轨道交通工程技术精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇轨道交通工程技术，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：城市轨道交通；基本类型；建设现状；发展趋势

前言

城市轨道交通具有安全、准时、快捷、舒适、环保等优点，已成为解决城市交通问题的根本途径。经过近二十年的发展，我国城市轨道交通的研究已从建设的必要性、重要性转向技术与管理等具体领域，工程建设也已进入到网络化、区域化与制式多样化的新阶段。因此，有必要对城市轨道交通工程建设的发展趋势和管理予以足够的关注和重视。下面本人结合多年工作和理论研究经验，主要就城市轨道交通的定义、建设现状以及发展趋势和管理等方面浅谈几点看法，仅供同行参考。

1城市轨道交通概述

1.1城市轨道交通的定义

（1）城市轨道交通是指具有固定线路，铺设固定轨道，配备运输车辆及服务设施等的公共交通设施。在中国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中，将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力，采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通的总称”。

（2）“城市轨道交通”是一个包含范围较大的概念，在国际上没有统一的定义。一般而言，广义的城市轨道交通是指以轨道运输方式为主要技术特征，是城市公共客运交通系统中具有中等以上运量的轨道交通系统（有别于道路交通），主要为城市内（有别于城际铁路，但可涵盖郊区及城市圈范围）公共客运服务，是一种在城市公共客运交通中起骨干作用的现代化立体交通系统。

1.2城市轨道交通的作用

⑴城市轨道交通是城市公共交通的主干线，客流运送的大动脉，是城市的生命线工程。建成运营后，将直接关系到城市居民的出行、工作、购物和生活。

⑵城市轨道交通是世界公认的低能耗、少污染的“绿色交通”，是解决“城市病”的一把金钥匙，对于实现城市的可持续发展具有非常重要的意义。

⑶城市轨道交通是城市建设史上最大的公益性基础设施，对城市的全局和发展模式将产生深远的影响。

1.3城市轨道交通的类型

城市轨道交通种类繁多，技术指标差异较大，世界各国标准不一，尚无十分统一的分类标准。一般按运能范围、车辆类型及主要技术特征可分为：有轨电车、地下铁道、轻轨道交通、市郊铁路、单轨道交通、新交通系统、磁悬浮交通七类，在此就不一一介绍了。

2我国城市轨道交通工程建设现状

近20年来，国内北京、上海、广州等城市的城市轨道交通工程建设规模和技术水平有了较大的进展。近二十年的城市轨道交通建设实践证明，国内在工程建设的许多技术上并不落后。例如：明挖法、盾构法等技术已达到了国际先进水平，大跨度暗挖法隧道施工技术接近了国际领先水平。

2.1在城市轨道交通机械化施工方面与国际先进水平有一定差距。目前，国内城市轨道交通建设所使用的盾构隧道掘进机主要靠进口。

2.2在城市轨道交通专用系统设备方面，诸如：通信、信号、AFC等自动控制系统技术水平与国际相比有一定差距。

2.3在城市轨道交通的技术水平上与发达国家相比存在差距。主要表现在系统集成能力不强，缺乏具有对工程项目管理、设计、咨询、施工、运营进行全过程管理的专业化公司。

2.4在运营管理方面与发达国家相比有较大的差距。主要表现在我国人工较多，自动化、信息化水平较低。正线每公里运营管理人员接近先进国家的两倍。

2.5在城市轨道交通技术创新上国内存在明显不足，尤其在新型交通系统研究与开发方面。

3城市轨道交通建设的发展趋势

3.1城市轨道交通建设统筹化

目前，国内交通枢纽存在的最严重问题就是乘客换乘不方便，一个主要原因就是技术与管理方面缺乏统筹规划和统一设计。目前，国内一些城市已开展了城市轨道交通线网系统技术标准与方案、车辆段与停车场、主变电站、联络线等综合规划方面的专项研究。

3.2城市轨道交通建设的区域延伸化

目前，国内一些城市在开展中心城区城市轨道交通建设的同时，已着手开展市域城市轨道交通线网规划的编制工作，个别城市已启动了市域城市轨道交通建设。

2.3城市轨道交通工程技术装备国产化

城市轨道交通工程投资规模巨大，而国产化是降低工程投资的重要途径。目前，国内城市轨道交通制造企业通过与国际企业合作进行产品开发与生产，使得企业的核心竞争力得到提高，也降低了城市轨道交通工程的建设成本。然而，国内更应重视对引进技术的消化、吸收和提高，做到自主研发并真正实现国产化，逐步开发研制关键零部件及易损易耗备品，在保证设备的正常运行的条件下，大幅度降低工程成本。

3.4城市轨道交通技术的信息智能化

智能化城市轨道交通系统是高新自动控制技术在城市轨道交通领域的综合体现，它是充分利用信息传输和自动化处理技术，在提高现有交通设施利用率方面发挥着极为重要的作用。目前，国内城市轨道交通机电设备系统技术标准较高，但整体集成水平不高。因此，国内应该开展城市轨道交通安全保障体系研究，综合研制具有高度智能化、集成化的快速事故防范预警系统和安全疏散、救援系统。

3.5城市轨道交通建设的环保节能化

城市轨道交通建设的发展必须重视协调生态建设和资源综合利用等重大问题。建设生态城市对城市轨道交通的有关设施（如风井、出入口、冷却塔等）提出了更高的环境要求。为使城市轨道交通与周围环境融为一体，城市轨道交通应当加强环保与节能研究，技术装备与管理过程中应当协调好安全、环保、节能、低维护之间的关系。此外，在建设集约型社会的要求下，如何节省建设投资及运营成本，也是一项非常重要的任务。

4城市轨道交通工程建设发展的管理策略

4.1加强宏观领导和管理，成立国家级领导与协调机构，会同规划、技术与运营等部门，协调城市轨道交通发展中的重大技术问题，在引进、消化和吸收国外先进经验的基础上，制定城市轨道交通系统的发展规划及实施计划，明确城市轨道交通发展战略的相关产业政策、技术政策和建设标准，并在适当时机制定相关法规，加强对城市轨道交通建设行业的监督管理和组织协调，促进城市轨道交通建设快速、有序、健康的发展。

4.2加强技术研发，提高产业水平。开展城市快速轨道交通系统成套技术研究，提升我国城市轨道交通的整体技术水平，完成行业技术跨越，打破国外的技术垄断，促进产业发展。城市轨道交通管理部门、研发机构与运营商应就技术开发项目的立项、筹资、研发、鉴定、知识产权管理等密切合作并达成一致性意见，以促进技术开发项目管理有序、高效开展。

4.3促进技术整合并加强协同管理。技术整合是技术创新活动的一种形式，是城市轨道交通发展过程中解决技术创新问题的一种快速有效途径。它是通过系统集成的方法评估、选择适宜的新技术，并将新技术与城市轨道交通现有技术有机地融合在一起，从而推出新产品和新工艺的一种创新方法。技术整合的过程管理注重新旧技术的相融，其核心就是合作各方的协同管理。

4.4加强技术联盟的管理。技术联盟是通过共同的研究开发信念，将联盟内研发人员紧密联系起来。它已成为新技术、新产品研发的最新方式。随着国际化进程的发展，为了完成城市轨道交通中一些高投入的技术研究开发项目，有必要开展国内城市、国外机构或企业联合一起组建技术联盟进行技术研发。

篇2

关键词：城市轨道交通；建设发展；管理

Abstract: the paper of urban rail transit engineering construction present situation and the development trend of the elementary analysis, this paper discusses the urban rail traffic should stick to the engineering construction as a whole, regionalization and localization, information intelligent and environmental protection energy conservation the development direction, and should actively promote technology and management innovation. At the same time, urban rail traffic engineering and technical requirements of the development of the need to strengthen the management of engineering construction method of comprehensive and improve.

Keywords: urban rail traffic; Construction development; management

中图分类号：C913.32文献标识码：A 文章编号：

城市轨道交通具有安全、准时、快捷、舒适、环保等优点，已成为解决城市交通问题的根本途径。因此，城市轨道交通工程在我国起步虽然较晚，但发展却非常迅速。目前，国内有近三十个城市正在进行或筹建城市轨道交通，我国已迎来了大规模城市轨道交通建设的。

目前，国内城市轨道交通的研究已从建设的必要性、重要性转向技术与管理等具体领域，工程建设已进入到网络化、区域化与制式多样化的新阶段。特别是近二十年城市轨道交通工程的建设实践，表明我国已基本走出了城市轨道交通建设的初级阶段。随着愈来愈多的城市开展城市轨道交通建设。今后，国内城市轨道交通建设的发展将会进入到一个更加理性、更加成熟的时期。因此，有必要对城市轨道交通工程建设的发展趋势和管理予以足够的关注和重视。

1、城市轨道交通工程建设发展现状

目前，国内有近十个城市开通了城市轨道交通，近三十个城市正在进行或筹建城市轨道交通。特别是近20年来，国内北京、上海、广州等城市的城市轨道交通工程建设规模和技术水平有了较大的进展。近二十年的城市轨道交通建设实践证明，国内在工程建设的许多技术上并不落后。例如：明挖法、盾构法等技术已达到了国际先进水平，大跨度暗挖法隧道施工技术接近了国际领先水平。然而,在城市轨道交通综合规划与设计、关键技术与设备以及运营管理等方面，国内尚有一定差距。

1.1在城市轨道交通机械化施工方面与国际先进水平有一定差距。目前，国内城市轨道交通建设所使用的盾构隧道掘进机主要靠进口。

1.2在城市轨道交通专用系统设备方面，诸如：通信、信号、AFC等自动控制系统技术水平与国际相比有一定差距。

1.3在城市轨道交通的技术水平上与发达国家相比存在差距。主要表现在系统集成能力不强，缺乏具有对工程项目管理、设计、咨询、施工、运营进行全过程管理的专业化公司。

1.4在运营管理方面与发达国家相比有较大的差距。主要表现在我国人工较多，自动化、信息化水平较低。正线每公里运营管理人员接近先进国家的两倍。

1.5在城市轨道交通技术创新上国内存在明显不足，尤其在新型交通系统研究与开发方面。

2、城市轨道交通建设的发展趋势

2.1城市轨道交通建设统筹化

为加强与促进城市轨道交通网络化建设，国家采取了先批线网规划再进行项目立项审批的政策，就是从政策上要求城市轨道交通建设统筹规划。城市轨道交通建设规划的前提是城市总体规划和城市综合交通规划，这有利于不同交通资源的整合与综合利用，以充分发挥城市轨道交通在城市建设中的辐射和带动作用，形成一个地上、地下统一规划建设的城市交通发展模式。

城市轨道交通与铁路、地面公交之间的接驳换乘产生交通枢纽问题，需要从城市综合交通系统上综合规划与设计，充分考虑地上与地下、长途与短途、高速与低速、汽车与火车等多种交通方式的立体接驳与平行换乘。目前，国内交通枢纽存在的最严重问题就是乘客换乘不方便，一个主要原因就是技术与管理方面缺乏统筹规划和统一设计。

目前，国内一些城市已开展了城市轨道交通线网系统技术标准与方案、车辆段与停车场、主变电站、联络线等综合规划方面的专项研究。

2.2城市轨道交通建设的区域延伸化

大城市在由单中心结构向多中心城镇区域体系发展的进程中，产生了一种提供由中心城区到郊区城镇（副中心区）的市郊城市轨道交通客运服务需求，即市域城市轨道交通。由于市域城市轨道交通站间距大，一般采用公交化运营模式。因此，市域城市轨道交通在交通制式上、线路敷设方式上可以多样化，在系统技术与设备标准上也应适当降低。目前，国内一些城市在开展中心城区城市轨道交通建设的同时，已着手开展市域城市轨道交通线网规划的编制工作，个别城市已启动了市域城市轨道交通建设。

2.3城市轨道交通工程技术装备国产化

城市轨道交通工程投资规模巨大，而国产化是降低工程投资的重要途径。车辆与机电设备系统是城市轨道交通运营的核心，是确保工程安全、正点运营的关键。资料表明：车辆与机电设备系统占城市轨道交通工程建安总投资35%～40%，运营中车辆零部件维修费在运营成本也占相当大的比例。因此，车辆与机电设备系统国产化对降低工程造价、节省运营开支具有重要意义。

目前，国内城市轨道交通制造企业通过与国际企业合作进行产品开发与生产，使得企业的核心竞争力得到提高，也降低了城市轨道交通工程的建设成本。然而，国内更应重视对引进技术的消化、吸收和提高，做到自主研发并真正实现国产化，逐步开发研制关键零部件及易损易耗备品，在保证设备的正常运行的条件下，大幅度降低工程成本。

篇3

关键词：轨道交通虚拟仿真

Simulation Development and Application of Urban Rail Traffic Engineering Based on the VR Technology

Liu Zhongbo1、2）

(1. Jilin UniversityChangchun Jilin130000；2. JiLin Communications PolytechnicChangchun Jilin130012)

Abstract: Considered with professional practical teaching of urban rail traffic engineering technology， the virtual reality technology and urban rail traffic engineering are combined. 3 D model of commonstructure components in rail traffic engineering field and Interactive 3 D virtual reality （VR）of construction technology on ground rail traffic engineering are designed. Based on the VR technique， virtual method of urban rail traffic engineering on ground are provided.

