青藏铁路高原多年冻土区热棒施工技术

xx铁路高原多年冻土区热棒施工技术一、工程概况：xx铁路由xx省会xx至xx自治区首府xx全长1956km，其中西宁至xx西部重镇格尔木市（简称西格段）长846km，已于1979年建成，1984年交付使用。格尔木至拉萨（简称格拉段）位于xx高原腹地，全长约1142km，其中约547km穿越多年冻土地带，全线海拔高程大于4000m地段约960km，线路最高海拔为5072m，是目前世界上穿越高原、高寒缺氧及连续性永久地区最长的铁路，冻土问题是修建xx铁路最主要的技术难题。我局担负施工的十二标段位于可可西里无人区的五道梁，辖区长度29.176公里，地处xx高原腹地，多年冻土区，地貌上呈沟梁相间。植被覆盖率10～30%，地层主要为：粉质粘土，矿砂、角砾土、泥岩夹砾岩、层状分布于局部地层中，土体多为层状冰构造，含粒壮冰夹含土冰层透镜体，弱冻胀，上限以下为富冰，饱冰冻土，Ⅳ级软石融汽，上限以上松散稍密，潮湿Ⅰ级松土；地表水主要为冲沟中的季节性流水，主要受大气降水补给，水质较好，地下水主要为暖季分布的冻结层上水，雨季汇水量大，属于低温稳定冻土区(TCP-W)，局部属于低温基本不稳定区，冻土上限1.5～6.5m。冻土的冻胀，融沉现象将会造成路基的沉陷变形，边坡热融滑塌，涵洞开裂等破坏现象，保持多年冻土的稳定是解决冻土问题的关键，利用热棒技术是防治冻土病害的一种有效措施。2003年9月我局管段补强设计热棒5200根，热棒设于横向路肩1.0m处，热棒与竖直线成13°角，插入路基长度9.5m，地面以上外露2.5m。二、热棒技术简介：工作原理：热棒是一种利用液汽相的转换对流循环来实现热量传输的系统，用来冷却地基，防止发生地基冻胀和融沉变形，保证冻土地基的稳定，是无源冷却系统中热量传输效率最高的装置。热棒是两层密封的管子，管中装有液体工质。管的上部装有散热质，叫散热段；管的下部嵌入多年冻土中，叫蒸发段。在寒冬季节，由于空气温度低于多年冻土温度，热管中的液体工质吸收多年冻土中的热量，蒸发汽体（吸收汽化潜能），蒸汽在压差的驱动下，沿热管中心通道向上流动至热管上部（冷凝段）后，遇到较冷的管壁放出汽化潜热，冷凝成液体，液体工质薄膜在重力的作用下，沿管壁流回蒸发段再蒸发，如此循环把地基多年冻土中的热量源源不断地传到大气中。在温暖季节，空气温度高于多年冻土温度，液体工质蒸发的蒸汽到热管上部（冷凝段）后，由于管壁温度较高，蒸汽不能冷凝，达到汽液相平衡后，液体停止蒸发，热管停止工作（热管的单向传热特性），这样大气中的热量就不会通过热管传到多年冻土中。如此往复循环，将地层中的热量传输至大气中，从而降低了多年冻土的地温，防止多年冻土发生融化，改善地基土体的力学特征。无机传热技术：采用多种无机元素的混合物作为导热介质，将该介质灌注在诸如管状或板状的腔体内，经真空处理且密封形成可具传热特性的元件。无机传热元件的重要特性在于能够通过特有的一种方式在传热元件内腔表面形成三个基本层，其每层平均厚度在0.008～0.012mm。三个基本层的主要作用表现在：能够有效减缓腔体内材料的腐蚀与氧化，并可阻止腔体材料自身所产生的氢氧元素，从而有效提高传热元件的性能稳定性，延缓使用寿命。无机传热介质为液态混合物，介质受热激发后会迅速汽化并沿着内腔壁不断将受热端热能向冷端传送，元件表面所显示的温度差可以判定元件具有良好的传热性能，元件表面均布的测点显示：温度沿轴向表现出正弦波分布的特性，热阻几乎为零。在各种情况下，无机传热元件内的无机传热介质受热后，产生分子的震荡、摩擦，激发产生的热能快速并呈波状传递。这样可将由元件的一端迅速传向另一端，在整个传热过程中，元件的表面呈现出热阻趋于零的特性。由于无机传热元件主要是通过腔体内部的无机介质来实现传热过程，传热能力远高于普通金属材料。其等效导热系数可达金属银的25000倍。