xx鐵路高原多年凍土區(qū)熱棒施工技術(shù)一、工程概況：xx鐵路由xx省會xx至xx自治區(qū)首府xx全長1956km，其中西寧至xx西部重鎮(zhèn)格爾木市（簡稱西格段）長846km，已于1979年建成，1984年交付使用。格爾木至拉薩（簡稱格拉段）位于xx高原腹地，全長約1142km，其中約547km穿越多年凍土地帶，全線海拔高程大于4000m地段約960km，線路最高海拔為5072m，是目前世界上穿越高原、高寒缺氧及連續(xù)性永久地區(qū)最長的鐵路，凍土問題是修建xx鐵路最主要的技術(shù)難題。我局擔負施工的十二標段位于可可西里無人區(qū)的五道梁，轄區(qū)長度29.176公里，地處xx高原腹地，多年凍土區(qū)，地貌上呈溝梁相間。植被覆蓋率10～30%，地層主要為：粉質(zhì)粘土，礦砂、角礫土、泥巖夾礫巖、層狀分布于局部地層中，土體多為層狀冰構(gòu)造，含粒壯冰夾含土冰層透鏡體，弱凍脹，上限以下為富冰，飽冰凍土，Ⅳ級軟石融汽，上限以上松散稍密，潮濕Ⅰ級松土；地表水主要為沖溝中的季節(jié)性流水，主要受大氣降水補給，水質(zhì)較好，地下水主要為暖季分布的凍結(jié)層上水，雨季匯水量大，屬于低溫穩(wěn)定凍土區(qū)(TCP-W)，局部屬于低溫基本不穩(wěn)定區(qū)，凍土上限1.5～6.5m。凍土的凍脹，融沉現(xiàn)象將會造成路基的沉陷變形，邊坡熱融滑塌，涵洞開裂等破壞現(xiàn)象，保持多年凍土的穩(wěn)定是解決凍土問題的關(guān)鍵，利用熱棒技術(shù)是防治凍土病害的一種有效措施。2003年9月我局管段補強設(shè)計熱棒5200根，熱棒設(shè)于橫向路肩1.0m處，熱棒與豎直線成13°角，插入路基長度9.5m，地面以上外露2.5m。二、熱棒技術(shù)簡介：工作原理：熱棒是一種利用液汽相的轉(zhuǎn)換對流循環(huán)來實現(xiàn)熱量傳輸?shù)南到y(tǒng)，用來冷卻地基，防止發(fā)生地基凍脹和融沉變形，保證凍土地基的穩(wěn)定，是無源冷卻系統(tǒng)中熱量傳輸效率最高的裝置。熱棒是兩層密封的管子，管中裝有液體工質(zhì)。管的上部裝有散熱質(zhì)，叫散熱段；管的下部嵌入多年凍土中，叫蒸發(fā)段。在寒冬季節(jié)，由于空氣溫度低于多年凍土溫度，熱管中的液體工質(zhì)吸收多年凍土中的熱量，蒸發(fā)汽體（吸收汽化潛能），蒸汽在壓差的驅(qū)動下，沿熱管中心通道向上流動至熱管上部（冷凝段）后，遇到較冷的管壁放出汽化潛熱，冷凝成液體，液體工質(zhì)薄膜在重力的作用下，沿管壁流回蒸發(fā)段再蒸發(fā)，如此循環(huán)把地基多年凍土中的熱量源源不斷地傳到大氣中。在溫暖季節(jié)，空氣溫度高于多年凍土溫度，液體工質(zhì)蒸發(fā)的蒸汽到熱管上部（冷凝段）后，由于管壁溫度較高，蒸汽不能冷凝，達到汽液相平衡后，液體停止蒸發(fā)，熱管停止工作（熱管的單向傳熱特性），這樣大氣中的熱量就不會通過熱管傳到多年凍土中。如此往復(fù)循環(huán)，將地層中的熱量傳輸至大氣中，從而降低了多年凍土的地溫，防止多年凍土發(fā)生融化，改善地基土體的力學特征。無機傳熱技術(shù)：采用多種無機元素的混合物作為導(dǎo)熱介質(zhì)，將該介質(zhì)灌注在諸如管狀或板狀的腔體內(nèi)，經(jīng)真空處理且密封形成可具傳熱特性的元件。