第一篇：非開挖鉆孔鋪管施工工藝在山塘整治工程中的應(yīng)用

非開挖技術(shù)在磐安縣山塘整治工程中的應(yīng)用

磐安縣水務(wù)局 厲富強(qiáng)

磐安縣非開挖技術(shù)應(yīng)用于山塘整治涵管施工中，在全省水利工程上也屬于新鮮事物。工程實(shí)施后，引起了省內(nèi)水利系統(tǒng)的高度關(guān)注，有多個(gè)地區(qū)與縣市來磐安與我們交流非開挖技術(shù)的應(yīng)用情況，當(dāng)然我們也只是初步進(jìn)行了探索，許多問題可能還沒有遇到，許多難題暫時(shí)無法克服。在這里我就在山塘綜合整治工程中，應(yīng)用該項(xiàng)工藝的施工情況作一下簡單介紹，并提出一些在施工中需注意的安全事項(xiàng)和目前存在的問題。主要是起到一些拋磚引玉的目的，希望能為山塘整治工程涵管處理提供了一種新的思路和方法。

1、非開挖施工技術(shù)工藝簡介

非開挖技術(shù)是指通過導(dǎo)向、定向鉆進(jìn)等手段，在地表極小部分開挖的情況下，敷設(shè)、更換和修復(fù)各種地下管線的施工新技術(shù)，對(duì)地表干擾小，因此具有較高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果。主要包括水平定向鉆進(jìn)、頂管、微型隧道、爆管、沖擊等技術(shù)方法。該技術(shù)源于20世紀(jì)70年代，并于90年代傳入我國，目前被廣泛應(yīng)用于給水、排水、電力、通信、燃?xì)獾阮I(lǐng)域的新管道建設(shè)和舊管道修復(fù)，也可以應(yīng)用于文物、古建筑的保護(hù)等方面。

山塘工程因大多都坐落于山區(qū)，交通不便，施工條件相對(duì)較差，機(jī)械設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)難度大，且工程地質(zhì)以弱化巖為主，不同于粘土、砂礫層等軟基，鉆孔難度較大，因此在水利工程的應(yīng)用上還很少，還未得到普及。

2、非開挖技術(shù)實(shí)施的背景

磐安縣位于浙江中部,是一個(gè)典型的山區(qū)縣。全縣1～10萬m3重要山塘131座，其中53座為屋頂山塘,總蓄水量315.13萬m3。承擔(dān)著農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)民飲水、農(nóng)村環(huán)境等綜合功能，是山區(qū)農(nóng)民賴以生存的基礎(chǔ)，為全縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展，發(fā)揮了巨大作用。

這些山塘大多建于上世紀(jì)五六十年代,受當(dāng)時(shí)條件限制,普遍存在工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低、管理不規(guī)范、施工質(zhì)量不高等問題，特別是壩內(nèi)埋置的放水涵管，結(jié)構(gòu)材料多種多樣，據(jù)統(tǒng)計(jì)：有素混凝土管、石板蓋涵、瓦管和木管等，經(jīng)多年運(yùn)行，除近年來完成整治的山塘外，90%以上山塘的涵管存在老化、破損、裂縫、沉陷、坍塌等安全隱患。因此，對(duì)放水涵管進(jìn)行處理是山塘整治的重要建設(shè)內(nèi)容，也是保證山塘大壩安全運(yùn)行的首要條件。

在涵管處理方面，根據(jù)浙江省山塘綜合整治技術(shù)導(dǎo)則的規(guī)定：“土石壩壩下涵管原則上廢除，廢除后根據(jù)實(shí)際情況可采取設(shè)置倒虹吸管、開挖隧洞或在壩頭基巖中明挖設(shè)置埋入式的鋼筋混凝土涵管方式”。但在具體實(shí)施過程中，這三種涵管處理方法各有優(yōu)劣，但均不十分理想。（1）設(shè)置倒虹吸管。2005年以前，我縣對(duì)新渥鎮(zhèn)巖下山塘、尚湖鎮(zhèn)沙塘塢山塘、南樹塢山塘等6座山塘在原涵管廢除后采用虹吸管放水，采用該方式，投資較省，施工也方便，但在實(shí)際運(yùn)行中，由于管道銹蝕、漏氣、脫焊等原因運(yùn)行時(shí)間不長，效益較差，同時(shí)由于每次放水都要進(jìn)行沖水，管理麻煩，農(nóng)村對(duì)采用虹吸放水不太接受。（2）開挖隧洞。由于山塘隧洞工程量小，地形地質(zhì)也比較復(fù)雜，加上每年維穩(wěn)情況，炸藥審批難，在小工程上，施工隊(duì)伍非常難找，隧洞開挖方案不易實(shí)施，特別是在隧洞施工中，因離壩頭較近，易存在對(duì)壩肩振動(dòng)的問題。且存在對(duì)壩肩振動(dòng)的問題；（3）壩頭明挖埋管。相對(duì)來說開挖工程量較大，我縣屬山區(qū)縣，山塘壩長普遍不長，壩高較高，采用涵管開挖重新埋設(shè)的方案，大半個(gè)山塘都得重建，工期長、加上壩體回填質(zhì)量及新老壩體接觸

部位處理質(zhì)量不好控制等原因，容易在日后運(yùn)行過程中，發(fā)生安全問題。

2012年7月，在政府的重視下，通過積極爭(zhēng)取，磐安縣被列入浙江省第四批中央財(cái)政小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣。根據(jù)三年建設(shè)方案，磐安縣重點(diǎn)縣三年總投資為1.005億元，其中62座病險(xiǎn)山塘整治列入重點(diǎn)縣水利專項(xiàng)山塘整治。這些山塘均需對(duì)涵管進(jìn)行處理，為了尋求放水涵管處理安全、可靠、施工方便。經(jīng)過多次考察、研討，歷時(shí)3個(gè)多月，最終確定引進(jìn)非開挖水平定向鉆孔鋪管施工工藝，對(duì)存在安全隱患的涵管進(jìn)行報(bào)廢處理，在條件允許的山塘，盡量采用非開挖技術(shù)。磐安縣2012年綜合整治山塘20座，采用非開挖水平定向鉆孔處理涵管的有13座，占山塘整治總數(shù)的65%。

3非開挖六步施工法

3.1平臺(tái)開挖。施工平臺(tái)開挖應(yīng)考慮機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行、方便交通、孔洞軸線方向及孔洞縱向坡降等因素。本工程施工平臺(tái)開挖首先對(duì)進(jìn)洞口周圍浮渣、淤泥等覆蓋層進(jìn)行清理，然后沿洞軸線方向開挖或填筑，距離洞口6～10m位置，設(shè)置寬度2.5m，長5～6m的操作平臺(tái)，平臺(tái)高程略高于孔洞進(jìn)口，本工程平臺(tái)高程高于孔洞進(jìn)口0.2～0.3m。

3.2設(shè)備進(jìn)場(chǎng)。本次整治20座山塘，需要鉆孔鋪管的山塘13座，累計(jì)鉆孔鋪管660多m，平均每座山塘鉆孔鋪管約50m，最長的85m，最短的僅30m。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，二個(gè)標(biāo)段共投入非開挖鉆孔鋪管鉆機(jī)三臺(tái)，其中一標(biāo)段投入ZT—25型非開挖鉆機(jī)1臺(tái)，二標(biāo)段投入YT—32型非開挖鉆機(jī)2臺(tái)。

3.3導(dǎo)向開挖。山塘涵洞長度普遍為40～60m之間，長度較短，可根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)在地面上初步擬定鉆孔走向，然后采用全鉆儀測(cè)定進(jìn)出口平面位置和高差，依據(jù)洞軸線長度和高差計(jì)算鉆孔縱坡，確定鉆孔偏角，根據(jù)縱坡和偏角調(diào)整鉆桿入巖角度，完成后即可開始鉆進(jìn)施工。鉆進(jìn)施

工過程在導(dǎo)向儀的指引下，及時(shí)調(diào)整和修正鉆頭鉆進(jìn)方向，確保導(dǎo)向孔按設(shè)計(jì)要求順利成孔。本工程導(dǎo)向孔孔徑為73mm。

3.4擴(kuò)孔。導(dǎo)向孔挖掘完成后，在出口將擴(kuò)孔器連接在鉆桿上，再回拖鉆桿進(jìn)行回?cái)U(kuò)。具體施工可根據(jù)洞徑的大小或地層復(fù)雜情況分次或多次回?cái)U(kuò)，直至達(dá)到符合設(shè)計(jì)要求。本工程根據(jù)設(shè)計(jì)要求回?cái)U(kuò)洞徑300mm。

3.5拉管。鉆孔回?cái)U(kuò)完成后進(jìn)行沖水清洗，清除孔內(nèi)斷層或破碎帶掉落的石塊或石渣，然后將管道連接在鉆桿上，利用鉆機(jī)回拉，將管道拖入已擴(kuò)鉆孔內(nèi)，完成管道鋪設(shè)施工。本工程鋪設(shè)的管道均為PE管，直徑為250mm?；赝线^程為了避免鉆孔中的落石、掉渣等要求連續(xù)進(jìn)行，因此管道需要預(yù)先連接，避免邊連邊鋪，確保連接質(zhì)量和鋪管的順利完成。

3.6灌漿。等鋪管完成后，應(yīng)對(duì)管壁與巖石接觸的縫隙進(jìn)行灌漿，在我縣的施工中，在鋪管完成后，對(duì)進(jìn)出口兩端進(jìn)行封堵并預(yù)埋灌漿管，然后進(jìn)行灌漿。

4適用范圍及主要參數(shù)。4.1主要參數(shù)

非開挖鉆機(jī)主要配件有合金牙輪導(dǎo)向鉆頭、φ73×3000mm鉆桿、φ300擴(kuò)孔器、月蝕導(dǎo)向儀等。通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)不同地質(zhì)情況的測(cè)量與統(tǒng)計(jì)，采用該種機(jī)械設(shè)備，平面轉(zhuǎn)向可達(dá)0～100，縱向坡降達(dá)0～400。即可從進(jìn)口向下游順坡開挖，也可從出口向上游逆坡開挖，施工部署靈活方便。

4.2適用范圍。

該類設(shè)備適宜粘土、亞粘土、礫石土、風(fēng)化巖及弱風(fēng)化巖等，硬度較大的基巖除效率略低以外，也可使用。本工程地層大都為風(fēng)化巖或弱風(fēng)化巖，以弱風(fēng)巖為主。管材可選范圍大，可鋪設(shè)柔性管(如PVC、PE管等)、剛度較大管（如鋼管、鑄鐵管等）；鋪設(shè)管徑范圍大，在DN100到DN500之間；鋪設(shè)長度長，本次山塘整治鋪設(shè)管道均采用DN250PE管，鋪

設(shè)長度約40m～60m。4.3施工效率。

根據(jù)對(duì)新渥下塢和仁川橫塢山塘的鉆孔施工情況統(tǒng)計(jì)，采用ZT—25型鉆機(jī)，在Ⅷ～Ⅹ級(jí)巖石地層中導(dǎo)向鉆進(jìn)速度約為3m/h，回?cái)U(kuò)進(jìn)度也為3m/h，因此對(duì)于40～60m洞長僅需14～20h即可完成導(dǎo)向鉆孔，從鉆孔到鋪管一般7天時(shí)間可全部完成。如遇風(fēng)化巖或礫石土則鉆進(jìn)速度更快，效率還是比較高。

5工藝局限與存在問題

5.1設(shè)備進(jìn)場(chǎng)。必須修建臨時(shí)道路，因設(shè)備重量一般為8～10t，無臨時(shí)道路，鉆機(jī)無法進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。該機(jī)爬坡能力較弱，道路坡降不宜過陡，以1：5以內(nèi)為宜，過陡應(yīng)采取挖機(jī)配合進(jìn)場(chǎng)。路面要求平整堅(jiān)硬，避免設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)沉陷和側(cè)翻等安全事故發(fā)生。

5.2單價(jià)確定。非開挖鉆孔鋪管施工技術(shù)是一項(xiàng)新的施工工藝，水利水電工程概算（預(yù)）算定額中尚無該項(xiàng)內(nèi)容，目前還無有效的定價(jià)依據(jù)，要合理確定開挖單價(jià)還有一定難度。

5.3地形條件。對(duì)壩址位置有要求，導(dǎo)向轉(zhuǎn)角主要依靠鉆桿的柔度，無法大角度轉(zhuǎn)彎，如大壩位于兩側(cè)山體的山凹，對(duì)非開挖導(dǎo)向施工不太理想。

5.4施工注意。

5.4.1注意卡管。本工程在百頭牛山塘施工過程中，鉆孔回?cái)U(kuò)完成后，孔內(nèi)石渣未清理干凈，因此在鋪管過程中發(fā)生卡管情況，影響施工進(jìn)度。因此對(duì)有斷層或破碎帶的鉆孔，必須認(rèn)真細(xì)致沖洗，且沖洗完成后即組織鋪管施工，不得停頓時(shí)間過長，避免卡管。