Key words:rail transit; virtual reality；simulation;

1 引言

实训是高等职业教育教学活动中最重要的教学环节，对于培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力至关重要，当前，由于学生数量和实训任务量的不断增大，很多院校的实训投入远远不能满足要求。虚拟实训技术可以很好解决这个问题，它具有如下特点：（1）虚拟构建实训环境方便、易用，降低了教育成本；（2）教学效果明显；（3）可构建在校园内无法建设的实训室；（4）可实现情境式教学、互动式教学、发现式教学和协同工作式教学；（5）虚拟实训让学生学习与就业市场结合更为紧密。

利用虚拟现实技术进行城市地面轨道结构施工技术的虚拟实训开发研究，由于其“设备”与“部件”是虚拟的，可以根据需要生成新的设备，最大程度降低购置昂贵的轨道交通实训设备、设施。教学内容也可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。同时，虚拟现实的交互性，使学生沉浸在“真实的”虚拟环境中，与虚拟环境进行各种交互作用，从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性认识，从而可以深化概念，萌发新意，产生认识上飞跃。这有利于学生的技能训练，学生可以反复练习、认知轨道结构地面施工工艺，直至掌握地面轨道结构施工专业知识和施工工序为止。可以大大节省实训的资金与培训教师人员的投入，解决实训投入大、场地有限等不利因素。

2 虚拟开发流程

2.1虚拟开发工具

2.1.1 Cinema 4D

Cinema 4D 包含建模、动画、渲染、角色、粒子等模块，可以说它提供了一个完整的3D创作平台，是一款功能强大的三维图像设计工具。Cinema 4D 所拥有强大的3D 建模功能，软件运行稳定，具有良好兼容性，无论是初学者还是高手都适合使用。Cinema 4D 还包含一个完整的修补时间线、增强造型功能，另外其光线系统提供50多种光线和照明模式、收音机按钮式的阴影、音量噪音，增强的预览能力。Cinema 4D支持多重处理、整批成像和可输出Alpha通道，还支持超过十多种输出档案格式种外部格式如 DXF、VRML、Lightwave 和 3D Studio 的格式。

2.1.2 Unity 3D

Unity是一个游戏引擎，可以作为轻松创作的多平台的动画开发工具，主要特点就是，相对开发简单，易上手；开发周期相对较短、生成效果好。Unity3D的特性包括整合的编辑器、跨平台、地形编辑、着色器，脚本，网络，物理，版本控制等特性。Unity 3支持在一个统一的编辑器中创建项目，可以方便完成类似游戏场景的特效，本虚拟开发研究利用Unity 3D软件实现3D模型的导入，编辑场景动画，模拟机械设备、操作员等。

2.1.3 Java 3D

Java 3D是Java语言在三维图形领域的扩展，是一组应用编程接口（API），它在OpenGL基础上发展而来的。利用Java 3D提供的API，可以编写出基于网页的三维动画、各种计算机辅助教学软件和三维游戏等等。Java3D对场景有很强的动态控制能力，易于同模型数据库集成，便于在网络上传输和屏幕上浏览。利用Java 3D编写的程序，只需要编程人员调用这些API进行编程，而客户端只需要使用标准的Java虚拟机就可以浏览，因此具有不需要安装插件的优点。在本虚拟开发过程中需要的3D模型（轨道结构构件、地面轨道施工工艺等）首先用Cinema 4D来构建，然后将它们导出为F不行文件，将所有的3D模型通过导入器导入后，通过Java3D技术对其进行可视化的操作。

2.2虚拟开发流程

在城市地面轨道结构施工技术的虚拟实训开发研究中，采用三维建模软件Cinema 4D，将轨道结构构件建立虚拟模型，按FBX格式保存，通过uvw贴图手段对模型进行渲染；经过修饰渲染的模型通过导入Unity3D，进行场景的虚拟。利用Java 3D软件编制对虚拟设备、操作员的控制，编译生成可执行性文件。虚拟开发模块如图1所示：

图1：轨道交通工程仿真虚拟开发模块

3程序实现功能

虚拟实训项目开发的优劣主要体现在对真实实训场景的再现和对真实实训的加强和补充。学生参与实验的目不仅仅是对实验设备操作的熟悉掌握，同时也可以加强结构或构件的各类性能的感知。这就要求虚拟实不仅要满足虚拟现实的特征要求，同时也要反映现实工艺的工序和技术要求。

在轨道结构模块中，虚拟现实程序功能主要是实现建立虚拟构件模型，响应用户的操作，对轨道结构(钢轨、轨枕、道床、道岔等)进行实时的三维显示，同时对结构主要参数或技术要点配以文字介绍。

对城市轨道各构件的虚拟开发主要包括钢轨、轨枕、扣件、道岔、道床的三维可交互式虚拟，以及可以人机互动的地面轨道结构施工技术的虚拟开发，如图2、3所示。

图2：轨道构件－钢轨虚拟效果图 图3：地面轨道施工技术的虚拟效果图

4 结论

VR技术是三维技术领域的重要发展方向，随着技术的发展，VR技术优越的实时性、强大的交互性、超强的沉浸感都可以逼真反应现实事物。城市轨道交通专业可以通过虚拟技术将学生实训带入课题，即满足高校教学需求，同时节省经费、可重复使用，甚至根据需要继续开发、扩展功能等，VR技术是解决高校实训难题的很好解决方案。基于VR技术的工程实训项目开发具有很好经济性，必将在更广泛领域得到应用。

参考文献：

[1]金勇进,吴产乐. 3D网络虚拟实验开发中基于组件的模型处理与交互方法[J]. 武汉大学学报(理学版),2010,56(4):473-477.

[2] 汪德江，叶志明. 结构工程虚拟实验室的开发探索[J]. 力学与实践,2004,26:78-79.

[3] 魏英洪. 虚拟现实技术在城市轨道交通设计中的应用[J]. 图像图形技术研究与应用,2010:285-290.

[4] 周琴，夏志婕. 虚拟技术开发及虚拟校园的建立[J]. 科技信息,2011（3）:26-27.

篇4

关键词：城市轨道交通；施工技术要点；管理研究

1城市轨道交通施工的特征

1.1建设规模大

城市轨道交通工程建设规模比较大，而且投资成本也比较高。所以在城市轨道交通工程建设中需要多个单位进行参与，从而更好的完成城市轨道交通工程建设。

1.2花费时间长

城市轨道交通工程建设花费时间比较长，其中单线也需要四年左右才能完工。

1.3对技术的要求非常高

城市轨道交通建设对技术的要求比较高，所以比较加强对城市轨道交通工程施工技术的管理。

1.4信息量非常大

城市轨道交通建设中，信息量比较大，所以在实际施工中会有很大的工作量。

2城市轨道交通工程施工的技术要点

2.1轨道交通电气系统施工的技术要点

在城市轨道交通工程施工中，需要配备比较多类型的基础设施，其中电气是重要的组成部分。在电气系统施工中，主要包括电气系统的安装和调试，需要对电气系统的安装调试进行优化，更好的缩短工期，从而更好的提升电气系统施工安全性。

2.2轨道交通给排水系统施工的技术要点

在城市轨道交通建设中，其中城给排水系统对市轨道交通运行有直接的影响。在城市轨道交通建设上，需要把轨道交通的给排水系统和市政排水系进行协调化，所以对于城市轨道交通的给排水系统建设要求会比较高。在城市轨道交通的给排水系统中，一般有污水排水系统和废水排水系统，所以在城市轨道交通施工中，需要对两者进行区别对待，从而更好的保证城市轨道交通给排水功能。

2.3轨道交通通风系统施工的技术要点

在城市轨道交通建设中，需要做好轨道交通通风系统施工。在风机的安装上，需要安装消声器和电动执行机中的活塞，特别是在隧道中空调需要安装新风机和排风机。另外在城市轨道交通建设中，要充分保障隧道里交通安全，需要在城市轨道设计上需要注意以下几个方面。一是在轨道交通设计上，需要减少线路建设。二是在城市轨道交通设计上，需要保证轨道横向稳定。三是在城市轨道交通设计上，为了更好的控制轮轨之间的力度，需要在轨道的板底设置一些弹性层。

3城市轨道交通工程相关管理措施

3.1制定科学的工程质量管理体制

在城市轨道交通工程管理中，需要制定科学的工程质量管理体制。由于城市轨道交通建设所涉及的施工技术比较复杂，所以在施工中需要建立各种任务的部门。在施工中，需要保证各个部门之间进行有效合作，才能够保证城市轨道交通能够按照规定时间完工。另外在由于城市轨道交通属于社会公共工程，所以在城市轨道建设中，需要政府投入一定的资金，然后制定相关策略，从而更好的保证城市轨道交通正常施工。

3.2运用先进的施工技术以及设备

在城市轨道交通工程施工中，需要运用先进的施工技术和设备。在城市轨道交通施工中，由于需要进行深度作业，所以对于机械设备要求比较严格。在施工中，需要选择专业素质比较强的工作人员，从而更好的对先进机械设备进行操作，从而更好的提升城市轨道交通施工质量。

3.3施工要进行绿色施工

在城市轨道交通施工中，在施工之前需要对施工环境进行了解，然后根据周边环境制定有效的施工路线。另外在施工中，为了减少对周边环境的影响，需要制定合理的环境保护措施。在施工中，需要对合理处理噪音污染和水质污染，保证城市轨道交通绿色施工。

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关键词：城市轨道交通；供电系统；大数据；技术

一个城市的交通是否可以正常地运行，关键在于其供电系统，因为这一系统保证了电能的供应以及传输功能的实现，因此整个轨道交通运行的质量以及效率才可以得到保障。随着城市的不断发展，轨道交通网络也逐渐地发达，并且运行的线路也在不断地增加，这对供电系统的可靠性提出了更高的要求，因此，对于供电系统的结构及电力技术的分析是非常有意义且可以带来现实价值的。

1研究背景

直流制以及交流制是城市轨道交通牵引供电系统的供电制式的两种不同的形式，但是，随着社会的不断发展、科学的进步，对这两种模式也逐渐研究出相结合的模式，命名为双制式的供电系统，并且对于每个环节的数据采集以及健康系统的设定也逐渐地进行落实，主要功能是可以对于回路电压电流或者是某个故障存在跳闸的现象进行监视，对于开关的遥控合分进行测试，但是，在研究的过程中也会出现一定的问题，致使导体的连接质量以及是否存在绝缘损坏等问题无法感知检测。由于城市轨道交通的供电系统是由人工进行定期的巡检，导致重要的工作环节的工作效率难以有效地提高，并且存在一些巡检人员自身的业务水平本就不高导致其巡检的质量也无法得到保证，因此，对于供电系统的运行的优化以及调整一定要高度的重视，避免由于人工巡检的质量低下导致供电系统无法正常运行。随着大数据技术的有效提高，在城市轨道交通供电系统中也大量地应用大数据技术，有效地提高了智能运维的工作效率，因此，这项突破也需要得到更多相关单位的重视，从而来保证这种技术可以更好地应用在供电系统的运行过程中，不但要实现其高效的运行还要将供电系统在运行的过程中存在的问题有效地解决。综上，对于大数据技术的应用，实现供电系统的优化过程是十分重要的，所以对于大数据技术的应用是否可以提高健康管理以及故障检测效果至关重要。

2城市轨道交通交流牵引供电系统概述

牵引电机是列车在运行过程中的主要动力来源，这种电机通常分为两种，主要是直流牵引电机以及交流牵引电机，在列车实际运行的过程中，对于交流牵引电机的使用数量是最多的，因为这一牵引电机的功率的承受能力远远大于直流牵引电机，因为直流牵引电机存在换向环等机械机构，但是，交流牵引电机不存在机械结构，因此，其可以在较高的转速情况下稳定地工作，所以在轨道交通列车中用交流牵引电机逐渐地取代了直流电机。单向链接是交流牵引供电系统的主要链接方式，有两台变压器为其工作，双绕组单相变压是其变压方式，它的结构从外部来看，像一个开口的三角形，电网的两端存在高低电压，接地的一端为低压，电网的接入端为高压，母线负责链接其他的端口，因为终端供电需要进行降压，因此，加设了降压系统，但是由于列车需要照明，在需要照明的地方加了偏高一点的电压，建立了增压系统，使得电器可以正常地运行。

3大数据技术

3.1大数据技术的主要应用

从某种程度上说，数据的有效分析离不开大数据，但是大数据又来源于各种各样的数据，在这些数据中，可以获得存在价值的信息。它是这个高科技时代的产物，具有强大的数据处理能力，使得各项数据的有效处理得到保证。并且可以将大数据在供电系统平台合理地应用起来，将数据的采集、储存以及处理等各个环节充分地发挥出来，并且可以通过日志的形式将大量的数据进行有效的展示、传输以及筛选等功能的实现。同时，大数据技术的应用在城市轨道交通供电系统可以预测能源消费的发展趋势，掌握能源消耗的城市轨道交通的发展规律，以便它可以根据实际情况，改进和建立有针对性的节能措施，降低城市轨道交通的能源消耗。此外，通过对供电系统运行中存在的隐患和故障进行大数据分析，可以了解隐患和故障的相似性和关键因素，有针对性地消除隐患，预防故障。城市轨道交通运营高峰和低谷两次，每次都存在一定的差异，所以为了确保安全稳定运行，必须掌握城市轨道交通供电系统，通过数据可以及时地掌握电源的供电系统和相关的各种参数,全面提高电力供应的质量。