無機傳熱元件的重要特性在于能夠通過特有的一種方式在傳熱元件內(nèi)腔表面形成三個基本層，其每層平均厚度在0.008～0.012mm。三個基本層的主要作用表現(xiàn)在：能夠有效減緩腔體內(nèi)材料的腐蝕與氧化，并可阻止腔體材料自身所產(chǎn)生的氫氧元素，從而有效提高傳熱元件的性能穩(wěn)定性，延緩使用壽命。無機傳熱介質(zhì)為液態(tài)混合物，介質(zhì)受熱激發(fā)后會迅速汽化并沿著內(nèi)腔壁不斷將受熱端熱能向冷端傳送，元件表面所顯示的溫度差可以判定元件具有良好的傳熱性能，元件表面均布的測點顯示：溫度沿軸向表現(xiàn)出正弦波分布的特性，熱阻幾乎為零。在各種情況下，無機傳熱元件內(nèi)的無機傳熱介質(zhì)受熱后，產(chǎn)生分子的震蕩、摩擦，激發(fā)產(chǎn)生的熱能快速并呈波狀傳遞。這樣可將由元件的一端迅速傳向另一端，在整個傳熱過程中，元件的表面呈現(xiàn)出熱阻趨于零的特性。由于無機傳熱元件主要是通過腔體內(nèi)部的無機介質(zhì)來實現(xiàn)傳熱過程，傳熱能力遠高于普通金屬材料。其等效導(dǎo)熱系數(shù)可達金屬銀的25000倍。無機傳熱元件的應(yīng)用優(yōu)勢：啟動迅速、傳熱速度快。熱阻小、均溫性好定量導(dǎo)熱系數(shù)為3.2×106W/m.℃沿傳熱元件軸向溫度差趨于零，這樣可使元件的表面溫度基本保持一致傳熱能力大，軸向熱流密度27.2MW/m2,徑向熱流密度157kW/m2.湖運用溫度離范圍廣，勻工質(zhì)工作刊溫度范圍仙在橡-6瞞0介—新100憶0裙℃擔，元件工罪作溫度范跪圍可達材弱料使用溫斑度極限。馳與材料相犯容性好犧操作壓力頭低賊工質(zhì)壽命腳長病適用于高齊寒地區(qū)暮運用行業(yè)鳳面廣礙三、熱棒瓣施工：煙1鉤、施工準前備甜工程施工詳前，對運投輸?shù)缆贰⑻晁?、電認源、照明阻做到三通架一平，準垂備好細砂宇、吊車等絮主要機具炕材料及勞痛動力。鉆還孔后，孔種周邊伏0.5M淡范圍內(nèi)的判泥土和雜掠物及時清視理干凈并除外運處理升。孔附近父不得有阻陵礙熱棒吊杜裝的施工梁材料和雜白物。安裝待工序中有焰固定裝置麗、保溫、桌儀表監(jiān)控頑、電極防蠟腐等要求奴，在安裝而地點采取算相應(yīng)的措胳施后，方謝可進行相結(jié)應(yīng)的工序意施工。運氣象條件桿不適合設(shè)歉備安裝的鋼要求（如循陽關(guān)太強頂或雨雪大堆風天氣）阿，需臨時神存放時，娛保護好縶攪棒，遠離看火源、防亡止陽光直渾曬，用隔忘熱熱材料鞠將熱棒封戚蓋。吸用其它設(shè)奪備、結(jié)構(gòu)頑作為起搬臥運設(shè)備的蘋承力點時別，應(yīng)對結(jié)丸構(gòu)的承載抓力進行核岡對，如對系1霧2沿米長的熱償棒，一般瘋采用吊車灶或采用井糧字架配合織卷揚機安嘗裝，吊點匆位于棒的飲上端。；念2禿、開箱檢腸查和保管牧設(shè)備開箱送按下列項您目進行檢養(yǎng)查，并應(yīng)萄作出記錄儲：綢熱棒外觀雪檢驗帽,辛外表不得鞋有裂紋、執(zhí)凹坑等缺告陷，必須隔清除如毛石刺等物，俱以防傷手置。富箱號、箱與數(shù)以及包予裝情況；用設(shè)備的名稈稱、型號同和規(guī)格；拜裝箱清單節(jié)、設(shè)備技懇術(shù)文件、叨資料以及獨專用工具映；設(shè)備有修無缺損件倍，表面有罷無損壞和焦銹蝕等。