煤氣管道、自來(lái)水管道、雨水管道等遭受?chē)?yán)重?fù)p壞，煤氣大量外溢，大面積停氣、停電和停水；交通中斷，幸未造成人員傷亡。當(dāng)時(shí)，公安分局調(diào)派350余名干警維持秩序，消防局出動(dòng)百余名消防戰(zhàn)士用大口徑槍稀釋外溢煤氣。這是據(jù)傳媒（1994年9月l日《新民晚報(bào)》報(bào)道的）一起特大基坑事故。
據(jù)事后有關(guān)部門(mén)調(diào)查獲悉，該基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞前已有種種跡象，如：基坑局部超挖，且一挖到底，地面下沉速率達(dá)到15cm／d，坑內(nèi)有涌土現(xiàn)象，表明墻背后有流土正向坑底流動(dòng)，鋼支撐發(fā)出吱吱聲等等，但是未引起有關(guān)人員重視。最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。
為防止事態(tài)發(fā)展，當(dāng)時(shí)工地采取了靠該馬路邊灌注水泥漿、在坑內(nèi)回填黃砂萬(wàn)噸、加固支撐和立柱、盡快澆注未被破壞部位的底板混凝土等應(yīng)急措施。
以上實(shí)例說(shuō)明基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)倒塌帶來(lái)的危害，屬于施工工藝造成的事故。
二、施工過(guò)程中對(duì)沿線(xiàn)建筑物、道路和地下管線(xiàn)的影響及應(yīng)對(duì)措施
采取盾構(gòu)法或鉆爆法進(jìn)行隧道施工，連續(xù)墻護(hù)壁明挖法施工車(chē)站，打樁或鉆孔灌注樁施工等，都將不同程度的引起地面沉降、深層土體的擠壓擾動(dòng)，導(dǎo)致地面建筑物和地下構(gòu)筑物開(kāi)裂破壞、甚至倒塌。有些施工方法還產(chǎn)生大量的粉塵、泥漿、渣土，嚴(yán)重污染環(huán)境。打樁、爆破法引起震動(dòng)、噪聲、煙霧等公害，嚴(yán)重影響城市居民正常的工作和生活。在廣州地鐵的施工過(guò)程中，由日本青木株氏會(huì)社承擔(dān)施工的一區(qū)間隧道，曾引起局部地面沉陷20cm，遭到業(yè)主的罰款。
1、 市區(qū)地鐵車(chē)站的施工
地下連續(xù)墻、樁排墻施工時(shí)產(chǎn)生泥漿、噪聲、振動(dòng)；井點(diǎn)降水造成地下水位變化及地下水徑流和紊流的混亂、水質(zhì)的變化，引起土層的沉降、密實(shí)度、孔隙水壓力變化；甚至導(dǎo)致支撐的失穩(wěn)，連續(xù)墻的倒塌，大面積土體的滑移、塌陷；車(chē)站深大基坑開(kāi)挖，引起近旁道路的地下管線(xiàn)開(kāi)裂。
2、地鐵區(qū)間隧道的施工
軟土盾構(gòu)法進(jìn)（出）工作井、轉(zhuǎn)彎（糾偏）、穿越大樓樁群、淺覆土易引起流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象，鉆爆法施工山嶺隧道引起振動(dòng)、煙塵、渣土，斷層和強(qiáng)烈破碎帶引起冒頂坍落；淺埋暗挖法化學(xué)注漿時(shí)易引起土性的變化。
地鐵區(qū)間隧道和車(chē)站的施工均會(huì)對(duì)其周?chē)翆赢a(chǎn)生擾動(dòng)，從而引起一定的地層損壞，位于影響區(qū)內(nèi)的建筑物和地下管線(xiàn)必將受到不同程度的不利影響，甚至影響使用安全。其主要影響為：淺地表以下土層豎向和水平向的位移與變形以及地面沉降。地表移動(dòng)和變形對(duì)地面與地下建筑物的影響亦不近相同，在建筑物和地下管線(xiàn)中產(chǎn)生大小不等的附加應(yīng)力與變形，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致建筑物和管線(xiàn)的破壞。
通過(guò)分析施工時(shí)可能對(duì)建筑物造成損害的主要因素，包括兩方面。一是建筑物自身因素，即建筑物自身結(jié)構(gòu)形式及損壞程度對(duì)外部破壞作用具有不同的要求。二是外部因素，包括：（1）隧道開(kāi)挖及支護(hù)方案不當(dāng)，致使地表發(fā)生沉降或隆起變形。（2）豎井開(kāi)挖不當(dāng)，會(huì)在一定程度上造成地下巖層發(fā)生側(cè)向移動(dòng)。（3）爆破震動(dòng)的破壞作用。（4）公紀(jì)區(qū)間地下水含量豐富，地下水流失會(huì)造成建筑物的損壞。
因此，在施工中，制定了一系列的施工保護(hù)方案，來(lái)控制地表沉降、巖體側(cè)向位移、爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響、對(duì)地表建筑物的擾動(dòng)以及對(duì)地下水的處理。