5.4.2設(shè)施防護(hù)。汛期施工需做好防汛工作，特別是啟閉機(jī)無法開啟，老涵管坍塌封堵無法排水的山塘，在進(jìn)口鉆進(jìn)施工的情況下需做好設(shè)備防淹工作，遇強(qiáng)降雨天氣，庫水位上升較快，機(jī)械設(shè)備極易受淹。

6結(jié)論

目前設(shè)計(jì)的13座山塘均已采用該方法完成涵管的處理，效果不錯(cuò)。從本工程的實(shí)際應(yīng)用來看，我們認(rèn)為，主要有四項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，一是施工進(jìn)度快，非開挖技術(shù)施工天氣影響不大，有利于工期控制，在工期短，實(shí)施任務(wù)重的重點(diǎn)縣建設(shè)中顯得尤為重要；二是施工安全有保障，非開挖施工對(duì)周圍環(huán)境及壩肩影響最小，與隧洞爆破相比更安全；三是長效運(yùn)行有保障，非開挖水平定向鉆孔鋪管，使得工程在建后管理更方便，使用年限更長久；四是該施工工藝對(duì)地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，特別是能在弱風(fēng)化基巖中鉆孔鋪管，在全省水利工程施工中，具有普遍的意義，同時(shí)該工藝不影響老壩體安全，避免了壩體開挖后回填質(zhì)量不達(dá)標(biāo)影響安全的問題，能保證原壩體的安全，在質(zhì)量終身制的現(xiàn)在，尤為重要。該工藝的運(yùn)用，也達(dá)到了我們預(yù)期的目的。為解決山塘涵管改造困難打開了視野，提供了一種新的思路。

第二篇：土工合成材料在整治路基病害工程中的應(yīng)用

土工合成材料在整治路基病害工程中的應(yīng)用 2.1 土工合成材料的含義及其應(yīng)用概況

土工合成材料是土木工程應(yīng)用的合成材料的總稱。作為一種新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纖、合成橡膠等)為原料，制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各種土體之間，發(fā)揮加強(qiáng)或保護(hù)土體的作用。

土工合成材料在土木、水利、交通、鐵道和環(huán)境工程中得到廣泛的應(yīng)用，起到排水反濾、防滲、加筋、隔離、防護(hù)和減載等作用。這些作用是以不同的形式的產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)的，例如，土工織物用于濾層、隔離和防護(hù)；土工網(wǎng)和三維植被網(wǎng)墊用于排水和坡面的穩(wěn)定；土工格柵、條帶和有紡或編織土工織物用于加筋、土工膜用于防滲等。復(fù)合型土工合成材料則結(jié)合了各自的優(yōu)點(diǎn)，例如，兼有過濾和排水性能的土工織物和土工網(wǎng)復(fù)合材料，結(jié)合加筋和隔離功能的土工織物和土工格柵復(fù)合材料，而土工織物和土工膜結(jié)合形成的復(fù)合土工膜則既能防滲又具有防刺破的作用，同時(shí)具有與土較高的界面磨擦系數(shù)。

盡管有眾多的產(chǎn)品和更多的潛在的應(yīng)用形式，對(duì)于具體的工程應(yīng)判斷土工合成材料的主要作用，選擇合理的設(shè)計(jì)公式，確定要求達(dá)到的性能指標(biāo)，并尋求一個(gè)經(jīng)濟(jì)上合適的施工方法。目前證明較成功的應(yīng)用有：無紡?fù)凉た椢锎媪罴?jí)配濾層應(yīng)用于反濾排水工程中，土工合成材料加筋擋土墻代替重力式擋土墻，塑料排水帶代替砂井，土工膜用于防滲材料等。在應(yīng)用的初期，最擔(dān)心的是耐久性，忽視鋪放的位置，認(rèn)為鋪土工合成材料總比不鋪好。而現(xiàn)在經(jīng)驗(yàn)證明在土中耐久性是可以保證的，相反，土工合成材料鋪放的位置不當(dāng)或施工質(zhì)量差，會(huì)降低作用，甚至適得其反。

土工合成材料的原材料是高分子聚合物(polymer)。它們是由煤、石油、天然氣或石灰石中提煉出來的化學(xué)物質(zhì)制成，再進(jìn)一步加工成纖維或合成材料片材，最后制成各種產(chǎn)品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。聚乙烯是在1931年前后，首先由英國ICI公司研制成功的，1939年成為商品在市場(chǎng)上出售，它是聚合物中分子結(jié)構(gòu)最簡單的一種，可分為低分子量和高分子量兩類。聚乙烯的比重為0.92，耐酸堿，抗化學(xué)劑能力強(qiáng)，吸濕性低，低濕時(shí)仍具柔性，電絕緣性極好。在1950年前后，又開發(fā)出了高密度聚乙烯(HDPE)材料，其比重、機(jī)械強(qiáng)度、熔點(diǎn)和硬度等都比低密度的為優(yōu)。聚酰胺約在1935年研制成功，俗名為尼龍，其吸濕性較高，干燥時(shí)有一定絕緣性、機(jī)械性能好。聚酯于1941年前后問世，它包括聚酯樹脂、聚酯纖維和聚酯橡膠等。聚丙烯于1954年研制出來，1957年成為商品出售。它的比重為0.90～0.91，耐溫范圍-30 ℃～140 ℃，耐化學(xué)劑性能較好，惰性強(qiáng)，價(jià)格低廉，是目前應(yīng)用最多的原材料之一。

此外，常用的原材料還有聚氯乙烯，它的比重為1.4，具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性，不燃燒，可用于制造透明薄膜、管道、板材等。以上五種原材料的性能對(duì)比如表2-1所示。表2-1 幾種高分子聚合物性能對(duì)比 性能 高分子聚合物

聚酯 聚酰胺 聚丙烯 聚乙烯 聚氯乙烯 單位質(zhì)量 高 中 低

低 高 強(qiáng)度 高 中 低 低 低 彈性模量 高 中 低

低 低 破壞應(yīng)變

中 中 高 高 高 蠕變性 低

中 高 高

抗紫外線 高

中

中

低

高 耐堿性 低 高 高 高 高 耐霉，耐蟲 中 中 中 高 高

應(yīng)當(dāng)指出，材料的強(qiáng)度還與纖維的制作方法有關(guān)。在應(yīng)用土工合成材料時(shí)，其性能更受施工方法、應(yīng)用環(huán)境和側(cè)限壓力大小的影響。土工合成材料在我國的應(yīng)用，可以追溯到20世紀(jì)60年代，例如，北京市東北旺農(nóng)場(chǎng)南干渠使用聚氯乙烯土工膜防滲。有紡織物首次應(yīng)用的成功實(shí)例，是在1974年江蘇省江都縣嘶馬長江的護(hù)岸工程。該工程采用聚丙烯編織布，聚氯乙烯繩網(wǎng)和混凝土塊組成整體沉排，防止河床沖刷。無紡織物作為隔離材料，1981年，鐵路部門首先應(yīng)用于防治“翻漿冒泥”現(xiàn)象。無紡織物作為反濾材料，1984年首次成功地應(yīng)用于云南麥子河工程大壩上。1983年鐵路部門在廣茂鐵路路基中第一次采用了土工織物鋪設(shè)在軟土地基表面，增加了路堤的穩(wěn)定性。

目前，品種繁多的人工合成材料陸續(xù)問世，它們可制成各種符合特定目的的產(chǎn)品，而且由于其具有質(zhì)量輕、施工簡易、運(yùn)輸方便、價(jià)格低廉料源豐富等優(yōu)點(diǎn)，為土木工程提供了一種嶄新的較為理想的材料，并由此帶來一種實(shí)施簡便和經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)途徑。土工合成材料是以合成材料為原材料制成的應(yīng)用于巖土工程的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱。因?yàn)樗鼈冎饕糜趲r土工程，故冠以“土工”兩字，稱為土工合成材料，以區(qū)別于天然材料。近些年來，土工合成材料在全世界范圍內(nèi)得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效應(yīng)。土工合成材料技術(shù)被人們譽(yù)為20世紀(jì)巖土工程中的一項(xiàng)技術(shù)革命。2.2 土工合成材料的種類 2.2.1 土工織物

2.2.1.1 土工織物的種類

土工織物為透水性土工合成材料。土工織物的制造一般要經(jīng)過兩個(gè)步驟：首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結(jié)構(gòu)的土工織物。許多不同的高分子聚合物已經(jīng)用作不同土工織物產(chǎn)品的原料，土工織物按制造方法分為針織型、無紡或非織造型和機(jī)織或有紡型三類。針織型目前已很少應(yīng)用，有紡?fù)凉た椢镉蓛山M平行的呈正交或斜交的經(jīng)線和緯線交織而成，其主要缺點(diǎn)是沿經(jīng)線和緯線的強(qiáng)度高，而與經(jīng)緯線斜交方向的強(qiáng)度低，無紡?fù)凉た椢锸前牙w維作定向的或隨意的排列，再經(jīng)過加工而成，按照聯(lián)結(jié)纖維的方法不同，可分為化學(xué)(粘結(jié)劑)聯(lián)結(jié)、熱力聯(lián)結(jié)和機(jī)械聯(lián)結(jié)三種。其主要優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度沒有顯著的方向性，對(duì)變形的適應(yīng)性較大，目前世界上80 %的土工織物屬于這種類型。

土工織物突出的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，整體連續(xù)性好(可做成較大面積的整體)，施工方便，抗拉強(qiáng)度較高，耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。缺點(diǎn)是未經(jīng)特殊處理，則抗紫外線能力低，如暴露在外受紫外線直接照射容易老化，但如不直接暴露，抗老化及耐久性能仍較高，土工織物的性能與其聚合物原料、土工織物的種類及加工制造方法密切相關(guān)。(1)織造型土工織物

這類產(chǎn)品又稱有紡?fù)凉た椢铮亲钤绲耐凉た椢锂a(chǎn)品。它的制造分兩道工序：先將聚合物原料加工成絲或紗或帶，再借織機(jī)制成平面結(jié)構(gòu)的布狀產(chǎn)品?？椩鞎r(shí)常包括相互垂直的兩組平行絲，沿織機(jī)(長)方向的稱經(jīng)絲，橫過織機(jī)(寬)方向的稱緯絲。這種織物看來簡單，卻有著不同的絲種和不同的織法。絲種包括單絲、多絲及二者的混合。單絲是單根絲，典型直徑約為0.5 mm，它是將聚合物熱熔后從模具中擠壓出來的連續(xù)長絲。在擠出同時(shí)或剛擠出后將絲拉伸，使其中的分子定向，以提高絲的強(qiáng)度。多絲是由若干根單絲組成的，在制造高強(qiáng)土工織物時(shí)常采用多絲。多絲也有用切割成的短絲(一般長100 mm)搓擰而成的。早期的土工織物系由單絲織成，后來發(fā)展為采用扁絲。扁絲是由聚合物薄片經(jīng)利刀切成的薄條，其厚度比單絲薄得多，且在切片前后都要牽引拉伸以提高其強(qiáng)度。扁絲寬度約為3 mm，是其厚度的一二十倍。目前的大多數(shù)編織土工織物是由扁絲織成，而圓絲和扁絲結(jié)合織成的織物有較高的滲透性。

另一種特殊的扁絲叫裂膜絲，它是將一根扁絲剖成許多根細(xì)絲，但仍連在一起。由裂膜絲織成的織物較為密實(shí)，柔軟而滲透性小。多絲和裂膜絲結(jié)合織成的編織物厚度可達(dá)1～2 mm，比扁絲織成的要厚?？椩煨屯凉た椢镉腥N基本的織造型式：平紋、斜紋和緞紋。平紋是一種最簡單、應(yīng)用最多的織法，其形式是經(jīng)、緯絲一上一下。斜紋則是經(jīng)絲跳越幾根緯絲，最簡單的形式是經(jīng)絲二上一下。緞紋織法是經(jīng)絲和緯絲長距離的跳越，例如經(jīng)絲五上一下。這種織法運(yùn)用于衣料類產(chǎn)品。

在織造時(shí)，由于梭子要不斷地牽引緯絲從經(jīng)絲的空間中穿過，故要求經(jīng)絲強(qiáng)度比緯絲的高。采用不同的絲和紗以及不同的織法，可以使織成的產(chǎn)品具有不同的特性。例如平紋織物有明顯的各向異性，其經(jīng)、緯向的摩擦系數(shù)也不一樣；圓絲織物的滲透性一般比扁絲的要高，每厘米長的經(jīng)絲間穿越的緯絲愈多，織物也愈密愈強(qiáng)，滲透性則愈低。單絲的表面積較多絲的要小，其防止生物淤堵的性能要好一些。聚丙烯的老化速度比聚酯和聚乙烯的要快等等。由此可見，可以借調(diào)整絲(紗)的材質(zhì)、品種和織造方式等來得到符合工程要求的強(qiáng)度、經(jīng)緯強(qiáng)度比、摩擦系數(shù)、等效孔徑和耐久性等各項(xiàng)指標(biāo)。在工程實(shí)施中應(yīng)根據(jù)具體要求來優(yōu)選產(chǎn)品，鋪設(shè)時(shí)要注意材料的合理鋪設(shè)方向。(2)非織造型土工織物

