工程“癌症”找到治理技术了

2020-04-27 15:58:17 来源: 科技日报 作者: 乔地

中铁二院工程集团有限责任公司主持完成的“膨胀土地区高速铁路路基关键技术研究”,历经十余年,建立了高速铁路路基变形控制成套技术,让膨胀土不再“膨胀”,实现了高速铁路路基毫米级变形控制,近日获四川省科技进步奖一等奖。至此,长期以来一直困扰着工程施工领域的这一世界难题得到攻克。

那么,膨胀土是如何形成的?主要分布在什么区域,具有什么特性,造成“膨胀”特性的原因是什么?膨胀土对在施工过程中会造成哪些危害?为什么把它称作工程“癌症”,此前克服的难点在哪里?目前工程界有哪些技术来解决膨胀土难题,如何有效降低其给道路工程带来的隐患?科技日报记者日前就此采访了领衔在郑州组建世界首家“工程医院”的中国工程院院士王复明及其团队成员郑州大学教授、博导方宏远,长江科学院土工研究所副所长、岩土重点实验室地基与基础处理学科带头人程永辉等业内专家,就上述问题给予解读。

什么是膨胀土

专家介绍,自然界中的土是岩石经过风化、搬运、蚀变等物理和化学作用产生的堆积体。而膨胀土是一类特殊土。在1969年第二届国际膨胀土会议上,首次系统讨论了有关膨胀土的定义,比较一致的认识是,膨胀土是一种矿物成分特殊,对湿度状态反应敏感,遇水膨胀变形、失水收缩开裂,且产生较大膨胀压力的黏性土。我国《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)中对膨胀性岩土的规定如下:含有大量亲水矿物,湿度变化时有较大体积变化,变形受约束时产生较大内应力的岩土。

那么,膨胀土是如何形成的?程永辉说,膨胀土的物理成因,大致可以归纳为残积、冲积、湖积、洪积、坡积等,个别地区还有冰积,其中以残积、冲积、湖积成因分布较普遍。膨胀土的化学成因与蒙脱石的生成密切相关,相同的母岩在不同的环境里能生成含蒙脱石的土或含高岭石的土;在降雨量大于蒸发量的气候和酸性环境条件下,特别是当母岩有较好的渗透性时,生成高岭石;在气候比较干燥,水循环相对微弱和碱性环境条件下,生成蒙脱石;伊利石的生成需要一个轻度的碱性环境。

他介绍,膨胀土在全球分布广泛,除南极洲外,其余六大洲均有分布。膨胀土的分布具有明显的气候分带性和地理分带性。以地球纬度划分,膨胀土主要分布在赤道两侧从低纬度到中等纬度的气候区,并限于热带和温带气候区域的半干旱地区。从地理分带上看,从北纬60°至南纬50°均有分布,尤其在欧亚、非洲和美洲大陆更为集中。

我国是世界上膨胀土(岩)分布范围最广、面积最大的国家之一,分布面积超过10万平方公里。自20世纪50年代以来,我国陆续发现膨胀土危害的地区,几乎涵盖了除南海以外所有陆地。我国膨胀土主要分布在从云贵高原到华北平原之间各流域形成的平原、盆地、河谷阶地,以及河间地块和丘陵等地,包括珠江流域、长江流域、黄河流域、淮河流域等各干支流水系地区,以广西、云南、湖北、河南等省分布最为广泛。

膨胀土的主要特性可概括为胀缩性、裂隙性和超固结性三大特性。表现八大特征:主要由蒙脱石或伊利石等黏土矿物组成;多裂隙性及其各种形态裂隙组合;具有膨胀性结构;较强烈的胀缩性,膨胀时产生膨胀压力;强度衰减性;超固结性;对气候和水文因素的敏感性;对工程建筑物的破坏性等。

膨胀土的胀缩特性,主要受其黏土矿物成分及含量控制;黏土矿物包括蒙脱石、伊利石和高岭石三大类,而蒙脱石、伊利石含量较高是引起胀缩变形的主要原因。

为什么把膨胀土称作工程“癌症”

对于膨胀土这种特殊的土,民间形象描述为“晴天一把刀,雨天一团糟”,具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力急剧衰减等特性,性质极不稳定,造成铁路、公路路基边坡坍塌、滑坡,基床翻浆冒泥,上拱和下沉,结构变形和开裂,工程危害极大,素有工程“癌症”之称。

