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城市轨道交通发展趋势(5篇)

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第一篇:城市轨道交通供电设备状态评估研究及应用

摘要:针对城市轨道交通供电设备计划维修模式逐渐暴露出维修不足和维修过剩的问题,以及设备的老化和失效无法实现在线监测的现状,本文采取多种方式对多种设备的状态数据进行统计、分析,形成城市轨道交通供电系统设备性能的状态评估和服役寿命的预测,在保证城市轨道交通供电系统可靠运行的基础上,为城市轨道交通供电系统设备的维修策略提供可行性建议,改善目前城市轨道交通供电系统的检修模式。

关键词:城市轨道交通;供电设备;状态评估;寿命预测

近年来,城市轨道交通成为解决我国现代城市交通拥堵问题的主要工具之一,在我国快速发展。而供电系统是城市轨道交通系统的重要组成部分,其运行可靠性和安全性直接关系到整个系统的正常运行。随着轨道交通进入网络化运营阶段,供电设备的运行维修决策问题也越来越突出,当前供电设备采用的计划维修模式逐渐暴露出维修不足和维修过剩的问题。以城市轨道交通供电设备可靠性和安全性为中心的状态维修模式充分考虑供电系统设备的运行可靠性因素,成为供电设备维修决策的重要考虑方向。针对不同类型的供电设备,监测其一次状态信息,结合既有系统的数据和检测试验数据,利用科学的数据挖掘方法,掌握供电设备状态的关键参数,研究运用不同的方法建立供电设备健康状态评价模型,开发集合设备状态评价、设备剩余寿命预估、设备故障率预测以及设备维修策略建议等功能于一体的设备状态评估系统,改善目前城市轨道交通供电系统的检修模式,具有大范围推广的价值。

1供电设备状态评价原理

城市轨道交通供电系统设备包括110KVGIS、33KVGIS、油浸式变压器、干式变压器、交联电缆、直联电缆、直流开关柜、低压开关柜等,设备种类较多,进行设备状态评价时采用的评价原理也存在差异。但基本原理都是通过各种输入量确定设备的关键参数,运用科学的方法,建立供电设备的健康状态模型、寿命预估模型、可靠性模型,分别评判设备的健康状态、剩余寿命和故障率。本文以油浸式变压器为例,介绍设备状态评价的原理。

1.1计算绕组热点温度

油浸式变压器绕组热点温度是指绕组中最热的那个点,通常在该点的绝缘老化速率最快,由于该点的位置不便确定,因此需要通过估算的方法进行计算。

1.2计算等效运行时间

油浸式变压器的绝缘寿命是指在变压器绝缘材料温度给定的情况下,从绝缘材料投入使用到发生电气故障所经历的总时间。绝缘材料老化和时间及温度的关系服从阿伦尼乌斯反应原理。在服役时间T内,变压器可能运行在不同的条件下。将服役期T划分为n个区间t1,t2,…,tn,并认为每个区间ti的绕组热点温度(℃)θH(ti)保持恒定。

1.3计算靶心度健康指数

灰靶理论是灰评估和灰决策理论,需要在没有标准模式的情况下设定一个灰靶,通过灰靶变换找到靶心,然后将待评估状态与靶心进行比较计算靶心度,通过靶心度来判断油浸式变压器所处的状态等级。

2供电设备状态评估系统的主要功能

2.1数据获取

供电系统设备较多,每种设备的有效数据分别来自不同的地方。设备的一次状态数据通过增加传感器实时监测获取;设备的运行数据由现有的供电自动化系统共享获取;设备的检测试验数据由供电系统定期的检测试验共享获取;设备的基础信息数据由设备出厂资料信息化获取。一次状态数据包括:设备运行温度、压力、微水含量等;电缆的表皮温度;设备局部放电量、放电次数。设备的运行数据包括:设备的电流、电压、功率因素、有功功率、无功功率、设备位置状态、故障报警信息等。设备基础信息和检验数据包括:设备出厂检验数据、设备型式试验报告、设备铭牌数据、设备巡检记录、设备故障检修报告、设备定期实验报告等。

2.2数据存储

由于获取的数据种类众多、数据海量、数据格式差异较大,为保证数据库能够有序存储数据、快速检索数据,所以采用统一的数据命名规则,对所有数据进行梳理、重命名后,利用可配置压缩精度的分段压缩手段将数据存储到数据库中。同时利用内置历史缓存和历史预读功能,提高数据库的数据检索和数据统计能力。

2.3功能规划

供电设备状态评估系统对系统的功能结构进行了详细的规划,确保用户在使用系统时能够有良好的体验,如图1所示。

3系统设计

根据上述的设备的健康状态、剩余寿命和故障率计算原理,结合供电设备状态评估系统功能结构,设计开发城市轨道交通供电设备状态评估系统。在供电设备状态评估系统中可以看到整条线路、整个站点所有设备的状态信息概况、设备状态占比。如图2所示。同时,对设备状态评估结果的颜色进行了规划,有利于用户对设备状态评估结果进行识别。如图3所示,系统也可以查看具体设备基础信息、运行状态、设备的剩余寿命、设备的预计故障率、设备的评价打分状态以及辅助的设备维修策略。用户可以很清晰地了解设备运行状态以及结合设备运行状态制定高效的维修计划。