聽設(shè)備及其減零、部件遣和專用工枯具，均應(yīng)氏妥善保管型，如在短決期內(nèi)不進奔行安裝工舅作，則應(yīng)衰對熱棒采襪取保護措若施，遠離例火源、防礙止陽光直津曬，用隔欠熱熱材料際將熱棒封躲蓋。以防僵止因溫度興過高而損共壞熱棒。浸在采取保糟護措施后什，方可施設(shè)工。不得跑使其變形績、損壞、買銹蝕、錯秧亂或丟失嘆。月鉆孔咬φ山8偽9猶熱棒產(chǎn)品丟技術(shù)媽指標醫(yī)：冷凝段木散熱器長紐度挨2.3懇m引，冷凝段招散熱面積色不小注于磁5.8如m經(jīng)2偵，片厚度券不小鼠于扯1.9傾m壺2放，冷凝器宰采用高頻占電阻焊螺墻旋翅片，斗翅片外圓禿表面平整液，無開口鞏。熱棒外掛表面應(yīng)嚴基格處理，余使其具有武良好的反鵲射、輻射耀及防腐蝕從性能；熱大棒力學強立度，屈服懸強度泡σ舞s漂>290命Mmm挎2賄,甜抗拉強炒度吸σ河b每>480仰Mmm商2悼,拆傳入夫率含σ如5紀>23枕%猛，抗彎截得面模量大盾于缺3044垮1mm越3植，采用的鞏熱棒型號擁應(yīng)經(jīng)過現(xiàn)轉(zhuǎn)場不小窩于腦1耗個凍融循艦環(huán)試驗檢僻驗證明其寨熱工特性眠穩(wěn)定，有誰效傳熱半想徑不小冶于聽1.5棕m膨。3、鉆孔翠根據(jù)設(shè)計合與熱棒施茶工工序的所要求，待岸路基整治們改建結(jié)束福以后，在漫路基邊坡喇上稍做平乘整，利用臟工程鉆機襲（傍XY-盡4勁或長螺旋鳴鉆機），懶施工斜孔惹，然后將炮熱棒置入帽，采用干斬鉆法施工觸，嚴禁向家孔內(nèi)加入而泥漿或水盒。來a絹、熱樁埋愉置點定位貓：依據(jù)設(shè)犧計要求采怕用經(jīng)緯儀共放樣定位胖，平整場跨地，立起陵鉆架，開友鉆。靈b制、熱棒埋缸置角度控溉制：兔MD--天50凝全液壓動面力頭式錨桶桿鉆機角撐度變化范搞圍大，角妥度底盤裝海有刻度表過，可以控擔制鉆機進鞋度；選XY--捷4廁液壓鉆機接采用立軸備轉(zhuǎn)動調(diào)整蘭角度，采報用導(dǎo)斜量畏角器定位穿，準確省起時；長螺濃旋鉆機采弄用制作調(diào)幼整法，調(diào)肚正螺桿角駁度；鉆機滅地坐下鋪屋設(shè)聚氨脂粉板，防止賄熱量傳入捎路基，破勁壞凍土的握穩(wěn)定。易c冶、鉆進角怠度控制：茄開也時采肉用導(dǎo)向裝杰置，用慢勝速鉆進，興液壓給進遞加壓，保熟證鉆孔角附度，為了奪避免鉆進釋時鉆頭下魯府，鉆孔煤都必須預(yù)師留一個傾妙角稅13挑度角。倦d較、鉆頭采肌用及鉆進抱方法：董MD--嘆50剃全液壓動繭力頭式錨番桿鉆機可皮采用普通西合金鉆頭姨回轉(zhuǎn)取芯湖鉆進；礦基石含量較就高的的松共散地層可宇采用跟管隆鉆進，以馳保證孔壁忌平滑。斬XY--攀1便液壓鉆在掃孔壁較穩(wěn)殊定的地層舉中鉆進時毛可采用一歇般合金鉆撞頭回轉(zhuǎn)鉆賭進，在松鵲散易踏孔霞地層中鉆野進可采用衣內(nèi)管超前餃的施工方芹法，即內(nèi)海管前端裝捐鉆頭先回幟轉(zhuǎn)鉆進，孝外管不回辛轉(zhuǎn)隨之壓鐮入的一種趴雙管施工帳方法。念e峰、鉆機固廣定：一般雕采用較簡畜單的地錨響固定法；敢在地層較杏復(fù)雜，特掘別難鉆，也鉆面震撼補較大的情狀況下，必魚須采用鋼睜繩固定，取或支架支請撐，避免伸發(fā)生意外地。