方宏远介绍,膨胀土对工程的危害主要表现在两方面,包括胀缩变形造成的危害和滑坡危害。由膨胀土受降雨、蒸发等自然环境影响而产生胀缩变形,引起工程结构物的开裂、不均匀变形等危害,如房屋开裂、公路路面结构不平整或开裂、铁路路基变形导致的事故、渠道渗漏等。滑坡危害包括两种类型:一种属于浅层滑坡,由于自然环境的长期影响和膨胀土的胀缩作用,导致膨胀土边坡浅层局部失稳,进而表现为滑坡持续发生并逐步恶化,经工程带来灾难;另一种属于深部整体滑坡,主要取决于膨胀土边坡内部原生裂隙的分布、规模和扩展程度,此类滑坡往往规模较大,破坏性更强,而且会延续几年甚至几十年时间。

方宏远说,对于膨胀土这种特殊的土层,工程界以往采用常规的设计和施工方法,只是增加安全储备,如边坡放缓或增加密度等,未掌握其变形和滑坡的本质规律,导致工程建设和运行期间产生事故,即使加固处理后仍然事故频发,所以,工程界称其为工程“癌症”;遏制“癌症”的发生,保证高速铁路膨胀土路基工程沉降量不超过15mm(过渡段5mm),隆起变形不超过4mm,难度极大,被视为世界性工程技术难题。如果不解决膨胀土路基毫米级变形控制问题,路基将成为限制列车高速运行的瓶颈工程。

中铁二院“膨胀土地区高速铁路路基关键技术研究”项目组经过十多年刻苦攻关,采取理论分析→数值模拟→模型试验→现场试验→工程应用的技术手段,对膨胀土路基的胀缩变形和沉降变形特性、变形计算理论与设计方法、基床结构及地基加固技术、防排水系统和边坡加固防护技术等进行了系统研究,突破了三方面的技术难题。

通过路基原型湿干试验,揭示了膨胀土地基胀缩作用引起的路基基床变形规律,建立了综合考虑气候变化、应力传递、消能效应及水分迁移的群桩抗隆起计算理论及设计方法,构建了基于临界振动速度的膨胀土路基长期动力稳定评价方法,填补了膨胀土基床隆起变形设计计算及控制技术的空白。

建立了基于填土“消能”与“卸荷拱”效应的膨胀土路基胀缩变形计算方法。根据现场大量实测数据,确定了施工期地基沉降完成比例,提出了基于超固结特性的地基压缩层厚度确定方法和地基处理原则,完善了高速铁路膨胀土地基沉降计算理论,使得中-低填方路基工程可大幅节约工程投资。

发明了具有良好的抗裂、抗渗、抗疲劳等性能的膨胀土路堑基床水泥基防水抗裂材料,研发了装配式排水盲沟和减胀反滤排水层,实现了工厂化生产、装配式施工,效率提高50%以上,成本降低30%以上,建立了膨胀土地区高速铁路路基变形控制成套技术,实现了高速铁路路基毫米级变形控制。

项目成果已全面应用于成绵乐、上海至昆明、昆明至南宁、贵阳至南宁、郑州至万州,成都至贵阳、贵阳至广州、川南城际等10余条高速铁路建设,推动了高速铁路路基工程技术进步,也为成渝中线高铁、川藏铁路修建提供了技术储备。项目所依托的“西成高速铁路”获全球FIDIC杰出工程项目奖,“云桂高速铁路”获全球FIDIC优秀工程项目奖和中国土木工程詹天佑奖,另有十多个工程项目获省部级工程创优奖,奠定了我国在该领域的国际领先地位。

方宏远认为,目前在工程界还待于普及认识、修订规程规范,加强贯彻落实,逐步提高膨胀土问题的治理水平。

目前工程界有哪些技术来解决膨胀土难题

据悉,截至目前,我国已有运营高铁2.9万公里,在建高铁2.6万公里,占世界高速铁路的三分之二以上,且运行速度最高。而高速铁路路基工程的“毫米级”变形控制是保证高铁高速、平稳、安全运行的核心技术。与传统普速铁路不同,高速铁路路基变形控制标准为5-15mm,仅为传统铁路的5-10%,要求极其严格。