4结语

本文利用运用阿伦尼乌斯定律、加权灰靶理论、威布尔分布法、模糊层次分析法、联合电热应力模型等,设计开发的城市轨道交通供电设备状态评估系统,具有完整的设备状态评估、设备寿命预测、故障率预测等功能,可为供电设备的维修策略提供可行性建议,有助于改善目前城市轨道交通供电系统以计划检修为主的检修模式。且随着智能算法应用的深入以及设备数据的不断积累,该系统的模型还可以进行优化修正,以便实现设备状态评估达到更高的预测精度。

参考文献

[1]王师霜,鲁斌,周庆捷等.数据挖掘技术在二次设备状态评价中的可行性分析报告[J].计算机科学与应用,2012(02),251-254.

[2]黄成刚.监控组态软件中数据管理子系统的设计与实现[D].大连理工大学,2008.

[3]刘京.实时状态监测系统的开发与研究[D].华中科技大学,2007.

[4]刘建辉.关于电网供电变压器的安全运行分析[J].黑龙江科技信息,2013(36):52.

[5]郑含博.电力变压器状态评估及故障诊断方法研究[D].重庆大学,2012.

[6]郭晓斌,程乐峰,王国平,许爱东,简淦杨,余涛,魏文潇.基于动态修正技术的电力变压器可靠性评估模型研究[J].电力自动化设备,2016(06):148-155.

[7]潘乐真,张焰,俞国勤,杜成刚.状态检修决策中的电气设备故障率推算[J].电力自动化设备,2010(02):91-94.

[8]张翔,宋子彤,杨致慧,周勤,郭创新.一种基于负载率和设备检测信息的油浸式变压器故障率模型[J].电网技术,2013(04):1159-1165.

[9]刘四维,刘燕.谈阿伦尼乌斯方程在干式变压器负载导则中的应用[J].变压器,2009(01):14-15.

[10]张翔.油浸式变压器故障率建模及可载性研究[D].浙江大学,2013.

作者:徐钦炜1;吕利民1;张俊强2;王亚东2;李岩2 单位:1.广州地铁集团有限公司,2.广州白云电器设备股份有限公司

第二篇:城市轨道交通电能质量管理系统的设计及实现

摘要:城市轨道交通系统中环控和机电设备、供电系统、牵引系统等技术的飞速发展为城市轨道交通的高效运营提供便捷,但同时也为供配电系统引入了各类电能质量问题。本文首先阐述了城市轨道交通电能质量研究现状,然后详细介绍了城市轨道交通电能质量管理系统的设计和实现,重点描述了前置采集层、数据库层和应用层的实现,最后简单介绍了系统的主要功能。实验室运行结果表明,该系统能够提供合理的能效策略,有效提供能源的利用效率,带来一定的经济效益。

关键词:轨道交通;电能质量

当前近年来,国家发改委和科技部明确提出了“建设我国节能型综合交通运输体系”的设想。城市轨道交通系统中环控和机电设备、供电系统、牵引系统、管理系统等技术的飞速发展为城市轨道交通的高效运营提供便捷,同时为供配电系统引入了非线性、波动性、冲击性和不平衡特性等电能质量问题。低效的电能质量可能会造成设备退出运行,使保护装置误动、拒动,同时还会影响系统工况,严重威胁系统安全,从而大幅降低运载效率,对社会经济造成较大损失。电压波动和闪变也会降低设备使用寿命,增加设备运维成本。不仅如此,电能质量的污染还会对通信产生干扰,影响车辆及站内信号传输。目前城市轨道交通的运营部门已提高了对电能质量的认识,越来越多的用户参与到前期建设中,提出了更高质量的用电需求。提高电能质量、满足生产发展需求已经成为供用电双方的共同愿望。深入分析和研究电能质量问题,是适应市场竞争和可持续发展所必需的。本论文将从系统理论出发,建立系统级平台,通过采集数据,对系统功能进行设计和实现,为轨道交通系统的节能设计、应用改造、管理规范的制定提供理论基础。

1系统设计思想

1.1系统架构

本系统采用分层设计,共分三层系统监管中心层、车站层和网络层。

1.1.1系统监管中心层

系统监管中心负责采集各车站或车辆段的电能质量数据,并对其进行统计分析。该中心主要包括前置采集系统服务器、数据库服务器、Web服务器、操作工作站等设备。

1.1.2车站层

车站层主要包括数据集中器和各种监测设备。数据集中器对车站或车辆段内的监测设备的数据采集、存储,及与系统监管中心进行数据的交互功能。监测设备。监测设备负责实时监测、采集相应线路的各种电能质量信息。