歉熱棒安裝詳前，鉆孔永位置、鉆攜孔數(shù)量、應(yīng)鉆孔傾角視以設(shè)計為利準，鉆孔礦直徑腐150m廉m盤，孔凈深格9.5短米，偏差議不得超葬過噴±盡20mm畜，孔直線漏偏旨差布≯眉5mm銹，孔間距或3易米，偏差滿不得超過礙4mm筋,變分別布置屋在兩側(cè)路盜肩，孔口炭周邊不能姓有局部跨宮踏。鉆探幣砂土就地扭堆放備用例。鉆孔施溪工完成后震，應(yīng)及時岔起吊熱棒騎進行安裝橡。如不能廁安裝，則段應(yīng)采取臨燃時措施保漸護鉆孔，攜如用泡沫剛墊將孔口轟掩蓋，防猴止孔內(nèi)落育入雜物等前。濫4沖、工件起省吊與回填紫熱棒安裝職前，對現(xiàn)涼場檢驗熱脹棒管道的踏防腐、保燦溫、防水灑層的處理組等以及相編關(guān)項目進雅行檢查。鞋利用鉆機軌卷揚機按茄設(shè)計吊點族拴牢并將工熱棒吊起蹄，在人工洞輔助下插嶼入鉆孔，慰或采用吊丘車吊裝，被吊裝繩宜耐采用尼龍此吊裝索，馳同時在繩?？厶帒?yīng)軟階質(zhì)墊片保攝護，同時臘布置陰極呀保護線，凱并用砂料奮充填初步填固定，回升填砂料使躁其達到密恩實，在充筆填砂料的腫同時向孔克內(nèi)灌水，侵若用流動倒性較好的按細砂土則結(jié)不必灌水勻，同時將債熱棒按外窗傾騎1裙3毫℃瘦要求調(diào)整掙安裝角度熱，待調(diào)整懸好插入深納度以及角苦度后，進逗行永久性遣固定。秧在考慮吊澤裝時，還桶需要結(jié)合腎工件的強烘度、鋼度固、局部穩(wěn)解定性等選校擇最有利星的受力位席置，必要捧時應(yīng)采取羞：補強加罩固措施，司確保安全婦施工。搬擾運、吊裝鳴過程中要柄防止外力完作用使翅破片變形。迎應(yīng)注意不冰要壓傷和改擦傷工件波（尤其是愁上部的翅構(gòu)片部分）憤，應(yīng)避免薪損壞散熱所翅片和外極保護層。著在吊裝單蝦支熱棒時且，利用熱暑棒本身頂?shù)安慷松w的奉環(huán)行槽作柳為受力點掘進行吊時攤（設(shè)計吊騰點），考握慮熱棒的拖長度為雁12饒米，應(yīng)采景取必要的軋防護措施安，防止因德設(shè)備的搖譽擺而發(fā)生談危險。單奉件吊裝重餃量不超過霜500K卵g繳，但要求遼吊車吊臂慎起吊高度滔不低于請14酬米。千熱棒吊裝偏置入孔后癥，用篩過貨的細砂土耕回填熱棒頁與孔之間繪的間隙，堡可以根據(jù)夜天氣的情獨況分多次湊回填，全久每次都要蘋求回填密圖實，允許擴采取其它算措施幫助蒼回填土密吵實，如：險拘搗實或魚加鼻≯瀉５０攝氏統(tǒng)度的熱水愈，注意不犁要損壞防灑腐層。義用細砂土暴回填熱棒棒與孔之間猴的間隙，膽要求回填迅密實，注宅意回填時旺不要損壞辱銅芯電纜赴焊點和防贈腐層。吊5朝、清理場鬧地與驗收遵熱棒安裝姨完成后，榨對施工場低地進行清盲理，將施足工垃圾清晉理遠運或挪埋藏于地昌表以下，牲并恢趁復(fù)路基邊嫂坡原狀。他最后對熱覺棒施工進稿行全面驗油收。檢驗司熱棒安裝袋應(yīng)整齊劃訂一，安裝既后所有熱舉棒的高度債差不大于餡２０氣mm新，路基同箭側(cè)的熱棒撤應(yīng)在同一醋平面內(nèi)，卷平整度不遍大于２０別mm述。測量放樣、備料等施工準備測量放樣、備料等施工準備鉆孔吊裝就位砂土回填施工場地清理及全面驗收檢查、保管熱棒獎霉殖間元旨朱談熱棒安裝筆工序圖警四、幾點倒體會：拳1魔.欄熱棒是一迅種無源冷征卻系統(tǒng)，綁不需動力騎的節(jié)能裝債置，在寒策季施工，腸可防止施辱工過程中遮凍土層的暫凍脹變形讓和融汽變億形。