非开挖钻孔铺管施工工艺在山塘整治工程中的应用

第一篇：非开挖钻孔铺管施工工艺在山塘整治工程中的应用

非开挖技术在磐安县山塘整治工程中的应用

磐安县水务局 厉富强

磐安县非开挖技术应用于山塘整治涵管施工中，在全省水利工程上也属于新鲜事物。工程实施后，引起了省内水利系统的高度关注，有多个地区与县市来磐安与我们交流非开挖技术的应用情况，当然我们也只是初步进行了探索，许多问题可能还没有遇到，许多难题暂时无法克服。在这里我就在山塘综合整治工程中，应用该项工艺的施工情况作一下简单介绍，并提出一些在施工中需注意的安全事项和目前存在的问题。主要是起到一些抛砖引玉的目的，希望能为山塘整治工程涵管处理提供了一种新的思路和方法。

1、非开挖施工技术工艺简介

非开挖技术是指通过导向、定向钻进等手段，在地表极小部分开挖的情况下，敷设、更换和修复各种地下管线的施工新技术，对地表干扰小，因此具有较高的社会经济效果。主要包括水平定向钻进、顶管、微型隧道、爆管、冲击等技术方法。该技术源于20世纪70年代，并于90年代传入我国，目前被广泛应用于给水、排水、电力、通信、燃气等领域的新管道建设和旧管道修复，也可以应用于文物、古建筑的保护等方面。

山塘工程因大多都坐落于山区，交通不便，施工条件相对较差，机械设备进出场难度大，且工程地质以弱化岩为主，不同于粘土、砂砾层等软基，钻孔难度较大，因此在水利工程的应用上还很少，还未得到普及。

2、非开挖技术实施的背景

磐安县位于浙江中部,是一个典型的山区县。全县1～10万m3重要山塘131座，其中53座为屋顶山塘,总蓄水量315.13万m3。承担着农业灌溉、农民饮水、农村环境等综合功能，是山区农民赖以生存的基础，为全县工农业生产和发展，发挥了巨大作用。

这些山塘大多建于上世纪五六十年代,受当时条件限制,普遍存在工程设计标准较低、管理不规范、施工质量不高等问题，特别是坝内埋置的放水涵管，结构材料多种多样，据统计：有素混凝土管、石板盖涵、瓦管和木管等，经多年运行，除近年来完成整治的山塘外，90%以上山塘的涵管存在老化、破损、裂缝、沉陷、坍塌等安全隐患。因此，对放水涵管进行处理是山塘整治的重要建设内容，也是保证山塘大坝安全运行的首要条件。

在涵管处理方面，根据浙江省山塘综合整治技术导则的规定：“土石坝坝下涵管原则上废除，废除后根据实际情况可采取设置倒虹吸管、开挖隧洞或在坝头基岩中明挖设置埋入式的钢筋混凝土涵管方式”。但在具体实施过程中，这三种涵管处理方法各有优劣，但均不十分理想。（1）设置倒虹吸管。2005年以前，我县对新渥镇岩下山塘、尚湖镇沙塘坞山塘、南树坞山塘等6座山塘在原涵管废除后采用虹吸管放水，采用该方式，投资较省，施工也方便，但在实际运行中，由于管道锈蚀、漏气、脱焊等原因运行时间不长，效益较差，同时由于每次放水都要进行冲水，管理麻烦，农村对采用虹吸放水不太接受。（2）开挖隧洞。由于山塘隧洞工程量小，地形地质也比较复杂，加上每年维稳情况，炸药审批难，在小工程上，施工队伍非常难找，隧洞开挖方案不易实施，特别是在隧洞施工中，因离坝头较近，易存在对坝肩振动的问题。且存在对坝肩振动的问题；（3）坝头明挖埋管。相对来说开挖工程量较大，我县属山区县，山塘坝长普遍不长，坝高较高，采用涵管开挖重新埋设的方案，大半个山塘都得重建，工期长、加上坝体回填质量及新老坝体接触

部位处理质量不好控制等原因，容易在日后运行过程中，发生安全问题。

2012年7月，在政府的重视下，通过积极争取，磐安县被列入浙江省第四批中央财政小型农田水利重点县。根据三年建设方案，磐安县重点县三年总投资为1.005亿元，其中62座病险山塘整治列入重点县水利专项山塘整治。这些山塘均需对涵管进行处理，为了寻求放水涵管处理安全、可靠、施工方便。经过多次考察、研讨，历时3个多月，最终确定引进非开挖水平定向钻孔铺管施工工艺，对存在安全隐患的涵管进行报废处理，在条件允许的山塘，尽量采用非开挖技术。磐安县2012年综合整治山塘20座，采用非开挖水平定向钻孔处理涵管的有13座，占山塘整治总数的65%。

3非开挖六步施工法

3.1平台开挖。施工平台开挖应考虑机械设备正常运行、方便交通、孔洞轴线方向及孔洞纵向坡降等因素。本工程施工平台开挖首先对进洞口周围浮渣、淤泥等覆盖层进行清理，然后沿洞轴线方向开挖或填筑，距离洞口6～10m位置，设置宽度2.5m，长5～6m的操作平台，平台高程略高于孔洞进口，本工程平台高程高于孔洞进口0.2～0.3m。

3.2设备进场。本次整治20座山塘，需要钻孔铺管的山塘13座，累计钻孔铺管660多m，平均每座山塘钻孔铺管约50m，最长的85m，最短的仅30m。根据施工组织设计，二个标段共投入非开挖钻孔铺管钻机三台，其中一标段投入ZT—25型非开挖钻机1台，二标段投入YT—32型非开挖钻机2台。

3.3导向开挖。山塘涵洞长度普遍为40～60m之间，长度较短，可根据施工图设计在地面上初步拟定钻孔走向，然后采用全钻仪测定进出口平面位置和高差，依据洞轴线长度和高差计算钻孔纵坡，确定钻孔偏角，根据纵坡和偏角调整钻杆入岩角度，完成后即可开始钻进施工。钻进施

工过程在导向仪的指引下，及时调整和修正钻头钻进方向，确保导向孔按设计要求顺利成孔。本工程导向孔孔径为73mm。

3.4扩孔。导向孔挖掘完成后，在出口将扩孔器连接在钻杆上，再回拖钻杆进行回扩。具体施工可根据洞径的大小或地层复杂情况分次或多次回扩，直至达到符合设计要求。本工程根据设计要求回扩洞径300mm。

3.5拉管。钻孔回扩完成后进行冲水清洗，清除孔内断层或破碎带掉落的石块或石渣，然后将管道连接在钻杆上，利用钻机回拉，将管道拖入已扩钻孔内，完成管道铺设施工。本工程铺设的管道均为PE管，直径为250mm。回拖过程为了避免钻孔中的落石、掉渣等要求连续进行，因此管道需要预先连接，避免边连边铺，确保连接质量和铺管的顺利完成。

3.6灌浆。等铺管完成后，应对管壁与岩石接触的缝隙进行灌浆，在我县的施工中，在铺管完成后，对进出口两端进行封堵并预埋灌浆管，然后进行灌浆。

4适用范围及主要参数。4.1主要参数

非开挖钻机主要配件有合金牙轮导向钻头、φ73×3000mm钻杆、φ300扩孔器、月蚀导向仪等。通过对施工现场不同地质情况的测量与统计，采用该种机械设备，平面转向可达0～100，纵向坡降达0～400。即可从进口向下游顺坡开挖，也可从出口向上游逆坡开挖，施工部署灵活方便。

4.2适用范围。

该类设备适宜粘土、亚粘土、砾石土、风化岩及弱风化岩等，硬度较大的基岩除效率略低以外，也可使用。本工程地层大都为风化岩或弱风化岩，以弱风岩为主。管材可选范围大，可铺设柔性管(如PVC、PE管等)、刚度较大管（如钢管、铸铁管等）；铺设管径范围大，在DN100到DN500之间；铺设长度长，本次山塘整治铺设管道均采用DN250PE管，铺

设长度约40m～60m。4.3施工效率。

根据对新渥下坞和仁川横坞山塘的钻孔施工情况统计，采用ZT—25型钻机，在Ⅷ～Ⅹ级岩石地层中导向钻进速度约为3m/h，回扩进度也为3m/h，因此对于40～60m洞长仅需14～20h即可完成导向钻孔，从钻孔到铺管一般7天时间可全部完成。如遇风化岩或砾石土则钻进速度更快，效率还是比较高。

5工艺局限与存在问题

5.1设备进场。必须修建临时道路，因设备重量一般为8～10t，无临时道路，钻机无法进入施工现场。该机爬坡能力较弱，道路坡降不宜过陡，以1：5以内为宜，过陡应采取挖机配合进场。路面要求平整坚硬，避免设备进出场沉陷和侧翻等安全事故发生。

5.2单价确定。非开挖钻孔铺管施工技术是一项新的施工工艺，水利水电工程概算（预）算定额中尚无该项内容，目前还无有效的定价依据，要合理确定开挖单价还有一定难度。

5.3地形条件。对坝址位置有要求，导向转角主要依靠钻杆的柔度，无法大角度转弯，如大坝位于两侧山体的山凹，对非开挖导向施工不太理想。

5.4施工注意。

5.4.1注意卡管。本工程在百头牛山塘施工过程中，钻孔回扩完成后，孔内石渣未清理干净，因此在铺管过程中发生卡管情况，影响施工进度。因此对有断层或破碎带的钻孔，必须认真细致冲洗，且冲洗完成后即组织铺管施工，不得停顿时间过长，避免卡管。