對(duì)于地表沉降的控制，在施工中遵循“重勘測(cè)、防治水、預(yù)加固、強(qiáng)支護(hù)、分部挖、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)、快封閉、勤量測(cè)、速反饋、控沉陷”的原則。根據(jù)不同地質(zhì)、斷面尺寸等實(shí)際情況，選擇不同的施工方法及輔助工法，以滿(mǎn)足對(duì)地表沉降的控制要求。三線(xiàn)大跨度隧道，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑分步開(kāi)挖，先墻后拱法施工，拱部采用注漿大管棚超前支護(hù)；喇叭口、雙線(xiàn)隧道分別采用中隔壁（CD或CRD）法及雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)；單線(xiàn)隧道采取短臺(tái)階法施工，全風(fēng)化砂巖及土層人工開(kāi)挖，人工開(kāi)挖不了的圍巖，采用微差松動(dòng)爆破人工找面，同時(shí)，初期支護(hù)緊跟開(kāi)挖，及早封閉成環(huán)，確保圍巖穩(wěn)定，有效控制地表沉降。同時(shí)，為確保地表沉降控制在規(guī)定范圍內(nèi)，以保證地表建筑物的安全，還需對(duì)圍巖變形進(jìn)行模擬計(jì)算。計(jì)算采用彈塑性非線(xiàn)性有限元法進(jìn)行（計(jì)算過(guò)程略），并采用ANSYSV5.5版有限元分析軟件對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，最大位移滿(mǎn)足要求。
對(duì)于巖體側(cè)向位移的控制，通過(guò)采用合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)和確定合理的豎井開(kāi)挖順序以控制位移。1＃、2＃豎井采用格柵鋼架?chē)婂^支護(hù)，3＃豎井采用人工挖孔咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土內(nèi)支撐。此兩種結(jié)構(gòu)均為整體結(jié)構(gòu)，可有效的防止建筑物地基巖體發(fā)生側(cè)向位移而破壞建筑物的地基結(jié)構(gòu)，并可在一定程度上起到防止地下水過(guò)度流失的作用。在確定豎井開(kāi)挖順序上，以2＃豎井為例，將豎井分成三個(gè)作業(yè)區(qū)，首先平行開(kāi)挖兩側(cè)井區(qū)，而后開(kāi)挖中間井區(qū)，開(kāi)挖落差控制在1.5m~2.0m。每一作業(yè)層首先挖取豎井核心土，進(jìn)尺為1.0m，邊墻預(yù)留1.0m~1.5m。待核心土挖取完成后，邊墻巖體進(jìn)行跳躍式開(kāi)挖，開(kāi)挖長(zhǎng)度以格柵鋼架長(zhǎng)度為準(zhǔn)，井壁支護(hù)完成后再開(kāi)挖相臨邊墻巖體，在每層井壁支護(hù)及中隔墻施工完成后，再進(jìn)行下一循環(huán)的施工。
對(duì)隧道及地下工程引起環(huán)境危害的保護(hù)方法分為：積極保護(hù)法和工程保護(hù)法。積極保護(hù)法是在施工之前，根據(jù)不同的環(huán)境做好施工方案的比較，使得施工對(duì)周?chē)h(huán)境的干擾最??；工程保護(hù)法是在施工過(guò)程中，根據(jù)對(duì)地面沉降和土層擾動(dòng)的預(yù)測(cè)，采取不同的方法。盾構(gòu)和沉管施工應(yīng)盡量避開(kāi)建筑群，以免刀盤(pán)切割建筑物的鋼筋混凝土樁體；地下管線(xiàn)在土體中，隨著施工擾動(dòng)而變形。建筑物的工程保護(hù)方法有：地基拖換、主體加固、隔水墻、保護(hù)墻、土壤加固等，以減少建筑物的沉降。對(duì)地下公用設(shè)施管線(xiàn)的保護(hù)主要有：跟蹤注漿地基加固或開(kāi)挖暴露并懸吊保護(hù)等方法。
第二節(jié) 對(duì)天津地鐵一號(hào)線(xiàn)施工方案的整體評(píng)價(jià)
天津地鐵一號(hào)線(xiàn)公程是天津市的重點(diǎn)工程，由市政府投資興建，鐵道第三勘測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。施工方案是經(jīng)過(guò)反復(fù)論證和在大量實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上制訂，方案充分考慮了各種風(fēng)險(xiǎn)因素，提出多種施工方案進(jìn)行比較，最后根據(jù)實(shí)際情況和現(xiàn)有機(jī)具與技術(shù)力量確定施工方法，并準(zhǔn)備了充分的防范應(yīng)對(duì)措施。但也存在一些問(wèn)題，如很多車(chē)站和區(qū)間隧道的施工方法選擇明挖法，這在交通繁忙的天津市區(qū)必然會(huì)造成交通阻塞和市民出行不便，大量的土方施工會(huì)帶來(lái)很多的塵土，加上天津多風(fēng)的氣候特點(diǎn)，結(jié)果是引起大氣質(zhì)量的下降給市民身體造成危害。再有由于天津多年來(lái)沒(méi)有修建地鐵，建筑單位缺乏這方面的經(jīng)驗(yàn)，可以借鑒的資料也不多。這樣在應(yīng)對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)時(shí)就會(huì)增加難度。所以，在既有施工方案的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮到種種可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，并做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。