3.2故障预测与健康管理

针对正在建设或者计划未来建设的城市轨道交通新路线，在建设之前，进行详细的电能质量评估是非常有必要的，尤其对于其中的重要参数，要在评估后进行准确的记录，进而为后续进行供电系统设计提供良好的数据支持和理论基础。而在预测算法上，一般会采用ARIMA时间序列算法对电能质量中的有功功率进行评估，并且根据所得数据与所采集的电能质量稳定指标建立一个算法模型，进而进行更加精准的预测。此外，在城市轨道交通供电系统的实际运行过程中，也会存在不同因素造成的问题，这些问题一旦得不到重视，最终会导致故障的发生，一旦出现故障必然会导致城市轨道的正常供电受到影响。因此，为使存在的问题得到有效地解决，对故障的预测以及健康管理的工作要不断地落实，保证每个环节的工作得到有效的优化，并且对于遇到的问题要进行全面的分析，对故障的预测以及健康管理工作认真地落实，保证每个工作环节切实得到优化。这就需要计划长期的监测方案，不但要对电压、电流、温度、湿度等关键的数据进行监测，还要根据实际的情况进行寿命模型的建立，牢牢地掌握其使用的寿命，对于老化问题的出现，要及时地进行零件的更换以及维护，避免由于这一问题的出现，导致城市轨道交通的安全稳定运行受到影响。（1）充分利用大数据对城市轨道交通系统的分析情况，并优化采集方案，合理地将城市轨道交通供电系统的各类数据进行采集、传输，储存到数据库中，为后期各类数据分析做好准备。而且新技术的应用如智能传感器的应用，能够进一步保障数据采集的准确性，使得故障预测与健康管理质量得到全面提升。（2）在进行状体监控这一环节展开工作的过程中，首先，要根据城市轨道交通的供电系统进行相关供电方案的合理选择，并且制定出具有针对性的供电状态的监控系统，充分地利用智能传感器技术对电流、电压以及温度等进行实时的数据监控，及时高效地把握住供电系统的运行状态，对于管理工作的顺利开展有着非常重要的意义。（3）各大城市发展速度飞快，城市面积不断扩张，城市人口也不断增加，也就给城市交通带来了巨大的压力，提供一个更加便捷并且更加快速的交通方式就成为一个迫在眉睫的任务，因此，预测并管理好这些故障是非常重要的。（4）进行决策辅助一定要根据故障的相关语境信息以及健康的状态进行数据信息情况的评估，还要依照现实情况制定出供电系统运行维修的关键点，这是高效开展管理工作的主要方法，对于经常发生故障的区域，不但要进行故障的维修工作，还要做好事故发生之前的预防工作，以此检测维护的效率得到有效的提高。（5）在短时间尺度上进行故障预测与快速诊断、在中时间尺度上进行健康评估与剩余寿命预测、在长时间尺度上进行系统可靠性评估与风险评估，并根据健康状态制定系统的状态维修策略，保障轨道交通系统的安全可靠、经济高效运行。本成果国际领先。本成果适用于新一代信息技术、轨道交通和节能环保领域。

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关键词：城市轨道交通牵引供电系统；交流式；抗压能力

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.083

1 引言

随着科技的飞速发展，交通行业也在逐渐壮大起来，我国各大一、二线城市都开始纷纷修建轻轨、地铁、动车组等线路，在便捷了市民交通出行的同时，却给城市轨道交通供电系统带来了不小的压力[1]。各国交通专业的学者，纷纷将注意力集中到牵引供电系统的设计和创新上，这一系统中较为常见的有直流式和交流式，以及双制式。这些供电系统旨在当车流量处于高峰期时可以对线路进行持续、高效、稳定的供电。所以对于车流、人流量较大的城市，对其供电系统的研究，就显得格外有意义。

2 城市轨道交通牵引供电系统

国内外普遍采用的城市轨道交通牵引供电系统的类型多为交流25千伏以及直流1500伏两种形式，现在也逐渐兴起了将这两种供电制式相结合的模式，称为双制式供电系统。牵引供电系统主要是为了提供电动机车、轻轨、地铁的用电，采用牵引网络进行电流输送。这一系统是电流输出形式、电压强度，以及供电系统类型的集合。城市轨道交通供电系统将直接影响到市民的出行安全、工程项目可以申请的规格、项目搭建标准、工程可融资金等问题，所以正逐渐引起国内外广大学者的关注[2]。下面主要针对牵引供电系统的直流制和交流制分别进行简单的介绍。

（1）直流制。城市中的变电所、牵引网以及接触网的设计和搭建方式主要采用直流1500伏特的供电方式。此类型的牵引网采用了双边供电方式，若出现线路故障则换用大双边供电方式，从而达到跨越区域供电的效果。此外，直流制供电方式还采用了杂散电流保护机制。直流制式可以很好的将电能分流到各个网络，且可以进行较远距离的传输，但是由于它的变电模式，导致可以提供的供电距离较短，会增加一部分设备投资成本，此外该系统传输速率较低。综上，此系统并没有很强的优势可言[3]。

（2）交流制。交流制式的牵引供电系统，则采用25千伏特的交流电进行传输，牵引变电所多采用单向的“电压―电压”相接方式，变电所内装配有两部变压器，这两部变压器多采用双绕组的单相变压方式，它们结合在一起构成了一角开口的三角形结构，其中被接入电网的端口是高压侧的两个开口端以及一个公共端口，接地的一端是低压侧的公共端，其他两个开口端分别与牵引侧母线相接。对于降压系统而言，除了终端降压以外，在线路的区间内也设置了加压系统，方便区间内的设备照明使用。但是因为该系统长时间处在动态取流的状态，接触压力极大，所以采用交流制牵引供电方式对设备的耐磨损要求极高。

3 交流牵引供电系统及关键技术

近些年随着人们生活水平的提升，对出行的要求也正在加大，各大城市纷纷建构了自己的地铁轻轨系统，随之而来的是对电网电力系统更高的要求[4]。最初的电网线路搭建主要采用的是直流制，现今时代也只有欧洲一些国家的部分线路仍沿用直流制。自上世纪60年代，世界范围内修建的新线路全部都采用了交流制式。而交流制式的牵引供电系统也为大家展现了诸多优点，如：供电效果好、成本较低、电流量大、不存在杂散电流等。但是仍有一些缺点，如：当换相接入小型电网时会产生分相；牵引电流的谐波会产生一定的电磁干扰。

（1）电缆牵引网。目前常用的牵引接触网主要采用1500伏特直流电压进行供电，在一些特殊情况时，会使用750伏特。若采用交流电对接触网进行供电，它的等效电路如下[5]：

城内轻轨、地铁的牵引网应有上下行两条线路，并且应采用并联的方式，与此同时还应搭建备用的电缆线路，这条线路可以和正常电缆一起工作，它们互为备用。这样可以增强线路的可靠性，还可以提升供电电能的总量，削减功率损失[6]。

（2）牵引网分段供电与保护。由于电缆牵引网具有长距离传输、可输送电能大等优点而被广泛使用，但是若采用上下行并行线路，成本较高，且设备搭建较为复杂，所以一般采用分段供电的形式。电缆和接触网的分段设计既可以是同步进行的，又可以是分段完成的。为了便于施工，一般在变压器处采用统一分段，在其他区间线路中多采用分开分段。这样既可以提升系统的可靠性，又可以进行分段保护，使故障风险降到最低[7]。

（3）主变电所供电方案。主变电所的供电方式主要依赖地铁、轻轨等设备的数量和它们所处的位置，所以供电方式可采用单线、双线和多线的方案，以适应不同的设备需求[8]。

4 结论

目前由于人们对出行的需求不断增加，各国交通事业也有了翻天覆地的变化，对于交通线路中不可缺少的供电系统，本文主要从交流牵引供电系统的电缆牵引网、分段供电保护、供电方案等方向入手，对其进行了介绍，这种牵引供电系统的优势主要体现在可靠性强、传输电能大、成本相对较低等方面。

参考文献：

[1]李群湛.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].西南交通大学学报，2015（02）：199-207.

[2]刘炜，李群湛，陈民武等.城市轨道交通交直流统一的牵引供电计算[J].电力系统保护与控制，2010，38（08）：128-133.

[3]陈琳，王黎，李宗P等.城市轨道交通牵引供电系统的主接线设计[J].信息技术，2012（05）：156-160.

[4]岳巍.新型牵引供电系统初探[J].城市建设理论研究（电子版），2014（36）：4413-4414.

[5]张维鹏.论谈地铁牵引供电系统整流机组建模的研究[J].城市建设理论研究（电子版），2015（20）：2728-2729.

[6]杨春燕，郑士富.牵引变电所多制式供电改造方案的研究――科学利用国铁供电资源，避免地铁供电重复建设[J].科技信息，2009（13）：333-334.

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关键词：轨道交通；地下工程；防水技术；防水措施；

一、城市轨道交通工程防水的主要特点

城市轨道交通工程防水与地面建筑防水相比具有以下特点：

1、城市轨道交通工程建造期和运营期内围岩应力、变形都处于不断调整中，由于地层围岩的不均匀性，导致围岩应力、变形沿隧道纵向和环向的分布不均匀。

2、城市轨道交通工程结构通常建于地下水位以下，结构被有压地下水所包围，防水材料稍有破损就可能导致渗漏，在水压力作用下渗漏量和渗漏范围有加大趋势。

3、城市轨道交通工程开挖、支护面不规则，导致防水层敷设面凹凸不平，这要求防水材料必须具有较大的变形能力以适应不规则结构面。

4、初期支护和二次衬砌在围岩的作用下，也处于不断变形中，防水层必须具有适应其变形的能力。因此，地下结构防水较地面建筑防水更复杂，可控制性更差，需要我们科学合理地进行规划和施工。

根据国内外在土层中修建轨道交通的经验，地下车站应优先采用常规的明挖法施工；当不答应长期占用既有道路施工时，可采用盖挖顺筑法、盖挖逆筑法；仅当不具备明挖条件或当车站埋置过深，采用明挖法施工很不经济时，方可考虑采用暗挖法施工。此外，对于枢纽车站或具有综合功能要求的车站，一般也不宜采用暗挖法施工。

二、地下工程的防水设计的内容

1、地下工程的防水等级和设防要求。

2、地下工程混凝土结构自防水所选用防水混凝土的抗渗等级和其他技术指标，质量保证措施。

3、其他防水层选用的防水材料及其技术指标、质量保证措施。

4、防水工程细部构造的防水措施，选用的材料及其技术指标，质量保证措施。

5、工程的防排水系统，地面挡水、截水系统及工程各种洞口的防倒灌措施。

三、地下工程的防水技术原则

各种地下工程对防水技术标准都作出了规范要求，在对应的技术规范都制定了严格规定，如《地下工程防水技术规范》则对地下工程的防水原则提出了“防、排、截、堵相结合”。此外，在《地下工程防水技术规范》修订版也明确提出了“刚柔结合”技术原则。而根据材料角度考虑防水工程需要，《地下工程防水技术规范》则将城市公路隧道的防水等级定为二级，一般公路隧道的防水等级定为三级。铁路、城市地铁以及公路等不同的隧道工程，在遵循总的防水治理原则基础上，还要依照功能和行业的具体特点，制定对应的防水要求和防水等级。

总的来说，地下工程的防水技术原则具体如下：

（1）地下工程防水设计与施工要符合技术先进、经济合理、安全可靠、确保质量的要求。

（2）地下工程防水有全封闭型和排水型。总原则是：以防为主，多道设防、防排结合、刚柔结合、选材恰当、经济合理、因地制宜、综合整治。

（3）当采用钢筋混凝土作围护结构时，应强调结构自防水，并采用防水混凝土，抗渗等级按具体情况定。

（4）对结构变形缝、施工缝、穿墙管等特殊部位要采取加强措施。

（5）防水材料和措施的选用，材料要具有良好的防水性能，物理力学性能及耐酸碱特性，

四、做好轨道交通工程的防水工作是施工的关键环节

1、采用跳仓法施工减少结构应力裂纹。基于结构的工程量大，防水等级高，且根据砼的收缩值拟将原施工设计图划分的A、B、C三个区域细分为：A-1、A-2、B-1、B-2、B-3、C-1、C-2、C-3、C-4、C-5十个浇注面，每个浇注面顺车站方向划分。每段纵向浇注长度控制在20m以内，浇注顺序采用跳仓法，浇注的间隔时间为5～7天。中板、顶板的模板支撑体系采用分区整体型，内衬墙浇注区域划分与板一致。每次浇注砼量为300m3左右。

2、防水混凝土自身性能的选择与确定。为了控制砼的贯通裂缝（迎水面裂缝不得大于0.2mm，背水面裂缝不得大于0.3mm），在施工中采用干缩值较小，水化热较低的普硅水泥，强度等级为42.5，其用量为320kg/m3，水灰比为0.45，砼配合比为1：2.59：3.06：0.33。为加强砼的和易性减少砼的水化热和干缩值，C30砼采用外加剂、掺合料技术。

3、外防水层施工和顶板防水。外防水层主要采用≥300g/m2无纺布与EVA板和PVC防水板与无纺布作为防水层，垫层采用Cl5混凝土。铺设面平整、洁净、无浮浆、无凸角和及起砂现象，必要时可用砂浆找平。防水层材料、施工环境应符合设计和产品技术要求，并经设计人员认可，报送监理工程师、监理总部审批。无纺布与EVA板均按设计要求的幅宽在加工厂进行加工，运至现场人工进行铺设。防水层搭接宽度、搭接工艺均按厂家或设计要求执行。防水层铺设后及时施作钢筋混凝土，确保防水效果。当顶板混凝土养护完成并清洁砼表面浮浆及垃圾后，可进行非焦油双组分聚氨酯涂料，然后敷设防水保护层。

4、施工缝防水处理。施工缝的位置应设置在结构受剪力或弯矩最小且便于施工的部位。若利用企口式构造工艺，可在混凝土接缝处环向或纵向留设V形槽口，使砼槽形相接，其槽口需平直，光滑，在本工程中拟在底板与顶板处留设双企口构造槽口。施工缝采用钢板腻子止水板时，其材质性能规格须符合设计要求，且无裂纹和气泡，搭接长度不小于10cm，搭接必须平整，粘接牢固，钢板腻子止水板埋人为浇和后浇砼内各为1/2板宽，安装时要保证止水板平直。

5、变形缝的施工处理。变形缝是由于结构不同刚度、不均匀受力及考虑到砼结构胀缩而设置的允许受形的结构缝隙，它是防水处理、也是结构外防水中的关键环节按照设计要求，在结构变形缝断面中部埋设Ω型中置式橡胶止水带，接头采用热熔法对接。止水带采用铁丝将止水带拉展固定在结构钢筋上，利用挡头板的支持作用浆止水带定位，固定在结构断面设计位置上，并确保止水带中间变形孔与变形缝重合，为避免止水带在混凝土灌注时跑位，应加强对挡头板支撑系统，并具有一定的刚度。

结语：在轨道工程诸如地铁车站施工中，由于施工环境较差，施工顺序的影响，使防水效果难以达到设计的理想状态，地下结构的防水设计与施工必须有机地结合。同时在施工中应根据所使用材料的主要技术性质结合结构的受力状态、技术要求、施工季节的温度变化及施工客观条件等各种因素进行其使用功能和使用年限的关键。因此，轨道交通地下工程防水技术是一项复杂的系统性工程，对其展开相应的防水处理时，应对施工所在地的有关资料进行全面而深入的考察，做好各方面的协调工作，同时也需要结合现场的实际情况，在整治过程中要遵循“堵防结合、刚柔结合、因地制宜、综合治理”的原则，确保地下工程的施工质量。

参考文献：

[1] 周小华.苏州轨道交通地下车站防水设计[J].中国建筑防水，2011，18：31-35.

