我国防火材料的应用和发展

第一篇：我国防火材料的应用和发展

我国防火材料的应用和发展

姓名：张政1 吴啸鹏2 杨永杰3 马旭春4 刘堃5 柯浩6

摘要：随着现代建筑的日益高层化以及几年来火灾事故的接连发生，建筑防火材料的研究与应用已摆在了十分重要的地位，成为预防与遏制火灾事故发生的有效措施之一。本文根据建筑功能不同分析了防火板、防火门、防火卷帘等八种当前我国常用防火材料的性能、技术水平和产品的质量状况，总结了新技术在防火材料领域的应用和国外在同一领域的发展动态，提出了我国防火材料的发展方向。

随着我国经济不断发展，城市化进程不断推进，城市人口密集化趋势加重。住宅及公共建筑也都朝向 着高层化、楼层立体化、功能多样化趋势发展。大量建筑材料尤其是装饰材料被广泛使用，引起火灾的可能性不断增加，火灾作为城市建筑的主要土木工程灾害之一，严重威胁着人民的生命财产安全[1-3]。近年来，国内住宅及公共建筑尤其是高层、超高层、大跨结构建筑火灾事故频发，造成大量的人员伤亡和财产失。2009年2月，北京市京广桥附近的央视新大楼北配楼发生火灾，造成1人死亡6人受伤，直接经济损失十几亿。2010年11月，上海市静安区胶州路一栋28层住宅楼发生特别重大火灾事故，造成58人死亡。建筑火灾的成因除与建筑结构类型和物业管理等因素外，很大程度上与建筑材料尤其是防火材料的 防火耐火性能有关。因此，应用于建筑物防火关键部位的防火材料，其性能指标、技术含量、产品质量成为理论界和工程界密切关注的重要课题。防火材料涉及的内容庞杂，按照消防技术选择原则大体可以分为 防火板材、防火涂料、防火密封材料、阻燃装修材料等几大类型[4]。国内防火材料的应用现状

建筑防火材料类型众多，功能各异，本节主要讨论国内常用的建筑防火材料的性能特点及应用现状。根据防火材料在建筑的功能，主要分为以下8类：

1．1防火板

防火板是目前市场上最为常用的材质，在建筑物出口通道、楼梯井和走廊等处装设

防火吊顶天花板，能确保火灾时人们安全疏散，并保护人们免受蔓延火势的侵袭。其优点是防火、防耐磨、耐油、易清洗，品 种较多。近年来防火板朝着轻质、高强，高耐火性能方向发展，在新型环保建材行业具有很大的发展空间。1．2防火门

防火门用于防火墙的开口、楼梯间出入口、疏散走道、管道井开口等部位，对防火分隔、减少火灾损失 起着重要作用。防火门分为木质防火门、钢质防火门和玻璃防火门。防火门的技术及材料发展较为滞后，目前的防火门产品仍主要以木质和钢质为主，材料、工艺均无实质的变化，而这种滞后在装饰效果方面表 现得更为明显。1．3防火卷帘

在建筑物内不便设置防火墙的位置可设置防火卷帘。防火卷帘一般具有良好的防火、隔热、隔烟、抗压、抗疲劳、抗老化、耐腐蚀等各项性能。主要分为复合型防火卷帘和无机防火卷帘两大类。1．4防火玻璃

防火玻璃是金融保险、珠宝金行、图

书档案、文物贵重物品收藏等重要场所和商厦、宾馆、影剧院、医 院、机场、计算机房、车站码头等公共建筑以及其它设有防火分隔要求的工业及民用建筑的理想防火材料。防火玻璃具有良好的透光性能和耐火、隔热、隔音性能。常见的防火玻璃有夹层复合防火玻璃、夹丝防火玻璃和中空防火玻璃三种。

1．5防火涂料 防火涂料是一类特制的防火保护涂料，有氯化橡胶、石蜡和多种防火添加剂组成的溶剂型涂料，耐火 性好，施涂于普通电线表面，遇火时膨胀产生泡沫，炭化成保护层，隔绝火源。适用于发电厂、变电所之类 等级较高建筑物的室内外电缆线的防火保护及钢结构的防火保护[5]。

1．6防火封堵材料

防火封堵材料用于封堵各种贯穿，如电缆、风管、油管、天然气管等穿墙、楼板时形成的各种开口以及 电缆架桥的分段防火分隔，以免火势通过这些开口及缝隙蔓延。分为有机防火堵料和无机防火堵料两大 类。防火堵料耐火极限高，而且具备相当高的机械强度，无毒无味，施工方便，固化速度快，具有很好的防 火和水密、气密性能，主要应用于高层建筑、电力部门、工矿企业、地铁、供电隧道工程等的各类管道和电线 电缆贯穿孔洞，尤其应用于较大的孔洞、楼层间孔洞的封堵。

1．7防火木制窗框

防火木制窗框用松木制成，四周粘贴用石墨制成的密封材料，遇热膨胀，以堵住细微缝隙，防止火焰从 缝隙钻入，即使屋外火势猛烈，它也可以耐火较长时间，据实验，其防火效果能达到铝制窗框的数倍。

1．8防火防蛀木材

防火防蛀木材是先将普通木材放人含有钙、铝等阳离子的溶液中浸泡，然后再放人含有磷酸根和硅酸 根等阴离子的溶液中浸泡，使两种离子在木材中进行化学反应，形成类似陶瓷的物质，并紧密地充填木质 细胞组织中的空隙，从提高木材耐高温、耐热、阻燃特性及防蛀性能。

2我国防火材料的技术发展趋势

我国防火材料技术自主研究基础较国外薄弱，一直延续着“国外成熟技术引进为主，消化吸收后集成 创新为辅”发展思路。

近年来，尤其是2008年金融危机过后，我国防火材料市场发生的变化，新型防火材 料产品开发能力不断提升，产品安全与实用性、久耐用性能提高，节能、环保、低资源消耗与成本的产品不 断涌现，产品更新换代加快，正向着高效、节能、环保、节约资源的方向发展。

新型防火材料较传统防火材料更多的采用低能耗制造工艺和不污染环境的生产技术；在产品配制或 生产过程中，不使用甲醛、卤化物溶剂或芳香族碳氢化合物，产品中不含汞及其化合物，不使用铅、铬、镉及 其化合物的颜料和添加剂；产品设计以改善生活环境，提高生活质量为宗旨，不仅不能损害人体健康，还应对人体健康有益；产品应具备多方面的功能，如抗菌、防霉、防火、阻燃、除臭、消声、防射线、消磁等，产品可 循环或回收再利用，没有污染环境的废弃物，对环境的负荷尽量小【6】

。国际上的大型材料生产企业早就 对新型防火材料的生产给予了高度重视，并进行了积极的工作。他们在要求实用的防火功能及外表美观 之外，更强调对人体、环境无毒害、无污染，并开发出了许多新型防火材料新产品【7】。

可见，目前虽然我们防火材料产品技术已经有了长足发展，但是据国际先进水平还有较大差距，同时也有着巨大的发展潜力，我国的防火产品生产企业应不断提高防火材料的品种、性能、质量，加强创新能力，不断开发出适应市场需求的高科技含量的产品，尽快提高防火产品生产企业的国际竞争力，才能适应市场发展的需要。

3导热性环氧树脂应用技术的新进展、新成果

日本在研发及应用导热性环氧 树脂方面起步较早。在此技术上 目前列居世 界列。从互联网上的有关此 内容文献发表的数量统计资料可得到：此方面研究时间较长久、有建树突出的专家有两位：一 位是原 田美 由纪(来自日本关西大学工学部应用