5.4.2设施防护。汛期施工需做好防汛工作，特别是启闭机无法开启，老涵管坍塌封堵无法排水的山塘，在进口钻进施工的情况下需做好设备防淹工作，遇强降雨天气，库水位上升较快，机械设备极易受淹。

6结论

目前设计的13座山塘均已采用该方法完成涵管的处理，效果不错。从本工程的实际应用来看，我们认为，主要有四项优点，一是施工进度快，非开挖技术施工天气影响不大，有利于工期控制，在工期短，实施任务重的重点县建设中显得尤为重要；二是施工安全有保障，非开挖施工对周围环境及坝肩影响最小，与隧洞爆破相比更安全；三是长效运行有保障，非开挖水平定向钻孔铺管，使得工程在建后管理更方便，使用年限更长久；四是该施工工艺对地质适应性强，特别是能在弱风化基岩中钻孔铺管，在全省水利工程施工中，具有普遍的意义，同时该工艺不影响老坝体安全，避免了坝体开挖后回填质量不达标影响安全的问题，能保证原坝体的安全，在质量终身制的现在，尤为重要。该工艺的运用，也达到了我们预期的目的。为解决山塘涵管改造困难打开了视野，提供了一种新的思路。

第二篇：土工合成材料在整治路基病害工程中的应用

土工合成材料在整治路基病害工程中的应用 2.1 土工合成材料的含义及其应用概况

土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。

土工合成材料在土木、水利、交通、铁道和环境工程中得到广泛的应用，起到排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用。这些作用是以不同的形式的产品来实现的，例如，土工织物用于滤层、隔离和防护；土工网和三维植被网垫用于排水和坡面的稳定；土工格栅、条带和有纺或编织土工织物用于加筋、土工膜用于防渗等。复合型土工合成材料则结合了各自的优点，例如，兼有过滤和排水性能的土工织物和土工网复合材料，结合加筋和隔离功能的土工织物和土工格栅复合材料，而土工织物和土工膜结合形成的复合土工膜则既能防渗又具有防刺破的作用，同时具有与土较高的界面磨擦系数。

尽管有众多的产品和更多的潜在的应用形式，对于具体的工程应判断土工合成材料的主要作用，选择合理的设计公式，确定要求达到的性能指标，并寻求一个经济上合适的施工方法。目前证明较成功的应用有：无纺土工织物代替粒状级配滤层应用于反滤排水工程中，土工合成材料加筋挡土墙代替重力式挡土墙，塑料排水带代替砂井，土工膜用于防渗材料等。在应用的初期，最担心的是耐久性，忽视铺放的位置，认为铺土工合成材料总比不铺好。而现在经验证明在土中耐久性是可以保证的，相反，土工合成材料铺放的位置不当或施工质量差，会降低作用，甚至适得其反。

土工合成材料的原材料是高分子聚合物(polymer)。它们是由煤、石油、天然气或石灰石中提炼出来的化学物质制成，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种产品。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，首先由英国ICI公司研制成功的，1939年成为商品在市场上出售，它是聚合物中分子结构最简单的一种，可分为低分子量和高分子量两类。聚乙烯的比重为0.92，耐酸碱，抗化学剂能力强，吸湿性低，低湿时仍具柔性，电绝缘性极好。在1950年前后，又开发出了高密度聚乙烯(HDPE)材料，其比重、机械强度、熔点和硬度等都比低密度的为优。聚酰胺约在1935年研制成功，俗名为尼龙，其吸湿性较高，干燥时有一定绝缘性、机械性能好。聚酯于1941年前后问世，它包括聚酯树脂、聚酯纤维和聚酯橡胶等。聚丙烯于1954年研制出来，1957年成为商品出售。它的比重为0.90～0.91，耐温范围-30 ℃～140 ℃，耐化学剂性能较好，惰性强，价格低廉，是目前应用最多的原材料之一。

此外，常用的原材料还有聚氯乙烯，它的比重为1.4，具有极好的化学稳定性，不燃烧，可用于制造透明薄膜、管道、板材等。以上五种原材料的性能对比如表2-1所示。表2-1 几种高分子聚合物性能对比 性能 高分子聚合物

聚酯 聚酰胺 聚丙烯 聚乙烯 聚氯乙烯 单位质量 高 中 低

低 高 强度 高 中 低 低 低 弹性模量 高 中 低

低 低 破坏应变

中 中 高 高 高 蠕变性 低

中 高 高

抗紫外线 高

中

中

低

高 耐碱性 低 高 高 高 高 耐霉，耐虫 中 中 中 高 高

应当指出，材料的强度还与纤维的制作方法有关。在应用土工合成材料时，其性能更受施工方法、应用环境和侧限压力大小的影响。土工合成材料在我国的应用，可以追溯到20世纪60年代，例如，北京市东北旺农场南干渠使用聚氯乙烯土工膜防渗。有纺织物首次应用的成功实例，是在1974年江苏省江都县嘶马长江的护岸工程。该工程采用聚丙烯编织布，聚氯乙烯绳网和混凝土块组成整体沉排，防止河床冲刷。无纺织物作为隔离材料，1981年，铁路部门首先应用于防治“翻浆冒泥”现象。无纺织物作为反滤材料，1984年首次成功地应用于云南麦子河工程大坝上。1983年铁路部门在广茂铁路路基中第一次采用了土工织物铺设在软土地基表面，增加了路堤的稳定性。

目前，品种繁多的人工合成材料陆续问世，它们可制成各种符合特定目的的产品，而且由于其具有质量轻、施工简易、运输方便、价格低廉料源丰富等优点，为土木工程提供了一种崭新的较为理想的材料，并由此带来一种实施简便和经济有效的技术途径。土工合成材料是以合成材料为原材料制成的应用于岩土工程的各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土工”两字，称为土工合成材料，以区别于天然材料。近些年来，土工合成材料在全世界范围内得到迅速的发展和广泛的应用，取得了良好的经济、社会和环境效应。土工合成材料技术被人们誉为20世纪岩土工程中的一项技术革命。2.2 土工合成材料的种类 2.2.1 土工织物

2.2.1.1 土工织物的种类

土工织物为透水性土工合成材料。土工织物的制造一般要经过两个步骤：首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。许多不同的高分子聚合物已经用作不同土工织物产品的原料，土工织物按制造方法分为针织型、无纺或非织造型和机织或有纺型三类。针织型目前已很少应用，有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成，其主要缺点是沿经线和纬线的强度高，而与经纬线斜交方向的强度低，无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列，再经过加工而成，按照联结纤维的方法不同，可分为化学(粘结剂)联结、热力联结和机械联结三种。其主要优点是强度没有显著的方向性，对变形的适应性较大，目前世界上80 %的土工织物属于这种类型。

土工织物突出的优点是重量轻，整体连续性好(可做成较大面积的整体)，施工方便，抗拉强度较高，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点是未经特殊处理，则抗紫外线能力低，如暴露在外受紫外线直接照射容易老化，但如不直接暴露，抗老化及耐久性能仍较高，土工织物的性能与其聚合物原料、土工织物的种类及加工制造方法密切相关。(1)织造型土工织物

这类产品又称有纺土工织物，是最早的土工织物产品。它的制造分两道工序：先将聚合物原料加工成丝或纱或带，再借织机制成平面结构的布状产品。织造时常包括相互垂直的两组平行丝，沿织机(长)方向的称经丝，横过织机(宽)方向的称纬丝。这种织物看来简单，却有着不同的丝种和不同的织法。丝种包括单丝、多丝及二者的混合。单丝是单根丝，典型直径约为0.5 mm，它是将聚合物热熔后从模具中挤压出来的连续长丝。在挤出同时或刚挤出后将丝拉伸，使其中的分子定向，以提高丝的强度。多丝是由若干根单丝组成的，在制造高强土工织物时常采用多丝。多丝也有用切割成的短丝(一般长100 mm)搓拧而成的。早期的土工织物系由单丝织成，后来发展为采用扁丝。扁丝是由聚合物薄片经利刀切成的薄条，其厚度比单丝薄得多，且在切片前后都要牵引拉伸以提高其强度。扁丝宽度约为3 mm，是其厚度的一二十倍。目前的大多数编织土工织物是由扁丝织成，而圆丝和扁丝结合织成的织物有较高的渗透性。

另一种特殊的扁丝叫裂膜丝，它是将一根扁丝剖成许多根细丝，但仍连在一起。由裂膜丝织成的织物较为密实，柔软而渗透性小。多丝和裂膜丝结合织成的编织物厚度可达1～2 mm，比扁丝织成的要厚。织造型土工织物有三种基本的织造型式：平纹、斜纹和缎纹。平纹是一种最简单、应用最多的织法，其形式是经、纬丝一上一下。斜纹则是经丝跳越几根纬丝，最简单的形式是经丝二上一下。缎纹织法是经丝和纬丝长距离的跳越，例如经丝五上一下。这种织法运用于衣料类产品。

在织造时，由于梭子要不断地牵引纬丝从经丝的空间中穿过，故要求经丝强度比纬丝的高。采用不同的丝和纱以及不同的织法，可以使织成的产品具有不同的特性。例如平纹织物有明显的各向异性，其经、纬向的摩擦系数也不一样；圆丝织物的渗透性一般比扁丝的要高，每厘米长的经丝间穿越的纬丝愈多，织物也愈密愈强，渗透性则愈低。单丝的表面积较多丝的要小，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。由此可见，可以借调整丝(纱)的材质、品种和织造方式等来得到符合工程要求的强度、经纬强度比、摩擦系数、等效孔径和耐久性等各项指标。在工程实施中应根据具体要求来优选产品，铺设时要注意材料的合理铺设方向。(2)非织造型土工织物