這類產(chǎn)品又稱無紡?fù)凉た椢?。根?jù)粘合方式的不同，非織造型土工織物分為熱粘合、化學(xué)粘合和機(jī)械粘合等三種。熱粘合法織造型土土織物的制造，是將纖維在傳送帶上成網(wǎng)，讓其通過兩個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的熱輥之間熱壓，纖維網(wǎng)受到一定溫度，部分纖維軟化熔融，互相粘連，冷卻后得到固化。該法主要用于生產(chǎn)薄型土工織物，厚度一般為0.5～1.0 mm。由于纖維是隨機(jī)分布的，織物中形成無數(shù)大小不一的開孔。再因?yàn)闊o經(jīng)緯絲之分，故其強(qiáng)度的各向異性不明顯。

紡粘法是粘合法中的一種，是將聚合物原料經(jīng)過熔融、擠壓，紡絲成網(wǎng)，纖維加固后形成的產(chǎn)品。這種織物厚度薄面強(qiáng)度高，滲透性大。由于制造流程短，產(chǎn)品質(zhì)量好，品種規(guī)格多，成本低，用途廣，近年來在我國發(fā)展較快。

化學(xué)粘合法土工織物，是通過不同工藝，將粘合劑均勻地施加到纖維網(wǎng)中，待粘合劑固化。纖維之間便互相粘連，使網(wǎng)得以加固，厚度可達(dá)3 mm。常用的粘合劑有聚烯酯、聚酯乙烯等。也可以在施加粘合劑前加以滾壓，得到較薄的和孔徑較小的產(chǎn)品。這類產(chǎn)品在工程中的應(yīng)用較少。

機(jī)械粘合法是以不同的機(jī)械工具將纖維網(wǎng)加固，應(yīng)用最廣的是針刺法，還有用水刺法的。針刺法利用裝在針刺機(jī)底板上的許多截面為三角形或棱形且側(cè)面有鉤刺的針，由機(jī)器帶動(dòng)，作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，讓網(wǎng)內(nèi)的纖維互相纏結(jié)，從而織網(wǎng)得以加固。產(chǎn)品厚度一般在1 mm以上，孔隙率高，滲透性大，反濾排水性能均佳，在水利工程中應(yīng)用很廣。水刺法是利用高壓噴射水流射入纖維網(wǎng)，使纖維互相纏綿加固。其產(chǎn)品較為柔軟，主要用作衛(wèi)生用品，工程中尚未應(yīng)用。2.2.2 土工膜

土工膜是一種基本不透水的材料。根據(jù)原材料不同，可分為聚合物土工膜和瀝青土工膜兩大類。為了適應(yīng)工程應(yīng)用中不同強(qiáng)度和變形的需要，兩類中又各有不加筋(單一或混合材料)和加筋或組合的類型。聚合物膜在工廠制造，瀝青膜則大多在現(xiàn)場(chǎng)制造。制造土工膜的聚合物有熱塑塑料(如聚氯乙烯)、結(jié)晶熱塑塑料(如高密度聚乙烯)、熱塑彈性體(如氯化聚乙烯)和橡膠(如氯丁橡膠)等。工廠制造土工膜的方法主要有擠出、壓延或加涂料等。擠出是將熔化的聚合物通過模具制成土工膜，厚0.25～4 mm。壓延則是將熱塑性聚合物通過熱輥壓成土工膜，厚0.25～2 mm。加涂料是將聚合物均勻涂在紙片上，待冷卻后將土工膜揭下來而成?，F(xiàn)場(chǎng)制造土工膜是在地面噴涂或敷一層冷或熱的粘滯聚合物而成。瀝青土工膜用的是瀝青聚合物或合成橡膠。

制造土工膜時(shí)還需要摻入一定量的添加劑，使在不改變材料基本特性的情況下，改善其某些性能和降低成本。例如摻入碳黑可以提高抗日光紫外線能力，延緩老化；摻入鉛鹽、鋇、鈣等衍生物以提高材料的抗熱、抗光照穩(wěn)定性；摻入滑石等潤滑劑以改善材料可操作性；摻入殺菌劑可防止細(xì)菌破壞等。對(duì)于瀝青類土工膜，其主要的摻入材料是一些填料或纖維。填料可為細(xì)礦粉，它能增加膜的強(qiáng)度且降低其成本；加入纖維，也是為提高膜的強(qiáng)度。2.2.3 土工復(fù)合材料

土工織物、土工膜和某些特種土工合成材料，以其兩種或兩種以上的土工材料互相結(jié)合起來，成為土工復(fù)合材料。土工復(fù)合材料可將不同構(gòu)成材料的性質(zhì)結(jié)合起來，更好地滿足具體工程的需要，能起到多種功能的作用。如復(fù)合土工膜，將土工膜和土工織物按要求制成土工膜—土工織物組合物，稱復(fù)合土工膜。土工膜主要用來防滲，土工織物起加筋、排水和增加土工膜與土面之間的摩擦力的作用。又如土工復(fù)合排水材料，它是以無紡?fù)凉た椢锖屯凉ぞW(wǎng)、土工膜或不同形狀的合成材料芯材組成的排水材料，用于軟基排水固結(jié)處理、路基縱向橫向排水、建筑地下排水管道、集水井、支擋建筑物的墻后排水、隧道排水、堤壩排水設(shè)施等。不同的工程有不同的綜合功能要求，故土工復(fù)合材料的品種繁多，可以說土工復(fù)合材料是當(dāng)前和今后一段時(shí)期發(fā)展的大方向。這里主要介紹復(fù)合土工膜和土工復(fù)合排水材料兩類。2.2.3.1 復(fù)合土工膜

復(fù)合土工膜是用土工織物或其他材料與土工膜結(jié)合而成的不透水材料。根據(jù)主要功能的不同，復(fù)合土工膜可劃分為加筋型土工膜和橫向排水型土工膜兩種。(1)加筋型土工膜

加筋型土工膜具有較高的強(qiáng)度和模量，以滿足工程中防滲與受力的要求，如氯丁橡膠土工膜和經(jīng)編土工膜。加筋土工膜的厚度：聚合物有涂料的三層壓延加筋土工膜厚0.75～1.5 mm；聚合物五層壓延加筋土工膜厚1.0～1.5 mm。(2)橫向排水型土工膜

橫向排水型土工膜一般由無紡?fù)凉た椢锱c土工膜復(fù)合而成，常見的有“一布一膜”、“兩布一膜”。其中，無紡?fù)凉た椢锊粌H具有橫向排水作用，而且對(duì)土工膜起保護(hù)作用。2.2.3.2 土工復(fù)合排水材料

土工復(fù)合排水材料是薄型土工織物包裹不同材料制成的不同形狀的芯材組合成的一種復(fù)合型排水產(chǎn)品。這種產(chǎn)品克服了土工織物沿織物平面方向排水能力小的缺點(diǎn)，可以沿產(chǎn)品芯材水平方向的排水通道通暢地排水，而外包的土工織物作為濾層以阻止土顆粒進(jìn)入排水通道。復(fù)合排水帶主要用于軟土地基豎向排水固結(jié)處理等，我國生產(chǎn)及工程上普遍采用的產(chǎn)品主要是塑料排水帶。復(fù)合排水板具有廣泛的用途，如路基縱向橫向排水、支擋建筑物的墻后過濾排水、隧道襯砌后防排水、建筑物地下排水通道、堤壩排水設(shè)施等。(1)塑料排水帶

塑料排水帶是由不同截面形狀的連續(xù)塑料芯板外面包裹非織造土工織物(濾膜)而成。芯板的原材料為聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多種型式，常見的有城垛式、口琴式和乳頭式等。芯板起骨架作用，截面形成的縱向溝槽供通水之用，面濾膜多為滌綸無紡織物，作用是濾土、透水。

塑料排水帶的施工是利用插帶機(jī)將其埋設(shè)在土層中的預(yù)定位置。塑料帶前端與錨靴相連，用插帶機(jī)導(dǎo)桿頂住錨靴，插入土層中，達(dá)到預(yù)定深度后拔出導(dǎo)桿，但排水帶仍留在預(yù)定位置，在高出地面一定高度(0.5 m左右)剪斷排水帶，施工時(shí)可用靜荷或動(dòng)荷送桿，靜荷送桿對(duì)土層擾動(dòng)小，較為常用。我國插帶機(jī)的插入深度可達(dá)約25 m，入土速率可達(dá)6 m/min。排水帶的平面分布間距可借理論計(jì)算確定，一般為1～2 m。排水帶插入軟基后，為排除土中的多余水量提供了捷徑，多余水可水平向通過帶的濾膜進(jìn)入芯板溝槽，再向上由地表的透水料墊層排走。排水帶在公路、碼頭、水閘等軟基加固工程中應(yīng)用廣泛，以加速軟土固結(jié)。(2)軟式排水管

軟式排水管又稱為滲水軟管，是由高強(qiáng)鋼絲圈作為支撐體，以及具有反濾、透水及保護(hù)作用的管壁包裹材料兩部分構(gòu)成的。高強(qiáng)鋼絲由鋼線經(jīng)磷酸防銹處理，外包—層PVC材料，使其與空氣及水隔絕，避免氧化生銹。包裹材料有三層，內(nèi)層為透水層，由高強(qiáng)特多龍紗或尼龍紗作為經(jīng)紗，特殊材料為緯紗制成；中層為非織造土工織物過濾層；外層為與內(nèi)層材料相同的覆蓋層。為確保軟式排水管的復(fù)合整體性，支撐體和管壁外裹材料間，以及外裹各層之間都采用了強(qiáng)力粘結(jié)劑粘合牢固。軟式排水管兼有硬水管的耐壓與耐久性能，又有軟水管的柔性和輕便特點(diǎn)，過濾性強(qiáng)，排水性好，可用于各種排水工程中。(3)其他復(fù)合排水材料

現(xiàn)在已生產(chǎn)出各種型式芯材和外包濾膜的復(fù)合排水材料。芯材有平板上立管柱的，有做成各種奶頭形的，有土工網(wǎng)的，還有用塑料絲纏成的網(wǎng)狀體的等等，它們均具有較大的排水能力，可按工程需要選用。2.2.4 土工特種材料

土工特種材料是為工程特定需要而生產(chǎn)的產(chǎn)品，品種多，現(xiàn)選擇幾種主要產(chǎn)品說明如下。2.2.4.1 土工格柵

土工格柵是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先沖孔，然后進(jìn)行拉伸而成的帶長方形或方形孔的板材。加熱拉伸是讓材料中的高分子定向排列，以獲得較高的抗拉強(qiáng)度和較低的延伸率。按拉伸方向不同，格柵分為單向拉伸(孔近矩形)和雙向拉伸(孔近方形)兩種。前者在拉伸方向上有較高強(qiáng)度，后者在兩個(gè)拉伸方向上皆有較高強(qiáng)度。土工格柵的品種和規(guī)格很多，目前開發(fā)的新品種有用加筋帶縱橫相連而成的，也有用高強(qiáng)合成材料絲縱橫連接而成的等等。2.2.4.2 土工網(wǎng)

土工網(wǎng)是以聚丙烯或聚乙烯為原料，應(yīng)用熱塑擠出法生產(chǎn)的具有較大孔徑和較大剛度的平面結(jié)構(gòu)材料?？梢蚓W(wǎng)孔尺寸、形狀、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差異。一般而言，土工網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度都較低，延伸率較高。這類產(chǎn)品常用于坡面防護(hù)、植草、軟基加固墊層，或用于制造復(fù)合排水材料。一般說來，它只有在受力水平不高的場(chǎng)合，才能用于加筋。2.2.4.3 土工模袋

土工模袋是由上下兩層土工織物制成的大面積連續(xù)袋狀材料，袋內(nèi)充填混凝土或水泥砂漿，凝固后形成整體混凝土板，可用作護(hù)坡。這種袋體代替了混凝土的澆注模板，故而得名。模袋上下兩層之間用一定長度的尼龍繩來保持其間隔，可以控制填充時(shí)的厚度。澆注在現(xiàn)場(chǎng)用高壓泵進(jìn)行。混凝土或砂漿注入模袋后，多余水量可從織物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使強(qiáng)度增高。按加工工藝的不同，可將模袋分為兩類，即機(jī)織模袋和簡易模袋。前者是由工廠生產(chǎn)的定型產(chǎn)品，而后者是用手工縫制而成的。2.2.4.4 土工格室