化 学科高分子应用材料研究室)【8】，另一位是竹浑由高，他来自日立化成工业株式会社尖端材料开发研究所。同在日立集团旗下的日立化成工业株式会社、日立制作所日立研究所、新神户电机株式会社共同携手自2001年起就开始对含介晶基元的环氧树脂制造技术、结构控制技术，以及它在高导热性基 板材料应用技术等方面的研究。十年来这项研究一直持续、深入的开展 而竹浑 由高则是这项课题开发团队中始终是主要的研发者。近些年来他发表了许多的涉及这方面的研究论文]。这对于我们了解日本覆铜板业界在导热性环氧树脂应用技术的进展，提供了一个难得的窗口。高导热性基板材产品，是日本在 导热性 环 氧树脂的开发中，得到工业应用的最早成果之一。日立化成公司也是世界覆铜板业中在高导热性基板材料开发中运用这一类树脂材料的先行者。在此方面，日本覆铜板业经过约十年时间的潜心研究，在这项课题上目前已获得众多的 “开花 结果 ”。它远不仅只是出现在日立化成一个覆铜板厂家。在近期一篇有关 阐述高散热基板技术进展的文献中，对日本厂家近年问世的多种PCB用高导热性基板材料树脂配方进行了调查、剖析，得到了一项统计数据20种高导热性基板材料新品中，就约了8个品种在树脂组成物中应用了导热性环氧树脂。这足以说明,在推进散热基板用基板材料制造技术中，运用导热性环氧树脂己成为 日本CCL业界中得到共识的重要手段。日立化成工业株式会社研发者(包括竹泽由高专家)曾在2009年发表过一篇论文[9]，文中表述他们在金属基CCL开发中运用导热性环氧树脂的探索 过程及研究成果：“随着电子产品小型化、轻量化的发展，使功率器件更加走向高电压大 电流化。日立化成公司为了适应解决这种变化所带来需要解决的散热问题，以及对应未来电子产品的热管理问题，2001年起日立化成公司与日立制作所日立研究所共同开展了有关导热性树脂应用的基础性研究。在此项目研究的基础上，还设定了以有机树脂型基板替代 陶瓷基板的研发目标。通过努力，我们已开发出导热率达到1 0 W／ m· K(厚度方 向)及绝缘性实现40 Kv／ mm的高导热性金属基基板材料。这项课题实际上的研发过程，可分为两个阶段 ：首先是开发出高导热率填料的高填充量，以及其在树

脂中混炼的两方面技术，实现了此基板材料的导热率达 N5． 4 W／ m· K。第二阶段所要实现的目标，是使这类基板材料的导热率跃升到1 0 W／ m· K。我们在树脂自身实现高导热性的原理的指导下，发现且采用了具有有序性、高比例近晶相结构的环氧树脂。并还将它与氧化物类高导热性无机填料很好混合，实现了复合化。这样，开发出了导热率为7． 1 W／ m· K的金属基CCL。在此基础上，我们又进一步运用填料的高填充技术，以及高导热性树脂与氮化物类无机填料(BN)的混合技术，使我们试作样品的导热率最高达 1 1． 4 w／ m· K。”从上述原文直译的文字表述中看出，日立化成在导热率为1 0 w／ m· K以上的金属基cCL 开发中，主要运用 了三大关键的新技术：有序性、高比例液晶相树脂的应用技术、无机填料的高填充技术、高导热性氮化物类无机填料(BN)的应用技术。其中，日立化成是如何使用有序性、高比例近晶相树脂的?这是本文将在下面所要重点讨论的。近期，日立化成有两 种工业化高导热性基板材料新品问世。一种是高导热性金属基CCL。它于2011 年下半年问世，其牌号为 “j ,4七 HT51 00 M”。它的热导率达到了5 W／ m· k，实现 了 “目前业 界同

类基板材料产 品的最高性能指标值 ”【10】

(引自媒体宣传的原话)。另一种是高导热性树脂薄片(或

称：半固化树脂胶膜)。反映这种产品的最新、最高水平的品种，首次亮相于2012年1月在东京举办的 “第四届 下一代照明技术展览会 ”上。有关媒体报 道称“日立化成在这项产品的研发中，在原有导热性树脂应用技术基础上又有新的进步。这主要表 现在：对所采用的高导热性环氧树脂及其固化剂进一步的得以改进，掌握了对这种树脂自行排列的、高阶结构的自控技术；提高了导热性树脂对高填充的无机填料氮化硼(BN)的润湿性。并且还解决了在采用了BN纵向(基材厚度方向)分子取向控制技术后，即提高基板材料的高导热率，又不使其基材的 绝缘性下降的难题。该基板材料制品的导热率在基材 厚度方 向达N40 W／ m· K、在面方向达Nso W／ m· K、基材耐电压(BDV)超过绝缘可靠性。”

参考文献

[1]施养杭，吴泽进．建筑防火涂料的研究与发展[j]．四川建筑科学研究，2012：38(1)。[2]张友琳．新型防火材料在消防系统中的应用[J]．科技创新导报，2012(04)：21。[3]李鹏，张广群，秦晓荃．一种新型建筑外墙防火材料[J]．2011(10)：11—12。

[4]中国防火材料产品技术手册[R]．国家防火建筑材料质量监督检验中心．四川科学技术出版社．2002：56—69。

[5]赵宗治．中国涂料工业四十年[J]．防火涂料，1990(01)：11—13 [6]张景林，崔国璋．安全系统工程[M]．北京：煤炭工业出版社，2002 [7]汪元辉．安全系统工程[M]．天津：天津大学出版社，1999。

[7]越智光一，渡边担原田由纪(日)。液晶性求缶榭脂口接着性[二及寸相形悲影警 [C]。第41回日本接着学会年次大会耩演要旨集，p79—8 0(2003年1）。

[8]原田美由纪d越智光一等(日)。磁埸中配向制御，液晶性水专树脂熟的横械的性赏。高分子学会予稿集，5 2卷4号，p756(20 03年)。

[9] 原田美由纪(日)。鼋子部品用水树脂最新技衍[M]。第l编鼋子部品用水专树脂 副资材。第l章工水缶树脂。y、／骨格 求 寺 树脂 f ／一厶一出版。2006年1月。

[10]原田美由纪，演浦奈々，越智光一，上利泰幸日)。液晶木一夕配列啻制御 L ／ BN 7 f 一充填水缶树脂高熟尊化 [C]。第59回 木9— 1 J 一耩演会要旨集，P． 69 ． 7 2，2009。

第二篇：关于我国防火玻璃应用及市场发展

随着人们生活水平的提高和建筑业的发展，普通玻璃已经不能满足社会的需求，各种安全玻璃及特种玻璃逐渐走进玻璃行业的前列。防火玻璃作为安全玻璃中的一员，除了具有普通玻璃的一些性能外，还以其阻缓火势蔓延、隔热的性能，逐步得到人们的青睐。它在出现火灾时，为人员、财产、建筑物的救护创造了重要条件，最大限度地降低了损失。在一些有特殊要求的重要场合，发挥着举足轻重的作用。

随着2001年新的防火玻璃国家标准的出台，单片防火玻璃越来越多地应用于大型公共建筑隔断、防火分区、室外幕墙等建筑部位，防火玻璃以透明为特性，最大限度地满足了建筑防火和建筑美学的和谐统一。

防火玻璃的分类在防火玻璃的基本性能要求方面，国家标准gb15763.1-2001中都作了严格的规定。防火玻璃在耐火性能等级上分成30min、45min、60min、90min四个等级。

为了达到防火玻璃性能的要求，防火玻璃的尺寸、厚度、外观质量、弯曲度、光学性能、耐热性能、耐辐射性能、力学性能、抗冲击性能等方面都必须符合国家标准gb15763.1-2001中的统一规定。各种防火玻璃产品都必须经过国家指定的质量监督检验中心检测合格后，发给产品合格证书后，方能进入市场销售及安装使用。

据国家标准gb15763.1-2001，我国目前防火玻璃可从应用、耐火性能、玻璃结构等方面进行分类。

按用途防火玻璃可分为：a类：建筑用防火玻璃及其他防火玻璃；b类：船用防火玻璃。

按防火玻璃的耐火性能分为a、b、c三类。a类：同时满足耐火完整性、耐火隔热性要求的防火玻璃。b类：同时满足耐火完整性、热辐射强度要求的防火玻璃。c类：仅满足耐火完整性要求的防火玻璃。

