工程地质实习报告 北京交通大学.docx
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工程地质实习报告北京交通大学
土木工程认知实习报告
姓名:
XX
学号:
0X231XXX
班级:
土木0X0X班
学院:
土木建筑工程学院
目录
前言……………………………………………………………3
专论……………………………………………………………3
铁路认识实习……………………………………………3
隧道涵洞…………………………………………………10
结束语…………………………………………………………16
第一部分前言
铁路运输一直是我国运输行业的一种主要运输方式,所以铁道和隧道的建设也一直是我国基础工程建设的一大部分。
作为土木工程专业的学生,我们也应当对铁道和隧道的构造和开挖以及选线等方面的知识有一定的了解,这也对我们以后的学习和工作有一定的帮助,尤其是以后要学习这两个方面课程的学生更有帮助。
在实习中,通过观察铁路状况和老师的讲解,使我们了解到我国铁路现在的发展状况,同时也了解了现今世界铁路的发展水平。
通过观察隧道轮廓,分析隧道结构等方式,加强了对隧道的专业知识的理解。
这次的认识实习,我们分别参观了北京妙峰山地区的一条重要铁路干线及马蹄形隧道,斜河涧路段铁路、詹天佑主持修建京张铁路的青龙桥车站以及关沟。
第二部分专论
一、铁路认识实习
1.认识实习的目的:
通过道铁认识实习,使同学们对铁道的建设、维修、铺设和路基、道床、枕木、钢轨、连接零件等,有比较全面的感性认识。
并对我们专业所涉及的范围和主要内容能有所了解,以便为以后课程的学习打下基础。
2.实习主题内容:
铁道是一种永久性道路,上面有按间距铺设并固定在枕木上的钢轨,枕木置于水平或有坡的铺有道碴的路基上,为货车、客车及其他机车车辆提供轨道。
铁路线路
铁路线路是由路基、桥隧建筑物(包括桥梁、涵洞、隧道等)和轨道(包括钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等)组成的一个整体工程结构。
1、路基
铁路路基是为满足轨道铺设和运营条件而修建的土工构筑物。
路基必须轨顶设计标高,并与桥梁隧道连接组成完整的铁路线路。
铁路线路工程中,路基常见的两种基本形式是路堤和路堑。
路堤:
当铺设轨道的路基面高于天然地面时,路基以填筑方式构成。
如我们在丰沙线所见的路基形式。
路堑:
当铺设轨道的路基面低于天然地面时,路基以开挖方式构成。
如我们在古北口火车站以及青龙桥所见路基形式。
2、轨道
作为一个整体性工程结构,轨道铺设在路基之上,起着列车运行的导向作用,直接承受机车车辆及其荷载的巨大压力。
在列车运行的动力作用下,它的各个组成部分必须具有足够的强度和稳定性,保证列车按照规定的最高速度,安全、平稳和不间断地运行。
1钢轨
钢轨的作用是直接承受车轮的巨大压力并引导车轮的运行方向,因而它应当具备足够的强度,稳定性和耐磨性。
钢轨的断面形状采用“工”字形,由轨头,轨腰和轨底组成。
在我国,钢轨的类型或强度以每米长度的重量表示,现行的标准钢轨类型有:
75kg/m,60kg/m,50kg/m等。
在实习过程中了解到,丰沙线钢轨采用60kg/m钢轨。
目前我国钢轨的标准长度有25m和12.5m两种。
此外,还有专供曲线地段铺设内轨用的标准缩短轨若干种。
观测后了解到,丰沙线的钢轨轨距为1435mm标准轨,一根钢轨长度为25m。
火车在钢轨上行驶,会对轨道产生磨损,形成抛光的平面,称为光带,通过光带,可以看出钢轨的铺设是否合理,如果中间磨光,即为合理光带,如果靠外面或靠里面生锈,就是不合理磨光。
合理的磨光不合理的磨光
同时,在不同情况下,还会出现钢轨损伤,表现为钢轨轨头部分有波浪形磨损。