这类产品又称无纺土工织物。根据粘合方式的不同，非织造型土工织物分为热粘合、化学粘合和机械粘合等三种。热粘合法织造型土土织物的制造，是将纤维在传送带上成网，让其通过两个反向转动的热辊之间热压，纤维网受到一定温度，部分纤维软化熔融，互相粘连，冷却后得到固化。该法主要用于生产薄型土工织物，厚度一般为0.5～1.0 mm。由于纤维是随机分布的，织物中形成无数大小不一的开孔。再因为无经纬丝之分，故其强度的各向异性不明显。

纺粘法是粘合法中的一种，是将聚合物原料经过熔融、挤压，纺丝成网，纤维加固后形成的产品。这种织物厚度薄面强度高，渗透性大。由于制造流程短，产品质量好，品种规格多，成本低，用途广，近年来在我国发展较快。

化学粘合法土工织物，是通过不同工艺，将粘合剂均匀地施加到纤维网中，待粘合剂固化。纤维之间便互相粘连，使网得以加固，厚度可达3 mm。常用的粘合剂有聚烯酯、聚酯乙烯等。也可以在施加粘合剂前加以滚压，得到较薄的和孔径较小的产品。这类产品在工程中的应用较少。

机械粘合法是以不同的机械工具将纤维网加固，应用最广的是针刺法，还有用水刺法的。针刺法利用装在针刺机底板上的许多截面为三角形或棱形且侧面有钩刺的针，由机器带动，作上下往复运动，让网内的纤维互相缠结，从而织网得以加固。产品厚度一般在1 mm以上，孔隙率高，渗透性大，反滤排水性能均佳，在水利工程中应用很广。水刺法是利用高压喷射水流射入纤维网，使纤维互相缠绵加固。其产品较为柔软，主要用作卫生用品，工程中尚未应用。2.2.2 土工膜

土工膜是一种基本不透水的材料。根据原材料不同，可分为聚合物土工膜和沥青土工膜两大类。为了适应工程应用中不同强度和变形的需要，两类中又各有不加筋(单一或混合材料)和加筋或组合的类型。聚合物膜在工厂制造，沥青膜则大多在现场制造。制造土工膜的聚合物有热塑塑料(如聚氯乙烯)、结晶热塑塑料(如高密度聚乙烯)、热塑弹性体(如氯化聚乙烯)和橡胶(如氯丁橡胶)等。工厂制造土工膜的方法主要有挤出、压延或加涂料等。挤出是将熔化的聚合物通过模具制成土工膜，厚0.25～4 mm。压延则是将热塑性聚合物通过热辊压成土工膜，厚0.25～2 mm。加涂料是将聚合物均匀涂在纸片上，待冷却后将土工膜揭下来而成。现场制造土工膜是在地面喷涂或敷一层冷或热的粘滞聚合物而成。沥青土工膜用的是沥青聚合物或合成橡胶。

制造土工膜时还需要掺入一定量的添加剂，使在不改变材料基本特性的情况下，改善其某些性能和降低成本。例如掺入碳黑可以提高抗日光紫外线能力，延缓老化；掺入铅盐、钡、钙等衍生物以提高材料的抗热、抗光照稳定性；掺入滑石等润滑剂以改善材料可操作性；掺入杀菌剂可防止细菌破坏等。对于沥青类土工膜，其主要的掺入材料是一些填料或纤维。填料可为细矿粉，它能增加膜的强度且降低其成本；加入纤维，也是为提高膜的强度。2.2.3 土工复合材料

土工织物、土工膜和某些特种土工合成材料，以其两种或两种以上的土工材料互相结合起来，成为土工复合材料。土工复合材料可将不同构成材料的性质结合起来，更好地满足具体工程的需要，能起到多种功能的作用。如复合土工膜，将土工膜和土工织物按要求制成土工膜—土工织物组合物，称复合土工膜。土工膜主要用来防渗，土工织物起加筋、排水和增加土工膜与土面之间的摩擦力的作用。又如土工复合排水材料，它是以无纺土工织物和土工网、土工膜或不同形状的合成材料芯材组成的排水材料，用于软基排水固结处理、路基纵向横向排水、建筑地下排水管道、集水井、支挡建筑物的墙后排水、隧道排水、堤坝排水设施等。不同的工程有不同的综合功能要求，故土工复合材料的品种繁多，可以说土工复合材料是当前和今后一段时期发展的大方向。这里主要介绍复合土工膜和土工复合排水材料两类。2.2.3.1 复合土工膜

复合土工膜是用土工织物或其他材料与土工膜结合而成的不透水材料。根据主要功能的不同，复合土工膜可划分为加筋型土工膜和横向排水型土工膜两种。(1)加筋型土工膜

加筋型土工膜具有较高的强度和模量，以满足工程中防渗与受力的要求，如氯丁橡胶土工膜和经编土工膜。加筋土工膜的厚度：聚合物有涂料的三层压延加筋土工膜厚0.75～1.5 mm；聚合物五层压延加筋土工膜厚1.0～1.5 mm。(2)横向排水型土工膜

横向排水型土工膜一般由无纺土工织物与土工膜复合而成，常见的有“一布一膜”、“两布一膜”。其中，无纺土工织物不仅具有横向排水作用，而且对土工膜起保护作用。2.2.3.2 土工复合排水材料

土工复合排水材料是薄型土工织物包裹不同材料制成的不同形状的芯材组合成的一种复合型排水产品。这种产品克服了土工织物沿织物平面方向排水能力小的缺点，可以沿产品芯材水平方向的排水通道通畅地排水，而外包的土工织物作为滤层以阻止土颗粒进入排水通道。复合排水带主要用于软土地基竖向排水固结处理等，我国生产及工程上普遍采用的产品主要是塑料排水带。复合排水板具有广泛的用途，如路基纵向横向排水、支挡建筑物的墙后过滤排水、隧道衬砌后防排水、建筑物地下排水通道、堤坝排水设施等。(1)塑料排水带

塑料排水带是由不同截面形状的连续塑料芯板外面包裹非织造土工织物(滤膜)而成。芯板的原材料为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多种型式，常见的有城垛式、口琴式和乳头式等。芯板起骨架作用，截面形成的纵向沟槽供通水之用，面滤膜多为涤纶无纺织物，作用是滤土、透水。

塑料排水带的施工是利用插带机将其埋设在土层中的预定位置。塑料带前端与锚靴相连，用插带机导杆顶住锚靴，插入土层中，达到预定深度后拔出导杆，但排水带仍留在预定位置，在高出地面一定高度(0.5 m左右)剪断排水带，施工时可用静荷或动荷送杆，静荷送杆对土层扰动小，较为常用。我国插带机的插入深度可达约25 m，入土速率可达6 m/min。排水带的平面分布间距可借理论计算确定，一般为1～2 m。排水带插入软基后，为排除土中的多余水量提供了捷径，多余水可水平向通过带的滤膜进入芯板沟槽，再向上由地表的透水料垫层排走。排水带在公路、码头、水闸等软基加固工程中应用广泛，以加速软土固结。(2)软式排水管

软式排水管又称为渗水软管，是由高强钢丝圈作为支撑体，以及具有反滤、透水及保护作用的管壁包裹材料两部分构成的。高强钢丝由钢线经磷酸防锈处理，外包—层PVC材料，使其与空气及水隔绝，避免氧化生锈。包裹材料有三层，内层为透水层，由高强特多龙纱或尼龙纱作为经纱，特殊材料为纬纱制成；中层为非织造土工织物过滤层；外层为与内层材料相同的覆盖层。为确保软式排水管的复合整体性，支撑体和管壁外裹材料间，以及外裹各层之间都采用了强力粘结剂粘合牢固。软式排水管兼有硬水管的耐压与耐久性能，又有软水管的柔性和轻便特点，过滤性强，排水性好，可用于各种排水工程中。(3)其他复合排水材料

现在已生产出各种型式芯材和外包滤膜的复合排水材料。芯材有平板上立管柱的，有做成各种奶头形的，有土工网的，还有用塑料丝缠成的网状体的等等，它们均具有较大的排水能力，可按工程需要选用。2.2.4 土工特种材料

土工特种材料是为工程特定需要而生产的产品，品种多，现选择几种主要产品说明如下。2.2.4.1 土工格栅

土工格栅是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先冲孔，然后进行拉伸而成的带长方形或方形孔的板材。加热拉伸是让材料中的高分子定向排列，以获得较高的抗拉强度和较低的延伸率。按拉伸方向不同，格栅分为单向拉伸(孔近矩形)和双向拉伸(孔近方形)两种。前者在拉伸方向上有较高强度，后者在两个拉伸方向上皆有较高强度。土工格栅的品种和规格很多，目前开发的新品种有用加筋带纵横相连而成的，也有用高强合成材料丝纵横连接而成的等等。2.2.4.2 土工网

土工网是以聚丙烯或聚乙烯为原料，应用热塑挤出法生产的具有较大孔径和较大刚度的平面结构材料。可因网孔尺寸、形状、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差异。一般而言，土工网的抗拉强度都较低，延伸率较高。这类产品常用于坡面防护、植草、软基加固垫层，或用于制造复合排水材料。一般说来，它只有在受力水平不高的场合，才能用于加筋。2.2.4.3 土工模袋