按防火玻璃结构分类的防火玻璃：复合防火玻璃（ffb）：由两层或两层以上玻璃复合而成或由一层玻璃和有机材料复合而成，并能满足相应耐火等级要求的特种玻璃。单片防火玻璃（dfb）：由单层玻璃构成，并能满足相应耐火等级要求的特种玻璃。这种单层防火玻璃又有3个不同品种，它们分别为：采用综合增强处理的高强度单片防火玻璃；热膨胀系数小、软化点温度高于800℃的玻璃；透明微晶玻璃板。

防火玻璃主要生产工艺简介复合型防火玻璃普通复合型防火玻璃。复合防火玻璃是在两片玻璃之间凝聚一种透明而具有阻燃性能的凝胶，这种凝胶遇到高温时发生分解吸热反应，能吸收大量的热能，变成不透明、有良好隔热作用。它能保持在一定的时间内不炸裂，炸裂后碎片不掉落，可隔断火焰，防止火焰蔓延。如果同时向凝胶中添加阻燃剂，在高温下能放出阻燃气体，就会同时具有阻燃和灭火功能；当火灾发生时，与火接触的那面玻璃首先遇火，几分钟后炸裂，而中间夹层材料陆续地变成一层泡状物质，形成又厚又密的泡状耐火隔热层，接触火的那面玻璃碎片始终粘在泡状层上，直到熔化，这样，背火面的玻璃始终处于受保护和屏蔽状态。在防火测试中，该玻璃背火面的平均温升不超过140℃。

复合防火玻璃的生产方法分为两种类型：夹层法和灌浆法。

夹丝网防火玻璃。夹丝网防火玻璃是在两层玻璃中间的有机胶片或无机浆体的夹层中加入金属丝网构成的复合体。丝网加入后，不仅提高了防火玻璃的整体抗冲击强度，而且能与电加热和安全报警系统相连接，起到多种功能的作用。

夹丝网防火玻璃的两层玻璃为无机玻璃，主要有浮法玻璃、钢化玻璃、ito导电膜玻璃等，有机胶片为pvb胶片或pvc胶片，无机浆体为水合金属盐加硅酸钠、硅酸盐、铝酸盐等，金属丝为不锈钢丝。

单片防火玻璃

由于灌浆复合防火玻璃较差的耐候性，国外很多大型玻璃集团，如日本agc公司、德国schott公司、法国saint-gobain公司都积极研究单片防火玻璃。该类防火玻璃具有很好的耐候性，永不褪色，不失透，充分体现了玻璃晶莹剔透的特点。如德国schott公司的单片防火玻璃pyran就已用于英国的谢菲尔德体育场看台、英国曼彻斯特机场、伦敦烟草公司、香港汇丰银行等许多场合的室内隔断上。法国saint-gobain公司的单片防火玻璃已用于上海大剧院等工程上。

单片特种防火玻璃。特种单片防火玻璃是指采用的玻璃基片为特种成分的玻璃，而非普通平板玻璃成分的玻璃。它主要有硼硅酸盐防火玻璃、铝硅酸盐防火玻璃、微晶防火玻璃及软化温度高于800℃以上的钠钙料优质浮法玻璃等。其共同的主要特点是：玻璃软化点较高，一般均在800℃以上，热膨胀系数低，在强火焰下一般不会因高温而炸裂或变形，尤其是微晶防火玻璃，除具有上述特点外，还具有机械强度高、抗折、抗压强度高及良好的化学稳定性和物理力学性能。它同样具备软化温度高、热膨胀系数小的优点，它们用作防火玻璃，可为上等佳品，但特种材料的防火玻璃（硼、铝硅酸盐防火玻璃，微晶防火玻璃）生产成本高，销售市价贵，人们较难以接受，因此目前市场上仍以透明复合夹层防火玻璃和高强度单片防火玻璃为主。

特种单片防火玻璃有如下几种：

a、硼硅酸盐防火玻璃

硼硅酸盐防火玻璃的化学组成sio2含量为70%～80%之间，b2o3含量8%～13%，al2o3含量2%～

4%，r2o含量4%～10％。这种玻璃的特点是具有较高软化点温度，较低的热膨胀系数和稳定的化学性能。软化点约为850℃左右，0～300℃时热膨胀系数为（3～40）×10-7/℃。

b、铝硅酸盐玻璃

铝硅酸盐玻璃的化学组成：sio2含量在55%～60%之间，b2o3含量5%～8%，al2o3含量18%～25%，r2o含量0.5%～1.0%，cao4.5%～8.0%，mgo6%～9％。

这种玻璃的特点是al2o3含量高，碱含量低，软化点温度高，直接放在火焰上加热一般不会炸裂或变形。软化点在900～920℃之间，热膨胀系数为（5～7）×10-6/℃。

c、透明微晶防火玻璃

微晶防火玻璃是在玻璃一定的化学组成中加入li2o、tio2、zro2等晶核剂，玻璃熔化后再进行热处理，使微晶析出并均匀生长而形成的多晶体。这种玻璃的特点：具有良好的化学稳定性和物理力学性能，机械强度高，抗折抗压强度高，软化温度高，热膨胀系数小。

单片浮法防火玻璃。据资料介绍，日本板硝子推出一种软化点高于780℃的钠钙组成的浮法防火玻璃，引起了玻璃商们的关注。其介绍如下：

日本板硝子推出一类可用于浮法实现工业化制造的防火玻璃，其特点是软化点高于780℃并且难以软化，该类玻璃属于钠钙玻璃。

普通钠钙平板玻璃不防火，常常要进行综合增强处理，拥有较高的抗弯强度制造成高强度玻璃，可作为防火玻璃使用。虽然硼硅酸盐玻璃软化温度高，由于高熔化温度和高黏度，难以工业化大规模制成平板，含硼玻璃显著降低炉龄。该专利以钠钙玻璃为基础的防火玻璃适用于浮法生产。尽管普通的防火玻璃在火灾发生早期能阻挡火势蔓延，但后期因高温软化变形。根据日本政府有关规定：a级防火门的标准是770～780℃能经受60min，玻璃不因软化从门框脱落。该专利平板玻璃的软化温度高于780℃，而且难以软化，能满足这一规定。该专利玻璃适于大规模浮法生产，玻璃能满足a级防火门的要求。

高强度单片防火玻璃。高强度单片防火玻璃是通过对平板玻璃进行综合增强处理而成的。该产品不仅可以当作单片使用，也可以制成夹层玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃等。它兼有钢化玻璃及灌浆复合防火玻璃的功能。作为建筑幕墙用玻璃，高强度单片防火玻璃不但有着与同厚度浮法平板玻璃相同的透光率，而且其比重也与同厚度浮法平板玻璃基本相同，所以高强度单片防火玻璃代替同厚度钢化玻璃不会影响玻璃幕墙建筑结构安全性，而且强度更高，不易破碎。

高强度单片防火玻璃的优异性能具体表现在以下几个方面。

——高防火性能：高强度单片防火玻璃是一种具有防火功能的建筑外墙用的幕墙或门窗玻璃，在1000℃火焰冲击下能保持96～183分钟不炸裂，从而有效地阻止火焰与烟雾蔓延，有利于第一时间发现火情，使人们有足够时间撤离现场。

——高强度性能：在同样厚度情况下，其强度是普通浮法玻璃的6～12倍，是钢化玻璃的1.5～3倍。因此，在同样的风压情况下，它能采用较薄的厚度或较大面积设计，由此增加通透感并降低造价。普通钢化玻璃在荷载为900kg时玻璃破坏，而它在荷载达到5500kg时挠度326mm不破坏。高强度单片防火玻璃的强度是同厚度平板玻璃强度的4～6倍，是同厚度钢化玻璃强度的1.5～2倍，而且万一破损时，高强度单片防火玻璃呈小颗粒状，呈钝角状，确保在地震、火灾或受到超强破坏力时不会对人体造成大的伤害。

——高耐候性：高强度单片防火玻璃与传统的灌浆或夹层防火玻璃相比，除了强度高之外，最大的特点还包括高耐候性。化学灌浆或夹层玻璃在紫外线照射下很快就变成乳白色及产生气泡，失去了玻璃通透这个基本功能，这也是防火玻璃不能作外墙使用的主要原因。而高强度单片防火玻璃同普通玻璃一样在紫外线照射下，不发生任何变化。