結(jié) 束 語(yǔ)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口數(shù)量的增長(zhǎng)，城市地面空間正在縮小，交通擁擠的問(wèn)題越來(lái)越突出。城市地下交通資源亟待開(kāi)發(fā)，地鐵以其快速、環(huán)保、安全的優(yōu)點(diǎn)，正在成為現(xiàn)代化城市優(yōu)先發(fā)展的交通工具。但由于地鐵工程在施工中受多種條件影響，存在很多的風(fēng)險(xiǎn)因素。所以對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析就顯得十分重要，所謂“知己知彼，百戰(zhàn)百勝”。
我們現(xiàn)在所分析的各種風(fēng)險(xiǎn)，有的是因?yàn)樽匀粭l件的影響，也有很多是由于現(xiàn)在的施工技術(shù)還不成熟，施工機(jī)具還不夠先進(jìn)，施工人員素質(zhì)不高而導(dǎo)致得人為因素影響。隨著技術(shù)水平的提高和新技術(shù)、新機(jī)械的發(fā)明，地鐵施工中的各種風(fēng)險(xiǎn)必將被一一克服。
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那時(shí)知道臺(tái)糖火車(chē)的車(chē)廂比臺(tái)鐵的小,鐵軌也較窄。聽(tīng)人說(shuō)臺(tái)糖火車(chē)叫做“五分車(chē)”,不明白是什么意思。1970年到臺(tái)北讀大學(xué),那時(shí)以坐平快車(chē)為主,知道臺(tái)灣的縱貫鐵路是日據(jù)時(shí)期修造的,聽(tīng)人家說(shuō)這叫做“七分車(chē)”,也不明白是什么意思。后來(lái)看電影《東方快車(chē)謀殺案》,看到洋人的火車(chē)竟然有包廂,廂外有通道,覺(jué)得洋火車(chē)比臺(tái)灣的火車(chē)寬敞。1979年到巴黎第一次坐有包廂的火車(chē),感覺(jué)臺(tái)灣的火車(chē)還真窄。1992~1993年在美國(guó),更確定臺(tái)灣的軌寬有點(diǎn)奇怪。
很慚愧,我一直沒(méi)去弄清楚五分車(chē)、七分車(chē)、歐洲車(chē)、美國(guó)鐵軌的寬度有什么差別,為什么會(huì)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(gè)事情弄清楚。
復(fù)雜的軌寬
1995年夏,我在慕尼黑大學(xué)三個(gè)月,在經(jīng)濟(jì)史研討會(huì)上認(rèn)識(shí)Puffert,是個(gè)溫文儒雅的年輕學(xué)者,他在斯坦福大學(xué)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(jì)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(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)軌是143.5厘米,現(xiàn)在歐洲大部分國(guó)家都使用標(biāo)準(zhǔn)軌,例外的國(guó)家有:愛(ài)爾蘭與北愛(ài)爾蘭(160厘米)、西班牙(167.4厘米,正在改為標(biāo)準(zhǔn)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(guó)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(shí)期修筑的臺(tái)灣軌寬也是106.7厘米,這是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)軌(143.5厘米)的74%,稱(chēng)為“七分車(chē)”。臺(tái)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(jiǎn)稱(chēng)“五分車(chē)”。日本在1960年代修建新干線(xiàn)(高速鐵路)時(shí),采用143.5厘米的國(guó)際寬軌,提高行駛的穩(wěn)定性。臺(tái)灣高鐵、臺(tái)北和高雄的捷運(yùn),都采用143.5厘米的標(biāo)準(zhǔn)軌。清朝末年中國(guó)的鐵道,由英國(guó)和比利時(shí)承建,采用143.5厘米標(biāo)準(zhǔn)軌。
有人說(shuō),1937年制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)軌143.5厘米是英國(guó)提出的,這個(gè)說(shuō)法不夠準(zhǔn)確,待會(huì)兒會(huì)詳細(xì)解釋。最讓人感興趣的是,為什么143.5厘米的軌寬,會(huì)在諸多規(guī)格的激烈競(jìng)爭(zhēng)下脫穎而出?
