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        各種不良地質(zhì)條件下山區(qū)鐵路工程選線方法研究

        2023-03-09 05:12:09張希
        中國設(shè)備工程 2023年3期
        關(guān)鍵詞:鐵路施工設(shè)計

        張希

        (中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司,北京 102600)

        由于山區(qū)鐵路工程建設(shè)的需求愈發(fā)急切,我國在實際的開發(fā)研究過程中,探究出了許多新的施工工藝。在山區(qū)鐵路工作中,鐵路的地質(zhì)勘察是重要的施工環(huán)節(jié),在施工前了解施工地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境,在結(jié)合地質(zhì)條件進行施工,可以最大限度地避免產(chǎn)生工程質(zhì)量問題和安全隱患,同時,國家近年來在許多地勢危險的區(qū)域陸續(xù)修建了鐵路,在施工過程中不僅加強了對原材料的控制,還科學(xué)地部署了機械設(shè)備有針對性的完善施工方案,保證了施工的穩(wěn)定推進,目前,鐵路勘測的設(shè)計理念越來越先進,越來越完善,這對未來鐵路的設(shè)計有著積極的影響。

        1 工程案例

        1.1 金臺鐵路項目簡介

        金臺鐵路位于浙江省中東部的金華、麗水、臺州地區(qū),線路自金華地區(qū)金溫貨線永康南站引出,分別接入甬臺溫鐵路臺州西站和臺州南站,是浙江省鐵路網(wǎng)中“兩縱、五橫、兩放射”格局中的五橫之一;聯(lián)通滬昆鐵路,形成浙江東中部地區(qū)的快速、便捷運輸通道;擴充和完善浙江省鐵路網(wǎng)骨架,加密浙江中東部和西南部的路網(wǎng)結(jié)構(gòu),完善浙東南地區(qū)的路網(wǎng)布局,提升鐵路的市場競爭力;是一條設(shè)計行車速度160km/h,單線預(yù)留雙線條件的電氣化鐵路。新建線路總長231.97km,橋梁63.172km/79座,隧道105.294km/60座,車站19座,橋隧比72.6%,初設(shè)批復(fù)概算160.65億元。2016年5月開工建設(shè),2021年6月建成通車。經(jīng)初步概算清理,符合批復(fù)。

        1.2 主要技術(shù)創(chuàng)新

        (1)節(jié)約用地體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展觀。本項目所經(jīng)地區(qū)為浙江中東部地區(qū),大部分地區(qū)屬中低山丘陵、河谷,山多地少,人口眾多,土地資源稀缺,隨著沿海經(jīng)濟幾十年的快速發(fā)展,特別是近年來國家推進城鎮(zhèn)化政策的不斷落實,城鎮(zhèn)化建設(shè)速度明顯加速,土地資源更是捉襟見肘。鐵路線路建設(shè)需占用大量的土地,為了最大限度地節(jié)約用地,線路通道選擇采用以隧代路、以橋代路等先進理念,既滿足了鐵路建設(shè)用地需求,又最大限度地保護地保護了土地資源,受到了沿線地方的熱烈歡迎,達到了良好的社會效果,獲得了巨大的社會經(jīng)濟效益,對更新行業(yè)選線理論起到了較好的示范作用。

        (2)統(tǒng)籌項目需求、地方規(guī)劃及產(chǎn)業(yè)需求等因素,科學(xué)合理選擇線路走向方案,帶動沿線經(jīng)濟發(fā)展。①結(jié)合通道選擇,將永康段金溫貨線遷至城區(qū)南側(cè),解除城市束縛;②根據(jù)麗縉產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃,合理設(shè)置縉云段線站位,帶動浙西南第一鎮(zhèn)快速發(fā)展;③翻越大盤山脈,結(jié)束“中國藥材之鄉(xiāng)”磐安、“神仙居住之地”仙居不通鐵路的歷史;④支線引入臨海頭門港港區(qū),打通山海大通道,深度融入“一帶一路”;⑤客貨分別接軌于臺州西站、臺州南站,帶動“山海臺州、和合之城”。