土工模袋是由上下两层土工织物制成的大面积连续袋状材料，袋内充填混凝土或水泥砂浆，凝固后形成整体混凝土板，可用作护坡。这种袋体代替了混凝土的浇注模板，故而得名。模袋上下两层之间用一定长度的尼龙绳来保持其间隔，可以控制填充时的厚度。浇注在现场用高压泵进行。混凝土或砂浆注入模袋后，多余水量可从织物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使强度增高。按加工工艺的不同，可将模袋分为两类，即机织模袋和简易模袋。前者是由工厂生产的定型产品，而后者是用手工缝制而成的。2.2.4.4 土工格室

土工格室是由强化的高密度聚乙烯宽带，每隔一定间距以强力焊接而形成的网状格室结构。典型的条带厚1.2 mm、宽100 mm，每隔300 mm进行焊接。格室张开后，可填以土料，由于格室对土的侧向位移的限制，可大大提高土体的刚度和强度。它可用于处理软弱地基，增大其承载力，沙漠地带可用于固沙，还可用于护坡等。2.2.4.5 土工管及土工包

土工管、土工包是用经防老化处理的高强土工织物制成的大型管袋及包裹体，可有效地护岸和用于崩岸抢险，或利用其堆筑堤防，解决疏浚弃土的放置难题。

土工包是将大面积高强度的土工织物摊铺在可开底的空驳船内，充填200～800 m3料物，将织物包裹闭合，运到一定部位，沉至预定位置。在国外，该技术大量用于环保。2.2.4.6 聚苯乙烯板块

聚苯乙烯板块称泡沫塑料，是以聚苯乙烯聚合物为原料，加入发泡剂制成的。它的主要特点是质量极轻、导热系数低、吸水率小，但也有一定抗压强度。由于其质轻，可用它代替土料，填筑桥端的引堤，解决桥头跳车问题、其导热系数低，故在寒冷地带，可用该材料板块防止结构物冻害，例如在挡墙背面或闸底板下，放置泡沫塑料以防止冻胀等。2.2.4.7 土工合成材料粘土垫层

土工合成材料粘土垫层是由两层或多层土工织物(或土工膜)中间夹一层膨润土粉末(或其他渗透性材料)以针刺(缝合或粘接)而成的—种复合材料。它与压实粘土垫层相比，具有体积小、质量轻、具柔性、密封性良好、抗剪强度较高、施工简便、适应不均匀沉降等优点，可以代替—般的粘土密封层，用于水利或土木工程中的防渗或密封设计。国外大量用于废料坑的底部防渗衬砌和顶部封盖。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，厚度变化对织物的孔隙率、透水性和过滤性等水力特性有很大的影响。常用的各种土工合成材料的厚度是：土工织物一般为0.1～5 mm，最厚的可达十几毫米；土工膜一般为0.25～0.75 mm，最厚的可达2～4 mm；复合型材料有时采用较薄的土工膜，最薄可达0.1 mm；土工格栅的厚度随部位的不同而异，其肋厚一般由0.5 mm至几十毫米。有些材料在受压时厚度变化很大，需规定在某固定压力下测定厚度。一般规定此压力为2 kPa。根据工程需要还应测试在20 kPa、200 kPa压力下的系列厚度。土工织物厚度可采用专门的厚度测试仪，土工膜厚度可直接用千分尺测定，—般要求加压面积为25 cm2，试样面积应大于加压面积的2倍，加压时间30 s，试样不少于10块。2.3.1.2 单位面积质量

单位面积质量为单位面积土工合成材料具有的质量，它反映材料多方面的性能，如抗拉强度、顶破强度等力学性能以及孔隙率、渗透性等水力学性能。通常以g/m2表示，是土工合成材料的主要物理性能之一。土工织物和土工膜单位面积质量受原材料密度的影响，同时受厚度、外加剂和含水量的影响，常用的土工织物单位面积质量一般在50～1 200 g/m2的范围内。测定单位面积质量采用秤量法，试样面积为100 cm2，数量不得少于10块，天平秤量读数应精确到0.01 g(现场测试为0.1 g)。测试前要求试样在标准大气压下恒温(20±2 ℃)，恒湿(65 %±2 %)24 h。2.3.2 力学特性

反映土工合成材料力学特性的指标主要有拉伸特性及抗拉强度、撕裂强度、顶破强度、刺破强度、穿透强度及握持强度等。

2.3.2.1 拉伸特性及抗拉强度

土工合成材料是柔性材料，大多通过其抗拉强度来承受荷载以发挥工程作用，因此抗拉强度及其应变是土工合成材料的主要特性指标。土工合成材料的抗拉强度与测定时的试样宽度、形状、约束条件有关，必须在标准规定的条件下测定。土工织物在受力过程中厚度是变化的，不易精确测定，故其受力大小一般以单位宽度所承受的力来表示，单位为kN/m或N/m，而不是习惯上所用的单位面积的应力来表示。目前测定抗拉强度基本上是沿用纺织品条带拉伸试验方法，即把试样两端用夹具夹住，以一定的速率施加荷载进行拉伸直到破坏，测得试样自身断裂强度及变形，并绘出应力—应变曲线。目前条带拉伸试验的试样分宽条与窄条两种，宽条试样宽200 mm、长100 mm，宽长比B/L＝2；窄条试样宽50 mm、长100 mm，宽长比B/L=1/2。试验机具应选择具有等速拉伸性能、能测读拉伸过程中拉力和伸长量或直接记录拉力—伸长关系曲线的拉力机，同时要求试样的最大断裂力在满量程的10 %～90 %范围内。国内规定拉伸速率为50 mm/min。

目前关于土工合成材料的拉伸力学特性一般采用室内无侧限拉伸试验进行测试。但现场埋设在填料中的土工筋材的力学特性因填料的约束作用而不同，人们曾通过对不同宽带的试件进行拉伸试验，以评价筋材受侧向约束的影响。但更科学的是应将筋材埋在填料中进行测试。此时的力学特性所受影响因素较多。有约束的拉伸试验表明，约束力将增加土工织物的抗拉强度和模量，对于土工格网和土工格栅，约束力的影响更为显著，因为除了界面的摩擦阻力外，筋材横肋所受拉伸方向的土压力还将约束其变形，从而增大了模量。

2.3.2.2 握持强度

土工织物承受集中力的现象普遍存在，握持强度是反映其分散集中力的能力。握持强度试验选用的仪器一般与条带拉伸试验相同，但试验方法不同。握持强度试验是握持试样两端部分宽度而进行的一种拉力试验。它的强度由两部分组成，一部分为试样被握持宽度的抗拉强度；一部分为相邻纤维提供的附加抗拉强度。它与条带拉伸强度之间没有简单的对比关系。由于各单位所采用的试样和夹具的尺寸不尽相同，试验的难度也较大，因此测得的成果相差很多。一般不宜作为设计依据。只可用作不同土工织物的抗拉强度的比较。土工织物握持力一般为0.3～6.0 kN。2.3.2.3 撕裂强度

土工织物和土工膜在铺设和使用过程中，常常会有不同程度的破损。撕裂强度反映了试样抵抗扩大破损裂口的能力，可评价不同土工织物和土工膜被扩大破损程度的难易，是土工合成材料应用中的重要力学指标。目前撕裂强度试验仍沿用纺织品标准测试方法。常用的纺织品撕裂试验，按试样形状分为梯形法、翼形法以及舌形法，舌形法又分为单缝与双缝两种。目前多采用梯形法测定土工膜及土工织物的撕裂强度，这种试验从其加力方式看，近似于张拉试验。土工织物梯形撕裂强度值一般为0.15～30 kN，不加筋土工膜的梯形撕裂强度值一般为0.03～0.4 kN。2.3.2.4 顶破强度 刺破强度及穿透强度

在工程应用中，土工织物及土工膜常被置于两种不同粒径的材料之间，受到粒料的顶破作用，同样也将受到抛填粒料引起的法向荷载。根据粒径大小形状、土工织物及土工膜接触面的受力特征和破坏形式的不同，可分为顶破、刺破和穿透几种受力状态。

(1)顶破强度是反映土工织物及土工膜抵抗垂直织物平面的法向压力的能力。顶破试验与刺破强度试验相比，压力面积相对较大，材料呈双向受力状态。所用试验方法有液压胀破试验、圆球顶破试验和相CBR顶破试验。

(2)刺破强度是反映土工织物或土工膜抵抗小面积集中荷载(如有棱角的石子或树枝等)的能力。试验方法与圆球顶破试验相似，只是以金属杆代替圆球。(3)穿透强度可通过穿透试验测得，这种试验是模拟工程施工中具有尖角的石块或其它锐利物落在土工织物或土工膜上的情况，用穿透试验所得孔眼的大小，评价土工织物或土工膜抵御穿透的能力。2.3.3 水力学特性

由于土工织物、细孔土工网等土工合成材料可以使水及空气自由地通过，并能有效地截留和控制土颗粒的流失，因此被广泛他用作排水和过滤材料。为此必须研究其水力学特性，其主要包括两方面：—是透水与导水能力；二是阻止颗粒流失的能力。这些特性涉及到土工合成材料的孔隙率、孔径大小与分布情况、渗透特性等。土工织物的渗透特性是其重要水力学特性之一。在过滤标准及其它有关水力学中，是一项不可缺少的重要指标。根据工程的需要，通常要确定垂直于织物平面的渗透特性和平行于织物平面的渗透特性。垂直于织物平面的渗透特性，主要用垂直渗透系数 表示。该系数是渗流的水力梯度等于1时的渗流速度，一般服从达西定律，土工织物的渗透系数约为 ～ cm/s，其中无纺织物的渗透系数为 ～ cm/s。使用土工膜的目的在于防渗，它可以阻挡水、水气、气体及有害物质(例如甲醇、丙酮和二甲苯等)的渗透。土工膜在水压力作用下产生渗流的原因是由于制造时的不均匀性和缺陷等因素所造成的，有些细微的通道，则是在一定的水压力下被水冲破而形成的，温度变化引起水体积变化，土工膜的渗透系数愈小，温度对试验结果的影响愈大。

