单线电气化铁路动车（共7篇）
单线电气化铁路动车 篇1
单线铁路列车运行调整计算机辅助决策系统研究
列车运行调整计算机辅助决策系统,是铁路行车调度指挥自动化系统的关键环节.本文构造了单线铁路列车运行调整的.混合0-1线性优化模型,该模型较好地体现了列车运行计划调整、机车交路调整和车站到发线利用的协调与配合.鉴于列车运行计划调整为NPC问题,结合问题的实际背景,提出了一种有效的大系统分解算法--动态区域局部优化算法.该算法应用分枝定界法实现局部问题的优化.讨论了同向列车越行优化问题,并给出了同向列车越行最优性条件.对机车交路调整与车站到发线利用分别提出了复杂性为O(n)和O(pn)多项式算法.
作 者：赵强 严余松 作者单位：赵强(成都铁路局,运输处,四川,成都,610082)严余松(西南交通大学,交通运输学院,四川,成都,610031)
刊 名：铁道学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF THE CHINA RAILWAY SOCIETY 年，卷(期)： 22(4) 分类号：U292.42 关键词：列车运行调整 阶段计划 模型 局部优化 计算机辅助决策 到发线 机车交路单线电气化铁路动车 篇2
1.1 主桥概况
清石河特大桥位于宁夏原州区干沟, 该沟为低山区下切式黄土冲沟, 桥址处沟槽较深约81m且较顺直, 沟底比降约为1.2%。岸坎为黄土岸坎, 岸坎很陡。初步设计主跨采用 (64+112+64) m预应力混凝土连续梁桥, 其余为32m预应力简支梁桥。
1.2 桥址区自然概况
干沟两岸植被一般, 沟床内泥岩出露, 沟内有很少量的流水;小里程侧岸坎较陡, 但坡面较整齐, 沟顶为台阶式耕地;大里程侧岸坎较陡且破碎, 坡面为错落体, 岸坎顶为耕地, 耕地边缘处具有大量黄土陷坑, 且基本串联。根据国家质量技术监督局颁发的《中国地震动参数区划图》 (GB19306-2001) 的划分及《铁路工程抗震设计规范》 (GB50111-2006) 的相关规定, 结合沿线工程地质条件及工程设置情况, 桥址区地震动峰值加速度0.20g (相当于地震基本烈度八度) , 地震动反应特征周期0.40s。
该地区深居西北内陆高原, 平均海拔在1000m以上, 所以基本没有酷暑;1月平均气温在零下8℃以下, 极端低温在零下22℃以下。该地区气候的最显著特征是:气温温差大, 大部分地区昼夜温差一般可达12~15℃。
1.3 主要技术标准
(1) 地方铁路Ⅰ级;
(2) 正线数目:单线;
(3) 设计行车速度:80km/h;
(4) 设计活载:中—活载;
(5) 设计洪水频率:1/100。
2 主桥结构
主桥为现浇预应力混凝土连续箱梁, 孔跨采用 (64+112+64) m, 采用悬臂施工。主桥为单线桥, 位于直线上。梁体构造均按直线设置, 箱梁梁段分界线。横隔墙及梁端线均按直线径向布置。梁体为单箱单室变高度直腹板箱形截面梁顶面设有2%的“人”字坡, 以利于桥面排水, 人行道侧为平坡, 主墩墩顶处梁高为8.8m, 梁底曲线为二次抛物线。腹板厚度由箱梁梁体根部80cm渐变至跨中与过渡支点附近梁段50cm;底板在箱梁根部厚100cm, 渐变至跨中及边跨直线段厚50cm;顶板厚40cm。箱梁在支点处设有横隔墙, 中支点横隔墙厚3.0m, 边支点横隔墙厚1.5m, 箱梁的跨中处也设一道1.0m厚的横隔墙, 横隔墙处均设过人洞。除1号桥墩, 其余均采用单线圆端型实体墩, 1号桥墩采用单线圆端形空心墩。故采用了不同的桩基形式。0号台、3号墩采用150cm钻孔灌注摩擦桩基础;1号台、2号墩采用200cm钻孔灌注摩擦桩基础。其余墩台采用125cm钻孔灌注摩擦桩基础 (见图1) 。
3 设计研究比较
桥梁结构不仅要满足强度的要求, 更重要的是要满足刚度要求, 以此来满足机车车辆运行的安全性、平稳性、旅客乘坐舒适性要求, 本次设计共提出了两种方案:
方案1:梁顶宽9m, 单侧悬臂长1.5m, 箱梁底宽为6m。腹板厚度由箱梁梁体根部80cm渐变至跨中与过渡支点附近梁段50cm;底板在箱梁根部厚100cm, 渐变至跨中及边跨直线段厚50cm;顶板厚40cm。
方案2:梁顶宽7.5m, 单侧悬臂长0.95m, 箱梁底宽为5.6m。腹板厚度由箱梁梁体根部80cm渐变至跨中与过渡支点附近梁段50cm;底板在箱梁根部厚100cm, 渐变至跨中及边跨直线段厚50cm;顶板厚40cm。
对方案1和方案2进行了技术经济比较, 全桥主要工程数量比较 (见表1) 。
3.1 静力计算结果比较
为对清石河特大桥的两种设计方案进行力学性能分析对比, 对该桥进行了施工阶段分析以及成桥运营阶段分析, 在成桥运营阶段分别考虑了两种工况:
工况1:自重及收缩徐变+支座强迫位移+中—活载+列车摇摆力;
工况2:自重及收缩徐变+支座强迫位移+中—活载+列车摇摆力+非均匀温度变化。
采用国际通用的有限元程序Midas/Civil建立全桥有限元模型, 用梁单元模拟主桥, 各梁段离散为梁单元。按照箱梁截面的变化情况, 全桥共划分为73个梁单元, 74个节点。每个0#段划分为4个单元, 每个悬臂浇筑梁段划分为等长度的1个单元, 合拢段均作为1个单元, 边跨直线段划分为5个单元。 (见图2) 。
根据以上两种计算工况, 计算出来该桥的静态力学性能, 限于篇幅, 文中仅给出了成桥阶段累积位移对比图以及工况1作用下的应力对比图。
从图3可以看出, 方案1和方案2的成桥累积位移变化趋势基本一致, 方案1的位移最大值发生在中跨跨中, 最大值为28.26mm, 方案2的位移最大值为35.03mm。从图4、图5可以看出, 在工况1作用下, 梁的上缘正应力和下缘正应力变化基本一致。方案1的上缘最大正应力为11.97Mpa, 下缘最小正应力为0.71Mpa。方案2的上缘最大正应力为13.75Mpa, 下缘最小正应力为1.78Mpa, 均满足现行铁路规范的要求。从静力分析的结果可以看出:方案1和方案2均能满足要求, 但是从技术经济比较方案2比方案1更经济、合理。
3.2 主桥动力特性与纵、横向刚度
主桥的自振频率在很大程度上能够反映出主桥刚度的大小, 也就反映出主桥的动力特性。因此, 分析主桥动力特性的首要问题便是准确地计算主桥的自振频率及各阶频率对应的振型特点。现对方案1及方案2进行动力特性分析计算, 经分析计算, 表2为主桥前五阶的自振频率的计算结果及相应振型特征。图6为动力计算模型, 图7、图8为利用计算程序Midas计算出的主桥第1、2阶振型图。
从本桥前五阶振动频率和振型可以看出, 方案1和方案2的振动频率和振型基本一致, 梁的竖向、纵向振动和横向弯曲振动交替出现, 说明箱梁结构的梁高取值、横截面设计、顶底板厚度和桥墩的截面形式等都较为合理, 全桥扭转振动出现的比较晚, 证明箱型梁抗扭刚度比较大。主桥的横向刚度控制参考了“关于南昆铁路四座大桥横向刚度的补充技术要求” (铁道部建签[1992]93号文) , 应进行梁、墩整体自振周期的检算, 其第1横向自振周期按 (为刚构体系和连续梁的主跨长度, 以m计) 且控制。方案1和方案2的主桥第一横向振型的自振周期分别为1.47s和1.48s, 均能满足要求。
4 结束语
清石河特大桥是拟建铁路原州区至王洼线的重点控制工程之一。本论述正是基于这样的背景之下, 对该桥的设计提出了两种设计方案, 并对这两种方案进行了力学性能分析。经分析发现, 方案1和方案2均能满足现行规范的要求, 但是从经济技术方面进行比较, 方案2比方案1更经济、合理。通过对该桥进行截面优化设计研究, 可以看出优化截面后在不降低桥梁强度及刚度的条件下能节省投资, 为以后修建同类型的桥梁提供了设计及计算依据。
参考文献
[1]徐建国, 陈淮, 王博, 王复明.连续箱梁桥力学性能分析[J].郑州大学学报, 2004 (1) :28-30.