        (3)合理選擇站位,打造永康東站新型綜合性物流貨場,為地方發(fā)展注入新活力。結(jié)合地形、周邊公路網(wǎng)條件,在永康地區(qū)進行多站位比選,科學(xué)合理地選擇永康東站位置,以永康及周邊地區(qū)的物流需求為基礎(chǔ),以鐵路運輸為支撐實施貨場布局,打造浙江占地面積最大、運營設(shè)備設(shè)施最齊全的綜合性物流貨場,促進地區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展。

        (4)統(tǒng)籌設(shè)計,實現(xiàn)“四網(wǎng)”融合。結(jié)合臺州市域交通規(guī)劃,合理選擇線站位,為臺州市擬建市域鐵路S2、S3線分別引入金臺鐵路臺州西站、臨海南站提供條件,結(jié)合臺州地區(qū)利用金臺鐵路開行市郊列車項目,于兩站進行了共站房、零換乘設(shè)計。

        (5)勇于創(chuàng)新,采用8‰限制坡度。為帶動地方經(jīng)濟發(fā)展,結(jié)束磐安縣不同鐵路的歷史,線路翻越大盤山脈,導(dǎo)致中部與兩側(cè)高差達230m,為更好地適應(yīng)地形,通過對HXD系列機車性能深入研究,創(chuàng)新采用8‰限制坡度。

        2 不同不良地質(zhì)下的選線方式

        上所述對于工程過程中可能出現(xiàn)的問題有了一個大致的了解,然而,實際的山區(qū)鐵路工程選線要比上述論述得更加復(fù)雜,現(xiàn)代化的地質(zhì)勘測有著非常多的要求,勘測過程中要對工程施工地區(qū)的地質(zhì)情況、地面介質(zhì)、建筑物分布情況、地形變化等數(shù)據(jù)都進行研究這一切都會影響鐵路工程建設(shè)同時,還需要對地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行分析,繪制出該地區(qū)的地形圖為后期的施工提供有效依據(jù),由于山區(qū)地形的不同,所擁有的不良地質(zhì)也不同,這些不良地質(zhì)中,有代表性的,有以下幾種:①滑坡地質(zhì);②泥石流地質(zhì);③沙漠地質(zhì);④斷裂帶地質(zhì);⑤巖溶地質(zhì)。五種地質(zhì)是在山區(qū)鐵路工程選線工作中經(jīng)常遇到的下文將主要論述在這五種地質(zhì)中的主要選項方式。

        2.1 滑坡地質(zhì)

        如果鐵路工程所經(jīng)過的山區(qū),地區(qū)有可能處于滑坡地帶,展現(xiàn)工作的第一件事就是應(yīng)該進行實地的地質(zhì)勘測,由專業(yè)的技術(shù)人員對滑坡地帶的地質(zhì)進行研究,同時,分析歷年滑坡的情況,之后進行綜合設(shè)計,設(shè)計過程主要圍繞滑坡體的大小、滑床深度等地質(zhì)情況進行研究設(shè)計,除此之外,如果附近地區(qū)還有地下水等水文資源,也需要考慮在設(shè)計范圍內(nèi),因為地下水的存在,很可能會使得地下水路產(chǎn)生改變,改變地質(zhì)特征產(chǎn)生其他的滑坡地區(qū),以上工作完成后,再開始具體的定線,定線過程中要以不惡化滑坡的穩(wěn)定性為定線原則,對于滑坡體積較大的地區(qū),要盡量采取繞避的措施,如果無法繞開,則需要盡可能地從滑坡體的上方通過,對于滑坡體較小,穩(wěn)定層較淺的情況,可以采用大跨度高架橋通過或者將滑坡體清除的方法來進行鐵路規(guī)劃。

        2.2 泥石流地質(zhì)