1.1.3网络层

网络层完成系统监管中心与各车站或车辆段的通信。实现大容量实时数据的高速汇集传输,确保系统监管中心能够快速、准确得到所有监测数据。

1.2系统软件方案

依据大数据分析技术,并结合本公司在轨道交通能源监测、控制和运营管理方面的研究成果,提出一套城市轨道交通电能质量管理系统的软件设计方案。该方案共分三层前置采集层、数据库层和Web服务器层。前置采集层从各个车站或车辆段的数据采集终端采集电能质量数据,并进行相应的统计计算,最后把原始电能质量数据和统计分析结构都存储到入库文件中。数据库层一方面实时搜索入库源文件,然后把源文件中的数据写入到数据库中;另一方面为Web服务器层提供数据源。Web服务器层主要是提供各种实际的应用功能,以供用户对电能质量数据的查看和设置。

3关键技术及系统实现

3.1前置采集层程序实现

前置采集层分两个功能模块:采集服务和计算模块。该层采用ACE(AdaptiveCommunicationEnvironment)框架进行设计。

3.1.1采集服务

采集服务主要建立与数据采集器建立传输通道和定时生成采集任务。(1)建立传输通道:采用ACE异步连接类和服务处理类。建立连接的过程:创建异步主动连接,在进行异步连接时,创建新的服务处理类,并将该服务类传递给异步连接类,这样数据的传输就交给服务类去执行。实现服务处理子类中提供的挂钩方法,并通过创建ACE_Sock_Stream和异步读写流类来进行异步通信。(2)定时生成采集任务:定时采集任务的生成主要使用ACE_Reactor的定时机制,该机制接受事件处理器,以及以ACE_Time_Value对象形式出现的延迟对味参数。此外,可以指定时间间隔,使定时器在它超时后自动恢复。在事件超时的时候适当的调用事件处理器的handle_timeout()方法。

3.1.2计算模块

计算模块接收从规约模块传递过来的源电能质量数据,然后对其进行统计分析。本系统目前只实现了如下对象统计分析功能:电量、三相电压/电流的系数换算(CT\PT);三相电压/电流的最值、均值、参考值和偏差;基波电压/电流的的最值、均值和参考值;谐波电压/电流含有率的最值、均值和参考值。其中参考值的取法为:95%概率值,即将各次测量值按从大到小的顺序排列,去除总数的5%的较大值,取其剩余95%中最大的那个测量值作为代表值。

3.2数据库层设计

数据库层可分为两部分:数据库和入库模块。数据软件采用Oracle数据库,用来存储和管理电能质量在线监测系统中各站点监测装置上传的监测数据、经统计分析程序处理后的数据,以及系统的配置信息,并为系统中的Web服务器模块提供数据检索等服务。入库模块是前置采集层和数据库之间的通道,前置采集模块产生入库文件,入库模块则把入库文件中的数据存储到数据库中。下面将对这两部分做详细介绍。

3.2.1数据库设计

通过对用户需求的调研分析,本系统涉及到的数据分为四类:设备信息、电能质量数据信息、事件信息、其它信息。从这四类中信息中共抽象出车站资料表表、监测设备资料表、用户表、设备小时电量原始数据表、设备日统计电量表等实体。数据检索是城市轨道交通电能质量监测系统的主要功能,而且电能质量的统计及分析也要以大量数据检索为基础。所以数据检索速度的快慢直接影响系统的性能,并结合本系统的特点,采用索引和分表存储来改善系统性能。索引的建立:本系统中对访问比较频繁的逐时电能质量数据表,在其表计号,日期列上建立树索引。分表管理:对系统中数据量较大的表采用分表存储,每个表都可以单独管理。在执行针对小范围的语句时,所有和本次操作无关的表都不会参与运算,能大大减少语句执行所需的时间。

3.2.2入库模块的设计及实现

入库模块的主要功能是把入库文件中的数据存储到数据中。数据入库的方式包括:批量入库(插入insert)。批量入库会设置一个批量提交的变量,当插入的数据达到该变量所设的值时,自动执行提交事务,如果提交成功则执行下一次批量插入,否则该次插入的所有数据均插入失败,要一条一条的更新数据。数据更新(更新updata)。只能一条一条的执行,所以该时候入库速度较慢,该方式发生在批量插入失败的时候,而且要更新数据的表一定要有主键存在。

3.3Web服务器层

为了更好的实现系统的远程监测和管理,轨道交通电能质量监测系统的应用层采用B/S架构。Web服务器选用Apache。该软件平台的主要功能包括电量查询、电压分析、报表、告警等功能。