[2]吴红升, 陈淮, 李静斌.蒲山大桥力学性能分析[J].华中科技大学学报, 2008 (3) :177-179.
[3]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 2001.
单线电气化铁路动车 篇3
1、工程概况
德靖铁路那坡隧道位于百色市靖西县境内，全长1.6km，为单线隧道，均处在直线上。为通过隧道内发育的一个跨度为35米的大溶腔，设计上采用了桥跨通过的施工方案，为人工架梁。列车荷裁由桥梁承担，隧道围岩压力由隧道结构承担，隧道结构采用跨越拱形式。由于工期紧张，而人工架梁时间过长，经方案讨论优化，洞中桥T梁采用机械架梁的方法施工，洞中桥梁为32m直线梁。
由于该工程洞中桥T梁采用机械架梁的方法施工，当架梁机架梁时，因受作业空间限制，需先架梁后进行跨越拱上二衬施工。当跨越拱上二衬施工时，须等到铺架完成后，封锁线路进行揭盖施工。封锁后重新推台车进洞施工，施工难度较大。且封锁线路揭盖施工，对参建单位的协调组织要求较高。
2、施工总体方案
从德保台胸墙往小里程62.5m范围铺架地段轨顶设置为两个下坡。其中，D1K30+642.5～+672.399共29.899m采用4.0‰下坡；D1K30+672.399～+704.5共32.101m采用1.296‰下坡，实际铺轨长度为胸墙往小里程0.5m至+642.5共62m范围，为避免矮轨地段与竖曲线重合，D1K30+642.5标高计算按设计轨顶标高降低14.0cm计算。D1K30+642.5～+672.399段铺设标准轨，轨下枕木过渡顺序为Ⅱ型钢筋砼枕→木枕→木板→直接铺设于仰拱上。D1K30+672.399～+704.5德保台胸墙共32.101米铺设矮轨。矮轨铺设于砂垫层上。矮轨底砂垫层厚度不大于2cm。
施工时，首先浇筑D1K30+711.73～+719.13段两版二衬，然后进行两桥台间隧底刷方，最后对D1K30+666.245～+701.5段仰拱进行拆除，按照方案确定仰拱坡度重新浇筑仰拱底板。待正线铺至靖西站后，并预留坡那进口至靖西站的长轨暂不进行更换，对线路进行封锁揭盖施工，完成仰拱填充层及剩余二衬施工。恢复线路后，进行剩余长轨的更换作业。
3、施工工艺
（1）两版二衬及仰拱施工：首先沿隧道中线控制轨道布设，中线距轨道中距离为1.2m，轨道与轨道之间连接的夹板连接牢固，采用钻孔锚钢筋进行轨道的固定，锚筋梅花形布置间距1m。进行每模混凝土浇筑前均涂脱模剂，涂脱模剂涂抹均匀。有钢筋段脱模剂在定位前进行涂抹，以避免钢筋污染。基面清除干净、无杂物及积水；施工缝处的水泥砂浆薄膜、松动石子或松弱混凝土层应凿除，并用水冲净、湿润，使其表面形成新鲜清洁有一定石子外露起伏不平的麻面；在新混凝土浇筑前，在横向施工缝处先铺一层厚25～30mm并与混凝土灰砂比相同而水灰比略小的水泥砂浆，然后再接续浇筑新层混凝土。
（2）两桥台间隧底刷方：刷方深度为3.8米。刷方分两次进行，第一层厚1.5m，第二层厚2.3m，均从大里程往小里程方向依次刷方。采用钻爆法施工，挖掘机配备出碴汽车进行出碴。靠近跨越拱位置先采用膨胀炸药开挖，待清除松散岩石后，填充粘土，防止后续爆破损伤跨越拱。为防止爆破飞石损伤跨越拱，爆破前采用炮被覆盖。