钢轨轨道间一般用夹板来进行连接。
2轨枕:
轨枕铺设在道床和钢轨之间,用以承受从钢轨传来的力和振动。
并传给道床;同时用以保持钢轨轨距和方向,这种轨道部件称为轨枕。
轨枕除将钢轨传来的力振动传给道床外,它本身也能吸收部分振动能。
每公里铁路线路上铺设的轨枕数,是根据线路上的机车车辆运行速度和运输量等因素确定的。
机车车辆运行速度高和运输量大的线路铺设轨枕数多。
中国铁路在直线线路上每公里一般铺设轨枕1840、1760和1600根。
轨枕按材料性质分为木枕、混凝土枕和钢枕三种。
1)木枕丰沙线采用木枕,现场观察来看,可以看出木材材料为松木,木材的弹性和绝缘性较好,受周围介质的温度变化影响小,重量轻,加工和在线路
上更换简便,并且有足够的位移阻力,但是,受材料自身原因限制,木枕的使用寿命很短,一般为十几年,易受腐蚀到时见必须更换,而且由于木材不是个相同性,所以会有一些缺陷,同时木材的大量使用对环境保护也是背道而驰的。
2)
混凝土枕丰沙二线的轨枕为混凝土枕,丰沙二线采用II型混凝土轨枕(客运霍高速铁路一般选择III型),而且混凝土为各项同性材料,使用寿命长,稳定性高,养护工作量小,损伤率和报废率比木枕要低得多。
在无缝线路上,钢筋混凝土轨枕比木枕的稳定性平均提高15~20%,因此,尤其适用于高速客运线。
轨枕因应用范围不同,长度也不同。
在我国,普通轨枕长度为2.5m,道岔用的岔枕和钢桥上用的桥枕,长度有2.6~4.85m多种。
每公里线路上铺设轨枕的数量是根据铁路运量和行车速度等运营条件来确定的,一般而言,在1520~1840根之间。
不言而喻,轨枕数量越多,轨道强度越大。
3)钢枕。
优点是抗腐菌侵蚀,抗白蚁和虫蛀;缺点是易受化学性腐蚀,不绝缘,维修费用高。
钢枕仅在联邦德国和瑞士的一些铁路上,以及地处热带的一些铁路上应用,中国尚未应用。
4)轨枕间距
轨枕间距与每公里配置的轨枕根数有关。
轨枕根数应根据运量、行车速度及线路设备条件确定,并和钢轨及道床等综合考虑,合理配套,以求在最经济的条件下,保证轨道具有足够的强度和稳定性。
轨枕密一些,道床、路基面、钢轨以及轨枕本身受力都可小一些。
同时,使轨距、方向易于保持,对行车速度高的地段尤为重要。
但也不能太密,太密则不经济,而且净距过小,也会在一定程度上影响捣固质量。
我国铁路规定,对木枕轨道,每公里最多为l920根,混凝土枕为l840根;每公里最少均为l440根。
轨枕的级差为每公里80根。
符合下列条件之一的地段,正线轨道应加强,每公里铺枕根数外,对混凝土枕每公里增加80根,木枕增加160根,当条件重合时,只增加一次,但不能超过前述允许最大铺设数量。
a.在混凝土枕轨道R≤600m的曲线(包括缓和曲线和圆曲线)或木枕轨道、电力牵引线R≤800m的曲线地段;
b.坡度大于12‰的下坡制动地段;
c.长度等于或大于300m的隧道内线路。
3扣件
扣件是连接钢轨和轨枕的中间联结零件。
其作用是将钢轨固定在轨枕上,保持轨距和阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动。
在混凝土轨枕的轨道上,由于混凝土轨枕的弹性较差,扣件还需提供足够的弹性。
为此,扣件必须具有足够的强度,耐久性,和一定的弹性,并有效的保持钢轨与轨枕之间的可靠联结。
此外,还要求扣件系统零件少,安装简单,便于拆卸。
扣板式扣件ω型弹条扣件
4道钉
道钉就像长螺丝钉,他将铁轨固定在轨枕上,一般应用于木枕。
如上图所示。
5道床
道床是铺设在路基面上的石渣(道渣)垫层,主要作用是支承轨枕,把来自轨枕上部的巨大荷载,均匀地分布到路基面上,大大减少了路基的变形并固定轨枕的位置,阻止轨枕纵向或横向移动,缓和机车车辆轮对对钢轨的冲击。