3.3.1电量查询

电量查询主要功能是查询车站、线路、监测点的电量数据,可按统计类别(小时,日,月,年)等类别进行查询。

3.3.2电压分析

电压分析模块可以按日、月、年查询任意计量点的三相电压最大值及发生时间、最小值及发生时间、平均值和参考值。

3.3.3报表定制

提供灵活的图形界面报表工具,可生产任意格式自定义报表;所有系统报表均支持手动生产和定期自动生成功能,支持Excel、PDF等多种格式,用户可方便进行编辑和打印;提供自定义报表功能,用户可以定制自己喜欢的各类报表的样式和内容。

3.3.4报警管理系统

提供灵活、丰富的告警管理功能,对设备运行状态、仪表故障、数据异常等事件进行告警;可灵活设置不同的预报警条件、目标限值等;支持声音、闪烁条等多种报警方式;报警信息支持通过消息或短信方式提醒管理人员。报警管理展示如图7所示。

4结论

本文从系统理论出发,建立了一套适用于城市轨道交通电能质量管理系统的软件平台,为轨道交通系统的节能设计、应用改造、管理规范的制定提供理论基础,协助运营单位提高电能的管理效果和管理水平。通过对电能质量数据的综合评估,提高供电系统的稳定性和可靠性,并根据电能的实际使用情况和电能质量的综合评价,减少供电设备实际损耗、提高供电系统电能质量效率、延长设备的运行使用寿命。

参考文献

[1]马学鹏,夏国臣.城市轨道交通能源管理系统研究[J].城市轨道交通研究,2014.

[2]韩治.城市轨道交通能源管理系统设计方案[J].铁道标准设计,2013.

[3]路宏伟.大型公共建筑能耗监测与信息管理系统研究及应用[J].江苏建筑,2011(05):114-116.

[4]孙艺敏,何艺.大工业用户能效监测平台的设计及开发[J].广西电力,2012(01):17-20.

作者:张振华 单位:天津凯发电气股份有限公司

第三篇:探究城市轨道交通勘察岩体完整性评价

[摘要]主章要介绍岩体完整性评价的思路和方法,以理论加案例的方式阐述岩体完整性评价对于城市轨道交通工程的意义,提出勘察阶段应重点关注的问题和建议,为城市轨道交通勘察岩体完整性评价提供科学依据。

[关键词]城市轨道交通;勘察;岩体完整性评价

0前言

岩体完整性能够综合反映岩体结构[1],是岩体受构造运动影响和表层改造后的完整程度,取决于地质界面发育程度、岩石块体尺寸以及块体间结合状况等要素。岩体完整性评价在城市轨道交通中意义重大,对于城市轨道交通工程勘察、设计及施工具有重大的影响。在车站和高架段,影响支护桩及桩基进入中风化岩层的深度;在地下盾构区间,影响轨道结构底板埋深、刀盘的选择、掘进的路线和端头加固的方式,是隧道围岩分级的影响因素之一。在明挖法施工中,影响基坑围护结构的选型、稳定性,地下水控制,施工工艺及工程造价;在盖挖法施工中影响围护结构选型,中间柱的承载力及入岩深度,工程造价;在矿山法施工中影响围岩稳定性判别、开挖方式、支护形式、加固方式等。

1岩体完整性评价方法

岩体完整性评价宜采取定性与定量相结合的方法[2],其中定性评价可根据地质界面发育程度、结合程度、主要地质界面类型以及相应结构类型划分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎5个类别(见表1)。岩体完整性的定量评价方法主要有Kv法、JV法和RBI法[3]。Kv法是利用声波探测技术,记录发射与接收两点之间岩体断面上的声波波速,测得岩体压缩波速度(Vpm)和岩石压缩波速度(Vpr)后,利用Vpm和Vpr之比的平方求得Kv,Kv与岩体完整程度的对应关系详见表2。JV法的实质是按照公式(1)计算岩体体积节理数,即:JV=X1+X2+X3+X1+…+Xn+Xk(1)式中,Xn为每米测线上第n组节理条数,Xk为1m3岩体非成组节理条数。钻探RBI法是基于传统RQD法而产生的新方法,将岩芯按实际采取长度3cm~10cm、10cm~30cm、30cm~50cm、50cm~l00cm和大于l00cm的岩芯采取率作为权值(岩芯采取率Cqk,k=3、10、30、50、100),与各自对应系数乘积的累加值。