（3）机械架梁施工：由于隧道内机械架梁作业空间有限，隧道内轨顶至隧道拱顶高度为6.71米（浇筑完二衬后），隧顶需2.6m宽才能满足架梁要求，隧道拱顶往下0.31m时隧道宽为2.6米，故架梁可用高度为6.4米，而JQ160架桥机正常架梁高度为7.67米，无法满足架梁要求。为满足架梁高度，采取如下措施：一、架梁段二衬在架梁完成后利用铺设站场轨道的空隙封锁线路进行揭盖施工。二、仰拱填充面在架梁完成后利用铺设站场轨道的空隙封锁线路进行揭盖施工。三、架梁采用矮轨施工，矮轨直接置于铺设钢板的混凝土面上。具体施工如下：
①降低线路高度，从德保桥台胸墙往后32.601m范围内不铺底碴，不铺轨节；轨道上层采用40mm厚、80mm宽，顶部工作边导角处理成弧形，7m长的钢板做架桥机临时走行线；轨道下层采用用20mm厚，300mm宽，7m长的钢板做垫板，并将上部临时走行线和下部钢板电焊连接；下层钢板钻Φ25的螺栓孔，用膨胀螺栓与隧道仰拱混凝土联结成一个整体，控制轨距，防止轨道横向位移，下层钢板底部用河沙垫平整。
架桥机正常架桥状态时高度为7.67m，矮轨高度0.1m，正常架桥需要高度7.77m。为保证架桥机外部尺寸能满足隧道净空尺寸的要求，将不施工架桥影响段二衬和0.3m厚填充。隧顶满足铺架1.3m半宽要求，需拱顶往下0.31m，隧道高度为H=6.71+0.69+0.3+0.4-0.31=7.79m。高度满足铺架限界要求。
②压道、整道。顺坡线路及临时线路铺设完后检查线路方向左右水平，特别是过渡线路一定要加强整道。压道按规定进行，随时注意观察线路变化情况。线路压道后要加强整道，必须确保架桥机安全。
③架桥机对位，拖臂，立零号柱。架桥机以每小时3～5公里速度对位，对位时必须慢行，加强瞭望。对位后穿铁鞋，撑丝杆，顶支撑油缸，升臂，升至第五个眼时穿销。拖臂至架设32m梁位置，穿一号柱顶部销子。然后放零号柱，接零号柱，立零号柱。搭实零号柱基础，升二号柱，二号柱上升过程中派专人观察顶部与隧道顶部之间的距离，防止强行挤碰隧道顶部。零号柱受力后，将二号吊梁小车推至二号柱后面，一号吊梁小车回到一、二号柱中部，一、二号吊梁小车同时向桥梁挡碴墙反方向横移到吊梁架不碰触桥梁挡碴墙为止。
④龙门架换装。考虑到龙门架高度和位置，为了满足架梁要求，不安装支座，支座用链条葫芦吊起，待落梁后再在墩台上面现场安装。换装时顶梁油缸扁担上只能放0.05m厚的薄木板，二号车运梁上的木板也只能放0.15m厚的木板。
⑤桥梁落到二号车后打好支撑，二号车走行、对位、顶梁、落梁、拖拉，驮梁走行速度按每小时3～5公里速度平稳行使。当二号车驮梁与一号车连挂前一度停车，并以每小时0.5公里的速度连挂主机。由于一、二号柱跟顶面至拖梁小车走行线顶面高0.30m。桥梁下端隔板底部距离桥梁底部只有0.15m高，在拖拉时牛腿过不了一、二号柱跟顶部，这样只有采取加高垫梁木板的措施，牛腿位置高过柱跟部，桥梁才能顺利拖拉。一号拖梁小车垫0.15m厚的垫梁木板接梁，当一号拖梁小车受力时，二号车液压缸扁担完全脱离桥梁底部后打好支撑。由于架桥机内各部尺寸比较小，拖梁时要加强监护运行，发现障碍物及时清除处理。桥梁尾部拖拉至二号车前端，液压油缸顶梁，二号车拖梁小车推回锁定位置锁定。主机二号拖梁小车接梁，液压油缸下降。
结语
该工程隧道内架桥施工技术在国内属首次，属于重点控制工程，桥梁架设技术要求高，条件差，难度大。为安全、优质、顺利完成洞中桥的架设，需多次对施工现场进行实地勘测，对洞中桥架设的空间高度、道床要求、设备操作等各种技术参数进行综合考虑，反复测算，并制定了详细地施工方案，科学组织施工，最后成功的攻克溶腔难关。
参考文献
[1]张建文，彭正勇，施正宝，黄元库.50m重型T梁的架设[J].公路，2009年06期
单线电气化铁路动车 篇4
管理办法