无机传热元件的应用优势：启动迅速、传热速度快。热阻小、均温性好定量导热系数为3.2×106W/m.℃沿传热元件轴向温度差趋于零，这样可使元件的表面温度基本保持一致传热能力大，轴向热流密度27.2MW/m2,径向热流密度157kW/m2.湖运用温度离范围广，匀工质工作刊温度范围仙在橡-6瞒0介—新100忆0裙℃担，元件工罪作温度范跪围可达材弱料使用温斑度极限。驰与材料相犯容性好牺操作压力头低贼工质寿命脚长病适用于高齐寒地区暮运用行业凤面广碍三、热棒瓣施工：烟1钩、施工准前备甜工程施工详前，对运投输道路、剃水源、电认源、照明阻做到三通架一平，准垂备好细砂宇、吊车等絮主要机具炕材料及劳痛动力。钻还孔后，孔种周边伏0.5M淡范围内的判泥土和杂掠物及时清视理干净并除外运处理升。孔附近父不得有阻陵碍热棒吊杜装的施工梁材料和杂白物。安装待工序中有焰固定装置丽、保温、桌仪表监控顽、电极防蜡腐等要求奴，在安装而地点采取算相应的措胳施后，方谢可进行相结应的工序意施工。运气象条件杆不适合设歉备安装的钢要求（如循阳关太强顶或雨雪大堆风天气）阿，需临时神存放时，娱保护好絷搅棒，远离看火源、防亡止阳光直浑晒，用隔忘热热材料鞠将热棒封戚盖。吸用其它设夺备、结构顽作为起搬卧运设备的苹承力点时别，应对结丸构的承载抓力进行核冈对，如对系1雾2沿米长的热偿棒，一般疯采用吊车灶或采用井粮字架配合织卷扬机安尝装，吊点匆位于棒的饮上端。；念2秃、开箱检肠查和保管牧设备开箱送按下列项您目进行检养查，并应萄作出记录储：绸热棒外观雪检验帽,辛外表不得鞋有裂纹、执凹坑等缺告陷，必须隔清除如毛石刺等物，俱以防伤手置。富箱号、箱与数以及包予装情况；用设备的名秆称、型号同和规格；拜装箱清单节、设备技恳术文件、叨资料以及独专用工具映；设备有修无缺损件倍，表面有罢无损坏和焦锈蚀等。听设备及其减零、部件遣和专用工枯具，均应氏妥善保管型，如在短决期内不进奔行安装工舅作，则应衰对热棒采袜取保护措若施，远离例火源、防碍止阳光直津晒，用隔欠热热材料际将热棒封躲盖。以防僵止因温度兴过高而损共坏热棒。浸在采取保糟护措施后什，方可施设工。不得跑使其变形绩、损坏、买锈蚀、错秧乱或丢失叹。月钻孔咬φ山8伪9犹热棒产品丢技术妈指标医：冷凝段木散热器长纽度挨2.3恳m引，冷凝段招散热面积色不小注于磁5.8如m经2侦，片厚度券不小鼠于扯1.9倾m壶2放，冷凝器宰采用高频占电阻焊螺墙旋翅片，斗翅片外圆秃表面平整液，无开口巩。热棒外挂表面应严基格处理，余使其具有武良好的反鹊射、辐射耀及防腐蚀从性能；热大棒力学强立度，屈服悬强度泡σ舞s漂>290命Mmm挎2贿,甜抗拉强炒度吸σ河b每>480仰Mmm商2悼,拆传入夫率含σ如5纪>23枕%猛，抗弯截得面模量大盾于缺3044垮1mm越3植，采用的巩热棒型号拥应经过现转场不小窝于脑1耗个冻融循舰环试验检僻验证明其寨热工特性眠稳定，有谁效传热半想径不小冶于听1.5棕m膨。3、钻孔翠根据设计合与热棒施茶工工序的所要求，待岸路基整治们改建结束福以后，在漫路基边坡喇上稍做平乘整，利用脏工程钻机袭（傍XY-尽4劲或长螺旋鸣钻机），懒施工斜孔惹，然后将炮热棒置入帽，采用干斩钻法施工触，严禁向家孔内加入而泥浆或水盒。来a绢、热桩埋愉置点定位猫：依据设牺计要求采怕用经纬仪共放样定位胖，平整场跨地，立起陵钻架，开友钻。灵b制、热棒埋缸置角度控溉制：兔MD--天50凝全液压动面力头式锚桶杆钻机角撑度变化范搞围大，角妥度底盘装海有刻度表过，可以控担制钻机进鞋度；选XY--捷4厕液压钻机接采用立轴备转动调整兰角度，采报用导斜量畏角器定位穿，准确省起时；长螺浓旋钻机采弄用制作调幼整法，调肚正螺杆角驳度；钻机灭地坐下铺屋设聚氨脂粉板，防止贿热量传入捎路基，破劲坏冻土的握稳定。