1835~1890年間,北美(美國(guó)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(huì)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(shí),鐵路工程師的技術(shù)來(lái)源與傳承不一,有些采用英國(guó)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(jìn)入。其三是各地區(qū)的地形地勢(shì)不一,對(duì)軌道的需求自然不同。
為什么后來(lái)會(huì)統(tǒng)一使用145.3厘米,1937年之后這個(gè)尺度成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)軌寬呢?這就是本文的要點(diǎn):說(shuō)不出合乎邏輯的道理,這是政治與經(jīng)濟(jì)交互角力后,一步步發(fā)展的結(jié)果,這正是典型的path dependence問(wèn)題(依發(fā)展途徑而異、受到隨機(jī)性的因素干擾)。市場(chǎng)機(jī)能、競(jìng)爭(zhēng)、效率、最適合這類(lèi)的觀(guān)念,在這個(gè)議題上無(wú)法發(fā)揮功能,因而稱(chēng)為“市場(chǎng)失靈”。
143.5厘米的起源與變遷
美國(guó)最早的鐵道,是承襲英國(guó)的142.2厘米規(guī)格,這是18世紀(jì)末,在英國(guó)礦區(qū)發(fā)展的原初型鐵路,在紐卡斯?fàn)柕貐^(qū)最通行。
有位叫史蒂文生的工程師,在斯托克頓和達(dá)靈頓之間建造了一條運(yùn)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(diǎn)是用蒸汽機(jī)來(lái)推動(dòng)火車(chē)頭。這是第一條靠蒸汽機(jī)推動(dòng)的鐵路,也是第一條完全依靠運(yùn)載乘客與貨運(yùn)的鐵路,更是第一條與礦冶完全無(wú)關(guān)的鐵路,在鐵道史上有顯著的開(kāi)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)軌的規(guī)格。
1826年,史蒂文生在競(jìng)爭(zhēng)L&M鐵路時(shí),他的對(duì)手刻意提出167.6厘米的寬軌(加大24.1厘米),但沒(méi)被采用。史蒂文生的兒子羅伯特,后來(lái)在國(guó)會(huì)的委員會(huì)上說(shuō):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(lái)的。斯邁爾斯是史蒂文生的朋友與早期傳記的作者,他說(shuō)143.5厘米的軌寬,“沒(méi)有任何科學(xué)理論上的依據(jù),純粹是因?yàn)橐呀?jīng)有人在用了。”
美國(guó)早期的鐵路建造者,參觀(guān)L&M與其他地區(qū)的鐵道,認(rèn)為L(zhǎng)&M的規(guī)格較適合,就把整套工程技術(shù)搬回美國(guó)。另有一批工程師,1829年參觀(guān)英國(guó)鐵路,回國(guó)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(chē)“接軌”。
但有幾批工程師卻另有盤(pán)算,有些認(rèn)為152.4厘米較易使用,有些人用144.8厘米,有人堅(jiān)持147.3厘米也不錯(cuò)。簡(jiǎn)言之,在最復(fù)雜的時(shí)候,美國(guó)鐵路有過(guò)9種軌寬并存。
現(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)看鐵道的發(fā)源國(guó)英國(guó),他們?cè)诮ㄖ礼reat Western Railways(GWR)時(shí),把軌寬擴(kuò)大為213.4厘米,幾條較短的路線(xiàn),用其它規(guī)格。有些美國(guó)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(ài)力(Erie)之間的鐵路,建為182.9厘米,希望能達(dá)到三個(gè)目的:最高速、最舒適、最低成本。
但事與愿違,有些人認(rèn)為167.6厘米就夠了。幾經(jīng)實(shí)驗(yàn),19世紀(jì)中葉的美國(guó)鐵道工程師,在考慮火車(chē)頭的拉牽力之后,覺(jué)得還是以152.4～167.6厘米之間較合適。加拿大的鐵路學(xué)者也有同感,而這正是英國(guó)當(dāng)時(shí)采用的軌寬。
1860年之后,又有人感覺(jué)寬軌太耗動(dòng)能,對(duì)蒸汽機(jī)的負(fù)擔(dān)過(guò)重,認(rèn)為還是老規(guī)格較合適。在地勢(shì)變化較大的地區(qū),其實(shí)106.7厘米更合用,因?yàn)檩^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(fèi)用便宜三分之一(枕木、石塊、人工、管理都較省)。
建造鐵路時(shí),美國(guó)政府只負(fù)責(zé)土地與公共事務(wù),對(duì)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(gè)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(wèn)題,沒(méi)有多大選擇空間。在這種機(jī)制下,美國(guó)的鐵道系統(tǒng)就出現(xiàn)一項(xiàng)特質(zhì):地區(qū)性的軌寬整合度很高,但全國(guó)性的相似度很低。
簡(jiǎn)言之,美國(guó)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(yàn)影響:或是向英國(guó)某個(gè)地區(qū)學(xué)來(lái)的,或是依所購(gòu)買(mǎi)的火車(chē)頭帶動(dòng)力,來(lái)決定軌寬。為什么143.5厘米最后會(huì)成為主流?因?yàn)椴捎谜咦疃?滾雪球效應(yīng)最大。
偶然與必然
換個(gè)角度來(lái)問(wèn):政府為何不出面協(xié)調(diào)呢?