第一章 总则
第一条 为确保铁路动车客车维修质量持续稳定可控，依据《铁路车辆维修资质管理办法》，中国铁道科学研究院（下简称：铁科院）须对已通过维修资质审查的单位（下简称：维修单位）进行日常监督管理，特制定本办法。
第二条 维修单位须结合自身生产情况，积极开展维修资质自查活动，并每年形成《维修资质自查年度报告》，次年一月底前提交铁科院，获得维修资质未满半年的，可与下一年度报告一并提交。同一单位具备多个维修资质时可提交一份完整的自查报告。
第三条 铁科院将针对产品维修质量、售后服务状况等开展用户调查，调查情况将纳入资质监督检查评价结果。
第四条 铁科院根据产品质量状况对相关维修单位进行现场监督检查（维修资质有效期内至少1次），并形成《维修单位资质监督检查报告》。
第二章 单位自查
第五条 维修单位应提升维修手段和能力，改进工艺流程和方法，总结维修经验和技术，优化售后服务质量，持续具备维修资质条件。
第六条 维修单位至少每年开展一次针对设备设施、生产管 理、质量控制、规程执行、技术管理、产品质量、售后服务等方面的全面检查，分析存在的问题，总结改进的经验。
第七条 维修单位应对维修产品质量进行持续跟踪分析，采用手工记录或信息化手段开展质量和可靠性数据收集工作，对故障模式、原因、频率、影响进行统计分析，对故障率指标、故障变化趋势和规律进行计算评估，并定期形成产品质量和可靠性分析报告。
第八条 定期对生产组织、工序流程、作业环节、节拍停时等影响维修效率的因素进行统计分析，研究导致维修停时长的瓶颈因素和环节，在确保维修质量前提下，提出压缩维修修时、提高检修效率的措施和建议。
第三章 用户调查
第九条 铁科院将针对维修单位的产品维修质量情况开展用户调查，调查内容包括产品使用中的可靠性和故障情况，收集相关数据信息，并与用户单位共同分析研究。
第十条 铁科院将向用户调查维修合同执行情况，分析维修停时及存在的问题。
第十一条 铁科院将向用户调查维修产品故障后维修单位售后服务反应速度、故障处理能力和水平情况。
第四章 监督检查
第十二条 铁科院将根据情况对维修单位进行现场监督检查，检查内容包括：人员状况、设备设施状况、生产组织情况、质量控制情况、技术保障情况等。
第十三条 监督检查还将结合生产实际，对产品维修质量进行现场检查，必要时对维修项点进行抽查。
第十四条 按照规定的样本量要求，调阅一段时期维修产品的质检记录、验收记录和上线后的运行故障信息，与维修单位共同分析产品质量状况和变化趋势。
第十五条 结合单位自查、用户调查和监督检查情况，与维修单位共同分析维修工作存在的问题，制定整改方案，明确整改措施、责任人和完成时限。
第五章 附则
单线电气化铁路动车 篇5
一、关于京沪高速及客运专线技术方面
（1）高速铁路牵引供电系统技术方案及关键设备研究；
（2）高速铁路弓网关系、受流技术及综合检测与装备技术研究；
（3）高速接触网零部件、高强度铜合金接触线及重点供变电设备的研发技术；
（4）350km/h高速铁路接触网悬挂方式、安装、调整、检测技术；
（5）高速铁路系统总集成与综合试验技术研究；
（6）高速铁路牵引供电系统与高速动车组匹配技术研究；
（7）高速铁路供电系统过分相技术研究；
（8）高速铁路综合检测技术及技术标准体系和技术管理体系；
（9）客运专线牵引供电系统维修技术研究；
（10）客运专线牵引供电方式、电能质量研究；
（11）客运专线牵引供电系统电磁兼容研究；
（12）300公里以上客运专线电气化施工组织、施工工艺、施工机具研究；