        泥石流地質(zhì)是較為常見的山區(qū)地質(zhì),該地質(zhì)形成的主要原因是暴雨攜帶大量的泥沙石塊,再加上山體表面綠化不足無法固定砂石,使得暴雨流沿著一定通道涌出,這種災(zāi)害最困難的是一旦產(chǎn)生便會掩埋鐵路道路,并且清理起來極度困難甚至有可能將道路沖毀中斷行車,針對泥石流地質(zhì)目前主要考慮的便是繞避措施,或者可以將實際的鐵路線路涉及河岸對岸,對于沒有辦法避繞的,針對泥石流地質(zhì)不同部位,采取不同的設(shè)計措施,首先,分析泥石流地質(zhì)成形的原因是山體不穩(wěn)定而造成的,因此不良地質(zhì)會集中在山體部位,對于這些地區(qū)的線路,應(yīng)當(dāng)采用深埋隧道的方式進行通過,其次,在泥石流的通過區(qū),相對而言,通過區(qū)的線路與泥石流的接觸范圍,較小,并且由于通過區(qū)坡度的角度較大,有利于泥石流產(chǎn)生之后的傾斜,因此,可以在這些地區(qū)淺挖隧道,或者架設(shè)橋梁,在以上講述的施工措施中,架設(shè)橋梁是最好的,如果開挖隧道由于泥石流阻礙較大,不利于泥石流的排泄并且后期泥石流產(chǎn)生的清泥工作也比較難以進行。

        2.3 沙漠地質(zhì)

        沙漠地區(qū)的最大特點是風(fēng)沙非常大,并且一年四季沙漠地區(qū)的溫差很高,如果在這些地區(qū)修建鐵路,最容易產(chǎn)生的現(xiàn)象是鐵路被風(fēng)沙掩埋。因此,在沙漠地質(zhì)當(dāng)中進行鐵路的選線工作時,首先,需要研究當(dāng)?shù)厣城鸬倪\動模式、風(fēng)力大小,并且研究沙漠地區(qū)的沙源,分析上述的數(shù)據(jù)后,便可以進行實際的選線工作,如果是大面積存在沙丘的地區(qū),則進行鐵路定線的時候,要考慮以下幾點,首先要選取沙地邊緣的地區(qū),其主要原因是沙地邊緣分速相對較小,并且風(fēng)沙掩埋的情況也較輕,這些地區(qū)還存在地下水,地下水的存在,有利于防護林的種植,防護林種植成功后,風(fēng)沙掩埋線路的情況便會得到改善。如果要在連綿不斷的沙丘地帶進行鐵路的修建,應(yīng)該盡可能選取低沙丘地帶,因為在這些低沙丘地帶可以種植花草,降低流沙對鐵路的影響,對于風(fēng)速較快的地區(qū),應(yīng)該通過歷年風(fēng)速的觀測數(shù)據(jù)研究出主導(dǎo)風(fēng)向,在進行線路設(shè)計時,線路的延伸方向要與風(fēng)向一致,同時,在沙漠地區(qū)的鐵路設(shè)計當(dāng)中應(yīng)該,盡量保證線路以直線的形式存在,避免曲線,因為曲線的凹處,很容易產(chǎn)生飛沙的堆積,如果為了規(guī)避沙丘而不得不采用曲線設(shè)計,則應(yīng)該考慮較大半徑的曲線,同時盡量保證曲線的凸處可以面對迎風(fēng)面。

        2.4 斷裂帶地質(zhì)

        斷裂帶地質(zhì)存在的地區(qū)較少,很多人將斷裂帶地質(zhì)稱作地震地質(zhì),其原因是斷裂帶地區(qū)很容易產(chǎn)生地表位移和變形,并且伴隨著強震,因此,在這些地區(qū),鐵道線路出現(xiàn)的主要問題是,隨著地表位移產(chǎn)生的斷裂,所以在進行斷裂帶地區(qū)地鐵選線工作時,第一步便是要避開活動斷裂帶的存在,把避免的線路要采用抗震能力強的鐵道線路,方便地震發(fā)生后修復(fù)鐵路,同時,如果要對斷裂層進行隧道開挖,則應(yīng)該對隧道結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計,方便隧道有利于救援并且要盡量避免地震誘發(fā)的地段,對于潛在的不穩(wěn)定地區(qū),應(yīng)該派遣專業(yè)人員進行地質(zhì)勘測和預(yù)測,確保無誤后再將線路選定。

        2.5 巖溶地質(zhì)