——可加工性：高强度单片防火玻璃具有很好的可加工性。能加工成夹层安全玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃、点式幕墙玻璃。还可作为室内的防火隔断和逃生通道，在单片使用面积上有较大的突破，可以达到高3m宽2m，安装也简单。

防火玻璃市场发展动态及需求预测

我国防火玻璃市场

在我国，近十多年来，全国各地大城市中先后出现了争相建造高层民用住宅、超高公用建筑热。这一发展动态已引起建设部对高层建筑在安全玻璃及防火玻璃使用方面的高度重视。

据有关资料介绍报道，目前我国上海已建成高340m、88层的金茂大厦，雄踞全国之首。楼内采用了最优异的安全防火玻璃。据悉，迄今为止，全球至少已有6座大城市计划在新世纪兴建高层摩天大厦。

建筑界及玻璃界的专家指出，世界高层建筑及摩天大厦的兴建，将大大拉动国际防火玻璃的市场。

据业内人士的预测：中国在今后5～10年里有关安全等防火、隔热玻璃产品的市场需求将会呈良好、健康发展的上升趋势。专家们预测：我国到2007年防火、隔热玻璃制品市场将超过40万m2，到2010年将上升到60万m2左右。

目前，国内防火玻璃（以单片防火玻璃为例）其市场价约在300～900元/m2，国际市场上，防火能力在60min的单片防火玻璃每平方米上千元人民币，防火能力达120min的优质防火玻璃其价位超过1万元人民币，这是一个巨大而又诱人的潜在的国际大市场。

国际市场需求预测

在国际市场方面，欧、美两大地区，以及中东地区和亚洲的日本、韩国、东南亚及大洋洲的澳大利亚对防火、隔热玻璃的市场需求十分强劲。尤其是中东地区，由于该地域干旱、炎热、少水，易引发火灾。防火、隔热玻璃一直走俏于市场，当地供不应求，市场缺口大，多依靠外来品补给。

在欧洲，由于新欧洲标准en1363-i的出台，硼硅酸盐玻璃、微晶玻璃板、夹丝网防火玻璃也走向市场。

前不久，据有关权威性资料报道，日本一家权威性玻璃行业机构对未来的新玻璃市场预测表明：防火、隔热玻璃将成为21世纪的新玻璃而走俏于国际市场。1994年当时市场调查，防火玻璃市场需求量仅为30多万m2左右（约1250万美元市场销售额）；到2005年国际市场防火、隔热玻璃市场需求已上升到400万m2左右，市场销售额突破1.7亿美元。可以预料多功能的防火玻璃国际市场销售前景将看好。

第三篇：2 、浅析我国防火材料发展的主要趋势

浅析我国防火材料发展的主要趋势

陈庆飞

江苏省 南京市 210000 摘要：防火材料发展的新趋势基本可以判断我国未来的防火材料研发道路将沿着高效、节能的方向走。文章通过对比分析这些防火材料新产品，对未来的主要趋势做了相关的探讨。

关键词：防火材料；主要趋势；高效；节能 1 绿色防火材料

绿色消防技术是以绿色化学和阻燃技术为基础,以可再生资源或可循环使用的材料为原料生产阻燃材料,尽力实现阻燃材料的低毒、低烟和无污染性。绿色消防技术涉及的面很广, 例如洁净阻燃技术。这方面的技术开发成功将使建筑防火材料的防火性能得到改进,从而减少建筑物的火灾荷载量, 减缓火势的蔓延,降低材料燃烧时的烟气浓度和毒性, 为火场疏散逃生创造条件,并且还可从根本上降低起火成灾的概率。

在此次展览会上, 许多厂家都展出了他们的绿色防火材料,例如浙江嵊州市电缆防火附件厂推出了其研究开发成功的多项高科技绿色名优防火产品——封闭式槽盒、耐火隔板、防火包、防火堵料、防火包带、复合玻璃钢桥架、钢结构防火涂料、水性电缆防火涂料、核工业用防火防辐射产品等。这些产品大部分不含卤化物、苯系列物质和重金属化合物, 广泛应用于核工业、电力、石化、化工、冶金、邮电和高层建筑等行业。1.1 环境友好型防火涂料

随着对环境污染的日益重视, 挥发性有机物(VOC)含量很高的溶剂型涂料的使用受到越来越严格的控制。环境友好型涂料主要有水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等, 其中水性防火涂料和无溶剂型防火涂料具有广阔的发展前景。此外,高固体分防火涂料(固含量超过60%)及液体无溶剂涂料都是具有发展前景的环保防火涂料。我国市场上目前溶剂型防火涂料约占55% ,水性涂料约占41% ,其他约占4% , 与西方发达国家差距较大。

(1)SDH 水性隧道防火涂料。例如太原市晋消阻燃实业有限公司展出了SD H 隧道防火涂料, 该涂料为水性隧道防火涂料, 产品完全无毒、无污染、干燥快、防火阻燃性能优越,又有隔热、隔音等功能,此外,该涂料防火性能好、黏结力强、抗冻、抗潮、耐火、耐候性好。

①防火性能见表1 所示。SDH隧道防火涂料经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检验合格,各项技术指标均达到国标或超过国标。

表 1 SDH 隧道防火涂料防火性能

②理化性能见表2 所示。

表 2 SDH 隧道防火涂料理化性能

(2)WCP-60 水性电缆防火涂料。随着社会的进步,对人的健康和环保要求的重视,溶剂型电缆防火涂料存在诸多不足,为此浙江嵊州市电缆防火附件厂采用新工艺技术路线研制成功符合环保要求的WCP-60水性电缆防火涂料, 该涂料涂膜遇火膨胀生成均匀致密的蜂窝状隔热层,有良好的隔热防火效果。抗弯性好,并具有耐水、耐油、耐盐、耐候等特点, 各项指标符合GA 181-1998电缆防火涂料通用技术条件的规定,是替代溶剂性电缆防火涂料的最佳新产品。技术性能,见表3。

表 3 WCP-60水性电缆防火涂料技术性能

1.2 无卤有机电缆防火堵料

烟、毒是火灾中最具危险的有害因素, 实践证明:85%以上的死亡者是由于吸入烟尘和有毒气体昏迷致死。为减少火灾人员伤亡,降低烟气中毒死亡率, 阻止有毒烟尘通过电缆、电缆穿墙孔洞向邻近蔓延,浙江嵊州市电缆防火附件厂经科技攻关, 研制开发成功EFB型无卤有机防火堵料。在此次展会上, 该厂展出了EFB 型无卤有机电缆防火堵料, 此堵料具有阻燃效能高、低温柔韧性好、无卤酸气体释放和烟雾量低等特点。在火焰作用下, 不产生刺激性气体和烟雾,避免了有毒气体对人体的侵害和对电气系统开关、设备的腐蚀破坏,其优异的遇火膨胀能力对火焰和烟气的封堵效果更加可靠。

①防火性能:耐火时间为180 min。②理化性能:卤酸含量为0;膨胀性能≥150%;烟密度SDR≤65;烟气毒性为ZA1级。2 新型防火材料 2.1 新型阻燃剂 ZRY 天然纤维阻燃液,是一种具有良好阻燃性能的新型阻燃剂。它无色透明、无毒、无味、不腐蚀, 凡棉织物、麻织物、木材、纸张、纤维板、刨花板、胶合板及其他的植物纤维制品, 经ZRY 阻燃处理、整理后, 就有显著的阻燃效果, 它遇火不燃烧(仅呈现局部炭化), 能有效地抑制火焰的蔓延,阻止火灾的发生。ZRY 天然纤维阻燃液经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检验合格, 各项技术指标均达到或超过GA 159-1997《水基型阻燃处理剂通用技术条件》标准具体见表4所示。

表 4 ZRY天然纤维阻燃液技术指标

2.2 新型防火板

例如WA-F 防火板是太原市晋消阻燃实业有限公司最新研制的一种新型防火装饰板。具有不燃、耐火、隔热、吸声、耐腐蚀、低密度、防虫蛀等特点。板材强度高、板质轻、价廉、安装简便,是一种良好的不燃性装饰材料。物理性能见表5。