（13）客运专线变电站自动化系统与安全监控系统、信息管理系统等的接口研究；
（14）客运专线监控设备系统集成及综合自动化新技术研究。
2．关于土建及工民建方面
（1）不同地基，不同土质条件的路基、地基基础设计、施工与填料改良技术；
（2）路桥、路涵，无碴、有碴轨道等不同结构物间过渡段方案与施工技术；
（3）既有桥梁检测评估、修补加固及拆除重建成套技术研究；
（4）高性能混凝土技术研究；
（5）养护维修体制、维修方案与管理技术研究；
（6）钢柱与混凝土柱连接节点构造研究；
（7）新型模板施工技术。
3．关于城市轨道交通方面
（1）城市轨道交通牵引供电设备系统设计、施工技术的研究；
（2）城市轨道交通悬挂另部件国产化、复合轨及配件的研究；
（3）城市轨道交通各类电压等级的牵引供电网络构成技术；
（4）城市轨道交通三轨、单轨、刚性及柔性悬挂接触网受流技术研究；
（5）城市轨道交通牵引供电设备集成化、监控设备综合自动化研究；
4．关于通信及信息技术方面
（1）客运专线通信信号系统总体方案、技术标准、关键设备及系统集成；
（2）通信信号设备抗大牵引电流干扰技术、综合防雷技术及电磁兼容技术；
（3）客运专线GSM—R应用技术及专业通信技术；
（4）客运专线通信信号系统监测、检测及综合接地技术；
（5）高可靠、高安全专用计算机技术及控制系统数据安全传输网络技术；
（6）客运专线通信信号系统抗干扰技术研究。
5．关于既有铁路的维护管理方面
（1）提速区段牵引供电安全设备应用及管理技术；
（2）电气化铁路牵引供电系统高安全、高可靠的维修管理技术；
（3）电气化铁路检测系统和信息管理系统的维管及相关技术研究；
（4）电气化铁路维管系统的责任成本、体制建设、管理模式的研究。
6．关于节能环保方面
（1）铁路减振、降噪工程措施及新技术；
（2）环保节能相关技术的研究。
7．其他方面
（1）工程施工管理及各阶段接合部系统优化等相关问题的研究；
（2）电气化施工机械、新型施工机具及检测设备的研制;
（3）企业信息化、工程管理信息化建设的研究；
（4）施工工艺的推广应用及施工安全管理体系研究;
单线电气化铁路动车 篇6
我们先来了解一下单线主机和双线主机的定义是什么，所谓双线主机即拥有两条不同线路的主机，最常见的就是同时拥有电信和联通两条线路的主机，双线主机很好的解决了电信和网通之间不能很好的实现互联的这一问题;单线主机即拥有一条线路的虚拟主机，最常见的是仅拥有电信线路或者联通线路的主机，在电信和联通互联时访问速度会比较慢。出现单双线主机是由于国内电信运营商以长江划分成电信公司和网通公司引起的，由于这两家公司处于竞争状态，故电信用户访问网通服务器很慢，网通用户访问电信服务器也很困难。为了改变两种线路互访困难的现状，虚拟主机提供商巧妙的将原有单线路服务器的基础上再增加另外一种或多种线路，于是双线主机应运而生。电信主机和联通主机仅仅在中国才有，海外虚拟主机是不存在线路问题的，
由于双线主机增加了一种线路，这对于虚拟主机服务商来说，既增加了运营服务器的成本，也提高了服务器维护的技术要求，这些因素直接造成双线主机在价格上一般是单线主机的两倍。虚拟主机提供商为了降低运营成本，会优先向您推荐双线虚拟主机，以形成数量效应。而且双线主机在网站优化方面的确具备得天独厚的优势，首先双线主机拥有两种线路，在网站访问速度上的确能照顾到不同线路的网站访问者，提高网站对用户的友好体验度，其次，双线主机稳定性很高，搜索引擎在抓取网站页面时也会比较轻松，网站排名效果突出。
单线电气化铁路动车 篇7