土工格室是由強(qiáng)化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強(qiáng)力焊接而形成的網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。典型的條帶厚1.2 mm、寬100 mm，每隔300 mm進(jìn)行焊接。格室張開后，可填以土料，由于格室對(duì)土的側(cè)向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強(qiáng)度。它可用于處理軟弱地基，增大其承載力，沙漠地帶可用于固沙，還可用于護(hù)坡等。2.2.4.5 土工管及土工包

土工管、土工包是用經(jīng)防老化處理的高強(qiáng)土工織物制成的大型管袋及包裹體，可有效地護(hù)岸和用于崩岸搶險(xiǎn)，或利用其堆筑堤防，解決疏浚棄土的放置難題。

土工包是將大面積高強(qiáng)度的土工織物攤鋪在可開底的空駁船內(nèi)，充填200～800 m3料物，將織物包裹閉合，運(yùn)到一定部位，沉至預(yù)定位置。在國外，該技術(shù)大量用于環(huán)保。2.2.4.6 聚苯乙烯板塊

聚苯乙烯板塊稱泡沫塑料，是以聚苯乙烯聚合物為原料，加入發(fā)泡劑制成的。它的主要特點(diǎn)是質(zhì)量極輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸水率小，但也有一定抗壓強(qiáng)度。由于其質(zhì)輕，可用它代替土料，填筑橋端的引堤，解決橋頭跳車問題、其導(dǎo)熱系數(shù)低，故在寒冷地帶，可用該材料板塊防止結(jié)構(gòu)物凍害，例如在擋墻背面或閘底板下，放置泡沫塑料以防止凍脹等。2.2.4.7 土工合成材料粘土墊層

土工合成材料粘土墊層是由兩層或多層土工織物(或土工膜)中間夾一層膨潤土粉末(或其他滲透性材料)以針刺(縫合或粘接)而成的—種復(fù)合材料。它與壓實(shí)粘土墊層相比，具有體積小、質(zhì)量輕、具柔性、密封性良好、抗剪強(qiáng)度較高、施工簡便、適應(yīng)不均勻沉降等優(yōu)點(diǎn)，可以代替—般的粘土密封層，用于水利或土木工程中的防滲或密封設(shè)計(jì)。國外大量用于廢料坑的底部防滲襯砌和頂部封蓋。2.3 土工合成材料的工程特性 2.3.1 物理特性 2.3.1.1 厚度

土工合成材料厚度用mm表示，厚度變化對(duì)織物的孔隙率、透水性和過濾性等水力特性有很大的影響。常用的各種土工合成材料的厚度是：土工織物一般為0.1～5 mm，最厚的可達(dá)十幾毫米；土工膜一般為0.25～0.75 mm，最厚的可達(dá)2～4 mm；復(fù)合型材料有時(shí)采用較薄的土工膜，最薄可達(dá)0.1 mm；土工格柵的厚度隨部位的不同而異，其肋厚一般由0.5 mm至幾十毫米。有些材料在受壓時(shí)厚度變化很大，需規(guī)定在某固定壓力下測(cè)定厚度。一般規(guī)定此壓力為2 kPa。根據(jù)工程需要還應(yīng)測(cè)試在20 kPa、200 kPa壓力下的系列厚度。土工織物厚度可采用專門的厚度測(cè)試儀，土工膜厚度可直接用千分尺測(cè)定，—般要求加壓面積為25 cm2，試樣面積應(yīng)大于加壓面積的2倍，加壓時(shí)間30 s，試樣不少于10塊。2.3.1.2 單位面積質(zhì)量

單位面積質(zhì)量為單位面積土工合成材料具有的質(zhì)量，它反映材料多方面的性能，如抗拉強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度等力學(xué)性能以及孔隙率、滲透性等水力學(xué)性能。通常以g/m2表示，是土工合成材料的主要物理性能之一。土工織物和土工膜單位面積質(zhì)量受原材料密度的影響，同時(shí)受厚度、外加劑和含水量的影響，常用的土工織物單位面積質(zhì)量一般在50～1 200 g/m2的范圍內(nèi)。測(cè)定單位面積質(zhì)量采用秤量法，試樣面積為100 cm2，數(shù)量不得少于10塊，天平秤量讀數(shù)應(yīng)精確到0.01 g(現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為0.1 g)。測(cè)試前要求試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下恒溫(20±2 ℃)，恒濕(65 %±2 %)24 h。2.3.2 力學(xué)特性

反映土工合成材料力學(xué)特性的指標(biāo)主要有拉伸特性及抗拉強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度、刺破強(qiáng)度、穿透強(qiáng)度及握持強(qiáng)度等。

2.3.2.1 拉伸特性及抗拉強(qiáng)度

土工合成材料是柔性材料，大多通過其抗拉強(qiáng)度來承受荷載以發(fā)揮工程作用，因此抗拉強(qiáng)度及其應(yīng)變是土工合成材料的主要特性指標(biāo)。土工合成材料的抗拉強(qiáng)度與測(cè)定時(shí)的試樣寬度、形狀、約束條件有關(guān)，必須在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下測(cè)定。土工織物在受力過程中厚度是變化的，不易精確測(cè)定，故其受力大小一般以單位寬度所承受的力來表示，單位為kN/m或N/m，而不是習(xí)慣上所用的單位面積的應(yīng)力來表示。目前測(cè)定抗拉強(qiáng)度基本上是沿用紡織品條帶拉伸試驗(yàn)方法，即把試樣兩端用夾具夾住，以一定的速率施加荷載進(jìn)行拉伸直到破壞，測(cè)得試樣自身斷裂強(qiáng)度及變形，并繪出應(yīng)力—應(yīng)變曲線。目前條帶拉伸試驗(yàn)的試樣分寬條與窄條兩種，寬條試樣寬200 mm、長100 mm，寬長比B/L＝2；窄條試樣寬50 mm、長100 mm，寬長比B/L=1/2。試驗(yàn)機(jī)具應(yīng)選擇具有等速拉伸性能、能測(cè)讀拉伸過程中拉力和伸長量或直接記錄拉力—伸長關(guān)系曲線的拉力機(jī)，同時(shí)要求試樣的最大斷裂力在滿量程的10 %～90 %范圍內(nèi)。國內(nèi)規(guī)定拉伸速率為50 mm/min。

目前關(guān)于土工合成材料的拉伸力學(xué)特性一般采用室內(nèi)無側(cè)限拉伸試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。但現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)在填料中的土工筋材的力學(xué)特性因填料的約束作用而不同，人們?cè)ㄟ^對(duì)不同寬帶的試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)筋材受側(cè)向約束的影響。但更科學(xué)的是應(yīng)將筋材埋在填料中進(jìn)行測(cè)試。此時(shí)的力學(xué)特性所受影響因素較多。有約束的拉伸試驗(yàn)表明，約束力將增加土工織物的抗拉強(qiáng)度和模量，對(duì)于土工格網(wǎng)和土工格柵，約束力的影響更為顯著，因?yàn)槌私缑娴哪Σ磷枇ν猓畈臋M肋所受拉伸方向的土壓力還將約束其變形，從而增大了模量。

2.3.2.2 握持強(qiáng)度

土工織物承受集中力的現(xiàn)象普遍存在，握持強(qiáng)度是反映其分散集中力的能力。握持強(qiáng)度試驗(yàn)選用的儀器一般與條帶拉伸試驗(yàn)相同，但試驗(yàn)方法不同。握持強(qiáng)度試驗(yàn)是握持試樣兩端部分寬度而進(jìn)行的一種拉力試驗(yàn)。它的強(qiáng)度由兩部分組成，一部分為試樣被握持寬度的抗拉強(qiáng)度；一部分為相鄰纖維提供的附加抗拉強(qiáng)度。它與條帶拉伸強(qiáng)度之間沒有簡單的對(duì)比關(guān)系。由于各單位所采用的試樣和夾具的尺寸不盡相同，試驗(yàn)的難度也較大，因此測(cè)得的成果相差很多。一般不宜作為設(shè)計(jì)依據(jù)。只可用作不同土工織物的抗拉強(qiáng)度的比較。土工織物握持力一般為0.3～6.0 kN。2.3.2.3 撕裂強(qiáng)度

土工織物和土工膜在鋪設(shè)和使用過程中，常常會(huì)有不同程度的破損。撕裂強(qiáng)度反映了試樣抵抗擴(kuò)大破損裂口的能力，可評(píng)價(jià)不同土工織物和土工膜被擴(kuò)大破損程度的難易，是土工合成材料應(yīng)用中的重要力學(xué)指標(biāo)。目前撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)仍沿用紡織品標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。常用的紡織品撕裂試驗(yàn)，按試樣形狀分為梯形法、翼形法以及舌形法，舌形法又分為單縫與雙縫兩種。目前多采用梯形法測(cè)定土工膜及土工織物的撕裂強(qiáng)度，這種試驗(yàn)從其加力方式看，近似于張拉試驗(yàn)。土工織物梯形撕裂強(qiáng)度值一般為0.15～30 kN，不加筋土工膜的梯形撕裂強(qiáng)度值一般為0.03～0.4 kN。2.3.2.4 頂破強(qiáng)度 刺破強(qiáng)度及穿透強(qiáng)度

在工程應(yīng)用中，土工織物及土工膜常被置于兩種不同粒徑的材料之間，受到粒料的頂破作用，同樣也將受到拋填粒料引起的法向荷載。根據(jù)粒徑大小形狀、土工織物及土工膜接觸面的受力特征和破壞形式的不同，可分為頂破、刺破和穿透幾種受力狀態(tài)。

(1)頂破強(qiáng)度是反映土工織物及土工膜抵抗垂直織物平面的法向壓力的能力。頂破試驗(yàn)與刺破強(qiáng)度試驗(yàn)相比，壓力面積相對(duì)較大，材料呈雙向受力狀態(tài)。所用試驗(yàn)方法有液壓脹破試驗(yàn)、圓球頂破試驗(yàn)和相CBR頂破試驗(yàn)。

(2)刺破強(qiáng)度是反映土工織物或土工膜抵抗小面積集中荷載(如有棱角的石子或樹枝等)的能力。試驗(yàn)方法與圓球頂破試驗(yàn)相似，只是以金屬桿代替圓球。(3)穿透強(qiáng)度可通過穿透試驗(yàn)測(cè)得，這種試驗(yàn)是模擬工程施工中具有尖角的石塊或其它銳利物落在土工織物或土工膜上的情況，用穿透試驗(yàn)所得孔眼的大小，評(píng)價(jià)土工織物或土工膜抵御穿透的能力。2.3.3 水力學(xué)特性

由于土工織物、細(xì)孔土工網(wǎng)等土工合成材料可以使水及空氣自由地通過，并能有效地截留和控制土顆粒的流失，因此被廣泛他用作排水和過濾材料。為此必須研究其水力學(xué)特性，其主要包括兩方面：—是透水與導(dǎo)水能力；二是阻止顆粒流失的能力。這些特性涉及到土工合成材料的孔隙率、孔徑大小與分布情況、滲透特性等。土工織物的滲透特性是其重要水力學(xué)特性之一。在過濾標(biāo)準(zhǔn)及其它有關(guān)水力學(xué)中，是一項(xiàng)不可缺少的重要指標(biāo)。根據(jù)工程的需要，通常要確定垂直于織物平面的滲透特性和平行于織物平面的滲透特性。垂直于織物平面的滲透特性，主要用垂直滲透系數(shù) 表示。該系數(shù)是滲流的水力梯度等于1時(shí)的滲流速度，一般服從達(dá)西定律，土工織物的滲透系數(shù)約為 ～ cm/s，其中無紡織物的滲透系數(shù)為 ～ cm/s。使用土工膜的目的在于防滲，它可以阻擋水、水氣、氣體及有害物質(zhì)(例如甲醇、丙酮和二甲苯等)的滲透。土工膜在水壓力作用下產(chǎn)生滲流的原因是由于制造時(shí)的不均勻性和缺陷等因素所造成的，有些細(xì)微的通道，則是在一定的水壓力下被水沖破而形成的，溫度變化引起水體積變化，土工膜的滲透系數(shù)愈小，溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響愈大。

土工織物用作濾層時(shí)，水從被保護(hù)土中流過織物，在流動(dòng)中使土顆粒集聚在織物表面的孔口上，堵塞水流通道的進(jìn)口，或是細(xì)顆粒沉積在孔隙內(nèi)部，逐漸減小通道的有效過水面積。前者稱為堵塞，后者稱為淤堵，堵塞一般發(fā)生在滲流開始階段，而淤堵則隨時(shí)間增長而加重。目前判斷織物濾層淤堵，通常是通過觀察通過織物的流量減小以及進(jìn)入織物的土顆粒增多的現(xiàn)象來評(píng)估，還不能給出淤堵程度的允許值，只能通過被保護(hù)土與織物濾層的長期工作試驗(yàn)，觀測(cè)滲透流量的變化與穩(wěn)定情況來評(píng)估。2.3.4 耐久性