[2] 刘洪利，史于琳.谈如何做地下防水施工[J].民营科技，2010（2）.

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关键词：轨道交通工程；岩溶地段；隧道施工；灌浆检测；岩溶处理 文献标识码：A

中图分类号：U239 文章编号：1009-2374（2017）04-0158-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.04.080

1 工程概况

红建路站-马鹦路站区间连接红建路站与马鹦路站，区间出红建路站后沿鹦鹉大道向东北向敷设，在鹦鹉大道与鹦鹉路交叉口转向北，进入位于鹦鹉大道与马鹦路交叉路口处的马鹦路站，区间起止里程为：右K11+657.966（左K11+657.966）～右K12+966.744（左K12+956.363），区间右线总长1309.047m，区间左线总长1301.397m，最小平面曲线半径R=350m；区间纵向为“V”字坡，右线坡度为2‰～-24‰～

-4.3‰～5‰～22.313‰～-2‰，左线坡度为2‰～

-24‰～-4.297‰～5‰～22.246‰～-2‰，轨面标高0.338～7.939m，地面标高22.5～22.9 m，隧道埋深11.2～17.2m，采用盾构施工；区间沿线两侧建构筑众多，主要有鹦鹉大道两侧的民房、商业建筑、加油站、鹦鹉洲长江大桥引道及横跨鹦鹉大道的大桥局铁路专用线等。

2 岩溶地质区段划分

（1）Ⅰ类地质-基岩为可溶岩，上部为全新统砂性土或基岩之上黏性土层厚度小于3m、黏性土层之上为砂性土；（2）Ⅱ类地质-基岩为可溶岩，中部为稳定分布厚度小于15m、大于3m的黏性土层，上部为全新统砂层；（3）无危害地质-基岩非可溶岩，中部为稳定分布厚度大于15m的黏性土层，上部为全新统砂层。本区间多为Ⅰ类地质，易发生岩溶塌陷。

3 隧道施工方法

隧道工程设计采用钻爆法开展施工，并根据围岩情况分别使用台阶开挖法或全断面开挖法进行施工。施工过程中按照“弱爆破、强支护、短进尺、勤测量、早封闭”的基本原则，施工排水按照“排堵结合，以排为主”的基本原则，对于溶洞发育的地段，要采取综合地质预报+超前支护的措施，并根据具体情况对岩溶地区进行处理。在同一断面布置隧道内测点和地表沉降观测点，将地表沉降观测点横向间隔距离控制在2～5m，并适当加密隧道中线附近的测点，当地表建设有控制性的建筑物时，可以适当加宽测量范围。

4 岩溶处理原则及方法

4.1 岩溶处理原则

在对岩溶现场检测勘察后发现，场区中岩溶发育类型主要为溶洞和溶隙，局部灰岩表面溶沟和溶槽较发育，根据埋藏条件，本场地岩溶属覆盖型岩溶。根据该区间工程地质情况、水文地质资料，设计按照下述原则对岩溶地段进行处理：（1）Ⅰ类岩溶密集区。在灌注桩的底部布置注浆帷幕，注浆帷幕注浆深度要渗入岩面下部15m，注浆范围控制在岩面下15m至岩面上1m。注浆管按照梅花形布置，满铺注浆间距设计为3m×3m，注浆管单排纵向间隔距离为2m。设计注浆深度为岩面下10m，如果在施工过程中，遇到注浆处溶洞底部边界比要求的注浆深度大时，要求注浆管进入到溶洞底部的深度大于1m。注浆孔的间隔距离和位置需要根据地下管线情况和地面环境情况给予适当的调整；（2）对于Ⅰ类岩溶非密集区，满铺注浆间距按5m×5m梅花形布置。其他处理原则和Ⅰ类岩溶密集区一致；（3）对于Ⅱ类岩溶区域，采用单独注浆的方法对钻孔揭示出的溶洞及物探异常区进行处理，注浆深度要深入到溶洞底板下部1m。对于物探异常区域要在采用钻孔验证的方法进行验证后才能进行处理。在处理溶洞之前要先将溶洞的发育规模探查清楚，然后根据不同的溶洞规模合理选择处理措施。

4.2 岩溶地段处理方案

本工程设计使用钢套管+钻杆钻基岩、拔出+孔内注浆封闭器+灌浆流量仪施工工艺对岩溶段进行处理，首先利用钻机将Φ146mm钻头携Φ140mm钢套管（壁厚8mm）打至基岩面以下不小于0.5m，然后将钢套管留在孔内，并将Φ90×8.2mmPP-R管下入到钢套管中，再使用钻机在PP-R管内继续用钻机钻至基岩面以下10m或15m（或底部溶洞下1m），然后拔除钻杆和Φ140mm钢套管，并将止浆塞下入，将注浆管连通注浆，完成底部溶洞注浆后加固注浆塞提升到上部溶洞后继续进行注浆，完成注浆后将止浆塞拔出，采用这种方法进行施工跟管至岩层后，可以有效避免砂石出现漏失，保证了隧道施工

安全。

5 岩溶地段隧道的施工技术

5.1 钻孔施工

使用工程地质跟管钻机在布置好的点位进行钻孔，使用Φ140mm金属套管作为注浆钻孔的跟管材料，跟管深度为地面至基岩内0.5m。在施工过程中遇到无法钻进的障碍物时，要根据设计要求对孔位做出相应的调整。钻孔时使用设备自检仪进行检测，将钻孔的孔位误差值控制在孔深1%以内。

5.2 埋设PP-R管

当钢套管钻入到基岩0.5m后，下入钢套管。为了避免钢套管注浆作业时出现抱死的情况，要在PP-R管下入到位后将钢套管拔出，由于Φ73mm钻杆在PP-R管内进行基岩内钻孔，为了避免对基岩进行钻进时甩动钻头打破PP-R管，设计钢套管内PP-R管规格采用Φ90×8.2mm、SDR11、PN1.6MPa、4m/节，使用车丝接头连接。

5.3 基岩内钻孔施工

将PP-R管下好后即可进行基岩内钻孔施工，施工设计使用Φ73mm钻头钻入到设计深度，进行钻孔施工时，遇到裂隙密集发育或规模比较大的岩溶区时要加大钻孔的深度，并保证可以钻入到下部完整岩体中1m以上。钻孔作业时要对施工过程中遇到的失水、涌水、塌孔、断裂构造、卡钻、岩性变化等情况进行记录，并在钻孔综合成果中反映出来。根据钻孔情况分析溶洞铅锤的高度、溶洞钻进深度是否达到了设计值以及溶洞中是否存在填充物，为注浆作业提供参考数据。对于钻孔过程中碰到的大型溶洞，需要对溶洞的相关资料进行整理，然后报送给监理工程师、业主以及设计单位，制定具体的处理方案。

5.4 埋设止浆塞

完成基岩中的钻孔作业后将钻杆拔出然后即可埋设止浆塞，埋设止浆塞时要将配套设施和止浆塞都下入到基岩石中，然后进一步对止浆塞施加压力，并进行注浆施工。在埋设止浆塞时要顺着孔位位置下入到最底部溶洞上方2m后即可开展溶洞灌浆作业，钻探出的溶洞间岩层要小于2m，则直接将止浆塞下入到岩层厚度大于2m的位置后进行灌浆作业。注浆施工过程中，将灌浆压力保持在0.5MPa。

5.5 灌浆检测

在施工时本工程主要采用止浆塞+灌浆记录仪的方法对施工过程中的灌浆压力、反浆量、进浆量进行监控，并分析注浆是否满足了标准要求。通过采用这一方法可以有效解决注浆量过多、注浆量不足、无法持压等问题，保证灌浆浆质量。灌浆施工过程中使用循环灌浆系统进行灌浆作业，如图1所示。灌浆水泥使用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，要求水泥质量可以达到GB 175-2007规范的有关标准。细骨料使用细度模数为2.4～2.8的砂子，使用的砂子要求干燥、清洁、无杂质、无风化、级配良好，粗骨料使用结净、坚硬、级配良好的碎石。碎石中的含泥量（按质量计）要求控制在0.5%以内，片状和针状颗粒总含量（按质量计）控制在5%以内，压碎指标控制在10%以内，质量损失控制在5%以取

根据红建路车站岩溶注浆总结的经验，在施工现场有条件的地方设置集中拌浆系统，高速搅拌机每次拌浆量为0.4方，搅拌时间大于30s，拌浆采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1三种浆液，其中1∶1的浆液拌制1.2方；0.8∶1的浆液配置1.2方后所有的浆液都采用0.6∶1。根据红建路站施工经验，确定灌浆终浆标准如下：（1）在最大设计压力（0.5MPa）下，灌浆孔段注入率不大于1.0L/min时，继续灌注30min后可结束灌浆作业；（2）当邻近孔反出浓浆时即可终止灌浆；（3）在施工过程中当止浆塞压力超过10MPa时，在注浆孔套管中依然会返出浓浆时，即可终止灌浆施工。

在溶洞中灌浆达到终浆标准后即可提升止浆塞距离地面1m内的位置重新将止浆塞安装好，并进行加压后重新对管内孔隙和溶洞进行补浆液，达到终浆要求后即可进行下一孔的施工。

6 结语

综上所述，在进行岩溶段隧道施工时需要结合施工现场的具体情况合理地选择施工方法，只有这样才可以保证岩溶地段隧道施工的顺利开展，保证工程质量。本工程在对岩溶地段隧道进行施工时，采用钻孔灌浆液的方法对岩溶地段进行了处理，取得了良好的施工效果，具有一定的借鉴参考价值。

参考文献

[1] 张民庆，黄鸿健，殷怀连，等.齐岳山隧道富水溶槽注浆堵水技术[J].现代隧道技术，2006，43（3）.

[2] 李鸣冲，张民庆，黎代仁.宜万铁路高坪1#隧道岩溶发育特征分析与治理[J].隧道建设，2006，（3）.

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城市轨道交通电气设备的质量对电气工程的安装有着重大作用，施工方如果对电气设备的质量进行检测的话就必须保证电气设备的质量和功能可以满足城市轨道交通的需要，但是因为一些工程施工方电气设备的质量不够，电气设备的使用周期不能满足城市轨道交通的长远需求。主要原因是因为工程施工方在电气设备方面的投入力度不够，购买的都是一些比较老式的电气设备，因此，为了解决这种问题，工程的施工方必须加大对电气设备的投入力度，购买新型的电气设备来满足城市轨道交通的长远运行。电气安装工程的施工设计人员只有对电气设备的设计有充分的了解才能够合理安排电气设备的安装工作，确保城市轨道交通电气安装人员对电气设备的功能有全面的了解，掌握足够的电气设备安装的知识，施工方要加大对电气设备安装人员知识的培训。

2 城市轨道交通电气安装工程施工中的质量控制

（1）建立完善的规章制度。城市轨道交通电气安装工程中的实际施工中，施工方需要建立完善的规章制度，对安装工程施工人员的工作规范做出要求。在实际的施工过程中一些安装人员对施工的要求并不了解，安装的电气设备与城市轨道交通的要求有些不符合，最后再进行电气设备的拆除。这样的方式对施工方造成很大的经济损失。因此，完善的体质对施工安装人员的工作规范具有重要作用，在实际的电气安装工程对工作人员进行监督，加强对电气安装工程施工人员的技术培训，建立明确的惩罚机制，提高施工人员工作的积极性，从而提高整个电气工程施工人员的安装技术。

城市轨道交通电气设备中存在的问题对城市轨道交通中电气安装工程的质量至关重要，当前，一些城市轨道交通在电气设备的设计方面还没有形成严格的体系，在所以说在电气设设备的安装中出现了各种各样的问题，影响到城市轨道交通的通行质量。因此，必须充分重视电气设备的质量，保证电气设备的质量和功能可以满足城市轨道交通的需要。因此，在实际的工作过程中施工单位应该加强对施工人员的培训，聘请专业的电气安装人员对设计人员进行分析和指导，保证设计出来的图纸能够通过有效的措施来保证城市轨道交通电气安装的施工质量。

（2）在城市轨道交通电气安装中使用直流电机。对于城市轨道交通来说，车辆一般情况下使用的是径向的转向架，這种转向架属于一种自导式的模式，优点是结构比较简单，在车辆上使用比较容易通过半径比较小的曲线，在某种情况下可以保证线路在运行中的平稳度。在城市轨道交通的施工的电气安装中，直线电机采用的主要是直线感应的方式进行电机的牵引，主要的构成是转向架上面的定子和钢轨在进行铺设的时的感应板。城市轨道交通电气系统利用直线电机进行工作的时候会产生很大的推力，同时还会产生侧向力，城市轨道交通电力系统在对推力的工作点进行选择的时候应该充分考虑到直线电机产生的侧向推力和垂向力，城市轨道交通在对直线电机进行制动的时候，英爱采用再生制定和反接制动，这样城市轨道车辆在紧急制动的时候，采用的是空气制动和再生制动的方式，利用城市轨道车辆的非黏着特点，在城市轨道交通系统中使用直线电机具有非常大的优势。