关键词：单线铁路,快速掘进,爆破技术,隧道,特点
由于隧道工程是一种地下长细结构,其工程特点决定了长大隧道的建设工期一般会比较长。因为不可能通过一味增加资源而达到缩短工期的目的,所以长大隧道往往成为一条线路或者一个项目的控制工程。它的施工速度经常决定着整个项目的总工期,不仅影响着施工单位的经济效益,甚至可能最终直接影响着业主对项目投资的回报。因此,如何实现长隧道的快速掘进一直成为工程界隧道同行们特别关注的问题之一。
1 钻爆掘进技术方法简述
目前,隧道施工方法主要有钻爆法、机械开挖法(TBM、盾构)、机械结合钻爆开挖法三种。对一般岩石隧道,尽管近年来隧道掘进机发展较快,但掘进机在坚硬和破碎岩石隧道中开挖速度不高、设备投资巨大、动力消耗量大、部件大而沉重及运输组装困难。因此,国内仍然主要采用钻爆法进行隧道开挖施工,尤其是对于3 km～5 km范围内的短隧道施工更是如此,目前采用钻爆法施工工程约占总量的70%。
1.1 隧道爆破技术研究进展
我国采用爆破的方法进行地下工程开挖大体经历了四个阶段:1)20世纪50年代及以前的人工钻孔阶段,主要用钢钎、铁锤和人力斗车进行人工操作;2)60年代～70年代的小型机具施工阶段,以手持风钻、风动装岩机和电瓶机车、斗式矿车进行施工;3)70年代后期开始,逐步完善和改进了隧道爆破技术,试验光面爆破和预裂爆破技术;4)90年代开始,隧道大断面或全断面开挖方法应用广泛,光面爆破技术已趋于成熟并成为工程建设中强制考核项目。尽管经历了这么多阶段,但单线铁路长隧道开挖方法仍以钻爆法为主,目前,我国的隧道爆破技术已经达到世界先进水平。钻爆技术发展主要体现在以下几个方面:1)钻孔机械。我国开始采用钻爆法开采铁路隧道时,刚开始主要是依靠人工钢钎打孔,后引进前苏联OM506型手风钻、手持式风钻、轻型支架式风动凿岩机,由于使用灵活、方便、安全并可满足大多数地质条件下钻孔的需要,至今仍被广泛使用。到20世纪60年代,开始大量引进国外新型施工机械及配套装备,隧道爆破技术才有较大的改进。2)爆破器材。最初使用前苏联进口的泰安等黄色炸药,以后又逐渐推广应用以硝酸铵为主要成分的铵锑炸药,采用导火索及火雷管引爆。近几十年来,我国在隧道爆破炸药方面已经取得了长足的进展,从单一品种的2号岩石铵锑炸药,逐步发展为水胶炸药、乳化炸药等品种。目前乳化炸药的进步已有逐步取代2号岩石铵锑炸药的趋势。爆破器材和爆破方法的进步,促进了隧道大断面或全断面开挖方法的普及应用,使隧道新奥法成为可能。同时,炸药的品种也有一定发展,乳化炸药逐步得到推广应用。20世纪90年代,光面爆破技术已经趋于成熟,并成为了工程建设管理中的强制性考核项目。3)爆破技术。在布孔和掏槽方面,一般沿用矿山巷道掘进的经验采用斜孔掏槽,其形式有角锥中央掏槽、楔形掏槽的斜眼掏槽。
1.2 钻爆法施工作业过程概况
1)钻孔:要先设计炮孔方案,然后按设计的炮孔位置、方向和深度严格钻孔。单线隧道全断面开挖,采用钻孔台车配备中型凿岩机,钻孔深度约为2.5 m～4.0 m。2)装药:在掘进孔、掏槽孔和周边孔内装填炸药。一般装填硝胺炸药,有时也用胶质炸药。装填炸药率约为炮眼长度的60%～80%,周边孔的装药量要少些。为缩短装药时间,可把硝胺炸药制成长的管状药卷,以便填入炮眼;也可利用特制的装药机械把细粒状药粉射入炮孔中。3)爆破:在全断面掘进中,为了减小爆破对围岩的振动和破坏,并保证爆破的效果,多采用分时间阶段爆破的电雷管或毫秒雷管起爆。一般拱部采用光面爆破,边墙采用预裂爆破。