土工织物用作滤层时，水从被保护土中流过织物，在流动中使土颗粒集聚在织物表面的孔口上，堵塞水流通道的进口，或是细颗粒沉积在孔隙内部，逐渐减小通道的有效过水面积。前者称为堵塞，后者称为淤堵，堵塞一般发生在渗流开始阶段，而淤堵则随时间增长而加重。目前判断织物滤层淤堵，通常是通过观察通过织物的流量减小以及进入织物的土颗粒增多的现象来评估，还不能给出淤堵程度的允许值，只能通过被保护土与织物滤层的长期工作试验，观测渗透流量的变化与稳定情况来评估。2.3.4 耐久性

土工合成材料的耐久性包括许多方面，主要是指对紫外线辐射、温度变化、化学与生物侵蚀、干湿变化、冻融变化和机械磨损等外界因素变化的抵御能力，材料的耐久性主要与聚合物的类型及添加剂的性质有关。土工合成材料的老化现象主要是因为高分子聚合物具有链节结构，受外界因素的影响发生降解反应或交联反应的结果。使材料老化的各种因素中，阳光辐射起着最重要的作用。紫外线具有很大的能量，能够切断许多聚合物的分子链，或者引发光氧化反应。其试验方法主要有自然老化和人工老化两大类，近几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。添加防老化剂、方法简便，效果显著，是当前防老化的主要途径。土工合成材料在有覆盖的情况下(或埋在土中)，老化速度缓慢。

聚合物对化学腐蚀一般具有较高的抵抗能力，但某些特殊的化学药剂或废品对聚合物有腐蚀作用。因而利用土工合成材料(土工膜)作污水或废物存储池的防渗材料时，对其化学稳定性要认真对待。土工合成材料在铺设过程中易受损伤，且不易被发现，国外试验研究发现，埋在土中的织物老化主要是由于机械伤引起的，铺设造成的孔洞是使材料强度降低的主要因素。孔洞数愈多，原始强度降低得愈多。在高温条件下，合成材料将发生熔融现象。有时温度虽未达到融点，聚合物分子结构也可能发生变化，影响材料的弹性模量和强度。有些聚合物在特别低的温度下，也使柔性降低、质地变脆，影响其力学特性，给施工及接缝造成困难。

此外，干湿度和冻融变化可能使一部分空气或冰屑存在织物内部，影响其渗透特性。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，一种土工合成材料往往就兼有数种功能。随着土工复合材料的发展，所兼有的功能就更多。总的说来，土工合成材料的主要功能可归纳为六类，即过滤作用、排水作用、隔离作用、防渗作用、防护作用以及加筋作用。2.4.1 过滤作用

把土工织物置于土体表面或相邻土层之间，可以有效地阻止土颗粒通过。从而防止由于土颗粒的过量流失而造成土体的破坏。同时允许土中的水或气体通过织物自由排出，以免由于孔隙水压力的升高而造成土体的失稳等不利后果。

土工织物可适用于土石坝粘土心墙或粘土斜墙的滤层，土石坝或堤坝内的各种排水体的滤层，储灰坝或尾矿坝的初期坝上游坝面的滤层。堤、坝、河、渠及海岸块石或混凝土护坡的滤层，水闸下游护坡下部的滤层，挡土墙回填土中排水系统的滤层，排水暗道周边或碎石排水暗沟周边的滤层，水利工程中水井、减压井或测压管的滤层等。2.4.2 排水作用

有些土工合成材料可以在土体中形成排水通道，把土中的水分汇集起来，沿着材料的平面排出体外。较厚的针刺型无纺织物和某些具有较多孔隙的复合型土工合成材料都可以起排水作用。

它们可适用于土坝内垂直或水平排水，土坝或土堤中的防渗土工膜后面或混凝土护面下部的排水。埋入土体中消散孔隙水压力，软基处理中垂直排水，挡土墙后面的排水，各种建筑物后面的排水，排除隧洞周边渗水、减轻周边所承受的外水压力，人工填土地基或运动场地基的排水等。2.4.3.隔离作用

隔离是指在两种物理力学性质不同的材料之间铺设土工合成材料，使它们不互相混杂。例如将碎石和细粒土隔离，软土和填土之间隔离等等。隔离可以为工程带来许多预期的良好效应，举例说明如下：(1)通过隔离层，引起应力扩散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。(2)隔离提供排水面，加速地基土固结，使承载力提高。

(3)隔离层起整体性作用，可使要求的地基粗粒料支持层的厚度减少，节约建筑材料。

(4)地基中有部分软弱区域，或有小范围洞穴，铺隔离层有架桥作用，以掩盖和减弱洞穴区或软弱区的影响。(5)在地下水位较高的地基中，隔离层可以切断毛细水上升，防止盐碱化，或减弱冻胀。(6)道路基床中，隔离是防治翻浆冒泥的有效措施。(7)隔离层还起一定的保温作用。

用于隔离的土工合成材料应以它们在工程中的用途来确定。应用最多的是有纺和无纺土工织物。如果对材料的强度要求较高，有时还要求以土工网或土工格栅作为材料的垫层。当要求隔离防渗时，则需要土工膜或复合土工膜。2.4.4 防渗作用

土工膜和复合型土工合成材料，可以防止液体的渗漏、气体的挥发，保护环境或建筑物的安全。它们可用于土石坝和库区的防渗，渠道防渗，隧道和涵管周围防渗，防止各类大型液体容器或水池的渗漏和蒸发，屋顶防漏，用于修筑施工围堰等。2.4.5 防护作用

多种土工合成材料对土体或水面，可起防护作用。它们主要用于防止河岸或海岸被冲刷，防止垃圾、废料或废液污染地下水或散发臭味，防止水面蒸发或空气中灰尘污染水面，防止土体冻害等。2.4.6 加筋作用

很多土工合成材料埋在土体中，可以分布土体的应力，增加土体的模量，传递拉应力，限制土体侧向位移；还可以增加土体和其它材料之间的摩阻力，提高土体及有关建筑物的稳定性，土工织物、土工格栅、土工网及一些特种或复合型的土工合成材料，都具有加筋作用。它们可用于加强软弱地基，加强边坡稳定性，用作挡土墙回填土中的加筋或锚固挡土墙的面板，修筑包裹式挡土墙或桥台，加固柔性路面、防止反射裂缝的发展等。第3章省略见谅

第4章 结论

4.1 土工合成材料应用中存在的问题

(1)在工程实际应用中，设计对土工合成材料的技术指标、施工工艺和方法常有特定的要求，但个别工程实施后达不到预期效果。主要原因是施工技术问题，部分施工人员对这一新型材料还比较生疏，施工设备和方法比较落后，操作不规范，以致施工质量达不到设计要求。

(2)土工合成材料本身制约着工程质量，有些产品工艺落后，成本较高，质量难以达到规定标准。(3)工程施工中，部分单位在购买材料时低价竟标，更有相当多的单位没有检测设备和检测人员，没有把好质量关。因此，土工合成材料在生产及施工应用上，还缺乏必要的、严格的行业管理。4.2 结论

《铁路路基土工合成材料应用技术规范》自发布实施以来，有力促进了铁路土工合成材料的应用，路基工程质量得到了质的提高。但由于设计理论的相对滞后，土工合成材料生产厂家众多，产品质量参差不齐，技术规范有关条款不易操作等诸多原因，限制了进一步的推广应用。我认为在规范修订时，如下方面予以考虑完善。

(1)增加土工合成材料生产原料的技术要求，分不同地区、不同的应用条件提出相应产品技术指标。对作为重要受力构件的材料(如加筋土挡土墙拉筋带)，要增加蠕变强度等指标。

(2)各类结构、构筑物的计算理论和方法要在规范中明确和进一步细化；随着工程实践的积累，宜增加高墙(如单级超过10 m的加筋土挡土墙)、包裹式加筋土挡土墙、加陡边坡加筋路堤、土工格室加固软基等计算方法。

(3)补充新型土工合成材料，如经编土工格栅、立体植被网、双向拉伸土工格栅的应用条件和技术要求。(4)吸收近年来土工合成材料应用的成功经验和教训，进一步完善设计和施工质量检验条款。(5)实践证明，基床铺设隔断材料(如复合土工膜)宜全断面满铺。

(6)参照国标和其它标准，统一材料名称，制定较详细的技术指标、检验(测)项目和标准。

土工合成材料在工程应用中有着极为突出的优势，在公路、铁路、水利、环保工程等方面，就地取材，原来不能利用的淤泥、沙土、碎石等采用土工合成材料后都能变成坚固的路基和挡墙，无需开山取石取土修建，有效地保护了自然生态环境，防止了水土流失和山体滑坡。随着科技的不断发展土工合成材料的用途将不断延伸，推广土工合成材料的首要目的和优势就是保护生态环境，有着其他材料不可替代的优点。土工合成材料作为一项新技术，在我国应用的历史尚短，与先进国家相比，其应用和发展水平还有一定差异。今后对土工合成材料的应用我们要做到“用对、用好、用精”：“用对”是指使用的场合和部位要正确，所选的材料要对路，不能选错或用错；“用好”是要求做出合理的设计，组织精心的施工，实行经常性的维护；“用精”即在使用中要有发展、有创新。