对于城市轨道交通电气系统中的直线点击来说，直线电机的牵引是一种非黏着驱动，不会轨道车辆的轮轨之间的黏着造成限制，因此，轨道交通车辆的爬坡能力是非常好的。对于一些常规性质的铁路来说，爬坡的能力比较城市轨道交通车辆是有一定的限度的。在城市轨道交通系统中使用直线电机可以很大程度上提高轨道车辆的爬坡能力，在爬升的时候具备良好的灵活性能。直线电机在牵引的过程中不需要使用减速齿轮，这样在对转的时候具有一定的自由度，可以利用径向的转向架通过车辆来设置组成半径，减少线路建设的具体长度，在城市轨道交通电气系统中使用直线电机具有非常好的导向效果，降低城市轨道车辆的整体高度，在可以行走的区间之内是的断面的面积降到最小。

（3）城市轨道交通电气安装工程施工后的控制。城市轨道交通电气安装工程在完成之后，一些施工单位不重视工程质量，没有进行后续的检查，过于简单化和形式化，没有达到检查的目的。因此，施工单位必须加强对施工后的监管力度，保证城市轨道交通电气工程施工的安装质量。施工单位可以安排专门的监督和监察部门，对城市轨道交通电气安装的施工作业进行严格的监督与检查，对电气设备的使用情况和使用周期进行有必要的详细检查，对电气安装工程中出现的问题，严格督促相关施工人员进行修改，保证城市轨道交通电气安装工程的质量。

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[关键词]城市；轨道交通；隧道；施工技术

中图分类号：U45 文献标识码：A

一、前言

随着城市的飞速发展，城市交通问题的矛盾日益突出，轨道交通的建设成为解决城市交通拥挤的一个重要的方面。目前，在城口密度比较大，城市发展比较快的大城市在逐步完善城市轨道交通的建设。在建设的过程中受到人口密集、地面建筑物的影响，不可避免的会出现隧道施工，在施工的过程中我们要采取相关的工艺措施来保证施工的质量和安全。

二、常用的城市轨道交通施工技术

城市轨道交通常用的施工方法有：暗挖法，包括盾构法、新奥法、矿山法等；明挖法，包括放坡法、地下连续墙法等；盖挖法，包括逆挖法、顺挖法、浅埋暗挖法等；地面施工方法：筑堤法；高架施工方法：高架桥法。

1、暗挖法

地下线路穿越基岩地段，围岩具有一定的自稳能力时，一般采用暗挖施工，即以喷射混凝土、钢筋网、钢架和锚杆作为主要支护手段，充分发挥围岩的自承能力，使其与支护结构成为一个完整的支护体系。

2、明挖法

明挖法是将地面挖开，形成露天的基坑，然后在基坑中修筑隧道衬砌，最后回填土石，恢复地面。

3、筑堤法

地面筑堤法是一种从地面筑起护堤，在堤上铺设道床和轨道的方法。

4、高架桥法

高架桥主要是用混凝土建造。

本文主要以暗挖法介绍城市轨道交通浅埋软土隧道的施工技术。

三、浅埋暗挖软土隧道施工原则和注意事项

浅埋隧道宜采用新奥法施工。新奥法基本原理为，采用锚喷初期支护，充分利用围岩的自承能力，以保证隧道的施工安全。施工过程中应按规范及设计要求加强对围岩变形的监测。

在浅埋暗挖软土隧道施工应遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测、速反馈、快处理”24字方针的施工原则。

在浅埋暗挖软土隧道施工中，应注意以下几个个问题：

1、减小对开挖土体的扰动和对土体的加固是关键。施工中采用大管棚结合小导管注浆加固的方法，能很好地解决扰动土体的加固，保证了隧道的洞身稳定和地面沉降。

2、支护时间要及时。围岩开挖后，地层松动，其承载能力下降，若支护没有及时，则会增加作用在支护结构上的荷载，直至坍塌，早支护不仅能减少支护结构的荷载，还能抑制地层的过大变形。

3、开挖过程中，锁脚锚杆的施设和初期支护背后注浆，对控制变形有很好的作用，施工中应加强这方面质量检查力度。

4、作为初期支护中的喷射混凝土厚度要合理，用增加喷射混凝土的方法来加强支护效果不明显，一般应控制在20~30cm。

5、当隧洞开挖跨度较大、分部较多时，临时钢支撑对隧道的稳定、保证隧道安全十分有利。

四、隧道施工关键技术

1、超前支护

根据城市轨道交通埋深浅、地质条件差、围岩自稳能力差等特点，超前支护宜采用超前小导管及超前管棚等超前支护手段。

(1)超前管棚

超前管棚支护是在拟开挖的隧道开挖外轮廓周边上,间隔一定的间距,沿洞轴以一定的外插角钻孔,安装惯性矩大的钢管,然后进行注浆固结的一种预支护措施。

管棚法的施工工艺流程为:设置管棚基地一水平钻孔一压入钢管(必须严格向钢管内或管周围土体注浆)一管棚支护条件下进行开挖。

①工艺流程及工作原理

其工作原理为:①通过管棚注浆,使拱顶预先形成加固的保护环。预加固环发挥“承载拱”的作用,承受拱上部的地面荷载和岩层重量,使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力,从而创造了理想的开挖条件。②当超前管棚沿隧道开挖轮廓周边密布时,加固环的变形变小,传递给隧道支护结构的上部荷载大大减小,同时通过环形固结层与管棚,将拱部围岩的形变应力传递给支撑拱架。由于支撑拱架间的相互连接,形成整体支护,有效地保证了掘进施工和初期支护的安全。

②管棚超前支护参数的选择

布设形式的选择

a、扇形布设:用于隧道断面内地层比较稳定,但拱部附近的地层不稳定的场合。此外,在软弱地层中为了控制地表沉降、减小支护结构的受力时,也大多采用此种布设,扇形角度可根据工程类比和具体研究确定,常有120度和150度布设法。

b、半圆形布设:用于隧道下半部分地层稳定,但起拱线以上的地层不稳定的场合。此外,即使地层比较稳定,但是地表周围有建筑物、埋深很小时,也大多采用此种布设。

c、全周布设:用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等极差的场合。但是不提倡采用全周布设,用垂直底部和边墙的锚杆注浆取代,效果更好。

d、上部一侧布设:隧道一侧有公路、铁路、重要结构物等需要防护,或斜坡地形可能形成偏压时采用。

e、上部双层布设:用于隧道上部有重要设施,拱部地层是崩塌性的、不稳定的地段,或地铁车站等大断面隧道施工或突水段施工时采用。

f、一字形布设:在铁路、公路正下方施工,或在某些结构物下方施工时采用。

管棚长度的确定

管棚长度的确定,应视隧洞所处地形、地质及地面建(构)筑物状况而定。在地质条件预计比较复杂的情况下,为慎重起见,应该沿着隧道轴向进行试验钻孔,以取得更详细的数据来决定管棚的施工区长度。常用长度为10~35m,由4~6m的无缝钢管采用丝扣连接而成。

钢管的选择

目前的管棚分为3大类:a、管径小于129mm的为小管棚体系；b、管径为129~299mm的为中管棚体系；c、管径大于300mm的为大管棚。小管棚的作用主要起加固围岩和扩散围岩压力的作用；大管棚可以近似为刚性结构；而中管棚则介于两者之间。

钢管环向布设间距的选择

钢管环向布设间距对防止上方土体塌落及松弛有很大的影响,施工中需综合考虑。一般采用的间距为2.0~5.0倍的钢管直径；在铁路、公路及重要结构物下方时,可采用搭扣或连续布设方式。

③管棚施工关键技术

a.施作大管棚导向墙：洞口管棚施工前,应浇筑导向墙,导向墙在初期支护外轮廓线以外施作。导向钢管沿拱圈环向布设间距、位置及方向应准确。严格控制钻孔的平面位置。管棚不得进入隧道开挖线内,相邻钢管不得相撞。

b.根据导向墙中预埋的导向钢管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙,以确保掌子面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。

c.钻孔前先检查钻机机械状况是否正常；钻孔时根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进,当钻至砂层易塌孔时,应加泥浆护壁方可继续钻进； 如不能成孔时,可加套筒或将钻头直接焊接在钢管前端钻进。钻孔速度应保持匀速,特别是钻头遇到夹泥夹沙层时,应控制钻进速度,避免发生夹钻现象。为避免钻杆太长,钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象,开钻上挑角度控制在1°~ 3°之间, 并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。钻孔完结后,先把套管内孔注水清洗洁净,再把钻杆取出。套管仍保留在孔内供护孔作用。

d.管棚安装完毕后,即可注水泥浆,利用浆液的渗透作用,将周围岩体预先加固及堵住围岩裂隙水,既能起到超前预支护的作用,同时又加强了管棚的强度和刚度。

e.每根管的注浆结束与否,应以注浆压力来控制,当注浆压力持续升高,接近或达到注浆预定压力时,该管注浆才可结束。

（2）超前小导管

小导管常与钢架共同组成支护系统，小导管起双重作用：一是起超前管棚作用，二是起注浆管的作用。

超前小导管法的施工工艺流程为:钻小导管孔一压入小导管一注浆加固一小导管支护条件下进行开挖。其作用机理为:a.小导管管体在拱顶围岩中的锚杆作用和棚架作用。b.小导管预注浆形成加固圈,发挥“承载拱”的作用。

注浆材料

根据不同的注浆目的注浆材料一般分为二类：第一类为注水泥砂浆，其主要作用为增强导管的刚度；第二类为注水泥浆或水泥—水玻璃双液浆等化学浆液，其主要作用为：

①过浆液的化学作用，将坑道周围喷浆区的松散岩体在短时间凝固并达到一定自稳力，为掘进时的施工安全提供保障；

②浆液进入岩（土）体的空隙凝结固化后起防水作用。

水泥—水玻璃双液浆的固结时间一般为4小时左右，单液水泥浆的固结时间一般为8小时左右。

注浆压力

注浆压力是促使浆液在岩体裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的注浆压力来克服岩体内天然水头压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用。因此，在浆液的粘稠度固定的情况，注浆压力直接与岩体的裂隙宽度和粗糙度、裂隙发育程度、裂隙水头压力有关。压力过高亦会劈裂岩体，因此注浆压力一般控制在0.5~1.0Mpa。

施工关键控制技术

a.钻孔前，应对不稳定的开挖面进行喷混凝土5~10 cm厚进行封闭。

b.钻孔直径应较管径大20mm以上，环向间距40cm ；外插角采用10°，纵向搭接长度不小于1.0米。

c.小导管插入后外露一定长度，以便连接注浆管，并封紧孔口。

d.水泥采用新鲜的普通硅酸盐32.5或以上等级的水泥；砂采用＜2.5mm中细砂。膨胀剂采用微膨胀剂，补偿水泥砂浆硬化收缩量；注浆配合比由试验室选定。注浆设备应性能良好，工作压力应满足注浆压力要求。

e.小导管注浆的孔口最高压力应严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面，注浆压力控制在0.5Mpa~1Mpa，止浆塞应能经受注浆压力。

f.小导管注浆扩散半径为0.5米。充填率考虑为20%，作为计算一个眼的注浆量。

g.控制注浆量，即每根导管内已达到规定的注入量时，就可结束；若孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足，亦应停止注浆。

g.注浆结束后，应作一定数量的钻孔，检查注浆效果。如未达到要求，应进行补注浆。

2、开挖

浅埋暗挖法的施工方法根据隧道断面设计和地质情况目前有CRD法、CD法、侧洞法等常的几种开法方式。无论何种方法，其主要原则均为减少一次开挖断面、早期支护、减少变形和方便施工。

隧道开挖过程中，严格执行拱部每循环开挖支护进尺不应大于1榀钢架间距，边墙每循环开挖支护进尺不得大于2榀钢架间距；仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆，每循环开挖进尺不得大于3m；隧道开挖后初期支护应及时封闭成环；围岩封闭位置距离掌子面不得大于35m。

隧道开挖过程中，爆破时应严格控制装药量，其爆破时的爆破振速控制在1.0cm/s以内，以避免对隧道周围结构的损坏。必要时可采用人工配合机械的开法方式，或是采用液压破裂的方式进行开挖。

隧道开挖时必须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测、速反馈、快处理”的施工原则。

3、初期支护

初期支护在每步开挖后及时进行，主要有初喷、安装钢架、焊接连接钢筋、挂设钢筋网、喷射混凝土等工序。

在施工中的主要关键技术如下：

a.掌子面应采用超前洞内排水措施使降水曲面始终处于可控状态,为初期支护的顺利实施创造了有利条件。

b.通过加强初期支护强度和刚度,确保拆除临时支撑后结构安全,有效地减小了地表沉降。

c.初喷作为封闭工作面, 一般喷层厚度3~5cm, 在开挖后立即进行。

d.喷射混凝土由下向上分段、分片、分层级旋式喷射。每段长度按循环进尺。

e.必须对超挖或不可抗拒的空洞采用喷射混凝土等措施回填密实。

f.初期支护背后注浆

喷射混凝土与围岩之间是具体一定的粘结强度的，只有喷射混凝土与围岩之岩真正形成整体受力结构才能确保初期支护背后岩体稳定。

但在实际施工中由于喷射混凝土下坠、混凝土收缩等原因, 造成拱顶开挖面与初期支护混凝土之间有一定的空隙，为了保证拱顶部位密实, 必需在初期支护后及时进行拱背回填注浆。初期支护在拱背每隔2m安装足够数的注浆管,环向间距1m 。回填注浆为水泥浆, 水灰比宜为0.5~1.0。