        常見的巖溶形態(tài)以溶洞為主,該地址對線路主要危害是因為地下洞穴可能會由于鐵路的運行而產(chǎn)生坍塌,如果坍塌會使得鐵路下降,很有可能產(chǎn)生路基下沉的狀況。該狀況一旦產(chǎn)生,便是不可逆的,便會直接遭到破壞并且溶洞還有可能出現(xiàn)反水的情況,反水則會導(dǎo)致路基被淹沒路基,如果長時間淹沒在水中,會產(chǎn)生塌陷,因此,針對巖溶地區(qū)的選線應(yīng)該注意以下幾個方面:首先,需要對巖溶地區(qū)的溶洞進行勘測,對于大型并且處于發(fā)育期的巖溶地質(zhì),要盡量開,同時,要避開不透水層與可溶巖或不可熔巖的接觸帶,對于小型的溶洞,在實際的工作過程中應(yīng)該盡量選擇對溶洞進行水泥填充,保證施工基礎(chǔ)的強度,同時也要做好相應(yīng)的施工監(jiān)測工作,一邊施工一邊進行地質(zhì)研究,隨時找到施工過程中出現(xiàn)的溶洞小洞填充,大洞避開,這便是針對巖溶地質(zhì)最好的選線方法。

        3 山區(qū)鐵路選線設(shè)計中存在的問題

        上文分析了目前鐵路選線工作過程中遇到的幾種主要地質(zhì)情況,但在實際的工作過程中,選線設(shè)計存在的問題不單單只有地質(zhì)影響,很多情況下是因為工作人員的工作能力不足導(dǎo)致的,目前,工作人員工作導(dǎo)致選線設(shè)計存在問題的主要原因有2個方面,第一,是工作者的勘測設(shè)計水平較低;第二,是對于地質(zhì)勘測結(jié)果準(zhǔn)確性不足。

        選線工作人員工作水平不足。通過分析我國山區(qū)鐵路選線設(shè)計工作的設(shè)計狀況根據(jù)調(diào)查顯示,其中大部分的設(shè)計單位,實際的設(shè)計水平都比較低,并且很多設(shè)計方案都缺乏創(chuàng)意創(chuàng)新,部分工作人員在工作過程中沒有較好的專業(yè)素養(yǎng),對于不良地質(zhì)條件的研究不夠充足,設(shè)計出來的內(nèi)容無法滿足實際的鐵路施工需求,不同的山區(qū)有著不同的地質(zhì),對于設(shè)計者提出的要求和標(biāo)準(zhǔn)也存在著差異,所以,選線工作人員應(yīng)該根據(jù)地區(qū)的實際情況進行選項工作,但很多單位現(xiàn)在的選線工作為了減少成本,盡早完工,對實際現(xiàn)場的調(diào)查,都選擇了直接忽略,只是根據(jù)不同地區(qū)上傳上來的地質(zhì)勘測圖來進行線路設(shè)計,最后造成的結(jié)果就是設(shè)計方案與實際的施工差異非常大,同時,對于線路的設(shè)計方案缺少科學(xué)的依據(jù),很多數(shù)據(jù)都與真實數(shù)據(jù)有出入。

        4 結(jié)語

        山區(qū)鐵路的建設(shè)是我國針對國家基礎(chǔ)經(jīng)濟建設(shè)的重要交通設(shè)施之一,由于近年來國家設(shè)計相關(guān)部門加大了對鐵路建設(shè)的投入,在很多是危險的山區(qū)都進行了鐵路的建設(shè),山區(qū)鐵路選線設(shè)計是影響鐵路建設(shè)的重要基礎(chǔ)施工單位需要加大審核力度實現(xiàn)規(guī)范化選片,同時,在鐵路建設(shè)過程中,不僅要加強選線工程的設(shè)計,同時,還要加強施工材料的控制,提高山區(qū)鐵路建設(shè)的安全性和建設(shè)效率,為山區(qū)鐵路建設(shè)行業(yè)奠定良好的發(fā)展基礎(chǔ)。雖然山區(qū)地勢復(fù)雜,各種復(fù)雜地質(zhì)縱橫交錯,相對平原地區(qū)的鐵路建設(shè)施工難度很大,危險系數(shù)非常高,但是,如果采用合理的勘測手段,對復(fù)雜山區(qū)的地質(zhì)情況進行研究并且根據(jù)這些數(shù)據(jù),設(shè)計出一條適合該地區(qū)的鐵路線,將會為山區(qū)的經(jīng)濟建設(shè)帶來極大的助力。

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