第三篇：光面爆破技术在软岩地区隧洞开挖工程中的应用

光面爆破技术在软岩地区隧洞开挖工程中的应用

李慎平

(江西省水利水电建设有限公司 江西 南昌330006)摘要: 光面爆破在钻爆法施工中是一种比较成熟的施工技术，在软岩地区根据围岩的变化情况，及时调整光爆参数，对同类围岩，根据其结构特征，破碎程度等不同情况，分别选取不同的光爆参数，都可获得较理想的爆破效果。结合工程实例，介绍光面爆破参数的选取、施工中调整及施工效果分析。

关键词:

光面爆破；软岩；隧洞开挖 中图分类号：TV542 文献标识码：B 1工程概述

窑里水库位于江西省新干县城上乡河陂村,距新干县城45km,坝址以上控制流域面积74.2km2,水库总库容3 830万m3,灌溉面积3 413hm2,电站装机容量为6 000kW,是一座以灌溉为主,兼有防洪、发电、养殖等综合效率的中型水库.水库自1965年8月动工兴建,至1971年春竣工,由于当时正处文革期间,施工过程断断续续,属典型的“三边”工程,大坝质量先天不足,在运行中逐步暴露出较多的安全隐患,严重威胁坝体运行安全和正常效益的发挥,被水利部列为病险水库.由于现有坝下发电灌溉涵管老化锈蚀严重，难以维修，副坝左右山体地质条件相似，拟在副坝左侧山体中新挖一个灌溉发电隧洞来代替它。隧洞长550m，穿越副坝左侧山体，其岩性主要为千枚状云母片岩，表层全风化岩石很厚，有27～28m深，具有中等-强透水性，顺片理面裂隙发育，但多呈闭合状。

隧洞进出口洞脸天然边坡50º～70º，属于残坡积层和全强风化岩体，残坡积层厚约5～10m，成洞条件差，属于不稳定岩土体。进出口围岩坚固性系数fk=1.8-2.0,基本属于Ⅳ、Ⅴ类围岩（不稳定），洞身段长度470m，处于强-弱风化岩体中，岩性属于千枚状云母片岩，上覆岩层大于10m，围岩坚固性系数fk=4；属于Ⅲ类围岩（稳定性差）。设计隧洞开挖为圆形，开挖直径2.4m，衬砌成型后洞径1.8m。2 光面爆破方案的确定

该隧道开挖采用钻爆开挖技术，全断面一次性开挖法，为有效控制开挖轮廓，减少超欠挖，减小对围岩的扰动，围岩开挖决定采用光面爆破设计。根据施工现场的实际条件及本合同段围岩情况，施工中，坚持“短进尺、弱爆破、勤量测、紧封闭”的原则，钻爆开挖一般采用浅眼、密孔、短进尺、多循环的施工方案，3 光面爆破设计

1）光面爆破的起爆顺序。

起爆顺序：掏槽炮→辅助炮→周边炮。采用多段微差起爆（由内向外），主爆区使用非电毫秒雷管。光爆眼用导爆索一次同时起爆。3.2光面爆破参数的确定

确定合理的光爆参数，是获得良好光面爆破效果的重要保障。由于工程地质条件和施工条件的千变万化，光爆参数的选择应根据经验初选参数，再通过现场试验来确定。1)炮眼直径d。本本工程炮眼直径为42mm。2)炮眼深度L。本工程取L=2.0 m。

3)周边眼间距b。周边眼间距和最小抵抗线是光面爆破的两个重要参。一般原则：软岩和层理节理发育的岩层上，眼距应小而抵抗线应大，隧道开挖施工爆破可按式（1）确定周边眼距b。

b＝(8～18)d

(1)本工程取b=500mm。

4)最小抵抗线W。最小抵抗线即光面层的厚度，光面爆破效果的好坏，除受周边眼距和周边装药结构的参数的影响外，更主要受最小抵抗线的影响，光面层厚度不仅影响周边眼裂纹的形成，而且还影响光面层的破碎和开挖后隧道围岩的稳定。因此，确定合理的光面层厚度，对提高光面爆破有积极的作用。

光面层厚度可以用以下公式来确定 w=(10~20)d

(2)本工程取w=600mm。

5)炮眼密集系数m。炮眼密集系数也称炮眼临近系数，它表达了炮眼间距b与最小抵抗线W之间的关系，即m=b/W，是光面爆破参数确定中的一个关键值。m=b/W=0.83。6)装药量。每个循环炮眼的总装药量可按下式确定：

Q=q×s×L×り=1.4×4.5×2.0×0.9=10.53kg

(3)式中q为按定额确定的单位炸药消耗量，取q=1.4kg/m3；L为光面炮眼的平均深度，m；s为开挖面积,取s=4.5m2, り为炮眼利用率,取り=90%。

周边孔每孔装药量Q1=p×L=0.12×2=0.24kg

(4)式中p为线装药密度，取p=0.12kg/m。

掏槽孔及辅助孔每孔装药量Q2=(Q-n1Q1)/(N-n1)=（10.53-15*0.24）/(27-15)=0.58kg

(5)式中Q为每个循环炮眼的总装药量;n1为周边眼数;Q1为周边孔每孔装药量;N为炮眼总数

7)不偶合系数E。炮眼直径与药包直径的比值称为不偶合系数。不偶合系数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开挖断面的中部，采用斜眼掏槽布孔形式取两对相对的炮孔，中间设一个空孔作为装药爆破的辅助自由面，爆破形成锥形空间。每对孔底距取20～30cm,炮孔角度取60°～75°。即布置5个掏槽眼,其中一个空孔。② 周边孔和辅助孔的布置

周边孔通常布置在距开挖断面边缘0.1～0.2m处，光爆孔的孔底朝隧道开挖面方向外侧倾斜4°～5°，周边眼的间距为0.5 m。即布置15个周边孔.辅助孔布置7个，均匀地布置在掏槽眼与周边眼之间的范围内，同时满足周边眼最小抵抗线要求，钻孔方向垂直于隧道开挖面。4 光面爆破参数的调整

光面爆破是一项能有效控制岩体开挖轮廓减少超欠挖的爆破技术，通过对隧道周边进行正确的钻孔和爆破，可以保留完整的周边轮廓及减少对围岩的扰动。确定合理的光爆参数，是获得良好光面爆破效果的重要保证。

隧道钻孔直径为φ42mm，钻孔深度为2m（除掏槽眼取值2.2m），爆破中使用乳化炸药。在施工中分别对周边眼间距为40cm，45cm，50cm，55cm，60cm、光爆层厚度及炮孔数量等进行多次现场爆破试验，总结出以下爆破技术参数：

1)周边眼间距b。当爆孔孔径d为42mm时，Ⅲ类围岩周边眼的间距为0.50m，Ⅳ类围岩约为0.55m比较合适。

2)Ⅲ类围岩光爆层厚度W取55cm，Ⅳ类围岩W取60cm。3)密集系数m m取值0.82。

4)孔深L隧道光面爆破，周边眼的深度，取决于钻眼精度。本隧道钻眼深度L取值2.0m，进尺1.80m。

5)线装药密度。经过现场试验和施工经验数据，光面孔线装药密度确定为0.12kg/m；辅助孔及掏槽孔线装药密度确定为0.25~0.3kg/m。

6)炮孔数量N。考虑到不同围岩类别周边眼适当加密,Ⅲ类围岩炮眼总数选取27个，Ⅳ级围岩炮眼总数选取31个。5 施工方法及工艺 5.1 钻爆机具材料

钻孔采用2台YT—28型凿岩机和1台10m³空压机，人工钻孔，钻孔直径为42mm，一字形合金钢钻头。周边眼采用Φ25mm小直径药卷，其余炮眼采用Ф32mm炸药。引爆雷管为8号电雷管，爆破网络采用塑料导爆管连接孔内微差非电毫秒雷管起爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用扩大掏槽效果。5.2 光面爆破施工工艺 5.2.1 放样布眼

钻眼前，测量人员用全站仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。5.2.2 钻眼要求 掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于5cm。

周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm；周边眼外斜率不得大于5cm/m，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。辅助眼至周边眼的排距，误差不得大于5cm；

钻眼装药调整: 当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度并相应调整装药量，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后，方可装药爆破 5.2.3 炮眼布置要求

①先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比其他眼加深20cm。

②周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm，眼底落在轮廓线上。

③辅助眼均匀分布的原则布置。5.2.4 孔口堵塞长度

已装药的炮眼应及时用炮泥堵塞、密封，周边眼的堵塞长度不宜小于20cm，其余炮眼的堵塞长度不宜小于35cm，且堵塞密实，严禁用纸箱等易燃物进行堵塞。5.2.5 清孔装药

装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。周边眼采用小直径药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。5.2.6 连接起爆网络

起爆网络采用复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。导爆管采用四通管连接，不能打结和拉伸，各类炮眼雷管连接段数相同。引爆雷管应用绝缘胶布包扎在离一根导爆管自由端15cm处，聚能穴背向传爆方向，网络连好后要有专人负责检查后再起爆。5.2.7 光面爆破施工技术措施

①对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们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选用抗水、低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的乳化炸药。③用不耦合装药结构，光面爆破不耦合系数为1.5～2.0，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。

④严格掌握与周边眼相邻的辅助眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。周边眼应尽量同时起爆。

⑤控制周边眼装药集中度，必要时采取间隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可在眼底加强装药。