4、监控量测

(1)监控量测项目

监控量测项目及频率

项目名称 方法及工具 布置 量测时间间隔

1～15天 16天 ～1个月 1～3个月 3个月以上

必测项目 地质和初期支护状况观察 岩性、结构面产状及支护裂隙观察和描述、地质罗盘等 开挖后及初期支护后进行 每次爆破后进行

地表沉降观测 精密水准仪、钢尺 每5~20m一个断面、每断面3～5对测点 1～2次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月

内空收敛 水平收敛 收敛计 每5~30m一个断面、每断面1～3对测点 1～2次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月

拱顶位移 水平仪、水准尺、钢尺或卷尺 每5~30m一个断面、每断面1～3对测点 1～2次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月

爆破振动 振动传感器，记录仪 结合地表沉降点布设 与爆破频繁一致

选测项目 围岩内部位移（洞内设点） 洞内钻孔中安设单点、多点杆式或钢式位移计 每30～100m一个断面、每断面2～11个测点 1～2次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月

支护、衬砌内应力，便面应力及裂隙 混凝土内应变计、应力计、测缝计及表面应力解除法 代表性地段量测，每断面宜为10～12个测点 1次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月

接触压力量测 压力盒 代表性地段量测 1次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月

锚杆轴力量测 各类电测锚杆、锚杆测力计及拉拔器 必要时进行 1次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月

钢支撑内力及外力 支柱压力计或其他测力计 每10榀钢支撑一对测力计 1次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月

(2)浅埋暗挖隧道工程监测

①拱架应力监测：钢拱架应力监控量测的测点一般沿钢拱架外缘或主筋弧长，每间隔一定距离布设，一般在拱顶、拱脚、墙中、墙脚和仰拱中部等关键部位布点。

②拱顶下沉：拱顶下沉检测值是反映地下工程结构安全和稳定性的重要数据，是围岩与支护受力状态最为直接和明显反映。

③水平收敛：净空水平收敛也是反映围岩与支护结构力学形态变化的最直接、最明显的参数，通过监测可了解围岩和支护结构的稳定状态。

④围岩与支护结构间压力监测：土压力是直接作用在支护体系上的荷载，是支护结构的设计依据。因此，对于重要的浅埋暗挖地下工程，需开展围岩接触压力监测。

⑤地面沉降变形监测：地面沉降测点，通常是施工前在结构对应的地面沿纵向结构中线位置间隔一定距离提前布设的，以监控量测工程开挖过程中地面沉降变化的全过程。为了解地面沉降在垂直地下工程横向方向的影响范围，一般选择若干个有代表性的监控量测主断面，按照一定间隔布设监测点开监控量测，布点范围为2.5~3.0倍洞径（一侧布点宽度），测点间距为2~5米。测点的纵向布设长度一般为5~20米，间距一般和拱顶下沉测点相对应，并结合实际工程情况适当调整。

⑥相邻建筑物的沉降、倾斜以及裂缝：在地下工程施工前，应对施工现场周围建筑物开展详细调查，根据建筑物的历史年限、使用要求以及受施工影响程度，来确定具体监测对象、监测内容和监测方法。建筑物调查项目和内容主要有：建筑物概括；建筑物规模；设计图、地质钻孔柱状图、施工图等；基础、地基资料和地下水位；建筑物材料等。

⑦地下管线沉降变形监测：在制定地下管线监测方案之前，应首先调查与管线监测管线的相关资料。可通过工程建设单位和相关管理单位进行调研，收集地下管线图纸；在缺少地下管线布置图纸资料情况下，需要采用管线探测仪进行现场勘查来获取管线资料。主要包括以下几个方面：管线用途、材料和规格；管线的平面位置、埋置深度和埋设年代；管线接头形式；相关管理部门对地下管线的沉降变形允许值。

⑧爆破振速量测：爆破振速监测是确保建筑物在爆破作业过程中是否受到损坏的关键监测项目，施工过程中，应根据监测结果实时调整爆破参数。

(3)监控量测控制基准

监控控制基准值是为确保被监测对象安全而确定的允许最大值。在监测过程中，一旦监测数据超过控制值，应在监测报表中清晰标注出，并及时通报业主、施工方和监理方，给予警报。监控标准值确定一般参照以下原则：

a.监控标准值必须在监测实施前确定，由建设、设计、施工、监理和监测和市政等相关单位召开监测方案会议，根据具体的水文地质条件、周围环境和地下工程特点共同确定。

b.对于结构安全控制值，应满足设计计算中对强度和刚度的要求，一般应小于或等于设计值。

c.有关周围环境保护的基准值，应考虑被保护对象（如周围建筑物、地下工程和地下管线等）主管部门所提出的要求。

d.监控基准值的确定应具有工程施工的可行性，在满足安全的前提下，应考虑提高隧道开挖速度和工程的经济性。

e.监控基准值应满足现行的相关设计、施工法规、规范等要求。

f.对于目前尚未明确规定基准值的监测项目，可参照国内外相似工程的监控资料来确定。

g.在监控量测过程中，当发现某一监测项目超过监控基准值时，应及时通知相关单位，并和相关单位一起分析研究，必要时也可对监测基准值作适当调整。

五、结束语

城市轨道交通浅埋隧道由于其自身特征、周围建筑物多、人口密集、地下管道错综复杂以及土质影响因素等原因在隧道施工中显得尤为重要，其施工中应严格按照施工工艺并结合工程所在地的地质情况进行科学组织施工，并加强施工监测，特别是地表沉降及爆破振速监测，以期实现施工目标，确保施工质量，确保周围建筑物和人民生命财产安全。

参考文献

篇11

城市轨道交通地下工程建筑安全检测是轨道交通安全工程领域的一个重要研究方向。本文分析城市轨道交通地下工程建筑安全检测的目标和内容，设计安全检测系统，给出工作原理和技术方法，并对安全检测系统的结构原理、技术实现和设计特点进行详细研究。

关键词：

轨道交通；地下工程；建筑安全；检测系统；技术研究

随着国民经济的快速增长，我国城市轨道交通得到了大力发展，建设速度惊人[1]。自1969年我国第一条地铁在北京建成通车后，城市轨道交通在天津、上海、广州、深圳、南京等城市相继建成和投运[2]。到2014年底，我国有城市轨道交通的城市已达22个，线路101条，长度3155km。在营运的北京、上海、广州等大都市，日均客流量已超过100万[3]。在上下班和节假日高峰拥堵时，城市轨道交通以其安全、快速和准确等特点，已成为人们出行的首选交通方式之一。在不断增长的城市大客流量面前，城市轨道交通在推动城市发展的同时，也对环境和建筑产生了一定的影响，这给城市生态环境和人们的安全带来了新的问题和挑战[4]。目前，不少地区城市轨道交通地下建筑安全问题和地面沉降、地质裂缝、地洞等地质灾害及其次生问题不断发生，浪费了大量的人力和物力[5]。事实上，自地铁诞生之日起，地铁建筑支护检测和修补便开始了，地铁对环境和建筑的危害就一直没有间断过，充分暴露出城市轨道交通地下建筑环境安全和控制措施的不足，因此，对城市轨道交通地下工程建筑安全检测等新问题和新技术进行长期深入研究具有重要的现实意义。

1城市轨道交通地下工程建筑安全

从结构上，城市轨道交通地下工程建筑主要由地铁站台和地铁隧道组成，属于典型的坑道节点式构造[6]。根据城市轨道交通、地下铁道工程和铁路隧道工程方面的国家标准，城市轨道交通地下工程建筑结构的设计使用年限应为100年[7]。其安全要求包括结构强度、结构功能和结构可修复3个方面。城市轨道交通地下工程建筑安全检测是通过测量和巡查，对地下工程建筑的主要参数进行监控，经过评价指标分析进行安全等级评判[8]。其目的是通过测量，评价城市轨道交通地下工程建筑结构的安全性。一般来说，影响城市轨道交通地下工程建筑结构安全的主要因素包含有环境和人为这两个方面。综合以上分析，目前城市轨道交通地下工程建筑结构安全检测的内容主要有：（1）断层；（2）裂隙；（3）剥落；（4）渗透水；（5）变形和位移。检测方法采用传统的定期关键点巡查和结构工程仪器直接接触式离散测量，从而形成报表制度。

2安全检测系统设计和工作原理

2.1安全检测系统设计

城市轨道交通地下工程建筑安全检测系统的设计主要由车地两套独立计算机装置组成，以完成对地下工程建筑结构支护围栏两侧涂覆黑白色带图像和位置进行检测，对拱顶自然结构状态进行检测，以及对地面为拱桥轨道结构状态进行检测。车辆上安装下位机和上位机两级计算机装置，通过串行通信进行数据交换。下位机由嵌入式系统组成，完成测量传感器的信号处理；上位机由工控计算机组成，完成操作、输出、显示、监测测量结果，并进行管理。地面车站计算机装置实时执行操作和管理，完成检测、统计、分析和报表。

2.2安全检测系统工作原理

城市轨道交通地下工程建筑安全检测系统的基本工作原理是，通过CCD传感器获取被测物体的图像，然后对图像进行处理，在图像处理后完成对被测结构的测量。一般图像只能进行2D测量，此处采用视觉自动聚焦技术就能够进行2.5D测量。视觉自动聚焦技术是采用自动聚焦判别函数对高度不属于同一平面上的两点进行精确聚焦，然后通过计算得到两点间的距离。通过CCD传感器获取被测结构图像的模拟信号，经过车载下位机进行A/D转换，转换成数字信号、输入到计算机，然后由图像处理手段对图像中需要测量的几何图元进行测量，从而实现对被测结构的非接触测量。图像处理需要实现的功能包括图像获取、图像滤波降噪、图像增强、图像边缘定位、特征定位、图元拟合、图元计算等。

3安全检测系统技术实现

随着计算机技术、通信技术、控制技术和微电子技术的飞速发展，采用计算机图像检测技术进行城市轨道交通地下工程建筑安全检测，并按照我国城市轨道交通技术规定，采用车地无线通信系统[9]。

3.1硬件技术

嵌入式系统是集成电路技术和微型计算机技术高速发展的产物。在车载下位机中的测量模块采用嵌入式系统检测单元设计方案，主要是考虑了系统模块化和可维护性。由于图像处理的直观性和可视性，检测单元中的传感器选用CMOS型CCD，代表性产品有USB摄像头。嵌入式系统处理器现有单片机、DSP和微处理器3大类，此处采集和处理的均为实时彩色图像，故采用微处理器，其典型产品有ARM系列多个品种可灵活选用。视频数据采集和图像处理可采用Linux软件实现，对处理后的压缩图像通过城市轨道交通监控系统通信标准由规定的接口完成即可。最后，视频图像传送给车载上位机进行实时的显示和控制。

3.2软件技术

根据城市轨道交通技术标准和设计规范的要求，安全检测系统在软件技术方面需要具备完成图像处理的功能。在图像产生、传输和变换的过程中，由于各种因素的影响，往往会使图像与被测结构之间产生差异。这给从图像中提取各种安全信息造成了很大困难。因此，对CCD传感器得到的图像要进行各种处理，以降低噪声干扰。常见的图像噪声包括光学成像及采样过程中常会出现的混叠噪声、插入噪声、抖动噪声、电子噪声等。而且边缘的检测和提取往往对噪声较敏感，因此首先需要对图像进行滤波降噪处理。数字图像滤波器有线性和非线性两大类。线性滤波器对高斯噪声有较好的平滑作用，但对其他噪声的抑制效果较差，而且会出现模糊边缘。在非线性滤波器中，中值滤波器在过滤噪声的同时，还能较好保护边缘轮廓，对消除孤立点和线段的干扰十分有用，特别是对于二进制噪声尤为有效。这就特别符合几何测量中对边缘定位的需求，因此安全检测系统选用中值滤波器对图像进行滤波降噪。由于要测量物体轮廓边缘的几何信息，所以图像边缘信息提取的好坏就显得尤为关键。一般物体和背景具有较大的对比度，反映在图像上就是物体和背景的灰度差别较大，图像直方图将呈现较为明显的双峰型，所以安全检测系统采用阈值法实现图像分割。

4安全检测系统设计特点

4.1模块化

由于嵌入式器件的整体功能越来越强大，嵌入式系统模块化设计、组装、调试和维护技术已经非常完善，技术人员通过专业学习可以快速掌握和应用。在城市轨道交通现场应用中，各级子系统大量采用嵌入式系统完成模块化功能的实现。

4.2集成化

现场检测技术进一步的发展，必然是高度集成化。对于日益复杂的城市轨道交通，从横向上考虑，随着城市轨道交通建设规模的扩大和发展，各个子系统数量不断增加，遍布所有城市轨道交通的子系统；从纵向上考虑，各系统都有向下层深入的趋势。因此，多子系统构成的安全检测系统不仅能够实现车站级集成，还能够实现现场级集成，甚至直接到各检测传感器上。

4.3网络化

在一个城市，一般都存在多条轨道交通线路，这就要求把不同的线路资源进行网络化处理。从单线路的检测系统向路网级检测系统发展，是网络化发展的必然趋势。对于城市轨道交通的综合检测，可以采用线路、车站、车辆为层次单元，组成相对完善的网络结构，同时具备强大的数据处理能力，能够更好地满足和适应轨道交通网络在不同层面上的需求。

5结束语

建设准确实时高效的城市轨道交通地下工程建筑安全检测系统有助于节约资源，促进生态文明发展。城市轨道交通地下工程建筑安全检测系统技术反映了城市轨道交通信号、系统和集成的特性。本文在分析城市轨道交通地下空间建筑结构安全检测目标和内容的基础上，建立了模块化、集成化和网络化的计算机图像检测系统模型，详细介绍了其安全检测系统的设计思想、基本原理、技术实现和技术特点，对进一步技术开发和设备升级奠定了基础。

参考文献：

[1]钱七虎.地下工程建设安全面临的挑战与对策[J].岩石力学与工程学报，2012,31（10）：1945-1956.