土工合成材料的耐久性包括許多方面，主要是指對(duì)紫外線輻射、溫度變化、化學(xué)與生物侵蝕、干濕變化、凍融變化和機(jī)械磨損等外界因素變化的抵御能力，材料的耐久性主要與聚合物的類型及添加劑的性質(zhì)有關(guān)。土工合成材料的老化現(xiàn)象主要是因?yàn)楦叻肿泳酆衔锞哂墟湽?jié)結(jié)構(gòu)，受外界因素的影響發(fā)生降解反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)的結(jié)果。使材料老化的各種因素中，陽光輻射起著最重要的作用。紫外線具有很大的能量，能夠切斷許多聚合物的分子鏈，或者引發(fā)光氧化反應(yīng)。其試驗(yàn)方法主要有自然老化和人工老化兩大類，近幾年采用了一系列措施以增加聚合物的抗老化能力，并取得了很好的效果。添加防老化劑、方法簡便，效果顯著，是當(dāng)前防老化的主要途徑。土工合成材料在有覆蓋的情況下(或埋在土中)，老化速度緩慢。

聚合物對(duì)化學(xué)腐蝕一般具有較高的抵抗能力，但某些特殊的化學(xué)藥劑或廢品對(duì)聚合物有腐蝕作用。因而利用土工合成材料(土工膜)作污水或廢物存儲(chǔ)池的防滲材料時(shí)，對(duì)其化學(xué)穩(wěn)定性要認(rèn)真對(duì)待。土工合成材料在鋪設(shè)過程中易受損傷，且不易被發(fā)現(xiàn)，國外試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，埋在土中的織物老化主要是由于機(jī)械傷引起的，鋪設(shè)造成的孔洞是使材料強(qiáng)度降低的主要因素。孔洞數(shù)愈多，原始強(qiáng)度降低得愈多。在高溫條件下，合成材料將發(fā)生熔融現(xiàn)象。有時(shí)溫度雖未達(dá)到融點(diǎn)，聚合物分子結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生變化，影響材料的彈性模量和強(qiáng)度。有些聚合物在特別低的溫度下，也使柔性降低、質(zhì)地變脆，影響其力學(xué)特性，給施工及接縫造成困難。

此外，干濕度和凍融變化可能使一部分空氣或冰屑存在織物內(nèi)部，影響其滲透特性。2.4 土工合成材料的功能

土工合成材料具有多方面的功能，一種土工合成材料往往就兼有數(shù)種功能。隨著土工復(fù)合材料的發(fā)展，所兼有的功能就更多?？偟恼f來，土工合成材料的主要功能可歸納為六類，即過濾作用、排水作用、隔離作用、防滲作用、防護(hù)作用以及加筋作用。2.4.1 過濾作用

把土工織物置于土體表面或相鄰?fù)翆又g，可以有效地阻止土顆粒通過。從而防止由于土顆粒的過量流失而造成土體的破壞。同時(shí)允許土中的水或氣體通過織物自由排出，以免由于孔隙水壓力的升高而造成土體的失穩(wěn)等不利后果。

土工織物可適用于土石壩粘土心墻或粘土斜墻的濾層，土石壩或堤壩內(nèi)的各種排水體的濾層，儲(chǔ)灰壩或尾礦壩的初期壩上游壩面的濾層。堤、壩、河、渠及海岸塊石或混凝土護(hù)坡的濾層，水閘下游護(hù)坡下部的濾層，擋土墻回填土中排水系統(tǒng)的濾層，排水暗道周邊或碎石排水暗溝周邊的濾層，水利工程中水井、減壓井或測(cè)壓管的濾層等。2.4.2 排水作用

有些土工合成材料可以在土體中形成排水通道，把土中的水分匯集起來，沿著材料的平面排出體外。較厚的針刺型無紡織物和某些具有較多孔隙的復(fù)合型土工合成材料都可以起排水作用。

它們可適用于土壩內(nèi)垂直或水平排水，土壩或土堤中的防滲土工膜后面或混凝土護(hù)面下部的排水。埋入土體中消散孔隙水壓力，軟基處理中垂直排水，擋土墻后面的排水，各種建筑物后面的排水，排除隧洞周邊滲水、減輕周邊所承受的外水壓力，人工填土地基或運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地基的排水等。2.4.3.隔離作用

隔離是指在兩種物理力學(xué)性質(zhì)不同的材料之間鋪設(shè)土工合成材料，使它們不互相混雜。例如將碎石和細(xì)粒土隔離，軟土和填土之間隔離等等。隔離可以為工程帶來許多預(yù)期的良好效應(yīng)，舉例說明如下：(1)通過隔離層，引起應(yīng)力擴(kuò)散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。(2)隔離提供排水面，加速地基土固結(jié)，使承載力提高。

(3)隔離層起整體性作用，可使要求的地基粗粒料支持層的厚度減少，節(jié)約建筑材料。

(4)地基中有部分軟弱區(qū)域，或有小范圍洞穴，鋪隔離層有架橋作用，以掩蓋和減弱洞穴區(qū)或軟弱區(qū)的影響。(5)在地下水位較高的地基中，隔離層可以切斷毛細(xì)水上升，防止鹽堿化，或減弱凍脹。(6)道路基床中，隔離是防治翻漿冒泥的有效措施。(7)隔離層還起一定的保溫作用。

用于隔離的土工合成材料應(yīng)以它們?cè)诠こ讨械挠猛緛泶_定。應(yīng)用最多的是有紡和無紡?fù)凉た椢?。如果?duì)材料的強(qiáng)度要求較高，有時(shí)還要求以土工網(wǎng)或土工格柵作為材料的墊層。當(dāng)要求隔離防滲時(shí)，則需要土工膜或復(fù)合土工膜。2.4.4 防滲作用

土工膜和復(fù)合型土工合成材料，可以防止液體的滲漏、氣體的揮發(fā)，保護(hù)環(huán)境或建筑物的安全。它們可用于土石壩和庫區(qū)的防滲，渠道防滲，隧道和涵管周圍防滲，防止各類大型液體容器或水池的滲漏和蒸發(fā)，屋頂防漏，用于修筑施工圍堰等。2.4.5 防護(hù)作用

多種土工合成材料對(duì)土體或水面，可起防護(hù)作用。它們主要用于防止河岸或海岸被沖刷，防止垃圾、廢料或廢液污染地下水或散發(fā)臭味，防止水面蒸發(fā)或空氣中灰塵污染水面，防止土體凍害等。2.4.6 加筋作用

很多土工合成材料埋在土體中，可以分布土體的應(yīng)力，增加土體的模量，傳遞拉應(yīng)力，限制土體側(cè)向位移；還可以增加土體和其它材料之間的摩阻力，提高土體及有關(guān)建筑物的穩(wěn)定性，土工織物、土工格柵、土工網(wǎng)及一些特種或復(fù)合型的土工合成材料，都具有加筋作用。它們可用于加強(qiáng)軟弱地基，加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性，用作擋土墻回填土中的加筋或錨固擋土墻的面板，修筑包裹式擋土墻或橋臺(tái)，加固柔性路面、防止反射裂縫的發(fā)展等。第3章省略見諒

第4章 結(jié)論

4.1 土工合成材料應(yīng)用中存在的問題

(1)在工程實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)對(duì)土工合成材料的技術(shù)指標(biāo)、施工工藝和方法常有特定的要求，但個(gè)別工程實(shí)施后達(dá)不到預(yù)期效果。主要原因是施工技術(shù)問題，部分施工人員對(duì)這一新型材料還比較生疏，施工設(shè)備和方法比較落后，操作不規(guī)范，以致施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

(2)土工合成材料本身制約著工程質(zhì)量，有些產(chǎn)品工藝落后，成本較高，質(zhì)量難以達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。(3)工程施工中，部分單位在購買材料時(shí)低價(jià)竟標(biāo)，更有相當(dāng)多的單位沒有檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)人員，沒有把好質(zhì)量關(guān)。因此，土工合成材料在生產(chǎn)及施工應(yīng)用上，還缺乏必要的、嚴(yán)格的行業(yè)管理。4.2 結(jié)論

《鐵路路基土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》自發(fā)布實(shí)施以來，有力促進(jìn)了鐵路土工合成材料的應(yīng)用，路基工程質(zhì)量得到了質(zhì)的提高。但由于設(shè)計(jì)理論的相對(duì)滯后，土工合成材料生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，技術(shù)規(guī)范有關(guān)條款不易操作等諸多原因，限制了進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。我認(rèn)為在規(guī)范修訂時(shí)，如下方面予以考慮完善。

(1)增加土工合成材料生產(chǎn)原料的技術(shù)要求，分不同地區(qū)、不同的應(yīng)用條件提出相應(yīng)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)。對(duì)作為重要受力構(gòu)件的材料(如加筋土擋土墻拉筋帶)，要增加蠕變強(qiáng)度等指標(biāo)。

(2)各類結(jié)構(gòu)、構(gòu)筑物的計(jì)算理論和方法要在規(guī)范中明確和進(jìn)一步細(xì)化；隨著工程實(shí)踐的積累，宜增加高墻(如單級(jí)超過10 m的加筋土擋土墻)、包裹式加筋土擋土墻、加陡邊坡加筋路堤、土工格室加固軟基等計(jì)算方法。

(3)補(bǔ)充新型土工合成材料，如經(jīng)編土工格柵、立體植被網(wǎng)、雙向拉伸土工格柵的應(yīng)用條件和技術(shù)要求。(4)吸收近年來土工合成材料應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量檢驗(yàn)條款。(5)實(shí)踐證明，基床鋪設(shè)隔斷材料(如復(fù)合土工膜)宜全斷面滿鋪。

(6)參照國標(biāo)和其它標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一材料名稱，制定較詳細(xì)的技術(shù)指標(biāo)、檢驗(yàn)(測(cè))項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)。

土工合成材料在工程應(yīng)用中有著極為突出的優(yōu)勢(shì)，在公路、鐵路、水利、環(huán)保工程等方面，就地取材，原來不能利用的淤泥、沙土、碎石等采用土工合成材料后都能變成堅(jiān)固的路基和擋墻，無需開山取石取土修建，有效地保護(hù)了自然生態(tài)環(huán)境，防止了水土流失和山體滑坡。隨著科技的不斷發(fā)展土工合成材料的用途將不斷延伸，推廣土工合成材料的首要目的和優(yōu)勢(shì)就是保護(hù)生態(tài)環(huán)境，有著其他材料不可替代的優(yōu)點(diǎn)。土工合成材料作為一項(xiàng)新技術(shù)，在我國應(yīng)用的歷史尚短，與先進(jìn)國家相比，其應(yīng)用和發(fā)展水平還有一定差異。今后對(duì)土工合成材料的應(yīng)用我們要做到“用對(duì)、用好、用精”：“用對(duì)”是指使用的場(chǎng)合和部位要正確，所選的材料要對(duì)路，不能選錯(cuò)或用錯(cuò)；“用好”是要求做出合理的設(shè)計(jì)，組織精心的施工，實(shí)行經(jīng)常性的維護(hù)；“用精”即在使用中要有發(fā)展、有創(chuàng)新。

第三篇：光面爆破技術(shù)在軟巖地區(qū)隧洞開挖工程中的應(yīng)用

光面爆破技術(shù)在軟巖地區(qū)隧洞開挖工程中的應(yīng)用

李慎平

(江西省水利水電建設(shè)有限公司 江西 南昌330006)摘要: 光面爆破在鉆爆法施工中是一種比較成熟的施工技術(shù)，在軟巖地區(qū)根據(jù)圍巖的變化情況，及時(shí)調(diào)整光爆參數(shù)，對(duì)同類圍巖，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征，破碎程度等不同情況，分別選取不同的光爆參數(shù)，都可獲得較理想的爆破效果。結(jié)合工程實(shí)例，介紹光面爆破參數(shù)的選取、施工中調(diào)整及施工效果分析。

關(guān)鍵詞:

光面爆破；軟巖；隧洞開挖 中圖分類號(hào)：TV542 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 1工程概述