表 5 WA-F防火板物理性能

产品规格如表 6。WA-F 防火板经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检验合格。其各项技术指标达到一级防火。

表 6 产品规格

防火性能见表7。

表 7 WA-F防火板防火性能

2.3 透明防火清漆

展出的PR 透明防火清漆系饰面型防火涂料, 是一种集装饰性和防火性为一体的特种涂料。该涂料具有优良的防火性能和理化性能, 更具有高档的装饰性能。其特点是透明度好、漆膜平整、光滑、美观、干燥快、施工简便等特点。使用后能保持基材原有纹理和色泽, 是现在装饰及防火保护超时代的一种新产品。防火性能见表8 所示。

表 8 透明防火清漆防火性能

理化性能见表9 所示。

表 9 理化性能 高科技含量防火材料 3.1 高性能阻燃织物

(1)Nomex Kermel Visc ose FR 系列面料。上海伊贝纳纺织品有限公司展出的Nomex Kermel Viscose FR系列面料具有如下特性已成为卓越的防护面料。①织物采用抗燃的纤维,可用在高热、火焰、电弧等危险情况,在高温下不会熔化、燃烧及熔滴。②加入 P140 碳芯纤维, 使织物更具有抗静电能力。

③所有的织物通过碳氟化合物的处理, 达到了防水、防油、污渍易除的效果。或采用亲水处理来增加水汽蒸发、提高在炎热气候下的穿着舒适度。

④防护面料无论水洗(或商业洗涤), 织物的防护性能不会降低, 具有良好的结构稳定性。

⑤即使洗涤温度上升至 95℃也不会发生缩水及褪色现象。

⑥耐酸碱、抗腐浊、高强度、耐摩擦,使用寿命超过一般制服或经防护处理过的棉制服的6倍。

⑦透气性好、重量轻,柔软舒适。

该面料性能达到GA 10-2003消防员灭火防护服和EN 469消防战斗服、NFPA 1971《建筑灭火中消防员的全套装备标准》标准。

(2)蒸呢布、衬布系列。上海伊贝纳纺织品有限公司展出的蒸呢布具有独特的缎纹工艺, 使面料在加工整理后达到了外观挺括,尺寸稳定和完美手感, 从而提高了面料的档次, 特别适用于全毛、混纺和仿毛产品的后处理。蒸呢布、衬布系列的投产,推动了国内同类产品质量的提高,所以产品一经推出,便受到业内及各大厂家的广泛关注与青睐,从而迅速占领了国内市场。3.2 复合型防火防腐桥架

FQ 复合型防火防腐桥架, 以无机不燃材料为基体,内外表面复合有机高分子难燃材料制成。具有氧指数高、防火性能好;拉伸、弯曲、压缩强度高;刚性好耐腐性、耐候性好等特点且价格较低,适用于户内外的各种环境条件。FQ 复合型防火防腐桥架与普通钢桥架相比,具有优异的防火防腐性能,勿需再进行防火处理;桥架重轻,安装维护方便;耐腐蚀性强;桥架整体美观、漂亮;性能价格比好等优点。

FQ 复合型防火防腐桥架适用于化工、石油、电力、通讯、冶金、建筑等各个行业、各种电压等级的动力电缆、控制电缆、通讯电缆等的敷设, 特别适用于重要回路及有防火防腐要求的场所。性能指标见表10所示。

表 10 FQ 复合型防火防腐桥架性能指标

3.3 超大跨度曲线防火卷帘

超大跨度曲线防火卷帘(无机折叠特级防火卷帘)是英特莱科技人员突破传统传动方式设计的无机纤维复合防火卷帘或无机特级防火卷帘, 采用该公司特别研制的机械装置,可以实现圆形、U 形、L 形、折线形等多种形式的防火分隔。长度可达百米, 高度可达20 m,为现代建筑创造了真正的开阔大空间。4 结束语

总的来说,近年来通过国外先进技术的引进, 我国的防火材料技术有了较大的提高, 特别是在绿色、新型及高科技含量防火材料方面, 有了长足的进步,防火材料的综合性能有了较大的改善, 但是与国外先进的防火材料相比,还存在着较大的差距。通过举办展览会,可以很好的学习国外的先进技术和经验, 在引进吸收的基础上,通过我国的自主研发能力,勇于创新,使我国的防火材料技术及产业得到快速发展。

第四篇：浅谈我国先进制造技术的发展及其应用

浅谈我国先进制造技术的发展及其应用

班级 机械制造与自动化3班

学号：201003620308

姓名：卢仁华 随着我国社会经济飞速发展，我国的制造业也将不断的发展，先进制造技术将会得到越来越广泛的应用。

先进制造技术是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。

当前的金融危机也许还会催生新的先进制造制造技术，特别在生产管理技术方面。

先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。

先进制造技术的特点：1.先进制造技术是面向21世纪的技术、2.先进制造技术是面向工业应用的技术、3.先进制造技术是驾驭生产过程的系统工程、4.先进制造技术是面向全球竞争的技术、5.先进制造技术是市场竞争三要素的统一近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。1.管理方面

工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生产（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。2.设计方面

工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术（CAD/CAM），大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CAD/CAM技术的比例较低。3.制造工艺方面

工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。4.自动化技术方面

工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS），实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。

所以我国先进机械制造技术的发展趋势将要往一下几个方向发展： 1.全球化

一方面由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈，例如在机械制造业中，国内外已有不少企业，甚至是知名度很高的企业，在这种无情的竞争中纷纷落败，有的倒闭，有的被兼并。不少暂时还在国内市场上占有份额的企业，不得不扩展新的市场；另一方面，网络通讯技术的快速发展推动了企业向着既竞争又合作的方向发展，这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原因的相互作用，已成为全球化制造业发展的动力，全球化制造的第一个技术基础是网络化，网络通讯技术使制造的全球化得以实现。2.网络化

网络通讯技术的迅速发展和普及，给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。此外，网络通讯技术的快速发展，加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习，推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。3.虚拟化

制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，1 发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。4.自动化

自动化是一个动态概念，目前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术的发展趋势是制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。5.绿色化

绿色制造则通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。

制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期,制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的力度予以实施,才能尽快缩小与发达国家的差距,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。总之,在我国研究和发展先进制造技术势在必行。

第五篇：地下工程在我国的应用与发展

地下工程在我国的应用与发展 摘 要： 21世纪中国的城市化进程对城市地下空间的开发利用带来了空前的机遇与挑战，随着我国城市化的不断发展与进步，人民的物质生活水平不断提高，城市出现的拥挤的情况，这时，地下工程的建设就尤为重要。本文主要分析目前我国地下工程在我国的历史，阐述了我国城市地下工程施工技术的关键技术，及地下工程建设所引发的环境问题，希望可以为我国地下工程的应用和发展起一定的借鉴作用。

关键词：城市地下工程；施工技术；环境；发展趋势 作者简介：

the Application and the Development of the underground engineering in China

chou-xuan1

(Zhejiang University City College, Hangzhou 31000, Zhejiang，China)Abstract: 21 century China urbanization process of urban underground space development and utilization of the unprecedented brings opportunities and challenges, along with the continuous development of China's urbanization and progress, people's material life level increases, appear crowded city, then, the construction of the underground engineering, is important.This paper mainly analyzes the underground engineering in our country at present the history of our country, this paper expounds the city underground project construction technology of the key technology, and underground engineering construction which caused by the environmental problems, hope for our underground engineering application and development plays a reference.Key words: Urban underground engineering;Construction technology;Environment;Development trend

0 引 言

中国是全球第一人口大国，改革开放以来，其经济发展速度和城市化速度目前位居世界之首。随着经济的发展，我国城市化水平进入了加速发展阶段我国的城市化自1949 年 10.6% 曲折的发展到 1978 年时为12%。从 1990 年以来，我国的城镇化水平已经从 18.96% 提高到1998年的30.4%，至2011年，中国城镇人口占总人口的比重已超过50%。随着中国改革开放和社会主义市场经济的确立，中国的经济步入快速发展的阶段。