[2]刘伯鸿，李国宁.城市轨道交通信号[M].成都：西南交通大学出版社，2011.

[3]刘伯鸿，李国宁.城市轨道交通综合监控系统及集成[M].成都：西南交通大学出版社，2011.

[4]周晓军.地下工程监测和检测理论与技术[M].北京：科学出版社，2014.

[5]张开冉.城市轨道交通安全[M].北京：科学出版社，2013.

[6]住房和城乡建设部工程质量安全监管司.城市轨道交通工程质量安全检查指南[M].北京：中国建筑工业出版社,2012.

[7]朱沪生.上海轨道交通网络化运营中的安全管理与风险控制[J].城市轨道交通研究，2012（10）：1-5.

[8]吕培印，廖弈棋，罗凤霞.城市轨道交通工程建设安全管理信息系统设计与应用[J].铁路计算机应用,2012,21（5）：37-40.

篇12

关键词：地铁测点监测量测观测频率预警

中图分类号：U231文献标识码： A

1.工程概况

某轨道交通区间采用明暗挖结合法施工，设置竖井及横通道，横通道垂直交通干线呈南北向布置，主要下穿DN600污水管、DN350污水管。

施工竖井为临时竖井，施工完毕后回填封闭。施工横通道用砖墙封堵，为永久结构。施工竖井净尺寸为5m×7m，竖井深14.701m。

2.技术标准及监测目的、项目、监测点布设

2.1技术标准

(1)《设计规范》GB50157-2003；

(2)《建筑变形测量规范》JGJ8-2007；

(3)《轨道交通工程测量规范》GB50308-2008；

(4)《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012；

(5)《国家一、二等水准测量规范》GBT12897-2006；

(6)城市轨道交通工程区间竖井及横通道竖井结构施工图

2.2监测目的

（1）监视分析基坑周围土体在施工过程中的动态变化，明确工程施工对原始地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节。

（2）掌握支护体系的受力和变位状态，并对其安全稳定性进行评价。

（3）通过现场监测信息反馈和施工中的地质调查，及时调整支护参数和采取相应的工程措施，优化施工工艺，达到工程优质、安全施工、经济合理、施工快捷的目的，并为今后类似工程提供借签。

2.3监测项目

根据规范及设计施工监测必测项目要求，竖井及横通道施工期间必须要监测的内容如下：

（1）建（构）筑物沉降；

（2）竖井及横通道周边地表沉降；

（3）竖井及横通道周边重要管线沉降；

（4）初期支护净空收敛；

（5）初期支护拱顶下沉；

（6）井内外及洞内外观察；

2.4测点布设

2.4.1基准点（工作基点）、监测点布设时间要求

监测点位及监测元器件的埋设主要以《竖井及横通道监控量测平面图》和设计具体要求为依据。

要使各监测项目能有效反映出竖井开挖对围护结构本身及周边环境的影响程度，各监测项目测点必须在相关工序开展之前埋设，本工程各监测项目测点埋设时间要求如下。

2.4.2监测点埋设要求

（1）建（构）筑物沉降监测点

建（构）筑物观测点一般埋设于能明显反映建（构）筑物变形的竖向结构上，且便于观测，便于保护。

（2）地表沉降观测点

测点为顶部光滑的钢筋，用钻孔取芯钻机在测点位置钻Ф125mm的钻孔，钻孔须穿破路面地面持力层，保证钢筋能在钻孔中自由沉降。钢筋打入土体中的长度要有0.6～1米。

（3）重要管线沉降监测点

地下管线沉降测点埋设，用冲击钻在地下管线轴线上方的地表钻孔，然后放入直径20～30mm的半圆头钢筋，其深度应与管线底一致，四周用细砂填实。新迁移的管线在施工时埋入直接测点，将直径20～30mm的半圆头钢筋固定在管顶并伸出地面，外加PVC套管保护。

（4）支护净空收敛

竖井初支结构的长、短边中点，沿开挖面2m范围内设置互相垂直的两个监测断面，每个断面2个测点。横通道初期支护边墙两侧，沿开挖面2m范围内设置监测断面，每个断面两组，每组2个测点。

（5）拱顶下沉

拱顶下沉布设在与净空收敛同一断面，位于拱顶中线处，每个断面1个测点，按设计间距布设断面，间距为10～30m。

2.4.3监测点布设、监测仪器及精度要求

2.4.4基准点的引测和检校

基准点直接采用城市轨道交通平面控制网及高程控制网中的点，使用前复测，确认无误后可以直接使用。

2.4.5监测点保护措施

（1）施工前土建施工单位必须给各工序施工队伍强调监测点位的重要性，提高对监测点的保护意识；

（2）监测点旁边设立标志牌，并用红色油漆标示出监测点位置，重要、易损坏的监测点，设置保护盖或在其周围设置防护围栏进行保护；

（3）如土建施工单位对监测点造成破坏，必须按照要求进行补埋；

（4）如施工中造成监测点破坏的，必须暂停相关工序施工，立即补充布设监测点，待监测点补充布设完毕，监测工作能够正常开展后，再恢复相关工序施工。

3.监测方法及数据处理

3.1监测初始值的读取

各监测项目初始值应在相关施工工序之前测定，至少连续观测2次较稳定数值，取其平均值作为该项目初始值。具体读取时间与读取方法如下：

3.2监测方法及数据处理

3.2.1地表沉降监测

(1)基准网的观测

按国家二等水准测量的技术要求进行观测，作业过程严格遵守规范要求，每次观测由固定的测量人员，采用固定仪器按相同的观测路线进行，观测记录至0.01毫米，计算结果至0.1毫米。其精度要求按下表标准执行。

沉降监测基准网精度（限差）要求

(2) 地表沉降监测点的观测

地表沉降精度按照三等精度进行。作业过程严格遵守规范要求，每次观测由固定的测量人员，采用固定仪器按相同的观测路线进行。其精度要求按下表标准执行。

沉降监测精度（限差）要求

3.2.2建构筑物沉降监测

监测方法与地表沉降监测基本相同。

3.2.3重要管线沉降监测

管线沉降精度按照二等精度进行，监测方法与地表沉降监测基本相同。

3.2.4初支结构净空收敛

用电子收敛仪进行测量；并对测读环境温度，进行记录；每次测量结束后，确定初始值时应同时记录下当时的环境温度，以后再次进行收敛观测的同时也应同时测量环境温度，通过温度修正的数据才能与初始值进行收敛变化的比较。修正计算公式为

ΔLC=K×ΔT×L

式中 ΔLC――温度修正值；

K――修正系数（选取12×10-6m/m/oC）；

ΔT――温度变化量；

L――测点距离。

3.2.5初支结构拱顶下沉

初期支护结构拱顶下沉采用水准仪倒挂钢尺法监测，监测点为钢筋挂钩，将钢尺悬挂于钢筋挂钩上，读取数值。测量技术要求及精度指标与地表沉降监测基本相同。

4.监测频率、报警值及应急措施

4.1监测频率

施工监测频率根据规范及设计要求确定，如下表所示：

施工监测频率表

4.2监测报警值

监测报警值的确定应满足《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99、《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009的相关要求。结合本工程实际情况，各监测项目的监测报警值确定如下：

4.3监测预警应急措施

当出现下列情况之一时，必须立即进行预警；若情况比较严重，应立即停止施工，并对基坑围护结构和周边的保护对象采取应急措施。

（1）当监测数据达到报警值。

（2）支护结构或周边土体的位移值突然明显增大或基坑出现流砂、管涌、隆起、陷落或较严重的渗漏等。

（3）支护结构的支撑或锚杆体系出现过大变形、压屈、断裂、松弛或拔出的迹象。

（4）周边建（构）筑物的结构部分、周边地面出现较严重的突发裂缝或危害结构的变形裂缝。

（5）周边管线变形突然明显增长或出现裂缝、泄露等。

（6）根据当地工程经验判断，出现其他必须进行危险报警的情况。

施工监测不仅为工程的安全提供保障，更为以后工序的优化以及施工工艺的改进提供数据支持，随着城市轨道交通的建设，施工检测必将在工序的优化和工艺的改经方面发挥更大的作用。

参考文献：

(1)《建筑变形测量规范》JGJ8-2007；

(2)《轨道交通工程测量规范》GB50308-2008；

(3)《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012；

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1 生态透析技术

生态透析技术是2013年起由广州市地下铁道总公司与广州赛特环保工程有限公司共同研发的污水臭气治理技术，该技术目前已经在广州市白云公园站公共卫生间投入使用。其原理是利用弯曲河流的生态稳定的特性，利用填料模拟河流，在系统内形成完整的生态链系统，通过生态链的物质能量传递规律，实现污染物的逐级降解吸收，最终实现无臭味、无固体残渣排放、无化学物质添加的三无处理。

1.1 生态透析技术的优点

生态透析技术是一种新兴的污水处理技术，其具有处理效率高、占地面积小的特点，由于采用特殊的填料及处理技术，其可实现对污水、臭气及致病菌的同时处理。另外，其采用的是就地处理技术，避免了长时间长距离运输污水带来的污染扩散问题，有着良好的社会效益。

1.2 生态透析技术的缺点

该技术属于污水臭气处理技术，而不是污水臭气的收集技术，需配合污水收集技术进行使用。

2 重力排水系统

重力排水就是利用水本身所有的重力作用，通过排水管的收集排入车站内的污水集水池，再通过设置于污水池的潜污泵将收集的车站内的污水抽至室外化粪池经处理后排入市政污水管。[1]

2.1 重力排水系统的优点

重力排水系统是最传统的排水方式，其对排水管道要求简单，控制点少，稳定性强。在非密闭空间的污水收集中有着明显的优势。

2.2 重力排水系统的缺点

重力排水系统采用的是敞开或半敞开式的管道，导致臭味及致病菌污染严重；重力排水系统是一种污水的收集及运输方式，而不是一种污水处理方式，其需借助其他污水处理设施才能实现污水净化。重力排水系统对仅仅对水进行输送，对臭气及致病菌无法进行收集的处理。

3 真空排水系统

真空排水系统是利用真空将各分散点的污水收集至提升器，再通过污水泵将污水排至指定地点的一种排水系统。真空排水系统具有三种不同的形式，即纯真空式真空排水系统、在线式真空排水系统和重力流与真空结合式真空排水系统[2]。纯真空排水系统即所有排污点均安装真空便器、真空污水提升器和真空地漏，真空便器用于高浓度收集粪尿进入真空污水泵站，真空污水提升器用于收集洗手台、小便器等其它排水设施的污水进入真空污水泵站，真空地漏用于收集地漏水进入真空污水泵站。在线式真空排水系统由真空机组、真空管路及真空卫生器具组成，利用真空机组在压力平衡罐及管道内形成真空，污水在室外大气压与管路真空压差的作用下被抽吸到真空管路并排至真空机组，再由真空机组排放至排污地点。重力流和真空结合式排水系统即大便器和小便器采用真空污水提升器收集，地漏水采用真空地漏，洗手水采用真空废水提升器收集，如此废水和污水在进入真空系统前是严格分开的，避免了便器管路的臭气传入废水管路（比如地漏）。无论哪种真空排水方式，其原理均是在卫生间各排放点安装真空废污水提升器，断续的废污水利用短距离的重力流进入提升器，当液位达到设定值时，真空控制阀会自动开启，真空泵站中的真空泵使管道内维持0.6bar的负压，污水将以4m/s-6m/s的速度通过真空管道进入真空泵站中的真空罐。废污水在真空罐中存储到一定水位后，污水泵开启，把污水排入市政管污水管道。

3.1 真空排水系统的优点

真空排水系统管道密闭，臭味及致病菌不易散发，改善了传统重力排水的弊端，可实现同层排水。

3.2 真空排水系统的缺点

真空排水系统工艺复杂，投资成本高，设备的控制点多，容易发生故障。而且，由于需要采用负压抽吸，真空泵需频繁启闭，当遇到人流量大时，容易出现故障，且频繁的启闭严重影响了真空泵及密封塞的寿命。真空便器需在传统便器的基础上进行改造，由于人口素质残差不齐，真空便器故障率人为因素相关性较大，维护频繁。目前，真空排水系统大多用于人流量小的场所。广州地铁APM线天河南站公共卫生间采用真空排水系统。

4 密闭水箱排水系统

密闭水箱排水系统是在传统的重力排水系统的基础上发展起来的，其针对重力排水系统管道密封性不够的确定，采用密闭水箱及管道替代原有的管道及集水坑，一定程度的避免了臭气外溢。

4.1 密闭水箱排水系统的优点

密闭水箱排水系统采用密闭管道，一定程度的降低了臭气及致病菌外溢。

4.2 密闭水箱排水系统的缺点

密闭排水系统中，密闭水箱是主要储污系统，其水箱产生的臭气需通过排气口排放，以维持水箱的正常压力。排气口带出了大量的臭气及致病菌，对外围环境带来了极大的影响。同样的，密闭水箱排水系统属于污水的收集系统而不是处理系统，其污水、臭气及致病菌均未能得到 有效的治理。