道渣是直径20-70mm的小块状花岗岩,块与块之间存在着空隙和摩擦力,使得轨道具有一定的弹性,这种弹性不仅能吸收机车车辆的冲击和振动,使列车运行比较平稳,而且大大改善了机车车辆和钢轨、轨枕等部件的工作条件,延长了使用寿命。
道渣的弹性一旦丧失,则钢筋混凝土轨枕上所受的荷载比正常状态时要增加50~80%。
可以看到,在丰沙线上,道渣极不规律,不符合直径20-70mm的直径要求,且颗粒级配也极为不好。
而在丰沙二线上,道渣直径和颗粒级配均较好。
6道岔
道岔是一种使机车车辆能从一股道转入另一股道的线路连接设备,在车站上大量铺设。
有了道岔,可以充分发挥线路的通过能力。
即使是单线铁路,铺设道岔,修筑一段大于列车长度的叉线,就可以对开列车。
对于道岔的认识实习,主要是在青龙桥站。
这里有著名的由詹天佑牵头设计的“之”字形铁路。
我们可以看见这里的枕木已经由以前的木枕木换成了混凝土枕木,目的是为了减少震动。
道尖道岔
从图中可以看出,刀叉有两个中心,其中一个是实际中心,就是道岔尖端,另一个是理论中心,即两条边延长线交点。
对固定道岔,是会产生有害空间,而移动心轨,则可以消除这个问题。
3、除了以上知识,我们还学到其他专业知识,如铁路有一大病害:
翻浆冒泥,还有在一些地方,要增加轨衬,防止轨道外翻,在拐弯处,外轨道一般比内侧轨道高。
除此之外,还认识了防爬撑、轨撑、钢轨信号箱、线路标志等等,不一一列举。
公里标
二、隧道涵洞
1.认识实习的目的:
通过对隧道的认识实习,使同学们对隧道的挖掘、建设和维护等,有比较全面的感性认识。
并对我们专业所涉及的范围和主要内容能有所了解,以便为以后课程的学习打下基础。
2.实习主题内容:
1、涵洞
涵洞是公路或铁路与沟渠相交的地方使水从路下流过的通道,作用与桥相同,但一般孔径较小,形状有管形、箱形及拱形等。
此外,涵洞还是一种洞穴式水利设施,有闸门以调节水量。
涵洞主要由洞身、基础、端墙和冀墙组成。
洞身由若干管节组成,是涵洞的主体。
它埋在路基中,具有一定的纵向坡度,以便排水;端墙和翼墙位于入口和出口及两侧,起挡土和导流作用,同时还可以保护路堤边坡不受水流冲刷。
涵洞的孔径一般是0.75~6m。
我们看到的斜河涧铁路涵洞是铁路段排水用的。
在青龙桥,我们可以看到1905年就修筑的两个涵洞。
京张铁路涵洞排水涵洞
2、隧道
隧道为地下通道的一种,也是最常运用的一种。
设计给交通或其他用途使用,通常用来穿山越岭,若施做于地面下称作地下隧道,在台湾习称地下道。
隧道大部分的功能,为提供行人、脚踏车(自行车)、一般道路交通、机动车、铁路交通、或运河使用,而部份隧道只运送水、石油或其他特定服务,包括军事及商业物流等。
隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车动车辆通行的建筑物。
根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。
为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道;为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道;为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。
这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。
建造隧道有数种方式。
深度浅的隧道可先开挖后覆盖,称为明挖回填式隧道;先兴建从地表通往地下施工区的竖井,再直接从地下持续开挖称为钻挖式隧道;建造海底隧道可用沉管式隧道。
隧道之流体力学主要以隧道内之流体分为液体之隧道及气体之隧道。