⑥当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。6 光面爆破实施效果

1)周边轮廓基本符合设计要求，爆破后岩石壁面基本平整，起伏度在15cm以内。2)爆破后岩面保留有半眼孔痕，整体性好的围岩半眼率大于80%。3)爆破后，在围岩壁面上无粉碎损伤，无明显新生裂隙，对围岩破坏轻微。4)爆破后围岩稳定，基本无剥落现象，大的危石浮石少。5)循环进尺理想。7 结语

在隧道施工中，同一隧道不同地段常有岩石软硬不均，风化程度不同、节理发育不同等实际情况，光爆参数也要随之调整，具体的说，对于岩石变软、风化严重或节理发育的情况，宜将周边眼眼距（b）、线装药密度（p）适当减小，反之应增大。

在软岩地质条件差的情况下，采取光面爆破技术施工，只要爆破参数调整适当，开挖隧洞是可行的。

作者：

李慎平，男，1971年生，1996年毕业于南昌工程学院，大学专科，项目经理，工程师，长期从事水利工程施工工作。

[收稿日期：2008-10-15]

第四篇：浅谈统计学在工程中的应用

浅谈统计学在工程中的应用

统计学在数学，工程，物理科学，投资等领域都有着重要的作用，我们现在的工程中也有统计学应用的例子。这篇文章将从我们都很熟悉的《公路桥涵施工技术规范2000版》内截取一例，以及在工程资料和预应力计算方面统计学的应用来说明统计学在工程方面的应用。

《公路桥涵施工技术规范2000版》第199页附录F-4 混凝土配

n制强度计算里面应用如下公式RP=R+1.645σ（1）, σ=（2）。

Ri12inRn2n1公式（2）取自样本标准差计算公式，（注意：因为混凝土试件仅仅是混凝土结构总体的样本，故规范采用的是样本标准差计算公式，而

n不是总体标准差计算公式：σ=

Ri12inRnn2）。

而公式（1）为何以混凝土强度等级加1.645σ，这个公式到底包含的怎样的内容，以下做简略介绍：

我们配置混凝土，要求其至少达到设计强度，这样，混凝土的强度就成为一个数学期望值为设计强度R，分布幅度为σ的正态分布f(x)=1(x)2222e其中μ为设计强度，x为混凝土样本的强度。如图：

yμx

图1 其中阴影部分面积表示的是大于等于混凝土设计强度μ的混凝土样本，这样就存在了一个问题：如果我们按照设计强度配制混凝土，那么，很容易发现，配制的混凝土大于设计强度和小于设计强度的概率均为50%，无法保证混凝土强度达到设计要求，于是，我们人为提高混凝土的数学期望值为μ+1.645σ如图2：

y以设计强度配制的混凝土强度分布曲线以提高后的强度配制的混凝土强度分布曲线μμ+1.645σx

由图可见，当按提高后的强度的配置的混凝土样本强度保证率由原来 的50%，提高到了。那么提高f(x1.645)d(x)（图中阴影部分面积）了1.645σ的混凝土样本有多大的保证率呢，换句话说也就是图中阴影部分面积到底是多少呢。

1、查标准正态分布表1.64的概率为0.9495,1.65的概率为0.9505，内插可知1.645的概率为0.95，2、使用定积分计算f(x1.645)d(x)=

f(x)d(x)输入5800或4850

1.645计算器，其中σ和μ可以任意取值，本人用5800计算器σ=3，μ=30，计算结果为0.9500，（使用计算器验算时需要注意∞取值由于计算器硬件原因不宜取值过大，否则不能计算出结果，同时由于正态分布曲线的规律，在x较大的情况下著）

从以上的分析可以得出结论：按照R+1.645σ配制的混凝土能够达到R的概率为95%。

在统计学也能应用在工程资料方面，例如辨别资料造假。现在的现场质检资料基本都由技术员在办公室完成，很少实际现场测量后填入实测数据，比如钢筋间距，对于胡乱填写在规范范围内的数据，一组两组也许不能说明问题，看不出是否真实（不包括明显的日期，时间，数据是否合理）。但是，当大量的数据汇总后，这些数据就是一组样本，例如钢筋间距的相对值（也就是我们说的正负误差）是满足数学期望值为0，σ为钢筋间距样本标准差的正态分布曲线，因此，当我们通过样本的统计，绘制出曲线后，我们可以将样本与样本曲线

f(xx)d(x)-f(x)d(x)差值并不显

比对，如下图：

-1-2-30123这是合理的间距分布图，而下图是不合理的间距分布图。

-1-2-30123在将来的质量事故调查中，辨别检查数据的真假也许可以引入统计学的知识，帮助工程管理人员发现问题。

在预应力张拉施工过程中，计算千斤顶油表的读数也有统计学的应用在里面，首先我们知道油表读数与张拉力是一次线性相关的，于是我们建立了Y=aX+b(Y是油表读数，X是张拉力)的回归方程，当试

验室使用千斤顶达到各阶段的压力时，记录下油表读数对应的张拉力，如下图：

油表读数样本yx=a+b千斤顶压力

取得一系列样本后，用最小二乘法计算出相关系数a和常数b（现在可以使用4850或5800计算器的DATA功能很方便的求出），利用这个方程，我们便可以方便的求出在任何压力下，油表的读数值。

本文仅仅从工程技术的几个小方面浅谈了一下统计学的应用，只要我们在工作中不光知道要怎样做，还能仔细去想想为什么这样做，那么我们一定会发现在工程中渗透着各种各样的分支学科。工程并不是像某些人所说的那样只凭经验，经验只是个人的工作总结，而书本上的知识则是大量前人的工作总结。希望本文对各位工程技术人员有帮助。

第五篇：15电磁在非牛顿流体中的应用

15电磁流量计在非牛顿流体流量测量中的应用

流量计确定一次装置精确度的方法是建立在参考流动条件基础上的。但是，不同工作原理的流量计对参考流动条件的敏感程度是不同的，有的甚至相差甚远。参考流动条件中所规定的具有充分发展的层流或紊流的速度分布和牛顿流体与我们要讨论的问题相关。

“由牛顿流体所形成的速度分布是所有流量计（编注：本文主要指速度式流量计和标准节流装置等）的基本参比状况，各种修正都是根据这个速度分布进行的。为确定非牛顿流体对流量计的影响，需要在实验室进行专门的测试。由于非牛顿流体的种类繁多，目前这方面已公布的数据甚少。”在许多应用的场合下，有许多非牛顿流体处于层流状态，其速度分布与牛顿流体不同，它们偏离了牛顿流体层流速度分布的情况，其速度分布是难于预报的，但已知其分布是对称的，而达到这种速度分布所需的直管段长度通常仅为牛顿流体所需长度的1/3到1/2。[10] 封闭管道中使用的电磁流量计是通过测量流体的面平均流速进而算出流量的速度式流量计，但它与其它速度式流量计不同的是，电磁流量计具有可以测量非牛顿流体，并且无须进行雷诺数、压力、温度、黏度和密度修正的显著特点，这与其输出信号的特性有关。

在日本1979年出版的《流量测量手册》[11] 一书中说：“电磁流量计检测电极所产生的感应电动势与平均流速成正比，因此，无论管路内的流动为层流也好，或因雷诺数的变化而变为紊流也好，只要流速分布与管轴对称，一般也会感应出与平均流速成正比的电动势，但 是，必须注意一般在弯管和阀门的前后的流动，由于流速分布变乱，不会出现上述情况。”当时的电磁流量计虽然可以做到从层流到紊流的测量，无须进行雷诺数修正，但要求流速分布必须是与管轴对称的。

在美国1983年出版的《流量测量工程手册》[10]一书中也有类似的表述：“至今，几乎还没有在层流状态下非牛顿流体流量测量的资料。除了用文丘利管测量泥浆和污水的流量或不需要进行雷诺数校正的场合，在许多情况下是采用电磁流量计，这主要是由于它的输出基本上是反映速度分布的平均值。”也就是说，电磁流量计可以测量层流状态下的非牛顿流体。

随着电子技术和计算机技术的快速发展，加速了电磁流量计技术的发展。20世纪90年代以后，励磁方式的不断改进代表着电磁流量计技术的不断进步。与早期的工频励磁相比，低频矩形波励磁，双频励磁，可编程控制励磁等新的励磁方式的电磁流量计，提高了传感器输出流量信号的信噪比，降低并稳定了仪表的零点。转换器应用先进的集成运算放大器大幅度降低了器件的噪声。采用数字的处理方法，较模拟电路的转换器能使电磁流量计的测量精确度大幅度提高。感应信号的权重函数理论的研究，一定程度地改善了管道内流速分布非轴对称性对流量准确测量的影响。因此，现代的电磁流量计才有可能达到±0.5%,甚至±0.2%的测量精确度，而且适用范围更宽。[13] 非牛顿流体的种类繁多，目前，我们比较熟悉的有据可查的常用电磁流量计测量的非牛顿流体有纸浆、矿浆、水煤浆、钻井用泥浆等[10]（P166），我们习惯上称其为浆液，而把适用于测量浆液流量的 电磁流量计称为浆液型电磁流量计。这里需要说明的是，电磁流量计在这些行业并非全部用于浆液流量的测量，但测量浆液流量占有重要地位。下面我们将分别讨论电磁流量计在造纸、氧化铝和甲醇行业的应用。