其實(shí)很簡(jiǎn)單,南北戰(zhàn)爭(zhēng)之前,有誰(shuí)能預(yù)期日后會(huì)建造出全國(guó)性的鐵路網(wǎng)呢?那時(shí)投資鐵路的人,只想運(yùn)載貨物和非乘客的人員,從河運(yùn)搶些生意做,占據(jù)某個(gè)地區(qū)的地盤(pán)。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?jǐn)_地盤(pán)。加拿大也不希望美國(guó)的火車(chē)駛?cè)?鐵道的規(guī)格因而形成割據(jù)。現(xiàn)在美加兩國(guó)的鐵路、電話(huà)號(hào)碼、電壓、影印紙規(guī)格都已統(tǒng)一化,那是很后來(lái)的事了。
其實(shí)加拿大的國(guó)會(huì),很早就知道軌寬標(biāo)準(zhǔn)化的重要性。美國(guó)國(guó)會(huì)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(shuō)國(guó)會(huì)采用最老式的英國(guó)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(gè)“國(guó)家窄軌聯(lián)盟”:之后全國(guó)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(guó)性相似度低”的結(jié)構(gòu)下,美國(guó)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?yàn)樗刑厥獾膬?yōu)越性嗎?
其實(shí)在1860年代時(shí),誰(shuí)也不知道143.5厘米會(huì)成為日后的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)時(shí)存在9種規(guī)格,工程師并無(wú)明顯的偏好。為何會(huì)有統(tǒng)一化的認(rèn)知呢?主要是各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展后,運(yùn)輸量大幅增加,東西兩岸的產(chǎn)品與人員相互運(yùn)送,無(wú)法透過(guò)較受地域性限制的水運(yùn)。當(dāng)時(shí)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(chǎng)占有率愈來(lái)愈高。各地區(qū)的鐵路公司,在利益的考慮下愈來(lái)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(dòng)鐵道標(biāo)準(zhǔn)化的重要因素。
大家會(huì)問(wèn):把原來(lái)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?jiǎn)?是的,費(fèi)用看起來(lái)是不小,但相對(duì)于鐵道的總價(jià)值,百分比并不高。主要的花費(fèi)是整修路基,尤其是在擴(kuò)寬軌道時(shí),如果只是把軌道稍微拉寬或縮小,這屬于“移軌”的問(wèn)題,成本并不高。較貴的部份,是更換為143.5厘米的車(chē)廂和火車(chē)頭(機(jī)頭)。
1871年時(shí),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(jià)值5060美金的新車(chē)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(duì)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(chē)體,來(lái)相互通車(chē)。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(jià)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)格,1937年成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),沿用到今日。
美國(guó)軌寬的故事告訴我們:市場(chǎng)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(chē)頭牽動(dòng)能力而言,并不是最具能源效率的規(guī)格;但這已是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),改動(dòng)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(shì)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(jiàn)。聽(tīng)說(shuō)1英尺的定義,就是某位國(guó)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(jì)學(xué)中有個(gè)名詞稱(chēng)為“路徑依賴(lài)”,它類(lèi)似于物理學(xué)中的“慣性”,一旦選擇進(jìn)入某一路徑(無(wú)論是好的、還是壞的),就可能對(duì)這種路徑產(chǎn)生依賴(lài)。這個(gè)美國(guó)鐵軌的故事,也許有助于我們理解這一概念,并且加深對(duì)其后果的印象。