液体之隧道又以液体是否填充满整个隧道而其流体物理现象不相同,若隧道液体之上方有空气,如一般之下水道,其物理现象与明渠水道相同。
若隧道内仅单纯之输送气体或液体且充满整个隧道,则其物理现象主要为受到阀门或抽水、风机之影响为水锤作用;若充满隧道之液体或气体受到高速物体在隧道内移动之影响(例如:
公路隧道内之汽车、铁路隧道内之列车),则其物理现象主要为活塞效应。
种类
铁路隧道
人行隧道:
人行隧道是土木工程、交通、建筑物、隧道之一种,作用供行人、通道使用,解决在地面人车争路的问题。
运河隧道
输水隧道
排水隧道(下水道为其一种)
山岭隧道:
穿越山岭,供车辆行驶,减少行车距离。
城市地下隧道
水底隧道:
水底隧道顾名思义是一种建于水底的隧道,而由于使用透明物料建造隧道组件有太多技术问题有待解决,所以现时未有采用透明物料在海底建造水底行车隧道。
海底隧道:
海底隧道是在海底建造的连接海峡两岸的隧道,是供车辆通行的。
过江隧道
电缆隧道
隧道按照长度隧道分为:
公路隧道:
>3000m为特长隧道
3000m≥长隧道>1000m
1000m≥中隧道>500m
≥500m为短隧道
铁路隧道:
>10000m为特长隧道
10000m≥长隧道>3000m
3000m≥中长隧道>500m
≥500m为短隧道。
铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。
根据其所在位置可分为三大类:
为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道;为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道;为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。
这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。
这次实习当中我们看到的大都是山岭隧道,在斜河涧隧道,我们主要观察了隧道的洞门和讲解了隧道的施工方法,以及隧道选址与地质岩石的关系。
①洞门
我们看到了两种洞门,一种没有衬砌,一种有衬砌。
原因是洞门所在的地质岩性不同。
无衬砌有衬砌
无衬砌的原因:
该隧道这一侧围岩为奥陶系中统马家沟组厚层灰岩,隐晶结构,单轴极限抗压强度为30Mpa,风化不严重,岩石工程性质良好,岩体结构特征介于整体结构与层状结构之间。
隧洞围岩层完整而坚硬,岩层倾向又与破向相反(反倾向),因此工程性质良好。
有衬砌的原因:
此侧岩体风化较严重,植被茂盛,能够截留较多的地表径流而形成洼地,进而促进水对可溶岩的溶蚀能力,可以看到小型的岩溶洞穴,并填充了水流冲刷物,这些特征使得该围岩相对破碎,完整性较差,岩体强度减弱,所以就用衬砌进行加固维护。
②隧道选线与工程地质的关系
影响隧道的选线的因素主要有两个:
安全与经济,其中安全应该放在第一位。
我们要根据不同地质构造特征和岩体的特性,以及周围的环境因素来选址,之后再综合衡量经济等各种因素选择最为合适的路线和地址。
我们不要因为开始时的节约财力而选择地质很差的路线而像关沟隧道那样进行改线,或是像斜河涧隧道那样再花更多的钱进行维护。
在实习中我给我印象最深的是位于卧虎山潮河关的桃山隧道,由于当时的隧道工程设计人员选线时,没有考虑到这里特殊的山体岩性,导致修建隧道的时候,施工产生的振动载荷使得山体发生滑坡,二号隧道因滑体废弃,从而导致了三号、四号隧道也无法使用。
造成了巨大的工程事故,经济损失在现在算来有六、七个亿!
所以我们作为工程设计选线人员,一定要注意沿线的地形地貌,特别是边坡选线,否则将造成无法挽回的后果!