2岩体完整性评价的意义及实例分析

岩体完整性评价在城市轨道交通中意义重大,例如南京地铁4号线花园站基坑支护应用了吊脚桩,是基于对基底岩体完整性正确认识上实现的。车站底部为完整中风化闪长岩,满足了吊脚桩的设计条件,有效地节省了造价,节约了工期。盾构刀具是盾构机切削岩土的唯一工具,合理的刀盘配刀是保证盾构工程施工可行性的前提[4]。岩体完整性是影响盾构刀盘配刀的主要因素,结合工程实际并总结国内外研究发现:对于极破碎岩体,其结构主要为散体状结构,地质界面的结合很差,切刀的切削能力完全能够应对该种地层。如若在破碎地层中存在结合面较好的岩体,切刀切削能力不足的问题就会突显,须配置有搅动切削能力的齿刀先行切削,以此为切刀创造较好的切削条件。对于较破碎岩体,齿刀切削的破碎效果将会降低,刀具磨损速度急剧增加,须采用具有多重破岩机理的滚压型刀具来滚压破碎,对于该类地层配用双刃滚刀即可满足需求。但对于完整程度较高的岩体,受限于双刃滚刀较小的正压力,难以满足该类地层的切削,此时须考虑配用具有较大承载能力的单刃滚刀甚至是重型滚刀。对于RBI=50~100或RQD>90%的岩层,就目前的技术水平来说,还不宜采用盾构机来掘进。隧道围岩分级是隧道结构设计的基础,关系到工程的安全性和经济合理性。围岩分级偏低将会使得工程投资额增大,围岩分级偏高可能引起隧道产生病害甚至事故[5]。有关洞室围岩分级方面的研究发展迅速,围岩分级方法众多,《地铁设计规范》将岩体完整程度作为基本控制因素之一,可想岩体完整程度评价对于城市轨道交通中意义重大。

以某市轨道交通山体隧道为例,根据勘察成果,对沿线隧道围岩进行分级判定和稳定性分析,提供针对性的工程措施建议,为隧道设计、施工提供科学依据。该隧道全长约1.5km,起止里程K28+670~K30+170,隧道横穿山脊,沿线地势起伏较大,线路纵向地形地势呈现中间高、两边低的特点,横向则是北高南低。山体植被茂盛,第四系覆盖层主要为含碎石粘性土,厚度在1.8m~5.0m范围,进出洞口处厚度较大,局部可达20.0m。下伏全~微风化基岩,岩性判定为凝灰岩,柱状节理发育,强风化层厚约3.0m左右,局部地段有辉绿岩侵入。此时需要结合勘探成果,因Ⅱ级围岩段局部岩体较破碎,且节理裂隙较发育,故围岩级别修正为Ⅲ级。另断层破碎带位置,岩体破碎,围岩级别降为Ⅳ级。Ⅲ级围岩段节理裂隙发育,断层破碎带对其影响较大,围岩级别修正为Ⅳ级。进出洞口段风化严重且受到断层破碎带影响严重,岩体较破碎,围岩级别调整为Ⅴ级。隧道围岩分级前应先行分析隧道拱部围岩的自稳性,影响分析的因素包括岩性、岩层厚度、地下水状态以及岩体的完整性。

3结论

根据本文对岩体完整性评价方法的分析,结合岩体完整性评价在城市轨道交通工程中的应用特点,提出以下建议:(1)实际勘探时重点关注岩芯采取率、RQD指标、地质界面的结合及发育程度、结构类型、风化程度、坚硬程度、破碎程度、均匀性等。(2)资料整理阶段重点关注岩土层特征描述、物理力学指标、围岩类别划分、岩土施工等级评判以及岩体完整性评价依据分析。(3)加强原位测试工作,如重点关注波速试验孔的数量及布置、测试深度、地层的代表性等。

参考文献

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[5]叶荣华,王和坤,唐江.宁波轨道交通育王岭隧道岩土工程勘察与评价[J].铁道勘察,2015(06):36-40.

作者:王宁1;杨洋1;胡韵2 单位:1.南京地铁建设有限责任公司,2.江苏华东工程设计有限公司

第四篇:城市轨道交通现浇梁施工安全防护体系探讨

【摘要】我国城市基础设施建设处于大规模、高速度发展阶段,现浇桥梁在城市轨道交通建设中应用已很广泛,但施工过程中常会遇到超高压线路障碍影响,极大地增加了施工难度及安全风险,甚至无法施工。论文通过工程实例,分析采用合理、安全的防护体系对超高压线下桥梁施工加以防护,可以解决迁改周期长而导致工程延期的难题。

【关键词】现浇桥梁;超高压线下;防护体系

1工程概况

武汉市轨道交通21号线工程途经武汉市江岸、黄陂和新洲3个区,两端均预留延伸条件,一期工程从江岸区后湖大道至新洲区金台,线路全长33.7km,共设车站16座。本标为三标段,均为高架段,起始于军民村站(不含)—武生站高架,经武生站、武生站~平江路站、平江路站、平江路站—阳逻开发区站、阳逻开发区站、阳逻开发区站~施岗站(不含)、施岗站(不含)—金台站,止于金台站,本标段同时还包括倒水河车辆段出入线区间、倒水河车辆段及施岗主变电站,共4站6区间及车辆段1座,主变电站1座,正线全长11.178km(不含倒水河车辆段的长度)。本标段共有简支箱梁250孔,连续梁26联。本标段范围内有17条超高压线路与轨道相交,共影响简支梁23孔,连续梁2联。超高压线的迁改周期普遍都在1年以上,而如此高的影响比例致使工程无法实现按时履约,因此,开展“如何在超高压线下安全施工”的研究势在必行。