窯里水庫位于江西省新干縣城上鄉(xiāng)河陂村,距新干縣城45km,壩址以上控制流域面積74.2km2,水庫總庫容3 830萬m3,灌溉面積3 413hm2,電站裝機(jī)容量為6 000kW,是一座以灌溉為主,兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效率的中型水庫.水庫自1965年8月動(dòng)工興建,至1971年春竣工,由于當(dāng)時(shí)正處文革期間,施工過程斷斷續(xù)續(xù),屬典型的“三邊”工程,大壩質(zhì)量先天不足,在運(yùn)行中逐步暴露出較多的安全隱患,嚴(yán)重威脅壩體運(yùn)行安全和正常效益的發(fā)揮,被水利部列為病險(xiǎn)水庫.由于現(xiàn)有壩下發(fā)電灌溉涵管老化銹蝕嚴(yán)重，難以維修，副壩左右山體地質(zhì)條件相似，擬在副壩左側(cè)山體中新挖一個(gè)灌溉發(fā)電隧洞來代替它。隧洞長550m，穿越副壩左側(cè)山體，其巖性主要為千枚狀云母片巖，表層全風(fēng)化巖石很厚，有27～28m深，具有中等-強(qiáng)透水性，順片理面裂隙發(fā)育，但多呈閉合狀。

隧洞進(jìn)出口洞臉天然邊坡50o～70o，屬于殘坡積層和全強(qiáng)風(fēng)化巖體，殘坡積層厚約5～10m，成洞條件差，屬于不穩(wěn)定巖土體。進(jìn)出口圍巖堅(jiān)固性系數(shù)fk=1.8-2.0,基本屬于Ⅳ、Ⅴ類圍巖（不穩(wěn)定），洞身段長度470m，處于強(qiáng)-弱風(fēng)化巖體中，巖性屬于千枚狀云母片巖，上覆巖層大于10m，圍巖堅(jiān)固性系數(shù)fk=4；屬于Ⅲ類圍巖（穩(wěn)定性差）。設(shè)計(jì)隧洞開挖為圓形，開挖直徑2.4m，襯砌成型后洞徑1.8m。2 光面爆破方案的確定

該隧道開挖采用鉆爆開挖技術(shù)，全斷面一次性開挖法，為有效控制開挖輪廓，減少超欠挖，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，圍巖開挖決定采用光面爆破設(shè)計(jì)。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件及本合同段圍巖情況，施工中，堅(jiān)持“短進(jìn)尺、弱爆破、勤量測(cè)、緊封閉”的原則，鉆爆開挖一般采用淺眼、密孔、短進(jìn)尺、多循環(huán)的施工方案，3 光面爆破設(shè)計(jì)

1）光面爆破的起爆順序。

起爆順序：掏槽炮→輔助炮→周邊炮。采用多段微差起爆（由內(nèi)向外），主爆區(qū)使用非電毫秒雷管。光爆眼用導(dǎo)爆索一次同時(shí)起爆。3.2光面爆破參數(shù)的確定

確定合理的光爆參數(shù)，是獲得良好光面爆破效果的重要保障。由于工程地質(zhì)條件和施工條件的千變?nèi)f化，光爆參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選參數(shù)，再通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來確定。1)炮眼直徑d。本本工程炮眼直徑為42mm。2)炮眼深度L。本工程取L=2.0 m。

3)周邊眼間距b。周邊眼間距和最小抵抗線是光面爆破的兩個(gè)重要參。一般原則：軟巖和層理節(jié)理發(fā)育的巖層上，眼距應(yīng)小而抵抗線應(yīng)大，隧道開挖施工爆破可按式（1）確定周邊眼距b。

b＝(8～18)d

(1)本工程取b=500mm。

4)最小抵抗線W。最小抵抗線即光面層的厚度，光面爆破效果的好壞，除受周邊眼距和周邊裝藥結(jié)構(gòu)的參數(shù)的影響外，更主要受最小抵抗線的影響，光面層厚度不僅影響周邊眼裂紋的形成，而且還影響光面層的破碎和開挖后隧道圍巖的穩(wěn)定。因此，確定合理的光面層厚度，對(duì)提高光面爆破有積極的作用。

光面層厚度可以用以下公式來確定 w=(10~20)d

(2)本工程取w=600mm。

5)炮眼密集系數(shù)m。炮眼密集系數(shù)也稱炮眼臨近系數(shù)，它表達(dá)了炮眼間距b與最小抵抗線W之間的關(guān)系，即m=b/W，是光面爆破參數(shù)確定中的一個(gè)關(guān)鍵值。m=b/W=0.83。6)裝藥量。每個(gè)循環(huán)炮眼的總裝藥量可按下式確定：

Q=q×s×L×り=1.4×4.5×2.0×0.9=10.53kg

(3)式中q為按定額確定的單位炸藥消耗量，取q=1.4kg/m3；L為光面炮眼的平均深度，m；s為開挖面積,取s=4.5m2, り為炮眼利用率,取り=90%。

周邊孔每孔裝藥量Q1=p×L=0.12×2=0.24kg

(4)式中p為線裝藥密度，取p=0.12kg/m。

掏槽孔及輔助孔每孔裝藥量Q2=(Q-n1Q1)/(N-n1)=（10.53-15*0.24）/(27-15)=0.58kg

(5)式中Q為每個(gè)循環(huán)炮眼的總裝藥量;n1為周邊眼數(shù);Q1為周邊孔每孔裝藥量;N為炮眼總數(shù)

7)不偶合系數(shù)E。炮眼直徑與藥包直徑的比值稱為不偶合系數(shù)。不偶合系數(shù)E=42/25=1.68 8)光面炮孔的布置。

①掏槽眼布置

掏槽眼位置一般布置在開挖斷面的中部，采用斜眼掏槽布孔形式取兩對(duì)相對(duì)的炮孔，中間設(shè)一個(gè)空孔作為裝藥爆破的輔助自由面，爆破形成錐形空間。每對(duì)孔底距取20～30cm,炮孔角度取60°～75°。即布置5個(gè)掏槽眼,其中一個(gè)空孔。② 周邊孔和輔助孔的布置

周邊孔通常布置在距開挖斷面邊緣0.1～0.2m處，光爆孔的孔底朝隧道開挖面方向外側(cè)傾斜4°～5°，周邊眼的間距為0.5 m。即布置15個(gè)周邊孔.輔助孔布置7個(gè)，均勻地布置在掏槽眼與周邊眼之間的范圍內(nèi)，同時(shí)滿足周邊眼最小抵抗線要求，鉆孔方向垂直于隧道開挖面。4 光面爆破參數(shù)的調(diào)整

光面爆破是一項(xiàng)能有效控制巖體開挖輪廓減少超欠挖的爆破技術(shù)，通過對(duì)隧道周邊進(jìn)行正確的鉆孔和爆破，可以保留完整的周邊輪廓及減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。確定合理的光爆參數(shù)，是獲得良好光面爆破效果的重要保證。

隧道鉆孔直徑為φ42mm，鉆孔深度為2m（除掏槽眼取值2.2m），爆破中使用乳化炸藥。在施工中分別對(duì)周邊眼間距為40cm，45cm，50cm，55cm，60cm、光爆層厚度及炮孔數(shù)量等進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，總結(jié)出以下爆破技術(shù)參數(shù)：

1)周邊眼間距b。當(dāng)爆孔孔徑d為42mm時(shí)，Ⅲ類圍巖周邊眼的間距為0.50m，Ⅳ類圍巖約為0.55m比較合適。

2)Ⅲ類圍巖光爆層厚度W取55cm，Ⅳ類圍巖W取60cm。3)密集系數(shù)m m取值0.82。

4)孔深L隧道光面爆破，周邊眼的深度，取決于鉆眼精度。本隧道鉆眼深度L取值2.0m，進(jìn)尺1.80m。

5)線裝藥密度。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和施工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，光面孔線裝藥密度確定為0.12kg/m；輔助孔及掏槽孔線裝藥密度確定為0.25~0.3kg/m。

6)炮孔數(shù)量N?？紤]到不同圍巖類別周邊眼適當(dāng)加密,Ⅲ類圍巖炮眼總數(shù)選取27個(gè)，Ⅳ級(jí)圍巖炮眼總數(shù)選取31個(gè)。5 施工方法及工藝 5.1 鉆爆機(jī)具材料

鉆孔采用2臺(tái)YT—28型鑿巖機(jī)和1臺(tái)10m3空壓機(jī)，人工鉆孔，鉆孔直徑為42mm，一字形合金鋼鉆頭。周邊眼采用Φ25mm小直徑藥卷，其余炮眼采用Ф32mm炸藥。引爆雷管為8號(hào)電雷管，爆破網(wǎng)絡(luò)采用塑料導(dǎo)爆管連接孔內(nèi)微差非電毫秒雷管起爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用擴(kuò)大掏槽效果。5.2 光面爆破施工工藝 5.2.1 放樣布眼

鉆眼前，測(cè)量人員用全站儀和水準(zhǔn)儀，準(zhǔn)確定出隧道中心線和拱頂面高程；用紅油漆畫出開挖輪廓線，并標(biāo)出炮眼位置，其誤差不得超過5cm；每次測(cè)量放線的同時(shí)，要對(duì)上次爆破斷面進(jìn)行檢查，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，以達(dá)到最佳爆破效果。5.2.2 鉆眼要求 掏槽眼：深度、角度按設(shè)計(jì)施工，眼口間距誤差和眼底間距誤差不得大于5cm。輔助眼：深度、角度按設(shè)計(jì)施工，眼口排距、行距誤差均不大于5cm。

周邊眼：開眼位置在設(shè)計(jì)斷面輪廓線上的間距誤差不得大于5cm；周邊眼外斜率不得大于5cm/m，眼底不得超出開挖斷面輪廓線10cm，最大不得超過15cm。輔助眼至周邊眼的排距，誤差不得大于5cm；

鉆眼裝藥調(diào)整: 當(dāng)開挖面凹凸較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況調(diào)整炮眼深度并相應(yīng)調(diào)整裝藥量，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上。鉆眼完畢，按炮眼布置圖進(jìn)行檢查并做好記錄，有不符合要求的炮眼應(yīng)重鉆，經(jīng)檢查合格后，方可裝藥爆破 5.2.3 炮眼布置要求

①先布置掏槽眼，其方向在巖層層理明顯時(shí)應(yīng)盡量垂直于層理，掏槽眼應(yīng)比其他眼加深20cm。

②周邊眼嚴(yán)格按設(shè)計(jì)開挖輪廓線布置，在軟巖中，周邊眼的眼口在斷面設(shè)計(jì)輪廓線內(nèi)小于8cm，眼底落在輪廓線上。

③輔助眼均勻分布的原則布置。5.2.4 孔口堵塞長度

已裝藥的炮眼應(yīng)及時(shí)用炮泥堵塞、密封，周邊眼的堵塞長度不宜小于20cm，其余炮眼的堵塞長度不宜小于35cm，且堵塞密實(shí)，嚴(yán)禁用紙箱等易燃物進(jìn)行堵塞。5.2.5 清孔裝藥

裝藥前用小直徑高壓風(fēng)管將炮眼內(nèi)石屑吹凈，裝藥需分片，分組按炮眼設(shè)計(jì)圖確定的裝藥量自上而下進(jìn)行，雷管要“對(duì)號(hào)入座”不得混裝。周邊眼采用小直徑藥卷配導(dǎo)爆索，以增加不耦合系數(shù)和爆破時(shí)的緩沖作用，炮孔裝藥均采用反向裝藥結(jié)構(gòu)。5.2.6 連接起爆網(wǎng)絡(luò)

起爆網(wǎng)絡(luò)采用復(fù)式網(wǎng)絡(luò)，以保證起爆的可靠性和準(zhǔn)確性。導(dǎo)爆管采用四通管連接，不能打結(jié)和拉伸，各類炮眼雷管連接段數(shù)相同。引爆雷管應(yīng)用絕緣膠布包扎在離一根導(dǎo)爆管自由端15cm處，聚能穴背向傳爆方向，網(wǎng)絡(luò)連好后要有專人負(fù)責(zé)檢查后再起爆。5.2.7 光面爆破施工技術(shù)措施

①對(duì)所有爆破作業(yè)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，使他們充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。

②選用抗水、低爆速、低猛度、低密度、傳爆性能好、爆炸威力大的乳化炸藥。③用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，光面爆破不耦合系數(shù)為1.5～2.0，但藥卷直徑不應(yīng)小于該炸藥的臨界直徑，以保證穩(wěn)定傳爆。

④嚴(yán)格掌握與周邊眼相鄰的輔助眼的爆破效果，為周邊眼爆破創(chuàng)造臨空面。周邊眼應(yīng)盡量同時(shí)起爆。

⑤控制周邊眼裝藥集中度，必要時(shí)采取間隔裝藥結(jié)構(gòu)，為克服眼底巖石的夾制作用，可在眼底加強(qiáng)裝藥。

⑥當(dāng)巖石層理明顯時(shí)，炮眼方向應(yīng)盡量垂直于層理面，如節(jié)理發(fā)育，炮眼應(yīng)盡量避開節(jié)理，以防卡鉆和影響爆破效果。6 光面爆破實(shí)施效果