近期发展的非电引爆的导爆索应用日益广泛。4)施工通风:排出或稀释爆破后产生的有害气体和由内燃机产生的氮氧化物及一氧化碳,同时排除烟尘,供给新鲜空气,借以保证隧道施工人员的安全和改善工作环境。5)施工支护:隧道开挖必须及时支护,以减少围岩松动,防止塌方。施工支护分为构件支撑和喷锚支护。构件支撑一般有木料、金属、钢木混合构件等,现在使用钢支撑者逐渐增多。6)装碴与运输:在开挖作业中,装碴机可采用多种类型。运输机车有内燃牵引车、电瓶车等;运输车辆有大斗车、槽式列车、梭式矿车及大型自卸汽车等;运输线分有轨和无轨两种。
2 单线隧道爆破掘进技术特点分析和发展方向
1)爆破器材。爆破器材进步缓慢是当前制约隧道爆破技术发展的主要因素之一。例如,现场经常遇到光面爆破所需小药卷炸药供应困难问题,为此把常规炸药改装成直径20 mm,22 mm,25 mm等小直径炸药药卷后可在一定程度上满足施工要求,但是,由于只是简单地把直径变小,所以炸药稳定性和爆破威力难以满足隧道爆破要求。目前隧道光面爆破大多仍沿用导爆索、竹片等间隔装药方式。因此,针对当前隧道和地下工程施工的需求,研究各种适用的爆破器材是必须的。具体地说,具备50 ms～200 ms微差间隔、半秒、秒差等多种雷管应该最起码有20段以上的产品,以保证大断面隧道爆破施工需要。炸药应有普通型、抗水型、瓦斯隧道用等不同品种,并有高威力、中等威力及低爆速光面爆破专用炸药。另外,不同品种的炸药还应有直径10 mm～40 mm,长度20 mm～60 mm等不同规格的成品药卷。2)装药机械化。目前,许多隧道爆破施工仍然采用人工装药的方法进行施工,即便在要求极其严格的高速铁路客运专线的隧道爆破施工中也是如此,这给隧道爆破施工质量和速度带来一定的影响。因此,研究和生产适合我国目前隧道工程的装药机械,全面实现装药机械化是当前的一项十分急迫的任务。3)爆破技术。在隧道爆破施工中,最关键的就是掏槽爆破和周边轮廓线的控制。由于当前大多数隧道施工中的爆破循环进尺为3 m～5 m,采用设计并不复杂的复式楔形掏槽后可获得良好效果,所以,复式楔形掏槽已经成为常用的掏槽方式。
3结语
在隧道施工方面,我国已拥有了世界上所有的先进设备,并掌握了其施工操作方法和技术,隧道修建的长度、速度、质量、科研理论均已接近世界先进水平,不论是采用有轨斜井还是无轨斜井进行隧道施工,其技术都已日臻完善。
由于近年来爆破施工的综合机械化水平快速提高,并能根据爆破技术、工艺、地质地形条件和机械装备综合考虑进行爆破优化设计,使得隧道爆破技术越来越成熟。尽管如此,目前在隧道爆破设计与施工方面仍然存在一系列待解决的问题,主要表现为以下几个方面:1)设计人员凭经验选取爆破参数,有时误差较大;2)难以确定最合理的掏槽类型及参数;3)手工布置炮孔,调整困难;4)手工绘图,不容易修改设计;5)手工计算工作量大、速度慢;6)数据管理困难,不方便查询;7)不能有效借鉴以往爆破效果指导后续设计;8)不能借助爆破效果预测来选择最佳设计方案;9)对爆破效果难以作出合理性定量评价;10)费时费钱费人力。上述问题从表面上看为工程问题,但究其本质,这些问题的出现是由于隧道爆破设计数据管理与操作以及炮孔布置与图形绘制数学模型等一系列科学问题未解决好。
因此,单线长隧道铁路快速掘进方法在我国仍以钻爆法为主,但是为了提高工作效率和掘进速度,可以从以上十点进行进一步的研究和探讨。
参考文献
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