2研究思路

在超高压线路下施工的风险高、难度大,表现在2方面:(1)超高压线下施工的人员及设备安全;(2)对高压线路运行安全的影响。要解决以上问题,主要从以下几方面考虑:隔离、防护、削弱场强以及高效施工。其中,隔离和防护可有效防止人员误操作引起线路放电;削弱场强可保证在线路下施工的人员安全、健康;高效施工,就是从设备和工艺入手,尽量缩短在线路下的施工时间,以降低风险。

3施工方案

本标段受超高压线影响的简支梁23孔,连续梁2联。其中有7孔简支梁和1联连续梁的轨顶标高高于既有超高压线,必须待线路迁改后才能施工,剩余16孔简支梁和1联连续梁,高压线距离轨顶的距离在6.3~11.4m,高压线距离地面的距离在13~23.4m。高架桥梁施工主要包括桩基、承台、墩柱以及梁体施工4道工序,针对每道工序的特点,制定相应的解决策略。

3.1桩基施工

桩基施工主要包括桩基础钻机钻孔,钢筋笼吊装以及混凝土灌注作业。在超高压线路下进行桩基施工,危险性最大的是钻机钻孔和钢筋笼的吊装。其中,钻机钻孔可以从设备选型入手,结合地质条件,在满足安全及质量的前提下,选择施工高度及钻进速度的最优组合。主要是钻机选型及钢筋笼分节的要求,尤其是大型机械在高压线下的施工作业极易引发高压线放电。针对以上情况,在施工前需根据线路高程数据及地质情况进行钻机选型。根据超高压线距离地面的实际情况,最小值12.7m,最大值24m,要保证施工期间的安全,钻机的最高点距离超高压线不能少于6m;根据地勘资料,表面为覆盖层,以下分别有粉质黏土、粉质黏土混卵砾石、残积粉质黏土、强风化泥质砂岩及中风化泥质砂岩。综合以上情况,符合条件的施工钻机有汽车回旋钻和冲击钻2种。根据现场施工的实际情况,施工1根直径1.25m、桩长30m的灌注桩,汽车回旋钻采用1.5d(d为桩的直径),冲击钻采用3d,考虑工期,最终优选汽车回旋钻进行超高压线下的桩基施工。施工过程中结合地面与超高压线的净空高度,经过技术与质量分析,将钢筋笼分节制作、现场连接,分节长度有4.5m和6m不等,以降低提升高度,保证顺利下笼。截至2016年9月26日,正线的桩基全部顺利完工。

3.2承台施工

承台施工主要包括基坑开挖、钢筋制作安装、模板安装及混凝土浇筑。超高压线距离地面的高度在12.7~24m,针对不同的高度情况,采用不同的施工工艺,达到安全、快速施工的目的。对于高差较大能保证机械安全施工的部位,结合地质情况,基坑开挖采用钢板桩支护或直接放坡开挖;钢筋制作安装采用机械吊装;模板采用机械吊装;混凝土浇筑采用溜槽或天泵浇筑。对于高差较小不能满足大型机械安全施工的部位,基坑开挖全部采用放坡开挖;钢筋全部采用人工制做安装;模板采用木模板,人工制做安装;混凝土采用溜槽或者地泵浇筑。

3.3墩身施工

本工程桥墩主要为简支梁独柱墩、门式墩、连续梁桥墩、变截面连续梁桥墩、出入线双线墩,桥墩模板采用厂制钢模板拼装,钢筋在加工场加工好后运至现场绑扎,混凝土由附近商用混凝土站生产供应,混凝土运输车运送至现场,混凝土一次整体浇筑成形,混凝土通过泵送入模,墩身模板和钢筋采用吊车垂直吊装作业。墩身浇筑完成后先带模浇水养生,拆模后覆盖塑料膜养生。超高压线下墩身施工前,需对现场情况进行分析,针对不同的工况,采取相应的解决策略,以达到安全、快速施工的目的,具体如下:1)垫石顶高程与超高压线之间的高差在15m以上的,可不进行防护,采用常规方法施工;2)垫石顶高程与超高压线之间的高差在10~15m的,须在防护棚或防护网保护下进行施工,模板采用定型钢模板拼装,钢筋及其他材料可由机械或人工搬运至仓面安装,混凝土浇筑采用地泵供料,人工振捣;3)垫石顶高程与超高压线之间的高差在6~10m的,须在防护棚防护下进行施工,模板采用定制的组合木模板,钢筋及其他材料均由人工搬运至仓面安装,混凝土浇筑采用地泵供料,人工振捣;4)垫石顶高程与超高压线之间的高差小于6m的,视情况可在防护棚下先施工半个墩身,或者完全不施工,待升塔或者迁改后再施工。