美國(guó)鐵路兩條鐵軌之間的標(biāo)準(zhǔn)距離,是4.85英尺。這是一個(gè)很奇怪的標(biāo)準(zhǔn),究竟從何而來(lái)的?原來(lái)這是英國(guó)的鐵路標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)槊绹?guó)的鐵路,最早是由英國(guó)人設(shè)計(jì)建造的。
那么,為什么英國(guó)人用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)呢?原來(lái)英國(guó)的鐵路,是由建電車(chē)軌道的人設(shè)計(jì)的,而這個(gè)4.85英尺,正是電車(chē)所用的標(biāo)準(zhǔn)。
電車(chē)軌標(biāo)準(zhǔn)又是從哪里來(lái)的呢?原來(lái)最先造電車(chē)的人,以前是造馬車(chē)的。而他們是用馬車(chē)的輪寬做標(biāo)準(zhǔn)。
好了,那么,馬車(chē)為什么要用這個(gè)輪距標(biāo)準(zhǔn)呢?因?yàn)槟菚r(shí)候的馬車(chē),如果用任何其它輪距的話(huà),馬車(chē)的輪子很快就會(huì)在英國(guó)的老路上撞壞。為什么?因?yàn)檫@些路上的轍跡寬度,為4.85英尺。這些轍跡又是從何而來(lái)呢?答案是古羅馬人定的,4.85英尺正是羅馬戰(zhàn)車(chē)的寬度。如果任何人用不同的輪寬,在這些路上行車(chē)的話(huà),輪子的壽命都不會(huì)長(zhǎng)。
我們?cè)賳?wèn):羅馬人為什么用4.85英尺,作為戰(zhàn)車(chē)的輪距寬度呢?原因很簡(jiǎn)單,這是兩匹拉戰(zhàn)車(chē)的馬的屁股寬度。故事到此應(yīng)該完結(jié)了,但事實(shí)上還沒(méi)有完。
地鐵工程施工測(cè)量的施測(cè)環(huán)境和條件復(fù)雜，要求的施測(cè)精度又相當(dāng)高，必須精心施測(cè)和進(jìn)行成果整理，工程測(cè)量成果必須符合相關(guān)規(guī)范的要求。論文參考網(wǎng)。
地鐵工程測(cè)量的測(cè)量特點(diǎn)
（1）車(chē)站包括主體結(jié)構(gòu)、出入口和風(fēng)道。采用明挖及蓋挖順作法施工方法，施工工藝復(fù)雜，工序轉(zhuǎn)換快，地下施測(cè)條件差，測(cè)量工作量大。
（2）地面導(dǎo)線(xiàn)控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)由地面?zhèn)鬟f到地下，必須保證精度，且要布設(shè)形成檢測(cè)條件并經(jīng)常復(fù)測(cè)控制點(diǎn)。
（3）對(duì)于車(chē)站主體結(jié)構(gòu)，凈寬尺寸在建筑限界之外，還應(yīng)考慮如下的加寬量：50mm綜合施工誤差＋H/150鉆孔灌注樁施工誤差及水平位移。論文參考網(wǎng)。
（4）區(qū)間暗挖先通過(guò)豎井，再通過(guò)橫通道分別進(jìn)入左、右線(xiàn)隧道，并且曲線(xiàn)半徑較小，造成了后視距離短、轉(zhuǎn)角多，給正洞內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)延伸帶來(lái)一定難度。
平面控制測(cè)量
根據(jù)地鐵工程特點(diǎn)，利用建設(shè)管理方提供的測(cè)量控制點(diǎn)，在場(chǎng)區(qū)內(nèi)按精密導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)布設(shè)。
精密導(dǎo)線(xiàn)技術(shù)精度要求：導(dǎo)線(xiàn)全長(zhǎng)3～5km，平均邊長(zhǎng)為350m，測(cè)角中誤差≤±2.5″，最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差≤±15mm，相鄰點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差≤±8mm，方位角閉合差≤±5（n為導(dǎo)線(xiàn)的角度個(gè)數(shù)）,導(dǎo)線(xiàn)全長(zhǎng)相對(duì)閉合差≤1/35000；導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)位可充分利用城市已埋設(shè)的永久標(biāo)志，或按城市導(dǎo)線(xiàn)標(biāo)志埋設(shè)。位于車(chē)站地區(qū)的導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)必須選在基坑開(kāi)挖影響范圍之外，穩(wěn)定可靠，而且應(yīng)能與附近的GPS點(diǎn)通視。
車(chē)站平面控制測(cè)量