王复明院士指出,目前工程界各个行业均围绕膨胀土难题开展了系统研究,包括公路、水利、铁路及建筑等,并开发了较多的加固处理技术,但膨胀土难题的解决还要从其本质规律出发,才能真正取得有效实用的技术手段。

他说,针对膨胀土胀缩变形造成的工程危害,重点是控制胀缩变形的产生。胀缩变形产生的条件是约束不足和水分改变,因此工程界有两种思路和对策。一种是压重处理,通过上部覆盖一定厚度的无胀缩性土层,约束胀缩变形的产生;另一种是采用防渗手段,控制水分变化。由于水分完全控制非常困难,压重处理是最为常用的手段。

针对膨胀土滑坡危害,重点是改变滑坡产生的条件。对于浅层滑坡,主要是降低浅层胀缩作用,处理思路与上面基本一致,通常采用压重处理,压重层包括非膨胀土、改性膨胀土(改性后无膨胀性)、加筋膨胀土(约束膨胀作用)等,如南水北调中线工程渠道边坡全线采用了换填水泥改性膨胀土。对于深部整体滑坡,由于膨胀土裂隙导致的先天不足和长期劣化问题,需要增加抵抗滑坡的外力,通常采用锚固或支挡技术;锚固技术最为经济实用,可分散均匀布置,弥补深部裂隙分布不易查清的缺陷,基于此,近期我国学者研发的伞型锚锚固技术取得了良好的效果;当滑坡规模过大且存在单一长大裂隙面时,锚固力量往往不足,可采用抗滑桩进行支挡或抗滑桩联合锚固技术进行加固;南水北调中线工程渠道边坡施工和运行期间,大量采用了抗滑桩和伞型锚锚固技术,效果良好。

他说,膨胀土地区的道路工程既有胀缩变形造成的危害也有滑坡危害,重点是查明膨胀土的工程特性,结合工程建设采取针对性的有效处理措施,可大大降低工程可能存在的安全隐患。

这就是膨胀土(图二)

激发高质量发展新动能——长三角一体化发展开新局

2020-04-26 10:57:50 来源: 新华网

草长莺飞的季节,长三角一批重大工程、重大项目的施工现场,建设者们干得热火朝天。

3月24日拍摄的连接上海市金山区与浙江省嘉善县的叶新公路-姚杨公路项目施工现场(无人机照片)。新华社记者 丁汀 摄(图一)

修城际铁路、建产业集群、补社会短板……35.8万平方公里的土地上,一股“把失去的时间抢回来”的春潮激荡。

按照中央出台的《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》,三省一市正在抓紧施工,通过更紧密的协同、更深层次的改革开放、更高质量的发展,释放一体化红利,努力让经济“引擎”全速运转。

停靠在上海火车站的通沪铁路(南通至上海)检测列车准备上线运行(4月20日摄)。新华社记者 陈飞 摄(图二)

以增量带存量 长三角“底盘”稳固

7天连续修订4版应急方案,加强疫情全方位防控……位于江苏苏州的盛虹控股集团,通过科学有效的防控措施,2月底恢复产能,一季度外贸销量正增长。

随着疫情全球蔓延,海外需求下滑明显。直面挑战,盛虹内外兼修,一边开辟国内市场,一边依托去年获批的国家先进功能纤维创新中心,调整产品结构。“对迪卡侬、优衣库等很多大品牌而言,中国仍是最具活力的市场。我们积极发展内销客户,目前整体产销比较平衡。”盛虹集团董事长缪汉根说。

铁路江苏徐州货运中心连云货运站作业人员在指挥吊车落货(2月28日摄)。新华社发(范卫平 摄)(图三)

化被动为主动,用自身发展的确定性对冲外部环境的不确定性。作为占中国经济总量20%左右的区域,长三角“底盘”稳固:

——上海新兴产业“韧性”十足。今年一季度上海地区生产总值同比下降6.7%,但一些代表发展新方向的行业复苏较快。如新一代信息技术产值同比增长15.3%,新能源汽车产值增长5.7%。“从供给侧看,上海在集成电路、生物医药、新能源汽车、工业机器人等先进制造业方面拥有较多的项目储备,发展潜力大、后劲足。”上海市统计局有关负责人说。