潮河关南端崩塌性滑坡剖面示意图
③隧道开挖方法开挖方法分为明挖法和暗挖法。
明挖法多用于浅埋隧道或城市铁路隧道,而山岭铁路隧道多用暗挖法。
按开挖断面大小、位置分,有分部开挖法和全断面开挖法。
在石质岩层中采用钻爆法最为广泛,采用掘进机直接开挖也逐渐推广。
在松软地质中采用盾构法开挖较多。
钻爆法①全断面开挖法:
一次开挖成型的方法。
一般采用带有凿岩机的台车钻孔,用毫秒爆破,喷锚支护。
还要有大型装碴运输机械和通风设备。
全断面开挖法又演变为半断面法。
半断面法是弧形上半部领先,下半部隔一段距离施工。
②分部开挖法:
先用小断面超前开挖导坑,然后,将导坑扩大到半断面或全断面的开挖方法。
这种方法主要优点是可采用轻型机械施工,多开工作面,各工序间拉开一定的安全距离。
缺点是工序多,有干扰,用人多。
根据导坑在隧道断面的位置分为:
上导坑法、中央导坑法、下导坑法以及由上下导坑互相配合的各种方法,另有把全断面纵向分为台阶进行开挖,而各层台阶距离较短的台阶法。
上导坑法适用于软弱岩层、衬砌顺序是先拱后墙,曾于1872~1881年为圣哥达隧道采用。
中国短隧道一般用这种方法。
中央导坑法是导坑开挖后向四周打辐射炮眼爆破出全断面或先扩大上半部。
20世纪初美洲曾用这种方法,20年代美国新喀斯喀特隧道也用这种方法。
下导坑法即下导坑领先的方法。
其中包括:
a.上下导坑法,利用领先的下导坑向上预打漏斗孔,便于开展上导坑等多工序平行作业。
衬砌顺序多用先拱后墙,遇围岩较好时亦可改为先墙后拱。
b.漏斗棚架法,适用于坚硬地层,以下导坑掘进领先,由下而上分层开挖,设棚架,先衬砌边墙后砌拱。
1961~1966年在中国成昆线关村坝铁路隧道应用,1964年复工后取得平均单口月成洞152米的进度。
c.蘑菇形法,同漏斗棚架法类似,也设棚架,但先衬砌拱部后砌边墙。
1971~1973年在枝柳线彭莫山单线隧道应用,取得平均单口月成洞132米的进度。
d.侧壁导坑法,两个下导坑领先,环形开挖,最后挖掉中心土体,衬砌顺序为先墙后拱,多用于围岩很差的双线隧道。
也有采用上导坑领先及两个下导坑成品字形的。
全断面开挖法和分部开挖法是钻爆法开挖常用的方法,但隧道施工很复杂,时常遇到各种困难情况,如大断层、流沙、膨胀地层、溶洞、大量涌水等,尚需采取相应措施。
盾构法 采用盾构作为施工机具的隧道施工方法。
1825年在伦敦泰晤士河水下隧道首先试用盾构,并获得成功。
此后,松软地质多采用盾构法开挖。
盾构是一种圆形钢结构开挖机械,其前端为切口环,中间为支撑环,后端为盾尾。
开挖时,切口环首先切入地层并能掩护工人安全地工作;支撑环是承受荷载的主要部分,其中安设多台推进盾构的千斤顶及其他机械;盾尾随着上述两部分前进,保护工人安装铸铁管片或钢筋混凝土管片。
盾构法适用于松软地层,施工安全,对地层扰动少,控制围岩周边准确,极少超挖。
日本丹那铁路隧道曾采用盾构法施工。
掘进机法 在整个隧道断面上,用连续掘进的联动机施工的方法。
早在19世纪50年代初,美国胡萨克隧道就试用过掘进机,但未成功。
直到20世纪50年代以后才逐渐发展起来。
掘进机是一种用强力切割地层的圆形钢结构机械,有多种类型。
普通型的掘进机的前端是一个金属圆盘,以强大的旋转和推进力驱动旋转,圆盘上装有数十把特制刀具,切割地层,圆盘周边装有若干铲斗将切割的碎石倾入皮带运输机,自后部运出。
机身中部有数对可伸缩的支撑机构,当刀具切割地层时,它先外伸撑紧在周围岩壁上,以平衡强大的扭矩和推力。
掘进机法的优点是对围岩扰动少,控制断面准确,无超挖,速度快,操作人员少。
第三部分结束语
通过这次的实习,我们对铁道和隧道方面的知识有了更多的感性认识,同时也对铁道的选线,缓和曲线处理方法,隧道的选线以及隧道形状的设计有了一些基本的入门知识。
我相信这对于我们土木工程专业的同学是很有帮助的。
在这次的实习中我们更加理解了选线的重要性,比如说桃山隧道,本来是为了省钱的,结果重新选线,重新建造,这样使得工程花费了更多的资金,这是非常不可取的。
工程是不能用来偷工减料的,否则将会造成我们无法挽回的损失和遗憾。
最后也感谢老师们的一路讲解,辛苦了,谢谢老师!
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