利用測(cè)設(shè)好的平面控制網(wǎng)，以車(chē)站的兩個(gè)軸線(xiàn)方向?yàn)榛€(xiàn)方向，直接把軸線(xiàn)控制點(diǎn)測(cè)設(shè)于車(chē)站基坑邊，經(jīng)檢查復(fù)核無(wú)誤后，設(shè)立護(hù)樁，利用軸線(xiàn)控制點(diǎn)通過(guò)全站儀把車(chē)站軸線(xiàn)直接投測(cè)到基坑內(nèi)，并對(duì)車(chē)站結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行施工放線(xiàn)。若受場(chǎng)地影響，為保證測(cè)量精度，也可按以下分步方法進(jìn)行測(cè)設(shè)。
區(qū)間暗挖隧道平面控制測(cè)量
施工豎井平面尺寸較小，井深多在20米左右，擬采用豎井聯(lián)系三角形測(cè)量,即通過(guò)豎井懸掛兩根鋼絲，由近井點(diǎn)測(cè)定與鋼絲的距離和角度，從而算得鋼絲的坐標(biāo)以及它們的方位角，然后在井下認(rèn)為鋼絲的坐標(biāo)和方位角已知，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算便可得出地下導(dǎo)線(xiàn)的坐標(biāo)和方位角，這樣就把地上和地下聯(lián)系起來(lái)了。
施工放樣測(cè)量
施工中的測(cè)量控制采用極坐標(biāo)法進(jìn)行施測(cè)。為了加強(qiáng)放樣點(diǎn)的檢核條件，可用另外兩個(gè)已知導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)作起算數(shù)據(jù)，用同樣方法來(lái)檢測(cè)放樣點(diǎn)正確與否，或利用全站儀的坐標(biāo)實(shí)測(cè)功能，用另兩個(gè)已知導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)來(lái)實(shí)測(cè)放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，放樣點(diǎn)理論坐標(biāo)與檢測(cè)后的實(shí)測(cè)坐標(biāo)X、Y值相差均在±3mm以?xún)?nèi)，可用這些放樣點(diǎn)指導(dǎo)隧道施工。也可用放線(xiàn)兩個(gè)點(diǎn)，用尺子量測(cè)兩點(diǎn)的距離進(jìn)行復(fù)核，距離相差在±2mm以?xún)?nèi)，可用這些點(diǎn)指導(dǎo)隧道施工。
暗挖區(qū)間隧道施工放樣主要是控制線(xiàn)路設(shè)計(jì)中線(xiàn)、里程、高程和同步線(xiàn)。隧道開(kāi)挖時(shí)，在隧道中線(xiàn)上安置激光指向儀，調(diào)節(jié)后的激光代表線(xiàn)路中線(xiàn)或隧道中線(xiàn)的切線(xiàn)或弦線(xiàn)的方向及線(xiàn)路縱斷面的坡度。每個(gè)洞的上部開(kāi)挖可用激光指向儀控制標(biāo)高，下部開(kāi)挖采用放起拱線(xiàn)標(biāo)高來(lái)控制。施工期間要經(jīng)常檢測(cè)激光指向儀的中線(xiàn)和坡度，采用往返或變動(dòng)兩次儀器高法進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。在隧道初支過(guò)程中，架設(shè)鋼格柵時(shí)要嚴(yán)格的控制中線(xiàn)、垂直度和同步線(xiàn)，其中格柵中線(xiàn)和同步線(xiàn)的測(cè)量允許誤差為±20mm，格柵垂直度允許誤差為3°。
高程控制測(cè)量
（1）車(chē)站高程控制測(cè)量
對(duì)于車(chē)站施工時(shí)的高程測(cè)量控制，利用復(fù)核或增設(shè)的水準(zhǔn)基點(diǎn)，按精密水準(zhǔn)測(cè)量要求把高程引測(cè)到基坑內(nèi)，并在基坑內(nèi)設(shè)置水準(zhǔn)基點(diǎn)，且不能少于兩個(gè)，通過(guò)基坑內(nèi)和地面上的水準(zhǔn)基點(diǎn)對(duì)車(chē)站施工進(jìn)行高程測(cè)量控制。
（2）區(qū)間隧道高程控制測(cè)量
區(qū)間隧道高程測(cè)量控制，通過(guò)豎井采用長(zhǎng)鋼卷尺導(dǎo)入法把高程傳遞至井下，向地下傳遞高程的次數(shù)，與坐標(biāo)傳遞同步進(jìn)行。論文參考網(wǎng)。先作趨近水準(zhǔn)測(cè)量，再作豎井高程傳遞。
地下控制網(wǎng)平差和中線(xiàn)調(diào)整
隧道貫通后，地下導(dǎo)線(xiàn)則由支導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)與另一端基線(xiàn)邊聯(lián)測(cè)變成了附合導(dǎo)線(xiàn)，支線(xiàn)水準(zhǔn)也變成了附合水準(zhǔn)，當(dāng)閉合差不超過(guò)限差規(guī)定時(shí)，進(jìn)行平差計(jì)算。
按導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)平差后的坐標(biāo)值調(diào)整線(xiàn)路中線(xiàn)點(diǎn)，改點(diǎn)后再進(jìn)行中線(xiàn)點(diǎn)的檢測(cè)，直線(xiàn)夾角不符值≤±6″，曲線(xiàn)上折角互差≤±7″，高程亦要使用平差后的成果。