3.4梁体施工

超高压线下现浇梁施工安全风险高、难度大,是整个项目的重中之重,关系到项目部的人员设备安全和项目能否按时履约,因此,施工前需做好充足的准备。

3.4.1防护基本原理

通过轨行式防护棚车、线下及线侧防护网3种防护形式达到了隔离、防护、削弱场强以及增效的目的,保证在线路下施工的人员安全和健康。1)轨行式防护棚车防护原理轨行式防护棚车由绝缘材料、棚车骨架、报警器、行走装置等组成。报警器安装在顶棚下部,当电场强度达到设定值时报警器报警,提醒作业人员迅速离场;棚车结构及绝缘材料不仅起到隔离作用,且有效降低了作业面电场强度,基于目前国家规定的人体安全电场强度不超过4kV/m,经现场检测,梁体顶面的最高电场强度综合量为7.22kV/m,经过轨行式防护棚车削弱后的场强为0.02~0.36kV/m,满足要求;通过轨道及牵引装置进行快速移动,可节约时间,高效完成施工。2)线下防护网防护原理线下防护网由限高绳、支撑立柱及密目网组成。限高绳由红白相间的高强度尼龙绳构成,非常醒目。密目尼龙网上有非常醒目的红白相间的条纹及夜间反光标识,不但将施工区域与超高压线进行隔离,更有效防止人员及设备突破安全距离而引起超高压线放电。3)线侧防护网防护原理线侧防护网由支撑立柱和密目网组成。防护原理同线下防护网。

3.4.2防护策略的确定

施工前,经过与国电部门关于防护体系的共同研究,针对超高压线与梁体相对位置的不同,得出相应的防护策略:(1)超高压线在梁体上方6~10m的,采用轨行式防护棚车防护;(2)超高压线在梁体上方10m以外的,采用线下防护网防护;(3)超高压线在梁体侧方10m以外的,采用线侧防护网防护;(4)超高压线在梁体上方6m以内的,必须升塔或迁改后再施工。

3.4.3防护策略的实施

防护策略确定后,按照对应的方法安装防护设施,梁体施工均在防护设施下进行。防护设施的安装如下。防护棚车的部件全部采用螺栓连接,工厂加工,在高压线外进行组装,通过轨道及牵引装置进行快速移动,且通过测量提供的高程数据,预先加工不同长度的立杆,以解决棚车高度在不同部位、不同高度工况下的快速调节,顶部铺设的绝缘毯,经过试验检测,可高效削减棚车内部电场强度(4kV/m以上最低削减至0.02kV/m),满足安全施工需求。防护网由支撑立柱、限高绳及密目网组成。(1)在梁体及高压线外侧将支撑立柱竖立牢固;(2)由专业人员登高挂设红白相间的限高绳;(3)在梁体施工范围内,在限高绳上增设密目网,防止人员、设备误操作。

4结论

依托武汉轨道交通21号线BT三标段桥梁工程,对超高压线下桥梁施工防护技术展开研究,结合工程实践和应用效果,总结归纳了以下防护体系:1)超高压线在梁体上方10m以内的,采用线下轨行式防护棚车,通过牵引装置实现快速移动,以加快防护棚车的安置及撤出速度。轨行式防护棚车在牵引至指定位置后利用两侧设置的拉锚进行固定,在固定完成后进行全面接地处理;2)超高压线在梁体上方10m以外的,采用线下防护网防护,防护网由限高绳、密目网和支撑立杆组成,通过在施工梁体上方形成一张封闭网,施工人员及机械在封闭网下作业,有效防止误操作,避免人员触电及引起高压线放电;3)超高压线在梁体侧方10m以外的,采用线侧防护网防护,防护结构及防护特点同2)。5结语当前城市化建设加速发展,市政基础设施与城市内外架空线路之间的空间位置冲突越来越多,尤其是城市高架桥梁。在超高压线路下高架桥梁施工的风险高、难度大,其中对高压线路安全造成潜在影响的主要是桩基础钻机钻孔和钢筋笼、模板吊装、混凝土灌注等作业,尤其是大型机械高压线下的施工作业易发生高压线触电以及因触电而造成的城市电网断电,导致厂矿企业生产停滞所产生的重大经济损失。为了避免上述突发事件产生,本文论证的施工防护体系就很好地解决了人们担忧的问题,且为其他类似工程提供借鉴经验。

作者:王波;张立军;章昊 单位:中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司

第五篇:城市轨道交通工程的基坑施工影响分析

【摘要】随着城市地下轨道交通工程的发展,临近既有城市轨道交通的工程越来越多。新建地铁车站基坑工程,会引起临近既有地铁车站、区间隧道等结构产生变形,因此,需要对类似工程施工影响分析进行深入研究。论文以临近既有2号线莫愁湖站的南京地铁7号线新建莫愁湖站基坑施工为实例,运用有限元软件对施工过程进行了建模分析,提出了相应处置措施,为类似工程施工提供参考。