15．1电磁流量计在造纸行业的应用

造纸行业已成为继汽车、电子之后的第三大支柱产业。据悉，在从国外引进的成套造纸设备中，对液体流量的测量大多采用了电磁流量计。国内的大中型造纸企业也已逐步完成了用电磁流量计替代传统的差压式流量计的更新过程，并积累了一定的实用经验，且不断对仪表提出新的使用要求。造纸行业对电磁流量计的需用量相当大，以年产量为35万吨的造纸厂为例，其电磁流量计的使用量可达到400台左右。另外，作为国策，严格环保法治势在必行，造纸企业全面污水处理也需要一定数量的电磁流量计。以下是具体使用情况。

图15.1是造纸生产流程图。

图15.1 1).备料制浆车间工艺流程

备料制浆过程需用电磁流量计大约在50～60台。口径根据工艺管道而定。

该车间的任务是把各种不同的原料分别制成浆料。电磁流量计在制浆过程中主要是测量水、碱、酸和打磨浆的流量。经过机械打或磨的浆料的温度一般可达80℃。备料制浆过程根据所用材料可分为如下两类：

(1).用木材或草料（如稻草、芦苇、麦秸等）制浆: 制奖前要先将木草料进行蒸煮。蒸煮液由水和碱[氢氧化钙Ca(OH)2或氢氧化钠NaOH]配制而成，呈碱性。所以，这里对碱和蒸煮后的打磨浆进行流量测量的电磁流量计应选用分体型结构；衬里多选用耐高温和腐蚀的聚四氟乙烯[PTFE（F4）]或其它氟塑料（资料显示，造纸行业使用的电磁流量计，85%以上选用的是F4衬里，效果满意）；电极应选用耐腐蚀性强的哈氏合金C（Hc）或钛（Ti）等，切记不可选用钽电极，因为钽在碱中不耐腐蚀。测量酸性浆液要求不高时，电极材料可选耐酸钢316SS。

(2).用废纸制浆: 将废纸打成浆后要进行洗涤漂白处理。当电磁流量计用于打浆后的加水流量测量时，大多用稍加处理的附近的江河水，虽水质较差，但无腐蚀性，可采用常规的橡胶衬里和不锈钢电极（如316SS）。而用于脱墨剂流量测量时，由于常用的脱墨剂有氢氧化钠（NaOH）、硅酸钠（Na2SIO3）、过氧化钠（Na2O2）或过氧化氢（即双氧水）（H2O2），比较复杂，所以对电磁流量计衬里和电极材料的选用要慎重。衬里一 般都可选用F4或PFA；电极可参考以下文献：《电磁流量计》[14]一书中推荐，测量过氧化钠时，选用Hc较合理；上海横河电机有限公司2004年4月《电磁流量计选型设计资料》介绍，测量硅酸钠（100%）时，选用钽较合理；测量过氧化氢（50%）时，选用钽或钛较适合；测量氢氧化钠时选用Hc。由于介质种类繁多，其腐蚀性又受温度、浓度、流速等复杂因素影响而变化，故以上对衬里和电极的选择仅供参考。用户应根据实际情况自己做出选择，必要时应做拟选材料的耐腐试验。

2).筛选漂白车间（即抄纸车间）工艺流程

筛选（即抄纸）和洗涤（即漂白）这两个工段是造纸厂使用电磁流量计最多的，本例可达250台左右。在浆液配比过程中的适用口径一般为DN50～DN15 该工艺流程可分为两部分:(1).配浆过程: 电磁流量计用于测量从各备料制浆车间流入抄纸车间各浆池和从各浆池流入配浆池的每个流量测量点的浆料的流量。此例共有以下五种浆料参与配浆过程：

A.化浆—由传统“化浆生产线”生产的纸浆； B.脱墨浆—由废纸脱墨工艺生产的纸浆;C.CTMP浆—用化学热磨法生产的纸浆； D.机浆— E.损液奖—

这里，CTMP浆和机浆的温度高达50-80℃，衬里材料可选用F4或 PFA。

各生产厂家为得到不同质量的纸张，在浆液配比过程中采用不同的浆液配比浓度，但往往由于一种浆料的细微超差而导致成品不合格,从而造成经济损失。所以各生产厂对这一环节都非常重视，在每一根参加配比的管道中都装有电磁流量计测量流入配浆总管的瞬时和总量流量，同时还在配浆管的下端装有在线浓度计，以检测配浆效果。若一旦发现预定的浓度有偏差，就立即调节阀门的开度以调整相应的浆料流量。这里不仅要求电磁流量计精确度高，同时要求具有良好的重复性和动态响应性能。

(2).筛选过程: 在配浆后的筛选（习惯称抄纸）过程中，纸浆浓度常影响流量测量。经验表明，当浓度大于3%的纸浆用低频方波励磁频率（如25Hz）或双频励磁，可以改善测量输出的抖动现象。以DN300的电磁流量计测量浓度大于3.5%的瓦楞板纸为例,用常规的1/32工频(约为1.56Hz,1工频为50Hz)时，瞬时流量显示的抖动量高达10.7%;当选用频率可调的电磁流量计时,将其励磁频率改为1/2工频(即25Hz)时,跳动量减少到1.9%，效果相当明显。目前的“双频励磁方式是日本横河电机公司研究开发的一种高、低频矩形波调制波的励磁方式。所采用的励磁频率为：低频是6.25Hz，它有助于提高零点的稳定性；高频是75Hz，高频励磁大幅度降低了浆液对电极产生的极化电压（测 量固、液双相的浆液流体时，固体擦过电极表面所产生的浆液噪声，即一种直流极化电压），减弱了测量输出的抖动，提高了测量的响应速度。因此，双频励磁既有稳定的零点和高精度的测量的优点，又有很强的抗“浆液噪声”能力，反应速度快等优点，是低频矩形波励磁和高频励磁的结合。”

“双频励磁传感器存在一个低频系数和一个高频系数两个仪表系数，因此，转换器调整时，求得两个系数相对于一个仪表系数要麻烦一些。”“从上面的叙述可以看到，励磁方式的研究对于电磁流量计的应用与发展显得非常重要。随着技术的进步，也许不久的将来还会有更先进、更完美的励磁方式出现。”[ ] 在抄纸工序，由于配浆、抄纸过程中需要对冷却水、明矾和化石粉等添加剂，须作流量控制监测，因此，是造纸厂中使用电磁流量计数量最多的，本例用量约达200台左右。

为保证纸张的白度均匀细致，要添加不同的添加剂、分散剂和漂白剂。这些添液的流量小，腐蚀性强，所以衬里基本上都选用F4或PFA。由于造纸厂常用氧化性强的双氧水作漂白剂，而双氧水对金属材料的腐蚀性特别强，出于防腐考虑，往往选用铂铱合金（Pt）为电极材料，但实用情况表明，当过程压力小于0.3MPa（3公斤）时，Pt电极会同双痒水发生反应，而在电极表面形成一层气雾，称之为触媒反应。这时输出信号会产生很大波动。但选用钽（Ta）电极就没有上述问题。如果换用NaOH（碱）做漂白剂，就不能选用钽电极，因为碱液会使钽电极产生表面效应。实验数据表明，即使钽电极在测量一 般的水时，其零点的波动也要超过其它电极数十倍。

小口径电磁流量计安装时要特别注意同心度。本例中采用小口径DN10的电磁流量计测量上述添加剂，均能获得较理想的效果。在国外的造纸生产线上，这些场合也有部分选用科里奥利质量流量计的。

总之，电磁流量计在造纸行业的液体流量测量中占主导地位，衬里普遍选用F4，电极则根据液体性质而定。绝大多数的使用问题出现在初期的选型和安装不当。如电极或衬里材料选择失误；流体不满管；直管段长度不足；安装时传感器与管道（特别是小管道）的不同心度或密封垫圈进入流场等。这些问题常常是电磁流量计未能正常运行的主要因素。

15.2电磁流量计在氧化铝行业的应用

氧化铝的用途很广，如牙膏、医药、陶瓷、各种铝合金铝型材等。我国是产铝大国，具有大规模的氧化铝生产企业和基地。目前，氧化铝行业已成为国民经济生产总植（GTP）中发展最快的行业之一。但随着我国工业和城乡建设的快速发展，国产氧化铝仍供不应求，目前，国内需求量的30%需要进口，这给国内氧化铝生产行业的发展留下了相当大的空间。近年来，我国新建的氧化铝生产企业和扩建的氧化铝生产线如雨后春笋。现知，仅山东的新建企业就有滨州的魏桥铝电，设计生产能力为1000万吨/年（分五期完成），现已完成一、二期共400万吨/年的产能；聊城的信发华宇已建成240万/吨的产能，又在广西建了一个新厂；龙口南山集团。改扩建项目如：中国铝业中州分公司投资12.92亿元的30万吨/年选矿拜尔法高新技术产业化示 范工程、山东分公司的60万吨/年拜尔法改扩建工程。又如，中铝河南分公司总投资十亿元，采用国际先进的“选矿拜而法生产氧化铝新工艺”项目等。

氧化铝行业不但是一个高耗能、高污染、高产出的行业，而且流程长，工序多。因此，在配料监控、节能降耗、治污减排、回收循环利用等各个环节，都需要使用大量的流量计。其中，电磁流量计约占其中的50%左右。下面讨论电磁流量计在氧化铝行业的应用，特别是在浆液流量测量方面的选型和使用。

目前，氧化铝的生产方法有三种：拜尔法、烧结法和混联法。其中，混联法是前两种方法的混联。所以，这里仅介绍电磁流量计在拜尔法和烧结法中的应用。

1).拜尔法