隧道貫通后導(dǎo)線(xiàn)平差的新成果將作為凈空測(cè)量、調(diào)整中線(xiàn)、測(cè)設(shè)鋪軌基標(biāo)及進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的起始數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)：《城市測(cè)量規(guī)范》CJJ8
《地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范》GB50308
《工程測(cè)量規(guī)范》GB50026
《工程測(cè)量》 邵自修 冶金工業(yè)出版社 1997
《工程測(cè)量》 揚(yáng)松林 中國(guó)鐵道出版社 2002
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.219
1 無(wú)砟軌道的產(chǎn)生與發(fā)展
由于有砟軌道所采用的道砟在列車(chē)荷載作用下磨損、搓動(dòng)，會(huì)引起結(jié)構(gòu)較大的變形，因而結(jié)構(gòu)的耐久性較差，維修工作量大，維護(hù)費(fèi)用大。此外道床上的道砟飛濺，同時(shí)也增加了運(yùn)行安全隱患。故而，無(wú)砟軌道應(yīng)育而生。由于其采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎(chǔ)取代散粒碎石道床的軌道結(jié)構(gòu)，因而可以有效避免上述有砟軌道的所存在的問(wèn)題。我國(guó)無(wú)砟軌道的相關(guān)研究幾乎與國(guó)際同時(shí)起步。上世紀(jì)末正式進(jìn)入高速發(fā)展階段。通過(guò)，借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，同時(shí)結(jié)合中國(guó)自身政治、經(jīng)濟(jì)、文化及地理特點(diǎn)，先后研發(fā)了一系列無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，其中CRTS系類(lèi)實(shí)際應(yīng)用最為廣泛。
2 板式無(wú)砟軌道與雙塊式的區(qū)別
CRTS系列無(wú)砟軌道主要分為板式和雙塊式來(lái)大類(lèi)，可以從預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)施工兩方面來(lái)區(qū)別：
雙塊式無(wú)砟軌道在預(yù)制廠(chǎng)內(nèi)預(yù)制的是雙塊式軌枕，其特點(diǎn)是：軌枕通過(guò)鋼筋桁架將混凝土塊連接在一起?，F(xiàn)場(chǎng)利用軌排或螺桿調(diào)節(jié)器等作為輔助工具將雙塊式軌枕調(diào)整到符合要求的平面位置，最后澆筑混凝土將軌枕連成整體即完成雙塊式軌枕的施工。
板式無(wú)砟軌道在預(yù)制廠(chǎng)內(nèi)預(yù)制的是軌道板，其特點(diǎn)是：軌道板內(nèi)布滿(mǎn)了多種規(guī)格鋼筋，一般相當(dāng)于十根軌枕已經(jīng)通過(guò)混凝土連接到了一起?，F(xiàn)場(chǎng)利用精調(diào)設(shè)備將軌道板調(diào)整到符合要求的平面位置，最后向軌道板下方灌注CA砂漿即完成板式無(wú)砟軌道的施工。
3 CRTS系列無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
3.1 板式
CRTS系列板式無(wú)砟軌道主要有三種，分別稱(chēng)為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。
Ⅰ型板節(jié)省建筑材料，自重小且易控制造價(jià)較低，且施工簡(jiǎn)單，此外其軌道板底部的彈性橡膠墊層可以提供很好的減震效果。
Ⅱ型板添加了軌道板之間通過(guò)縱向精軋螺紋鋼筋連接，使得板端不易變形，行車(chē)舒適度得到了提高，此外軌道板由數(shù)控機(jī)床打磨以確保幾何尺寸符合要求，對(duì)應(yīng)位置只能安設(shè)對(duì)應(yīng)軌道板，精度得到了提高。
Ⅲ型板在設(shè)計(jì)之初就考慮了寒冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)，此外在施工中采用了自密實(shí)混凝土代替砂漿起支撐和調(diào)整的作用，能夠部分程度消除施工誤差。此外通過(guò)門(mén)型鋼筋使自密實(shí)混凝土層與軌道相板連接成為整體通過(guò)門(mén)型鋼筋使自密實(shí)混凝土層與軌道相板連接成為整體，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性，而且設(shè)置了上下隔離層，有利于特殊情況下的養(yǎng)護(hù)維修。
3.2 雙塊式
適用性高，經(jīng)濟(jì)效益好，施工和管理難度大，但是工人工作效率低。因而也存在一定的局限性。
參考文獻(xiàn)：
[1]史青翠.CRTS I 型單元雙塊式軌道結(jié)構(gòu)研究[D].西南交通大學(xué)碩士論文，2011（05）.