1)周邊輪廓基本符合設(shè)計(jì)要求，爆破后巖石壁面基本平整，起伏度在15cm以內(nèi)。2)爆破后巖面保留有半眼孔痕，整體性好的圍巖半眼率大于80%。3)爆破后，在圍巖壁面上無粉碎損傷，無明顯新生裂隙，對(duì)圍巖破壞輕微。4)爆破后圍巖穩(wěn)定，基本無剝落現(xiàn)象，大的危石浮石少。5)循環(huán)進(jìn)尺理想。7 結(jié)語

在隧道施工中，同一隧道不同地段常有巖石軟硬不均，風(fēng)化程度不同、節(jié)理發(fā)育不同等實(shí)際情況，光爆參數(shù)也要隨之調(diào)整，具體的說，對(duì)于巖石變軟、風(fēng)化嚴(yán)重或節(jié)理發(fā)育的情況，宜將周邊眼眼距（b）、線裝藥密度（p）適當(dāng)減小，反之應(yīng)增大。

在軟巖地質(zhì)條件差的情況下，采取光面爆破技術(shù)施工，只要爆破參數(shù)調(diào)整適當(dāng)，開挖隧洞是可行的。

作者：

李慎平，男，1971年生，1996年畢業(yè)于南昌工程學(xué)院，大學(xué)專科，項(xiàng)目經(jīng)理，工程師，長期從事水利工程施工工作。

[收稿日期：2008-10-15]

第四篇：淺談統(tǒng)計(jì)學(xué)在工程中的應(yīng)用

淺談統(tǒng)計(jì)學(xué)在工程中的應(yīng)用

統(tǒng)計(jì)學(xué)在數(shù)學(xué)，工程，物理科學(xué)，投資等領(lǐng)域都有著重要的作用，我們現(xiàn)在的工程中也有統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用的例子。這篇文章將從我們都很熟悉的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范2000版》內(nèi)截取一例，以及在工程資料和預(yù)應(yīng)力計(jì)算方面統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用來說明統(tǒng)計(jì)學(xué)在工程方面的應(yīng)用。

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范2000版》第199頁附錄F-4 混凝土配

n制強(qiáng)度計(jì)算里面應(yīng)用如下公式RP=R+1.645σ（1）, σ=（2）。

?Ri?12i?nRn2n?1公式（2）取自樣本標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式，（注意：因?yàn)榛炷猎嚰H僅是混凝土結(jié)構(gòu)總體的樣本，故規(guī)范采用的是樣本標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式，而

n不是總體標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式：σ=

?Ri?12i?nRnn2）。

而公式（1）為何以混凝土強(qiáng)度等級(jí)加1.645σ，這個(gè)公式到底包含的怎樣的內(nèi)容，以下做簡略介紹：

我們配置混凝土，要求其至少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，這樣，混凝土的強(qiáng)度就成為一個(gè)數(shù)學(xué)期望值為設(shè)計(jì)強(qiáng)度R，分布幅度為σ的正態(tài)分布f(x)=1?(x??)2?22?2?e其中μ為設(shè)計(jì)強(qiáng)度，x為混凝土樣本的強(qiáng)度。如圖：

yμx

圖1 其中陰影部分面積表示的是大于等于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度μ的混凝土樣本，這樣就存在了一個(gè)問題：如果我們按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度配制混凝土，那么，很容易發(fā)現(xiàn)，配制的混凝土大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度和小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的概率均為50%，無法保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，于是，我們?nèi)藶樘岣呋炷恋臄?shù)學(xué)期望值為μ+1.645σ如圖2：

y以設(shè)計(jì)強(qiáng)度配制的混凝土強(qiáng)度分布曲線以提高后的強(qiáng)度配制的混凝土強(qiáng)度分布曲線μμ+1.645σx

由圖可見，當(dāng)按提高后的強(qiáng)度的配置的混凝土樣本強(qiáng)度保證率由原來 的50%，提高到了???。那么提高f(x?1.645?)d(x)（圖中陰影部分面積）了1.645σ的混凝土樣本有多大的保證率呢，換句話說也就是圖中陰影部分面積到底是多少呢。

1、查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表1.64的概率為0.9495,1.65的概率為0.9505，內(nèi)插可知1.645的概率為0.95，2、使用定積分計(jì)算???f(x?1.645?)d(x)=

??f(x)d(x)輸入5800或4850

??1.645?計(jì)算器，其中σ和μ可以任意取值，本人用5800計(jì)算器σ=3，μ=30，計(jì)算結(jié)果為0.9500，（使用計(jì)算器驗(yàn)算時(shí)需要注意∞取值由于計(jì)算器硬件原因不宜取值過大，否則不能計(jì)算出結(jié)果，同時(shí)由于正態(tài)分布曲線的規(guī)律，在x較大的情況下?著）

從以上的分析可以得出結(jié)論：按照R+1.645σ配制的混凝土能夠達(dá)到R的概率為95%。

在統(tǒng)計(jì)學(xué)也能應(yīng)用在工程資料方面，例如辨別資料造假?，F(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢資料基本都由技術(shù)員在辦公室完成，很少實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后填入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，比如鋼筋間距，對(duì)于胡亂填寫在規(guī)范范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，一組兩組也許不能說明問題，看不出是否真實(shí)（不包括明顯的日期，時(shí)間，數(shù)據(jù)是否合理）。但是，當(dāng)大量的數(shù)據(jù)匯總后，這些數(shù)據(jù)就是一組樣本，例如鋼筋間距的相對(duì)值（也就是我們說的正負(fù)誤差）是滿足數(shù)學(xué)期望值為0，σ為鋼筋間距樣本標(biāo)準(zhǔn)差的正態(tài)分布曲線，因此，當(dāng)我們通過樣本的統(tǒng)計(jì)，繪制出曲線后，我們可以將樣本與樣本曲線

f(x??x)d(x)-?f(x)d(x)差值并不顯

比對(duì)，如下圖：

-1-2-30123這是合理的間距分布圖，而下圖是不合理的間距分布圖。

-1-2-30123在將來的質(zhì)量事故調(diào)查中，辨別檢查數(shù)據(jù)的真假也許可以引入統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)，幫助工程管理人員發(fā)現(xiàn)問題。

在預(yù)應(yīng)力張拉施工過程中，計(jì)算千斤頂油表的讀數(shù)也有統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用在里面，首先我們知道油表讀數(shù)與張拉力是一次線性相關(guān)的，于是我們建立了Y=aX+b(Y是油表讀數(shù)，X是張拉力)的回歸方程，當(dāng)試

驗(yàn)室使用千斤頂達(dá)到各階段的壓力時(shí)，記錄下油表讀數(shù)對(duì)應(yīng)的張拉力，如下圖：

油表讀數(shù)樣本yx=a+b千斤頂壓力

取得一系列樣本后，用最小二乘法計(jì)算出相關(guān)系數(shù)a和常數(shù)b（現(xiàn)在可以使用4850或5800計(jì)算器的DATA功能很方便的求出），利用這個(gè)方程，我們便可以方便的求出在任何壓力下，油表的讀數(shù)值。

本文僅僅從工程技術(shù)的幾個(gè)小方面淺談了一下統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用，只要我們?cè)诠ぷ髦胁还庵酪鯓幼?，還能仔細(xì)去想想為什么這樣做，那么我們一定會(huì)發(fā)現(xiàn)在工程中滲透著各種各樣的分支學(xué)科。工程并不是像某些人所說的那樣只憑經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)只是個(gè)人的工作總結(jié)，而書本上的知識(shí)則是大量前人的工作總結(jié)。希望本文對(duì)各位工程技術(shù)人員有幫助。

第五篇：15電磁在非牛頓流體中的應(yīng)用

15電磁流量計(jì)在非牛頓流體流量測(cè)量中的應(yīng)用

流量計(jì)確定一次裝置精確度的方法是建立在參考流動(dòng)條件基礎(chǔ)上的。但是，不同工作原理的流量計(jì)對(duì)參考流動(dòng)條件的敏感程度是不同的，有的甚至相差甚遠(yuǎn)。參考流動(dòng)條件中所規(guī)定的具有充分發(fā)展的層流或紊流的速度分布和牛頓流體與我們要討論的問題相關(guān)。

“由牛頓流體所形成的速度分布是所有流量計(jì)（編注：本文主要指速度式流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置等）的基本參比狀況，各種修正都是根據(jù)這個(gè)速度分布進(jìn)行的。為確定非牛頓流體對(duì)流量計(jì)的影響，需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行專門的測(cè)試。由于非牛頓流體的種類繁多，目前這方面已公布的數(shù)據(jù)甚少?！痹谠S多應(yīng)用的場(chǎng)合下，有許多非牛頓流體處于層流狀態(tài)，其速度分布與牛頓流體不同，它們偏離了牛頓流體層流速度分布的情況，其速度分布是難于預(yù)報(bào)的，但已知其分布是對(duì)稱的，而達(dá)到這種速度分布所需的直管段長度通常僅為牛頓流體所需長度的1/3到1/2。[10] 封閉管道中使用的電磁流量計(jì)是通過測(cè)量流體的面平均流速進(jìn)而算出流量的速度式流量計(jì)，但它與其它速度式流量計(jì)不同的是，電磁流量計(jì)具有可以測(cè)量非牛頓流體，并且無須進(jìn)行雷諾數(shù)、壓力、溫度、黏度和密度修正的顯著特點(diǎn)，這與其輸出信號(hào)的特性有關(guān)。

在日本1979年出版的《流量測(cè)量手冊(cè)》[11] 一書中說：“電磁流量計(jì)檢測(cè)電極所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與平均流速成正比，因此，無論管路內(nèi)的流動(dòng)為層流也好，或因雷諾數(shù)的變化而變?yōu)槲闪饕埠?，只要流速分布與管軸對(duì)稱，一般也會(huì)感應(yīng)出與平均流速成正比的電動(dòng)勢(shì)，但 是，必須注意一般在彎管和閥門的前后的流動(dòng)，由于流速分布變亂，不會(huì)出現(xiàn)上述情況?！碑?dāng)時(shí)的電磁流量計(jì)雖然可以做到從層流到紊流的測(cè)量，無須進(jìn)行雷諾數(shù)修正，但要求流速分布必須是與管軸對(duì)稱的。

在美國1983年出版的《流量測(cè)量工程手冊(cè)》[10]一書中也有類似的表述：“至今，幾乎還沒有在層流狀態(tài)下非牛頓流體流量測(cè)量的資料。除了用文丘利管測(cè)量泥漿和污水的流量或不需要進(jìn)行雷諾數(shù)校正的場(chǎng)合，在許多情況下是采用電磁流量計(jì)，這主要是由于它的輸出基本上是反映速度分布的平均值?！币簿褪钦f，電磁流量計(jì)可以測(cè)量層流狀態(tài)下的非牛頓流體。

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，加速了電磁流量計(jì)技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)90年代以后，勵(lì)磁方式的不斷改進(jìn)代表著電磁流量計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步。與早期的工頻勵(lì)磁相比，低頻矩形波勵(lì)磁，雙頻勵(lì)磁，可編程控制勵(lì)磁等新的勵(lì)磁方式的電磁流量計(jì)，提高了傳感器輸出流量信號(hào)的信噪比，降低并穩(wěn)定了儀表的零點(diǎn)。轉(zhuǎn)換器應(yīng)用先進(jìn)的集成運(yùn)算放大器大幅度降低了器件的噪聲。采用數(shù)字的處理方法，較模擬電路的轉(zhuǎn)換器能使電磁流量計(jì)的測(cè)量精確度大幅度提高。感應(yīng)信號(hào)的權(quán)重函數(shù)理論的研究，一定程度地改善了管道內(nèi)流速分布非軸對(duì)稱性對(duì)流量準(zhǔn)確測(cè)量的影響。因此，現(xiàn)代的電磁流量計(jì)才有可能達(dá)到±0.5%,甚至±0.2%的測(cè)量精確度，而且適用范圍更寬。[13] 非牛頓流體的種類繁多，目前，我們比較熟悉的有據(jù)可查的常用電磁流量計(jì)測(cè)量的非牛頓流體有紙漿、礦漿、水煤漿、鉆井用泥漿等[10]（P166），我們習(xí)慣上稱其為漿液，而把適用于測(cè)量漿液流量的 電磁流量計(jì)稱為漿液型電磁流量計(jì)。這里需要說明的是，電磁流量計(jì)在這些行業(yè)并非全部用于漿液流量的測(cè)量，但測(cè)量漿液流量占有重要地位。下面我們將分別討論電磁流量計(jì)在造紙、氧化鋁和甲醇行業(yè)的應(yīng)用。