【关键词】基坑工程;既有工程;施工风险;数值模拟

1工程概况

1.1工程地质概况

拟建场地位于汉中门大街与莫愁湖西路路口,莫愁湖公园内,地形平坦,现地面高程约在6.01~7.30m,地貌类型属秦淮河漫滩[1],其具体地质详图如图1所示,根据图1可知:车站明挖范围内自上至下分别为①-2b素填土、②-2b4淤泥质粉质黏土、②-2c3-4粉土、②-3c2-3粉土、②-4b4淤泥质粉质黏土、②-4c2-3粉土。基坑底板主要位于②-4c2-3粉土。坑底以下主要②-6b4淤泥质粉质黏土、②-6d1-2粉细砂、K2p-2粉砂质强风化泥岩、K2p-3粉砂质中风化泥岩。

1.2工程水文概况

场地地下水类型属孔隙潜水,深部砂性土层中地下水具微承压性[2]。潜水位埋深介于0.87~0.96m,平均埋深0.90m,相应高程约6.10m;承压水位埋深介于0.83~0.93m,平均埋深0.88m,相应高程约6.12m。各钻孔稳定水位埋深0.50~1.10m,相应高程介于5.50~6.00m。观测结果表明:本勘察场地深部地下水具一定的承压性[3]。

2新建基坑对既有结构影响分析

2.1对既有车站的影响分析

7号线莫愁湖站与既有2号线地铁车站相互关系。7号线莫愁湖站紧邻已建地铁2号线莫愁湖站,为地下五层明挖岛式站台车站,车站宽度21.5m,顶板覆土约2.15m。7号线莫愁湖站与已建地铁2号线车站侧墙距离约28m。本次采用二维有限元进行计算,流程如下。

2.1.1有限元计算模型及计算工况

根据两工程相对位置关系,建立二维有限元模型如图2所示。计算时的边界条件为:侧向水平约束,顶面为自由面,底部为水平和竖向约束。

2.2对既有区间隧道的影响分析

7号线莫愁湖站与既有2号线地铁区间的相互关系。本次采用二维有限元进行计算,步骤如下。

2.2.1有限元计算模型及计算工况

根据两工程相对位置关系,建立二维有限元模型如图7所示。计算时的边界条件为:侧向水平约束,顶面为自由面,底部为水平和竖向约束。

2.2.2二维有限元计算结果

7号线地铁车站基坑施工完成后。

3风险分析

应对措施针对莫愁湖周边特殊的地质环境,结合新建车站自身及环境风险评估结果,分别采取相应施工风险处置措施,处置后风险等级均为Ⅲ级。

1)提高基坑支护结构的刚度及强度,减少基坑变形。

2)基坑封闭,坑内仅疏干排水,禁止降水。

3)为减小基坑开挖对既有地铁2号线莫愁湖站的影响,在车站基坑中间设置一道临时封堵墙,基坑分2次跳仓施工。

4)新建车站与既有车站之间设置600cm厚地下连续墙隔离桩。

5)采取措施控制基坑变形,基坑施工过程中加强监控量测。

6)施工前制定施工风险预案、建立应急抢险机制,监测数据出现报警时及时分析原因、进行处理,必要时应通过注浆加固等措施抑制变形[4~6]。

4结论

1)地铁施工前,应该采用合适的有限元数值软件进行建模,分析地铁施工对临近既有地铁车站、区间隧道等结构的影响。

2)经过计算分析,主体基坑施工时对既有2号线莫愁湖车站、2号线区间隧道存在一定影响,此段主体基坑外侧采用隔离桩且采用跳仓开挖等措施分段施工。

【参考文献】

【1】顾美婷.合肥地铁深基坑开挖对临近建筑物沉降的影响分析[J].安徽建筑大学学报,2016,24(6):30-34.

【2】陈思明,欧雪峰,韩雪峰,等.临近既有地铁隧道新建基坑的数值计算分析[J].铁道科学与工程学报,2016,13(8):1585-1592.

【3】石钰锋,方焘,王海龙,等.基坑开挖引起紧邻地铁隧道力学响应与处理方案研究[J].铁道科学与工程学报,2016,13(6):1100-1107.

【4】高文伟,向伟明,郑伟锋,等.某基坑开挖对邻近地铁隧道影响的三维有限元分析[J].建筑科学,2012,28(7):28-30+46.

【5】刘占民.基坑突发事故的应急处理对邻近地铁隧道的影响[J].城市轨道交通研究,2010,13(11):77-81.

【6】叶丹,丁春林,侯剑峰,等.地铁深基坑逆作施工的数值模拟与实测分析[J].华东交通大学学报,2009,26(4):13-17.

作者:杨庆刚 单位:南京地铁建设有限责任公司

城市轨道交通发展趋势(5篇)责任编辑:张雨    阅读:人次