随着社会生产力的巨大发展，人口和生活需求与自然资源逐渐枯竭之间的矛盾越来越突出，已引起人们的普遍关注。地球上每增加一个人，就占用一定的生活空间，它包括生态空间，即生产粮食等必需品，和供人们居住的及从事的各种活动的空间。这两类空间都是以土地为依托，随着人口的不断膨胀，人类现有的生活空间是十分有限的。因此，迫切需要开拓新的空间。

国际上推出一种普遍接受的观点：认为19世纪是“桥”的世纪，20世纪是“高层建筑”的世纪，21世纪将是人类开发和利用“地下空间”的世纪。在我国，农村、城市居民点及可耕地面积约占国土面积的15%，这样计算，我国可供有效利用的地下空间资源总量接近1.15*1015 m3。因此，有理由认为，在城市地下空间开发利用上，地下建筑在未来相当长的时间内有着非常广阔的前景。国际上已经把21世纪作为人类开发利用地下空间的世纪，世界各国也都作为国策去努力。我国近现代地下工程应用历史

虽着建筑业的迅速发展，我国地下工程突飞猛进，许多大的地下建筑陆续投入使用。据不完全统计，当前我国巳建发电1600Kw以上的128座水电站中，建有引水隧洞的就有87座，占总数的68%，其中最长的引水隧洞是在施工中的引大入秦工程的盘道岭引水隧洞，全长15．782Km，断面最大的引水隧洞为藏工中的二滩电站导流洞，宽17．5m，高23m。在洞室施工方面，解放以来，我国已建地下厂房3O多座，且修建规模越来越大，例如，八十年代动工兴建的鲁布格电站装机6O万KW，地下厂房开挖尺寸125×17．5X 39m(长×宽

×高)，目前在建的东风电站，地下厂房尺寸达106×20×47．8m，二滩电站厂房尺寸达296X26×72．6m 在铁路隧洞方面也有较大的发展，我国已建成并投入使用许多大型的铁路隧洞群，其中五十年代建成的宝成线有隧洞304座，累计长84．4Km。六十年代建成的成昆线有隧洞427座，累计长340Km 八十年代，我国在勘测、设计手段上不断改进，施工技术和机械化程度日益提高，著名的衡广线大瑶山隧洞．全长14．295Km，是我国目前最长的铁路隧洞，在世界已建成的长大铁路隧洞中居第十位。

近十几年，髓着国民经济的发展，我国地下工程发展迅速，建设规模越来越大，施工机械化程度也不断提高，施工组织、施工管理进一步完善。就目前国外地下工程发展水平，我国还有一定的差距与不足，特别是在勘测、设计手段上，施工机械化程度上，有待于引进、提高。

为公路隧道(road tunne1)，城市隧道占到40 左右。从这两个国家的城市修建隧遭来看．一是在大城市，隧道的修建日益增长，二是在整个国家运输系统中城市输送的作用愈来愈起到重要的位作用.在上海，近年来的发展使人民感觉到城市隧道与地下工程在总的城市建设中的作用．而且随着经济发展，这一分量将越来越大。截止2000年上半年，上海的城市交通领域已建成了总长度达7251．5m 的黄浦江越江隧道三条、近四十公里的地铁、16条地下过街道、黄浦江人行越江隧道1条、车行地下立交7条、各类地下车库227座，使用面积56万m，总泊位13000个，其中单建式地下车库4座；在市政工程领域，包括总长达万余公里的各种城市市政管线越江管线隧道5条 地下水库3座(总蓄水能力达到50万m。)、半地下雨污水泵站270余座、地下变电站2座、半地下发电厂1座、共同沟1条(近12km)；与此同时还包括已逾百万平方米的各类民防地下工程。可以想象，如果现在的上海没有这些隧道与地下构筑物．上海一天都不可能正常运营下去。另外，根据上海城市发展的规模 及未来的实际需求，上海共规划有l1条地铁和7条轻轨线，路网总长447．5km。其次上海城市人均绿化面积不仅与国际大都市有着巨大的差距，就是与全国大中城市比较，也处于落后的水平。2000年上海规划人均绿化指标达到3．5m。，需要调整27．56平方公里的城市用地。可以看出在城市修建隧道和地下工程的必要性，而且这已成为一个社会问题，对城市的发展起着越来越重要的作用 地下工程对城市发展的作用

由于快速的工业化和人口的高度城市集中化，为缓解或从根本上解决人口增长对城市环境的压力和威胁，修建各种城市隧道和地下构筑物在世界各国呈现急剧增长的趋势在城市向现代化发展的同时，离开地下设施几乎不能够维持或者根本无法发展 一般规模的城市，其煤气供应管道、供水、排污、电、通讯、远距离的供热等是必须的地下设施}在超过50多万人口的大中城市，除以上外，还有区轨道交通、郊区火车、汽车及电车和人行走道等的运输隧道，在人口超过数百万的大或特大城市，还有地下购物商店(mal1)，地下文化设施(博物馆等)、地下住宅、地下办公室、地下停车场、地下行人通道、储藏室及废物处置地等集生活、储存、运输及废物处置的地下设施。据全世界的统计，在过去的30到40年间．人口超过50万的100多个城市修建或正要修建在地下运行的地铁、城市轨道或快速运输系统。截止1999年，世界上约有70个城市建有地铁运输系统。目前日本有运营地铁的城市达u 个，共37条线长度约601km，其中282km在东京。东京的地铁发展异常迅速，这与人口的增长和城市交通的拥挤是直接有关的，例如东京乘坐地铁的人数从1955年的3．7 到今天的25，1955年每天平均乘座人数大约在3O万人左右，而1995年增长到每天约760万人 在德国，自1990年来，平均每年修建的运输隧道大约有25kin，其中10到12kin 为地铁、城市和快速运输系统隧道，约5km为长距离铁路隧道(railtunne1)，10km 我国地下工程常用的开挖方法

3.1我国地下工程开挖的现状

进入21 世纪, 我国经济快速增长, 现代化程

度明显加快。据资料显示, 我国城市化水平由1989 年的不到20%提高到2000年的35.7%。城市数量增加, 规模扩大, 人们的活动范围随之不断扩大, 对地下空间的需求逐渐增大。随着公共设施的大规模建设, 西部大开发和北京成功申办2008 奥运会, 我国需要在许多领域进行地下工程的建设, 其中包括铁路、高速公路、大中型水电站、南水北调和西气东输工程。而且, 现代城市建设将会有越来越多的地铁、市政工程(排水供水管道等)、穿江隧道需要建设。当我们进行大量的地下工程建设时,选择一个合适的开挖方法就显得十分重要。我国地下工程走过了一条不平凡的道路, 其开挖方法大体上经历了3 次大的技术革新: 第一次, 明挖法;第二次, 暗挖法;第三次, 盾构法。3.2我国地下工程中常用的开挖方法

我国从90年代以来，已成功地研制了直径3.8～

6.34m的土压平衡盾构掘进机10余台，用于地铁隧道、地质条件较好的工程项目。

引排水隧道、电缆隧道工程，技术水平已接近国际先进，在隧道导向技术、监控技术方面的研究也达到了国际先进。但由于我国液压泵和阀件的加工制造水平与国外相比尚存在一定差距，在一些盾构掘进机中适量采用了国外的零部件。在直径1.2～3m的顶管掘进机方面，我国已经先后研制了先进的反铲顶管机、土压平衡顶管机和泥水加压顶管机，国内已完全有能力制造国产机械，替代进口设备。最近，上海已研制了国内第一台3.8m×3.8m组合刀盘土压平衡式矩形顶管机，完成了2条62m长的地下人行通道，使我国在异形盾构的开发研究方面挤入世界先进行列。在微型隧道掘进机方面，我国也已研制了直径600～800mm的中心螺杆出土顶管机、夯管顶管机和水平定向钻机等设备。