15．1電磁流量計(jì)在造紙行業(yè)的應(yīng)用

造紙行業(yè)已成為繼汽車、電子之后的第三大支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)悉，在從國外引進(jìn)的成套造紙?jiān)O(shè)備中，對(duì)液體流量的測(cè)量大多采用了電磁流量計(jì)。國內(nèi)的大中型造紙企業(yè)也已逐步完成了用電磁流量計(jì)替代傳統(tǒng)的差壓式流量計(jì)的更新過程，并積累了一定的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，且不斷對(duì)儀表提出新的使用要求。造紙行業(yè)對(duì)電磁流量計(jì)的需用量相當(dāng)大，以年產(chǎn)量為35萬噸的造紙廠為例，其電磁流量計(jì)的使用量可達(dá)到400臺(tái)左右。另外，作為國策，嚴(yán)格環(huán)保法治勢(shì)在必行，造紙企業(yè)全面污水處理也需要一定數(shù)量的電磁流量計(jì)。以下是具體使用情況。

圖15.1是造紙生產(chǎn)流程圖。

圖15.1 1).備料制漿車間工藝流程

備料制漿過程需用電磁流量計(jì)大約在50～60臺(tái)?？趶礁鶕?jù)工藝管道而定。

該車間的任務(wù)是把各種不同的原料分別制成漿料。電磁流量計(jì)在制漿過程中主要是測(cè)量水、堿、酸和打磨漿的流量。經(jīng)過機(jī)械打或磨的漿料的溫度一般可達(dá)80℃。備料制漿過程根據(jù)所用材料可分為如下兩類：

(1).用木材或草料（如稻草、蘆葦、麥秸等）制漿: 制獎(jiǎng)前要先將木草料進(jìn)行蒸煮。蒸煮液由水和堿[氫氧化鈣Ca(OH)2或氫氧化鈉NaOH]配制而成，呈堿性。所以，這里對(duì)堿和蒸煮后的打磨漿進(jìn)行流量測(cè)量的電磁流量計(jì)應(yīng)選用分體型結(jié)構(gòu)；襯里多選用耐高溫和腐蝕的聚四氟乙烯[PTFE（F4）]或其它氟塑料（資料顯示，造紙行業(yè)使用的電磁流量計(jì)，85%以上選用的是F4襯里，效果滿意）；電極應(yīng)選用耐腐蝕性強(qiáng)的哈氏合金C（Hc）或鈦（Ti）等，切記不可選用鉭電極，因?yàn)殂g在堿中不耐腐蝕。測(cè)量酸性漿液要求不高時(shí)，電極材料可選耐酸鋼316SS。

(2).用廢紙制漿: 將廢紙打成漿后要進(jìn)行洗滌漂白處理。當(dāng)電磁流量計(jì)用于打漿后的加水流量測(cè)量時(shí)，大多用稍加處理的附近的江河水，雖水質(zhì)較差，但無腐蝕性，可采用常規(guī)的橡膠襯里和不銹鋼電極（如316SS）。而用于脫墨劑流量測(cè)量時(shí)，由于常用的脫墨劑有氫氧化鈉（NaOH）、硅酸鈉（Na2SIO3）、過氧化鈉（Na2O2）或過氧化氫（即雙氧水）（H2O2），比較復(fù)雜，所以對(duì)電磁流量計(jì)襯里和電極材料的選用要慎重。襯里一 般都可選用F4或PFA；電極可參考以下文獻(xiàn)：《電磁流量計(jì)》[14]一書中推薦，測(cè)量過氧化鈉時(shí)，選用Hc較合理；上海橫河電機(jī)有限公司2004年4月《電磁流量計(jì)選型設(shè)計(jì)資料》介紹，測(cè)量硅酸鈉（100%）時(shí)，選用鉭較合理；測(cè)量過氧化氫（50%）時(shí)，選用鉭或鈦較適合；測(cè)量氫氧化鈉時(shí)選用Hc。由于介質(zhì)種類繁多，其腐蝕性又受溫度、濃度、流速等復(fù)雜因素影響而變化，故以上對(duì)襯里和電極的選擇僅供參考。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況自己做出選擇，必要時(shí)應(yīng)做擬選材料的耐腐試驗(yàn)。

2).篩選漂白車間（即抄紙車間）工藝流程

篩選（即抄紙）和洗滌（即漂白）這兩個(gè)工段是造紙廠使用電磁流量計(jì)最多的，本例可達(dá)250臺(tái)左右。在漿液配比過程中的適用口徑一般為DN50～DN15 該工藝流程可分為兩部分:(1).配漿過程: 電磁流量計(jì)用于測(cè)量從各備料制漿車間流入抄紙車間各漿池和從各漿池流入配漿池的每個(gè)流量測(cè)量點(diǎn)的漿料的流量。此例共有以下五種漿料參與配漿過程：

A.化漿—由傳統(tǒng)“化漿生產(chǎn)線”生產(chǎn)的紙漿； B.脫墨漿—由廢紙脫墨工藝生產(chǎn)的紙漿;C.CTMP漿—用化學(xué)熱磨法生產(chǎn)的紙漿； D.機(jī)漿— E.損液獎(jiǎng)—

這里，CTMP漿和機(jī)漿的溫度高達(dá)50-80℃，襯里材料可選用F4或 PFA。

各生產(chǎn)廠家為得到不同質(zhì)量的紙張，在漿液配比過程中采用不同的漿液配比濃度，但往往由于一種漿料的細(xì)微超差而導(dǎo)致成品不合格,從而造成經(jīng)濟(jì)損失。所以各生產(chǎn)廠對(duì)這一環(huán)節(jié)都非常重視，在每一根參加配比的管道中都裝有電磁流量計(jì)測(cè)量流入配漿總管的瞬時(shí)和總量流量，同時(shí)還在配漿管的下端裝有在線濃度計(jì)，以檢測(cè)配漿效果。若一旦發(fā)現(xiàn)預(yù)定的濃度有偏差，就立即調(diào)節(jié)閥門的開度以調(diào)整相應(yīng)的漿料流量。這里不僅要求電磁流量計(jì)精確度高，同時(shí)要求具有良好的重復(fù)性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

(2).篩選過程: 在配漿后的篩選（習(xí)慣稱抄紙）過程中，紙漿濃度常影響流量測(cè)量。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)濃度大于3%的紙漿用低頻方波勵(lì)磁頻率（如25Hz）或雙頻勵(lì)磁，可以改善測(cè)量輸出的抖動(dòng)現(xiàn)象。以DN300的電磁流量計(jì)測(cè)量濃度大于3.5%的瓦楞板紙為例,用常規(guī)的1/32工頻(約為1.56Hz,1工頻為50Hz)時(shí)，瞬時(shí)流量顯示的抖動(dòng)量高達(dá)10.7%;當(dāng)選用頻率可調(diào)的電磁流量計(jì)時(shí),將其勵(lì)磁頻率改為1/2工頻(即25Hz)時(shí),跳動(dòng)量減少到1.9%，效果相當(dāng)明顯。目前的“雙頻勵(lì)磁方式是日本橫河電機(jī)公司研究開發(fā)的一種高、低頻矩形波調(diào)制波的勵(lì)磁方式。所采用的勵(lì)磁頻率為：低頻是6.25Hz，它有助于提高零點(diǎn)的穩(wěn)定性；高頻是75Hz，高頻勵(lì)磁大幅度降低了漿液對(duì)電極產(chǎn)生的極化電壓（測(cè) 量固、液雙相的漿液流體時(shí)，固體擦過電極表面所產(chǎn)生的漿液噪聲，即一種直流極化電壓），減弱了測(cè)量輸出的抖動(dòng)，提高了測(cè)量的響應(yīng)速度。因此，雙頻勵(lì)磁既有穩(wěn)定的零點(diǎn)和高精度的測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，又有很強(qiáng)的抗“漿液噪聲”能力，反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是低頻矩形波勵(lì)磁和高頻勵(lì)磁的結(jié)合?！?/p>

“雙頻勵(lì)磁傳感器存在一個(gè)低頻系數(shù)和一個(gè)高頻系數(shù)兩個(gè)儀表系數(shù)，因此，轉(zhuǎn)換器調(diào)整時(shí)，求得兩個(gè)系數(shù)相對(duì)于一個(gè)儀表系數(shù)要麻煩一些?！薄皬纳厦娴臄⑹隹梢钥吹?，勵(lì)磁方式的研究對(duì)于電磁流量計(jì)的應(yīng)用與發(fā)展顯得非常重要。隨著技術(shù)的進(jìn)步，也許不久的將來還會(huì)有更先進(jìn)、更完美的勵(lì)磁方式出現(xiàn)。”[ ] 在抄紙工序，由于配漿、抄紙過程中需要對(duì)冷卻水、明礬和化石粉等添加劑，須作流量控制監(jiān)測(cè)，因此，是造紙廠中使用電磁流量計(jì)數(shù)量最多的，本例用量約達(dá)200臺(tái)左右。

為保證紙張的白度均勻細(xì)致，要添加不同的添加劑、分散劑和漂白劑。這些添液的流量小，腐蝕性強(qiáng)，所以襯里基本上都選用F4或PFA。由于造紙廠常用氧化性強(qiáng)的雙氧水作漂白劑，而雙氧水對(duì)金屬材料的腐蝕性特別強(qiáng)，出于防腐考慮，往往選用鉑銥合金（Pt）為電極材料，但實(shí)用情況表明，當(dāng)過程壓力小于0.3MPa（3公斤）時(shí)，Pt電極會(huì)同雙癢水發(fā)生反應(yīng)，而在電極表面形成一層氣霧，稱之為觸媒反應(yīng)。這時(shí)輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生很大波動(dòng)。但選用鉭（Ta）電極就沒有上述問題。如果換用NaOH（堿）做漂白劑，就不能選用鉭電極，因?yàn)閴A液會(huì)使鉭電極產(chǎn)生表面效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，即使鉭電極在測(cè)量一 般的水時(shí)，其零點(diǎn)的波動(dòng)也要超過其它電極數(shù)十倍。

小口徑電磁流量計(jì)安裝時(shí)要特別注意同心度。本例中采用小口徑DN10的電磁流量計(jì)測(cè)量上述添加劑，均能獲得較理想的效果。在國外的造紙生產(chǎn)線上，這些場(chǎng)合也有部分選用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的。

總之，電磁流量計(jì)在造紙行業(yè)的液體流量測(cè)量中占主導(dǎo)地位，襯里普遍選用F4，電極則根據(jù)液體性質(zhì)而定。絕大多數(shù)的使用問題出現(xiàn)在初期的選型和安裝不當(dāng)。如電極或襯里材料選擇失誤；流體不滿管；直管段長度不足；安裝時(shí)傳感器與管道（特別是小管道）的不同心度或密封墊圈進(jìn)入流場(chǎng)等。這些問題常常是電磁流量計(jì)未能正常運(yùn)行的主要因素。

15.2電磁流量計(jì)在氧化鋁行業(yè)的應(yīng)用

氧化鋁的用途很廣，如牙膏、醫(yī)藥、陶瓷、各種鋁合金鋁型材等。我國是產(chǎn)鋁大國，具有大規(guī)模的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)和基地。目前，氧化鋁行業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總植（GTP）中發(fā)展最快的行業(yè)之一。但隨著我國工業(yè)和城鄉(xiāng)建設(shè)的快速發(fā)展，國產(chǎn)氧化鋁仍供不應(yīng)求，目前，國內(nèi)需求量的30%需要進(jìn)口，這給國內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展留下了相當(dāng)大的空間。近年來，我國新建的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)和擴(kuò)建的氧化鋁生產(chǎn)線如雨后春筍?，F(xiàn)知，僅山東的新建企業(yè)就有濱州的魏橋鋁電，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1000萬噸/年（分五期完成），現(xiàn)已完成一、二期共400萬噸/年的產(chǎn)能；聊城的信發(fā)華宇已建成240萬/噸的產(chǎn)能，又在廣西建了一個(gè)新廠；龍口南山集團(tuán)。改擴(kuò)建項(xiàng)目如：中國鋁業(yè)中州分公司投資12.92億元的30萬噸/年選礦拜爾法高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示 范工程、山東分公司的60萬噸/年拜爾法改擴(kuò)建工程。又如，中鋁河南分公司總投資十億元，采用國際先進(jìn)的“選礦拜而法生產(chǎn)氧化鋁新工藝”項(xiàng)目等。

氧化鋁行業(yè)不但是一個(gè)高耗能、高污染、高產(chǎn)出的行業(yè)，而且流程長，工序多。因此，在配料監(jiān)控、節(jié)能降耗、治污減排、回收循環(huán)利用等各個(gè)環(huán)節(jié)，都需要使用大量的流量計(jì)。其中，電磁流量計(jì)約占其中的50%左右。下面討論電磁流量計(jì)在氧化鋁行業(yè)的應(yīng)用，特別是在漿液流量測(cè)量方面的選型和使用。

目前，氧化鋁的生產(chǎn)方法有三種：拜爾法、燒結(jié)法和混聯(lián)法。其中，混聯(lián)法是前兩種方法的混聯(lián)。所以，這里僅介紹電磁流量計(jì)在拜爾法和燒結(jié)法中的應(yīng)用。

1).拜爾法