易c冶、钻进角怠度控制：茄开也时采肉用导向装杰置，用慢胜速钻进，兴液压给进递加压，保熟证钻孔角附度，为了夺避免钻进释时钻头下鲁府，钻孔煤都必须预师留一个倾妙角税13挑度角。倦d较、钻头采肌用及钻进抱方法：董MD--叹50剃全液压动茧力头式锚番杆钻机可皮采用普通西合金钻头姨回转取芯湖钻进；矿基石含量较就高的的松共散地层可宇采用跟管隆钻进，以驰保证孔壁忌平滑。斩XY--攀1便液压钻在扫孔壁较稳殊定的地层举中钻进时毛可采用一歇般合金钻撞头回转钻赌进，在松鹊散易踏孔霞地层中钻野进可采用衣内管超前饺的施工方芹法，即内海管前端装捐钻头先回帜转钻进，孝外管不回辛转随之压镰入的一种趴双管施工帐方法。念e峰、钻机固广定：一般雕采用较简畜单的地锚响固定法；敢在地层较杏复杂，特掘别难钻，也钻面震撼补较大的情状况下，必鱼须采用钢睁绳固定，取或支架支请撑，避免伸发生意外地。歉热棒安装详前，钻孔永位置、钻携孔数量、应钻孔倾角视以设计为利准，钻孔矿直径腐150m廉m盘，孔净深格9.5短米，偏差议不得超葬过喷±尽20mm畜，孔直线漏偏旨差布≯眉5mm锈，孔间距或3易米，偏差满不得超过碍4mm筋,变分别布置屋在两侧路盗肩，孔口炭周边不能姓有局部跨宫踏。钻探币砂土就地扭堆放备用例。钻孔施溪工完成后震，应及时岔起吊热棒骑进行安装橡。如不能厕安装，则段应采取临燃时措施保渐护钻孔，携如用泡沫刚垫将孔口轰掩盖，防猴止孔内落育入杂物等前。滥4冲、工件起省吊与回填紫热棒安装职前，对现凉场检验热胀棒管道的踏防腐、保灿温、防水洒层的处理组等以及相编关项目进雅行检查。鞋利用钻机轨卷扬机按茄设计吊点族拴牢并将工热棒吊起蹄，在人工洞辅助下插屿入钻孔，慰或采用吊丘车吊装，被吊装绳宜耐采用尼龙此吊装索，驰同时在绳叮扣处应软阶质垫片保摄护，同时腊布置阴极呀保护线，凯并用砂料奋充填初步填固定，回升填砂料使躁其达到密恩实，在充笔填砂料的肿同时向孔克内灌水，侵若用流动倒性较好的按细砂土则结不必灌水匀，同时将债热棒按外窗倾骑1裙3毫℃瘦要求调整挣安装角度热，待调整悬好插入深纳度以及角苦度后，进逗行永久性遣固定。秧在考虑吊泽装时，还桶需要结合肾工件的强烘度、钢度固、局部稳解定性等选校择最有利星的受力位席置，必要捧时应采取羞：补强加罩固措施，司确保安全妇施工。搬扰运、吊装鸣过程中要柄防止外力完作用使翅破片变形。迎应注意不冰要压伤和改擦伤工件波（尤其是愁上部的翅构片部分）愤，应避免薪损坏散热所翅片和外极保护层。著在吊装单虾支热棒时且，利用热暑棒本身顶蛋部端盖的奉环行槽作柳为受力点掘进行吊时摊（设计吊腾点），考握虑热棒的拖长度为雁12饶米，应采景取必要的轧防护措施安，防止因德设备的摇誉摆而发生谈危险。单奉件吊装重饺量不超过霜500K卵g缴，但要求辽吊车吊臂慎起吊高度滔不低于请14酬米。千热棒吊装偏置入孔后症，用筛过货的细砂土耕回填热棒页与孔之间绘的间隙，堡可以根据夜天气的情独况分多次凑回填，全久每次都要苹求回填密图实，允许扩采取其它算措施帮助苍回填土密吵实，如：险拘捣实或鱼加鼻≯泻５０摄氏统度的热水愈，注意不犁要损坏防洒腐层。义用细砂土暴回填热棒棒与孔之间猴的间隙，胆要求回填迅密实，注宅意回填时旺不要损坏辱铜芯电缆赴焊点和防赠腐层。吊5朝、清理场闹地与验收遵热棒安装姨完成后，榨对施工场低地进行清盲理，将施足工垃圾清晋理远运或挪埋藏于地昌表以下，牲并恢趁复路基边嫂坡原状。他最后对热觉棒施工进稿行全面验油收。检验司热棒安装袋应整齐划订一，安装既后所有热举棒的高度债差不大于馅２０气mm新，路基同箭侧的热棒撤应在同一醋平面内，卷平整度不遍大于２０别mm述。测量放样、备料等施工准备测量放样、备料等施工准备钻孔吊装就位砂土回填施工场地清理及全面验收检查、保管热棒奖霉殖间元旨朱谈热棒安装笔工序图警四、几点倒体会：拳1魔.栏热棒是一迅种无源冷征却系统，绑不需动力骑的节能装债置，在寒策季施工，肠可防止施辱工过程中遮冻土层的暂冻胀变形让和融汽变亿形。