——江苏放大比较优势,3月份工业增速“翻红”。统计显示,一季度江苏地区生产总值同比下降5%。其中,3月份工业增加值同比增长5%,比1至2月提高22.1个百分点。江苏省发改委副主任徐光辉说,江苏最大的优势是制造业,目前江苏正加快培育工业互联网、集成电路、高端装备等先进制造业集群,打造“世界工厂”2.0版。

工人在安徽合肥市高新技术产业开发区合肥长安汽车有限公司车间忙碌(2月26日摄)。新华社发(周牧 摄)(图四)

——浙江顶住压力,外资招引实现正增长。浙江省商务厅的数据显示,一季度浙江省新设外商投资企业539家,实际使用外资271亿元,同比增长0.3%。值得注意的是,浙江一季度新增外资中,超过三分之一来自存量外资的追加投资,显示出外资对浙江营商环境的认可。

——安徽聚焦经济社会发展短板,社会领域投资快速增长。统计显示,一季度安徽地区生产总值同比下降6.5%,但卫生和社会工作投资增长29%,教育投资增长16%。“3月份以来,安徽的用电量、高速公路车流量明显回升。我们判断,下阶段区域经济会延续回升态势。”安徽省统计局总统计师肖志颖说。

在位于浙江湖州市织里镇的朗田服饰公司,工作人员通过线上直播向客户介绍新款夏季童装(3月31日摄)。新华社记者 徐昱 摄(图五)

新基建激活新经济 新经济释放新动能

浙江台州,吉利汽车的发家地。今年3月份,吉利又宣布在台州增加投资。这次投资的方向不是汽车,而是卫星。

面对外界的众多不解,吉利董事长李书福娓娓道来:“从去年的中美贸易摩擦,到今年的新冠肺炎疫情,汽车行业面临巨大挑战。我们不能被动地等待市场好转,而要看准发展趋势,主动迎接变革。”

工人在位于浙江省诸暨市店口镇的浙江盾安智控科技股份有限公司锻压车间内操作(2月23日摄)。新华社记者 韩传号 摄(图六)

以台州的卫星试验中心为依托,吉利将建设具有国际影响力的卫星智能化生产线,产品主要用于通信、遥感和导航等领域,推动企业从汽车制造商向未来出行科技集团转型。按照计划,吉利在今年年底前将有两颗卫星上天。

吉利只是一个缩影。在稳住“基本盘”的前提下,新经济的竞相成长,打开了长三角发展的新空间。

在江苏无锡市高新区,一家飞机零部件制造企业的员工在车间内进行产品检测校正作业(2月26日摄)。新华社记者 李博 摄(图七)

新基建激活新经济——

在上海自贸区临港新片区,上海移动国际数据中心二期工程全面复工。这个中心总体建筑面积25万平方米,建成后将提供超过2万个机架的装机能力。

无论“云经济”“宅经济”还是“非接触经济”,你我浏览的每个网页、发送的每个订单,背后都需要大量的数据运算和存储。给海量大数据提供“粮仓”,长三角各地的数据中心建设驶入“快车道”。

阿里宣布云计算和数据中心千亿级投资计划,江苏计划建设南京位置服务数据中心……中国移动上海公司工程部临港办副主任黄浩程说:“传统基建耗费大量钢材、混凝土,新基建则更多依靠先进设备、技术和智力的投入。”

浙商研究院副院长杨轶清分析,长三角制造业基础雄厚,好比电脑硬件较强。以5G、数据中心为代表的新基建,相当于电脑的软件。软硬件配合,可以驱动经济结构的系统升级。“长三角的数字经济居于全国前列,有能力成为新基建的‘样板间’,为全国输出经验。”

工人在位于安徽合肥的联宝(合肥)电子科技有限公司生产车间内忙碌(3月5日摄)。新华社发(周牧 摄)(图八)

新经济释放新动能——

位于上海张江科学城的钛米机器人,疫情暴发后全公司没有休息过。“不夸张地说,我们研制的智能消毒机器人卖成‘期货’了。”钛米创始人潘晶说。

身高1米多,可自主导航躲避障碍,钛米的智能消毒机器人目前已在全国200多家医院“服役”。潘晶表示,企业成立之初就瞄准“医疗机器人”,有一系列核心技术“打底”,才让今日的暖心“大白”走进现实。