5 菌种投加处理技术

与以上的几种排污系统不同，菌种投加处理技术是一种就地处理的方式，通过在污水箱或集水坑中投加处理菌种，利用菌种将污水进行净化。目前该技术在上海的生态厕所有所应用。

5.1 菌种投加处理技术的优点

就地处理，一定程度的减少了污水的输送，防止污染的进一步扩散。

5.2 菌种投加处理技术的缺点

外来菌种针对性不强， 需重复多次投加，成本大，管理难度高。而且外来菌种对臭气及致病菌无作用，无法解决臭气及致病菌污染的问题。

6 各种污水处理技术的对比分析

从以上的分析可以发现，五种处理技术可以分为两类：污水收集技术和污水处理技术。第一类：污水收集技术包括重力排水系统、真空排水系统和密闭水箱排水系统，其共同的特点是仅对污水进行收集，而非对污水进行处理，是一种污染物的收集及转移的技术，而不是处理技术。第二类：污水处理技术包括生态透析技术和菌种投加处理技术，其共同点是就地处理，是一种真正意义上的处理技术。其中，菌种投加处理技术仅针对污水进行治理， 无法解决臭气及致病菌污染的问题，而生态透析技术可实现对臭气及致病菌的同时治理，是一种全新的处理技术。在实际中考察发现，菌种投加技术需要专业人员进行投加及管理，针对性不强，在地铁使用起来难度较大，不建议使用。而传统的重力排水、密闭提升系统及真空排水系统均无法实现污水处理，建议配合生态透析技术同时使用，可实现对污水、臭气及致病菌的同时治理，具体如下：（1）在投资及条件许可的情况下，优先采用密闭提升排水系统进行污水收集，以减少臭气及致病菌的散发。由于密闭提升系统水箱排气口臭味及致病菌污染严重，建议配合生态透析系统，实现对尾气的处理。对周边无管网的区域，生态透析系统可同时对污水进行治理，实现达标排放，同时可解决密闭水箱臭气污染问题。（2）在地下空间允许的情况下，可在地下空间安装生态透析系统个，同时对水和气进行治理；（3）地下空间有限的情况下，优先对臭气和致病菌进行就地治理，防止臭气飘溢散发。

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【关键词】轨道交通；盾构机；改造技术

1概述

近年来，为改善城市人口密集区域的交通环境，提高城市生态质量，盾构法地铁隧道工程日益增多。尤其是2014年以来，全国各地纷纷制订了城市轨道交通建设规划，其中大型城市建设高峰期对隧道施工用盾构机的需求很大，上海轨道交通2010年世博会前建设高峰期曾同时投入100多台盾构机施工，2016年以后又将迎来新一轮建设高峰。盾构隧道掘进作为轨道交通建设过程中的一个环节，单个区间施工周期大约是3-6个月，而整个轨道交通项目建设大致需要2-3年，在同一个城市即使在区间线路之间进行计划调剂，盾构机也不可避免的发生较长时间闲置。国内其它一些城市的轨道交通建设对盾构机的需求也有类似情况，一方面维护闲置的设备需要耗费大量人力物力，另一方面进口、制造新设备消耗大量资金和材料，同时造成更大规模的设备闲置。因此研究盾构机在不同地区、不同城市的适应性改造方案，实施盾构机改造工作非常必要，是当前大规模建设阶段的迫切任务。

上海地铁盾构设备工程有限公司通过对天津轨道交通建设市场调研以及对公司现有闲置盾构机情况分析，决定对4台原应用于上海轨道交通建设，暂无施工计划的∮6340外径三菱盾构机实施改造，使之服务于天津轨道交通建设。

2天津轨道交通6号线工程盾构机改造技术

2.1天津轨道交通6号线工程盾构机改造目标

为满足天津地区轨道交通工程地质条件及区间隧道施工要求，针对上海地铁盾构设备工程有限公司三菱盾构机型进行改造。天津轨道交通地下区间隧道施工要求为衬砌外径?6200mm，内径?5500，宽度1500mm，封顶块搭接2/3，通用管片拼装，隧道最小施工曲率半径225m。

通过研究天津轨道交通6号线招标文件技术要求，以及天津地区合作施工单位对盾构机的相关技术要求，比对上海地铁三菱盾构机技术规格，确认以下主要改造目标：

①需要增加铰接功能，满足小曲率半径线路施工；

②需要增加土仓内螺旋机前闸门及配套操作控制系统；

③需要增加螺旋机伸缩功能，具备螺旋机故障检修条件；

④需要重新配置推进千斤顶，满足1.5米宽度通用管片错缝拼装施工。

2.2盾构改造的技术路线

确定盾构机改造目标后需要明确设备改造工作的技术路线，以便选择改造方案和实施方法。经过对技术可靠性、工程进度对改造工作的工期要求、设备改造的成本、目标市场形势等多方面因素研究，得出对于原有设备适应性改造项目的技术路线是最大限度利用原有盾构机的零部件、采用成熟可靠的盾构机技术，以较短的改造周期、较低的成本，快速具备针对目标市场的竞争优势。

2.3新增盾构铰接功能的设计和实现

2.3.1盾构铰接形式的选择

地铁隧道施工用软土盾构机常用铰接形式主要分为主动铰接和被动铰接两种形式。主动式铰接系统采用几组可以单独控制的铰接千斤顶来调节盾构机铰接前段和铰接后段的相对角度；被动式铰接系统采用一组千斤顶联系盾构铰接前段和铰接后段，可以调节铰接前后端的相对距离，铰接后段可以在盾构铰接前段和管片之间被动摆动一定角度，以保证盾构机转弯时的盾尾间隙。主动式盾构铰接系统和被动式盾构铰接系统的主要区别对比见表1。

主动式铰接 被动式铰接

主推进千斤顶安装固定位置 千斤顶挂接于铰接后段，与盾尾保持平行 千斤顶由底座固定于铰接前段，与盾构铰接前段平行

盾构开挖直径 盾尾不需要额外摆动空间，盾构开挖直径不需要增加 铰接操作时，盾尾需要与主推进千斤顶保持摆动空间，因此盾构开挖直径需要放大

铰接千斤顶配置 铰接千斤顶需要传递大部分主推进千斤顶推力，需要与盾构机推进千斤顶匹配选型，千斤顶及固定结构所占空间大 铰接千斤顶仅承受铰接后段盾构壳体牵引力，千斤顶及固定结构所占空间小

铰接千斤顶控制系统 需要多个分区的液压电控系统，可主动控制盾构机铰接时的方向、角度 只需要不分区域的伸缩控制和压力、行程保护，盾构铰接角度、方向由盾构推进时铰接前段与已成环管片之间的偏差决定，铰接系统被动适应

注浆管形式 一般采用外置式同步注浆管 可以采用内置式同步注浆管

表1主动式铰接系统和被动式铰接系统对比

由表1比较项目可知，主动式铰接和被动式铰接都能达到调节或补偿盾构铰接前段与铰接后段偏转角度的功能，主动式铰接系统由于可以直接设定盾构铰接角度，操作性能比较优越；被动式铰接系统功能简单，易于维护。我们对两种改造方案分别进行了初步设计和成本核算，最终决定采用被动式盾构铰接方案。

2.3.2盾构铰接结构设计

在原盾构机支承环和盾尾之间新增盾壳铰接副，铰接千斤顶采用14个，行程190mm，最大铰接角度1.5°，铰接千斤顶安装于推进千斤顶之间的空隙位置。

2.3.3盾构铰接密封系统的设计

2.3.3.1盾构铰接密封系统的设计条件

根据原盾构土沙密封系统设计标准和改造盾构使用目标项目水土条件，我们选择本改造项目铰接密封系统设计最大承压为1Mpa。密封系统的工作环境为EP2油脂、泥沙、水。

2.3.3.2盾构铰接主密封材料选择

盾构机土沙密封常用材料有橡胶和聚氨酯弹性体材料。两种材料的主要性能比较见表2。

橡胶密封 聚氨酯密封

耐磨性能 表面硬度低，耐磨性较差 表面硬度高，耐磨性好

弹性 弹性较小，密封补偿量大时需要填充其他材料弹性体 弹性好，压缩自恢复性强，适合补偿量大的密封件

耐热性 可达120bC 适用温度

耐油脂性能 较好 好

耐水性能 好 较好

表2两种密封材料主要性能对比

考虑盾构铰接系统具有运动速度慢、温升低、密封弹性补偿变化量大等特点，铰接系统主密封采用聚氨酯材料，以保证较好的使用效果。

2.3.3.3盾构铰接主密封结构设计

铰接系统密封采用铰接前后段乘插结构，铰接前段外套，铰接后段内插。主密封件为两件环向唇型密封，每件宽度为75.8mm，自由状态总高度为47mm。两件主密封件由三道环向压板固定在铰接后段内插部分外环面。铰接主密封安装面和密封配合面均采用机加工保证配合精度和表面光洁度。每件主密封带两道唇型齿，两道主密封共四道唇型齿全部单向安装，导向方向为向盾构外部土沙方向。两道主密封之间的压板位置设置6个密封油脂注入口，环向等分布置。铰接密封结构见图1。

图1天津改造盾构铰接密封

2.3.3.4盾构铰接主密封在极限工况下的效果

铰接密封在施工过程中需要承受相应深度土层的水土压力，并保证一定的使用寿命，因此必须对各种工况下密封的有效性进行验证。根据铰接主密封件制造单位提供的理论计算和实验验证数据，本项目采用的聚氨酯唇型密封承受1Mpa水土压力时最小有效压密量为5mm。据此对改造盾构铰接系统各工况密封压密量进行分析。

⑴如图1，铰接系统未偏转，处于初始状态时，主密封的压密量为17mm，远大于密封件最小压密量要求，可以满足密封性能。

⑵如图2，铰接系统达到最大设计铰接偏转角度1.5°时，偏转方向上弹性补偿变化最大的位置上密封压密量最小值为9.4mm，大于密封件最小压密量要求，且尚有一定的磨耗裕量。

图2最大设计铰接角度时的密封压密情况

2.3.4改制盾构铰接系统的盾构结构配套改造

增加被动式铰接系统后，盾构盾尾与管片之间需增加摆动间隙，直径需要略为扩大，外径为6400mm。原盾构盾尾经多次使用，已经变形，且考虑采用内置式注浆管，故新制盾尾。盾尾选用Q345钢板材质，厚度为45mm内嵌4套内置式注浆管组件。

为保证被动式铰接后段自由摆动，盾构刀盘至支承环外径为6410mm，略大于盾尾。原切口环结构保留，外圈贴板30mm厚，贴板为注浆管预留开孔，并开塞焊工艺孔，调配四周开槽型孔塞焊。原支承环结构保留改造，切除后段与盾尾相连部分，外圈贴板30mm厚，开塞焊工艺孔，调配四周开槽型孔塞焊；后端再焊接加装铰接副前段外圈。原刀盘盘体结构保留，外圈贴30mm厚板，依据切口环改造加工实际最大直径作为刀盘开挖直径基本尺寸，依据刀盘开挖直径，将周边刀垫高，最外圈标准刀（包括单把及双把刀具）及保护刀进行调整移位，以保证全断面切削。

2.4改造盾构土仓前闸门功能的设计和实现

天津地区地下水丰富、且地质变化较大，曾经发生过螺旋输送机阻塞和喷涌的事故。为防范此类风险，天津地区轨道交通施工盾构机需要增设螺旋机土仓侧前闸门，以备紧急状况下抽出螺杆，关闭前闸门。

新增螺旋机前闸门采用旋转开闭方式，由旋转轴驱动，最大开启角度为78°，关闭时可完全覆盖螺旋机进土口，打开时对进土口无遮挡。

2.5改造盾构伸缩螺旋机功能的设计和实现

为配合新增螺旋机前闸门工作，方便螺旋机阻塞物排除，还需改造盾构螺旋输送机，使之具备螺杆伸缩功能。螺旋机原螺杆及驱动部分留用，螺槽中段部分割除，中间接入新制伸缩装置。螺旋机伸缩部件采用内外套接乘插结构，近土端设置两道环向土沙密封，远土端设置同心导向结构，内嵌分片式尼龙导套。螺旋机伸缩装置总行程400mm，改造后的螺旋机在正常施工状态下螺杆伸入土仓150mm。

2.6改造盾构通用管片推进系统的设计和实现

天津轨道交通隧道管片规格为1500mm环宽，通用管片错缝拼装，楔子块搭接2/3插入，拼装时千斤顶最小行程为2000mm。原上海轨道交通隧道施工用管片规格为1200mm环宽，通缝拼装，封顶块1/2搭接插入，顶部长千斤顶行程为2150mm，其余千斤顶行程为1350mm；考虑一定的拼装间隙，改造盾构可以选用2150mm行程千斤顶。改造后的盾构机全部采用长行程千斤顶，行程2150mm，共22个，底座安装全部按原盾构长行程千斤顶位置，圆周布置位置不变。推进千斤顶改造方案明确后，对盾构拼装机行程进行复核，拼装架需后移850mm（即平移行程后移），以满足天津规格管片施工操作。

3天津轨道交通6号线工程盾构机改造应用效果和展望

上海地铁盾构设备工程有限公司于2014年5月完成4台原用于上海轨道交通建设的闲置盾构改造，改造的盾构机充分利用原有设备及部件，改造部分技术成熟、性能先进、结构简单、经济实用，并且满足实际施工中对盾构设备安全可靠、检修方便的要求。4台改造盾构机投入天津轨道交通建设市场后，具有明显竞争优势，一举获得3个标段，6个区间隧道施工任务。至2014年底首个区间隧道掘进施工已经顺利完成。

改造盾构机相对新购盾构机节省了总体设计制造周期，可以更快的投入工程项目，及时填补建设项目盾构机缺口，成为建设工程机械市场的有益补充。深入研究盾构机适应性改造技术，改造现有闲置盾构机，使之适应不同地区、不同技术要求的建设项目，从中总结出一套行之有效的盾构机改造评估方法、技术方案、实施管理办法，并将其推广应用，将大大提高盾构机利用率、避免在各个建设项目中重复采购盾构机带来的设备闲置和浪费，具有明显的经济效益。