上海隧道工程股份有限公司机械厂是盾构掘进机专业制造厂。1995～1999年，该厂制造各类盾构32台（其中制造46m地铁盾构5台，修复9台，制造φ3～5m盾构6台，制造φ1.5～φ3m盾构10台，制造矩形盾构2台）。土压平衡盾构的设计制造技术水平已接近国际先进水平，国产化率达70％，掌握了泥水加压盾构的设计制造技术，并制造了1台直径2.64m的泥水加压盾构。在 TBM掘进机方面，已具备设计制造能力，并为国外厂商制造安装了2台φ4.88mTBM掘进机。1999年为广州地铁2号线改制了2台φ6.lm的复合型盾构掘进机。上海隧道股份研究所具有设计开发国外各种盾构掘进机的能力，并有20余项盾构掘进机的成果获国家、建设部、上海市科技进步奖。3.2.1明挖法

明挖法(Cut and Over 或Open Cut)俗称对地表 开膛破肚 ,是直接在地下工程建造处进行露天开挖和支护, 然后在开挖处建造地下结构, 完工后再进行覆盖, 恢复地貌的方法。明挖法具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量和工程造价低等优点, 但因对城市生活干扰大、对周围环境破坏大, 应用受到各种因素的限制。

明挖法适用于浅埋的地下工程, 可修建的空间比较大。自1950 年前后起, 东京、大阪重新开始的地铁建设全部采用明挖法施工。目前, 我国在大面积深基坑降水和边坡支护等方面取得了进步, 明挖法也在许多地下工程中得到了更好的使用。3.2.2矿山法

一般把埋置于基岩, 用传统钻爆法或臂式掘进机开挖隧道的方法称为矿山法(Mine Tunneling Metho d), 有的文章中称为钻爆法。矿山法是暗挖法中目前最为常用的一种开挖方法,一般适用于线路埋深较大、矿山法具有施工工艺简单、应用灵活、减少拆迁和交通疏解、造价合理等优点, 但矿山法也存在弊端。由于矿山法采用爆破或机械掘进开挖硐室, 对周围岩体的扰动比较大。此外, 矿山法对地质勘探要求较高, 对围岩地质情况的预见性较差, 需要超前地质探明和预报。

矿山法隧道施工技术在北京地铁、广州地铁一号线中被广泛应用。3.2.3盾构法

盾构法(Shield Method)亦称掩护筒法, 是法国人1818 年发明的土层或松软岩层中暗挖隧道的一种方法, 采用盾构顶进, 而后拼装预制管片形成衬砌。经过近100 年左右的时间, 从气压盾构到泥水加压盾构及更新颖的土压平衡盾构的应用与发展, 已使盾构法能适用于各种条件下的施工。

盾构法施工的优点是施工速度快、精度高、振动小、噪音低,且对周围建筑物影响较小。缺点是新型盾构购置费昂贵, 对施工区段短的工程不经济, 成本高, 对断面尺寸多变的区段适应能力差。目前, 在我国盾构机主要用于软弱和富水地层(上海), 普通地层(北京)和滑移岩层(广州)。3.2.4隧道掘进机法

隧道掘进机法, 顾名思义, 是使用隧道掘进机进行开挖的一种施工方法。隧道掘进机(Tunnel Bor ing Machine 缩写TBM)是目前世界长大隧道施工最有效、最先进的大型综合性施工机械之一。1851 年美国工程师Charles Wilso n 发明了隧道掘进机, 通常被认为是第一台成功地在岩石中连续掘进的机器。另一个著名的探索是Co lo nel Beaumo nt 在1881 年发明的压缩空气驱动的隧道掘进机, 曾用于英吉利海峡的一条探测隧道。目前, 隧道掘进机正朝着机械、电气、液压和自动化一体化、智能化的方向发展。

隧道掘进机法具有快速、优质、经济和安全等优点, 但掘进机法对具有坍塌、岩爆、软弱地层、涌水、膨胀岩等不良地质情况的地段适应性较差。此法应用最多的是水工和污水隧洞, 这主要是因为这类隧道的断面多为圆形的缘故。著名的英吉利海峡隧道就是采用隧道掘进机法施工的, 我国的秦岭隧道同样也是。3.2.5顶管法

顶管法(Pipe Jacking Method)是将预先造好的管道按设计要求分节用液压千斤顶支承在后座墩上, 在工作基境内将管道逐渐压人士体中, 同时将管内工作面内的泥土, 在管内开挖并运输出来的一种敷设管道的施工技术。它是一种不需要地面开挖,又不破坏地表建筑物的比较方便适用的施工方法。

顶管法最早始于1896 年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中, 至今已有一百多年的历史。顶管法的使用范围十分广泛, 除硬质岩地层以外, 其他地质情况几乎都可使用。其优点是: 占地面积少、对周围土体的扰动小、不破坏现有的管线和筑物正常使用;缺点是: 施工精度的保证较为困难, 容易出现顶管方向的偏移。

我国1953 年开始采用顶管法施工, 1981 年我国在浙江甬江的顶管技术已达到可顶管径2.6m, 单边连续一次顶进581.9m, 成为当时继美国依里诺斯州单边一次顶进558m 之后,世界上单边一次顶进最长的顶管工程。如今在我国, 不论是大城市还是偏远地区, 隧道和管道的建设都有使用顶管法。3.2.6沉管法

所谓沉管法(Immer sed T unnelling Metho d), 就是先在船坞中预制大型混凝土管段或混凝土和钢的组合管段, 并在两端用临时隔墙封闭, 装好拖运、定位、沉放等设备, 然后将管段浮运沉放到江中预先挖好的沟槽中, 并连接起来, 最后回填砂石将管段埋入原河床中。用于修建水下隧道, 是重要的越江手段之一。

自1894 年, 美国在波士顿市修建了世界上第一座混凝土(与砖)结构的沉管隧道以来, 沉管工程历史至今已逾百年。多数地基条件均适于沉管法施工, 并能适应于纵向发生不均匀沉陷的地基。此种施工法一般完全适用于地震地区。其优点有: 管段是预制的, 质量好, 水密性好;断面形状无特殊要求, 可自由选择。最主要的缺点是在沉管阶段对于河道上的船舶交通的干扰, 这样会对河流所服务的地区产生经济上的约束。

迄今为止, 世界各国采用沉管法修建的水下隧道已达130 余座。2003 年通车的上海外环隧道是用沉管法建造的双向8 车道的大型隧道, 为我国大陆迄今修造的第四条越江公路沉管隧道。隧道规模目前居亚洲首位, 是继荷兰Drg ht 隧道(同为八车道)后世界上第二大规模水底道路沉管隧道。3.2.7 新奥法

新奥法(New Austr ian Tunnelling Method, 缩写为NATM)是新奥地利隧道施工方法的简称。新奥法是20 世纪60 年代奥地利人总结前人的隧道工程实践经验后提出的一套隧道设计、施工的新技术, 它是以喷射混凝土和锚杆作为主要文护手段, 将经验、量测和理论相结合, 形成的一种隧道工程新概念和方法。我国也常把新奥法称为喷锚构筑法。3.2.8冻结法

冻结法(Fr eezing Method)是指利用人工制冷 的方法把土壤中的水冻结并形成冻土帷幕, 用人工冻土帷幕来抵抗水土压力,以保证开挖顺利进行的施工方法。作为一种成熟的施工方法, 冻结法在国际上已有100 多年的历史, 我国采用此法已有40 多年的历史。冻结最大深度达435m, 冻结表土层最大厚度达375m,冻土强度可达5~ 10MPa。

确切地说, 冻结法不是一种开挖方法, 而是面向含水地层的一种处理方法, 常配合着其他开挖方法使用。

上海地铁2 号线共9 个旁通道, 其中4 个是使用水平冻结技术完成的。此外, 北京、广州、南京等许多大中城市的地铁工程和市政基础等多项工程建设中都曾用到过冻结法。3.2.9盖挖法

盖挖法施工技术是先用连续墙、钻孔桩等形式作围护结构,然后做钢筋混凝土盖板, 在盖板、围护墙、中间桩保护下进行土方开挖和结构施工。盖挖法有逆作与正作两种施工方法;盖挖法的主要优点是安全、占地少、对居民生活干扰少, 但施工速度比较低。地下工程建设诱发的环境问题

地下工程主要有隧道工程、沉井工程、基坑工程等, 地下工程在施工中或施工后都会对地质环境产生影响。由城市地下空间引起的工程环境地质灾害具有突发性、潜在性、隐蔽性、社会性等特点, 应该引起我们的高度重视。4.1地下水环境变异