趁热打铁,持续加码芯片、药片等“硬核”产业。今年一季度,张江科学城实现工业总产值662亿元,税收收入106.5亿元,固定资产投资66.8亿元。“核心经济指标全部正增长。”上海市科创办专职副主任吴强说。

工人在上汽临港工厂总装车间生产线上作业(2月27日摄)。新华社记者 丁汀摄

安徽的新经济同样“飘红”。如智能手表、智能手环产量分别增长1.1倍和44.2%,城市轨道车辆、太阳能电池分别增长27.9%和24.5%。得益于在线消费的增长,目前安徽日均快递业务量已恢复至疫情前水平。

上海华夏经济发展研究院编制的《长三角高质量发展指数报告》指出,变压力为动力、实现化危为机,长三角要持续聚焦“五个新”:抓好新基建、培育新经济、扩大新消费、推广新服务、探索新机制。

一体化快马加鞭 发展成色愈足

今年以来,长三角生态绿色一体化发展示范区执委会副主任张忠伟,几乎每周都要在上海市中心和执委会驻地来回跑。抓复工、编规划、定项目,在执委会的协调下,示范区年度42项重点工作目前全部敲定。

“示范区横跨两省一市,一方面我们要打破‘一亩三分地’的思维,办好‘共同的事’和‘邻居的事’。另一方面要探索市场化合作机制,吸引社会资本的进入。”张忠伟说。

华为在示范区投资100亿元建设的研发中心,预计6月底前开工1到2个组团;沪苏湖铁路等基建项目,计划年内开工;示范区的国土空间规划、生态环境等专项规划,正在抓紧编制……站在示范区的规划图前,一个个标志性节点,好比一朵朵跳动的火焰。

“在今年的防疫复工中,长三角率先形成了区域健康码互认通用、产业链复工协同互助、就业招工协调合作等一系列机制,一体化步伐进一步提速。”安徽省经济信息中心高级经济师阮华彪说,以抗疫药物研发、大数据和人工智能应用等领域为突破口,长三角的区域协同创新共同体建设持续推进。

这是3月18日拍摄的上海洋山港集装箱码头(无人机照片)。新华社记者 丁汀 摄(图十)

上海财经大学长三角与长江经济带发展研究院执行院长张学良说,推进长三角一体化,发挥1+1+1+1>4的效应,本身就是一个释放新动能的过程。“我们调研发现,在疫情中长三角一些企业进口关键原材料和零部件受阻,转而在区域内找到了新的合作伙伴。通过这些固链补链扩链行动,长三角的世界级产业集群加快建设。”

一体化,一张图,一盘棋。今日长三角,外部挑战愈大,内部抱团愈紧,发展成色愈足:

东有上海自贸区临港新片区,西有虹桥国际开放枢纽和一体化示范区,上海的“龙头带动作用”进一步凸显;

江苏推进产业创新、省内全域等六个“一体化”,率先探索社保、就医、养老等一体化制度创新;

浙江发挥数字经济、民营经济等特色优势,把大湾区、大花园、大通道等重大决策部署融入一体化建设;

安徽加快发展合芜蚌国家自主创新示范区,提升皖江城市带承接产业转移示范区,为一体化作出安徽贡献……

从“蓝图规划”到“施工落实”,长三角“引擎”全速运转,将为中国经济的平稳健康发展拓展新天地。

#长江新城新武湖[超话]# #长江新城新武湖# #长江新城#
【长江新城举行2020年首场“云签约”活动,与国材云信签约,拟在长江新城规划建设国药集团大健康产业创新先行区。】

4月8日,武汉市举行2020年“云招商”首场活动。在长江新城分会场,长江新城管委会与国材云信科技产业(北京)有限公司签约,协议投资额100亿元,拟在长江新城规划建设国药集团大健康产业创新先行区。
国药集团大健康产业创新先行区将具体建设国际保健品化妆品医疗器械企业总部集群基地、中草药交易中心、智慧养老健康服务中心、大健康科技创新中心,打造国际一流的大健康企业总部集群和产业基地。
https://t.cn/A6wzFhJb


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