地下工程施工常需要采用水泵将施工区的地下水位降低, 以疏干工作面, 改变着施工区周围的地下水的分布。同时岩土体的变形对地下水也产生影响。岩土体是地下水渗流的介质, 岩土体的空隙结构限定地下水的活动场所和运行途径, 控制着地下水的补给、径流和排泄条件。岩土体处于一定的地质环境中, 存在着地应力、地下水及温度等。岩土体中地应力的改变(因地下工程施工作用)引起岩土体结构的变化, 从而影响岩土体的渗流特性(改变了岩土体的渗透性、渗流边界条件以及渗透压力)。岩土体中温度场的改变也引起地下水流速和渗透压力的改变。地下水与岩土体同处于地质环境中, 在时间和空间域内发生相互的改造作用, 使地质环境经受着不断地调整状态, 当这种调节处于极限状态时, 地质灾害将会发生。4.2地表移动和变形

影响地表移动和变形的因素很多, 地表移动和变形的大小不仅与地下工程的埋深、断面尺寸和施工方法、支护方式有关, 而且受地层条件的影响。由于人

们环保意识的不断增强, 对于城市市区内地下工程施工引起的地表移动与变形及其对周围环境影响预计显得更加必要。人们对于地表移动和变形预计采用了很多方法, 主要有现场实测、理论分析和模型试验方法等。

4.3邻近建筑物损坏

工程降水造成地层的沉降, 其影响范围很大。地层沉降可能造成周围建筑及管线的剪应力增大, 致使建筑或管线断裂。另外, 由于地质条件的区别或者排水量的不同还可能会造成地层的不均匀沉降, 而地层的不均匀沉降亦会造成建筑物的倾斜, 影响其正常使用。同时, 工程降水造成降水漏斗内外的水头差, 在高水头差的作用下易于出现渗透变形问题。在渗透水流作用下, 土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动, 以致流失;随着土的孔隙不断扩大, 渗透速度不断增加, 较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走, 最终导致土体内形成贯通的渗流管道, 造成土体塌陷。上述情况中, 当地下水的补给遇到建筑物基础的阻拦时, 就会绕过基础, 从而加强了基础周边的地下水流量, 加快土颗粒的流失速度。基础周围土的流失, 必将影响 基础及上部建筑物的稳定。4.4洞室围岩失稳

地下工程施工影响范围内的岩土体称为围岩。围岩稳定指一定时间内, 在地质力或工程荷载作用下, 岩土体不产生破裂或失稳。自稳性较好的围岩,开挖过程中可以无需支护;自稳性较差的围岩, 施工中会出现坍塌, 必须修筑衬砌加以支护。一般情况下, 岩土体在自重及残余地应力作用下, 处于初始应力平衡状态, 开挖洞室将会破坏岩体的这种初始平衡, 引起围岩失稳。如顶围的悬垂与塌落、侧围的突出与滑塌、底围的鼓胀与隆破、围岩的缩径与岩爆等。

地下工程洞室开挖后, 地下形成了自由空间, 原来处于积压状态的围岩, 由于解除束缚, 而向洞室空间松胀变形。当围岩应力超过了岩土体强度时, 便失稳破坏, 有的显著而突然, 有的变形和破坏不易划分。洞室围岩的变形与破坏, 是发展的连续过程。弹脆性岩石构成的围岩, 变形尺寸小, 发展速度快, 肉眼不察觉, 而一旦失稳, 突然破坏, 其强度、规模和影响都极显著。弹塑性岩石和塑性土构成的围岩, 变形尺寸大, 甚至堵塞整个洞室空间, 但其发展速度缓慢。

地下空间资源正越来越多被开发利用于各种领, 如地铁、地下街、地下室、地下车库、等各类地下工程, 已经成为现代城市功能转入地下的重要载体。但是, 地下工程建设一般都在市区内, 在其施工过程中常常会引起周围地层的位移、变形、沉降与塌陷等环

境地质效应, 对周围地面建筑物及基础、地下早期人防和其他构筑物、公共地下管线和各种地下设施以及城市道路的路基、路面等都可能构成不同程度的危害。因此, 研究城市地下建设工程的环境地质问题及其防治技术具有相当重要的现实意义。我国城市地下工程施工技术的发展趋势

发达国家开发地下空间的历史表明，当各国人均国民生产总值（GDP）达到 500 美元以后，就进入开发利用地下空间阶段；人均国民生产总值超过 3000 美元，开发利用地下空间达到高潮。我国现阶段人均国民生产总值已超过 600 美元，沿海地区人均国民生产总值超过 1000 美元，上海、广州等地区人均国民生产总值已超过 3000 美元。

同时，我国人口众多，土地资源十分紧缺，仅为世界平均水平的 1/3。我国一些大城市人口压力、交通拥挤和环境污染的程度不亚于六十年代发达国家的城市。进入九十年代以后，我国大城市地价将继续上 扬；不久的将来将进入人口密集、老龄化、生活快节奏的时期。鉴此，城市可持续发展的目 标是努力建造方便、安全、舒适、富有发展动力的高品位的城市，以适应 21 世纪的生活方 式。开发利用城市地下空间资源是完善城市功能设施、高效使用土地、方便生产生活、满足未来城市要求的唯一途径。实践表明，我国许多城市已进入开发利用地下空间的阶段，部分大城市已经进入开发高潮。随着我国经济、科学技术水平发展、城市化水平的提高及城市可持续发展战略的贯彻，开发利用城市地下空间越来越表现出巨大效益和潜力，我国城市地下空间开发利用必将向现代化、国际化、科学化的方向发展。具体说来，我国城市地下空间开发利用事业将出现下述几个发展趋势：

综合开发利用的趋势。城市地下空间开发利用将不再是满足某一单项功能，将立足于城市的整体建设与功能要求，是多项城市功能的整合共容，如满足交通、商业、供给与环境等的大型综合体。同时，也不再是一种空间形态的孤立，而是由点、线、面、体等多种形态的空间灵活组合贯通的有机的、丰富的空间整体。

规划与设计理论的发展。建立在城市可持续发展与城市三维立体发展的战略思路上，将地下空间作为城市三维发展的一个维度，地下空间规划与设计理论将会逐步充实完善，其将指导城市科学地向地下延伸。开发技术的发展。我国目前的地下空间开发的土木技术已接近或处于世界先进水平，但涉及到一些关

键辅助设备等技术，如机具技术、计算机与电气控制技术、自动化技术等等，与世界先进水平还有大的差距，会影响到地下空间开发的规模与成本，将来随着对引进技术 的消化吸收和加大研制开发的投入，将会逐步缩小这些差距。

法规与管理维护越来越完善。不仅有完备的法规、政策及管理措施和先进的维护技 术水平，还将形成一整套推动地下空间综合开发利用的实体和管理部门。

环境要求与环境控制将被更加重视，相应技术工艺日益成熟。无人的城市地下空间 设施会更加安全、高效，有人的城市地下空间设施会更加舒适、美观，地下空间内环境中的 造景、幻境及地面环境模拟等技术会大大发展。同时，将更多地从环境保护、城市景观保护 和历史文物保护的角度开发利用城市地下空间。

新工艺与新材料不断涌现。为了降低城市地下空间开发的成本与难度，并适应多种形态的地下空间的组合，满足多种设施功能的交叉与共容，高效、经济的施工工艺将会不断产生，尤其是机械挖掘技术与施工自动化技术会有较大进步。同时，新的建筑装饰材料尤其是地下防水与环境改善的材料也会不断涌现。结 语

随着国家经济建设的发展，地下建筑工程施工技术的应用领域越来越广泛，无论是在交通、市政、水利水电、矿床开采等工业民用建设领域，还是在现代化的军事建设中都得到了广泛的应用。在城市地下空间开发利用上，地下建筑在未来相当长的时间内有着非常广阔的前景。于此同时，在加强理论技术，施工技术的同时要注重与环境的相互协调，使得我国的城市化进程能得到快速有序，优质长足的发展。

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