矿区大口井工程设计研究论文（精选6篇）
关键词:矿区;生态环境治理;大口井;沉井
我国地大物博，矿产资源丰富，各种矿区众多，但由于缺乏整体规划，乱挖乱弃的废弃土随处可见，致使大量的土地资源被占用和破坏，不仅使所占土地无法利用，也使得周围土地资源的合理开发受到了限制。因此，进行矿山地质环境综合治理势在必行。在进行矿区生态环境治理时，应根据治理区的实际情况，因地制宜，合理规划，分步实施。设计目的主要是场地平整后恢复土地使用功能，并进行相应的辅助措施。主要治理工程包括:大口井工程、固体废弃物整平工程、设置泄洪明渠、覆土、平整、植树、种草及设置标志牌等。本文结合某大口井工程案例进行探讨。
1结构要求
本案例中设计的大口井为圆形水井(见图1)，外径6m、内径4m，深度为水位以下5m，井壁为钢筋混凝土结构，厚度为1．0m;井底封底采用砂石料填塞形成反滤层，先填塞砂卵石，填塞厚度为0．5m，然后填塞碎石，填塞厚度为0．5m，为了保证井壁的透水性，混凝土使用无砂混凝土。从安全的角度考虑，大口井井壁上顶高出平整后地表0．5m。要求混凝土强度等级为C20无砂混凝土，采用沉井法施工，人工挖土排水下沉，井壁分段浇筑。
2施工工艺
2．1施工工艺流程
大口井工程的施工工艺流程为:施工预备→基坑开挖→垫层制造→沉井刃脚施工→立井壁内膜和支架→钢筋绑扎→立外模和支架→浇捣混凝土→混图1大口井示意图凝土养护及拆模下沉→施工缝处置→进行其他井壁施工→下沉到位、观测→沉井封底。
2．2基坑开挖
采用人工挖、装，卷扬机调运的方式开挖基槽，边挖边沉井，随时校正。利用离心水泵采用排水法人工施工，井内的水位随井筒下沉而下降，基坑底面的浮泥应铲除干净并保持平整和干燥，避免因积水而影响刃脚垫层的施工，水位控制在开挖面以下0．5～1．0m。人工挖土每次开挖深度为0．3m。基坑坑壁与井筒外壁的间距为0．75m，设计大口井为圆形，内径为4m，井壁厚度为1．0m，基坑开挖直径为7．5m，每1m深度开挖工程量为44．17m3。设计大口井井底回填滤料厚度为1．0m。
2．3推运整平
大口井基槽开挖产生的废石土，待沉井完成后利用推土机将其推运回填至井壁与基槽的空隙，剩余的平整于井口周边，使其与周围地形地貌相吻合。
2．4封底
采用砂石料填塞，包括漏斗和套管的安装、拆除、封底填塞。将砂卵石填塞于底部，厚度为0．5m，然后填塞碎石，厚度为0．5m。
2．5沉井
沉井的工作内容主要包括刃脚制作、安装，模板制作、安装、拆除，钢筋绑扎，C20无砂混凝土拌制、浇筑、养护，最终形成井壁厚度为1．0m，边挖边沉井，井筒下沉时应保持平稳，当发现位移或倾斜时及时纠正，并在下沉过程中填写记录。沉井分两次浇筑，第一节从沉井至刃脚上皮，沉井高度为5m，第二段沉井高度为4/5m，沉井接高的各节竖向内壁应与前一节的内壁笔直;分节制造的沉井在第一节混凝土达到设计强度的70%后，方可浇筑其上一节混凝土;在沉井接高浇筑混凝土过程中，要加强对沉井的沉降观测，并做好较详细的记录。在沉井下沉过程中，采用挖土下沉的方法，沉井内设一台水泵进行不间断地排水，使水位控制在开挖面以下0．5～1．0m。
(1)刃脚垫层施工。砂垫层选用颗粒级配较好的粗砂或中砂，粒径为1～3cm。为了提高砂垫层的密实度，采用逐层振捣法进行振实，层数为两层，每层厚度为0．25m，宽1．6m。每层摊铺振实时，逐层洒水并控制砂的最佳含水量，并及时扫除集水井中的积水。支撑稳固后，即可浇捣垫层混凝土，垫层采用C20素混凝土，外表应平整压光，标高误差＜8mm。振捣应密实，以确保质量。
(2)刃脚制作。刃脚上端宽度为1．4m，下端宽度为0．8m，高度为1．0m，刃脚斜面与水平面夹角为60°，刃脚模板采用钢模板。刃脚应浇筑在坚实的土层上，刃脚混凝土强度达到设计强度的70%时，方可在刃脚上浇砌井筒，待刃脚混凝土达到设计强度的100%、井壁混凝土达到设计强度的70%时，方可开始下沉。在浇筑上部混凝土前，将施工缝用清水冲刷干净，并先均匀地铺一层厚2cm左右、与混凝土强度等级相同的水泥砂浆，使接缝紧密结合。
(3)井壁施工。井壁厚度为1m，井壁模板采用竹胶板、组合钢模板、卡扣件及联杆组装而成。井壁制作分为两段，第一节从沉井至刃脚上皮，沉井高度为5m，第二段沉井高度为4/5m，各接缝中心处均设一道钢板止水带(宽300mm、厚3mm)，钢板接头满焊，防止各段交接处的水平施工缝渗水。
(4)混凝土养护。结构混凝土浇筑完毕，在混凝土表面及时包裹塑料布及土工布，并进行洒水养护。高温养护时要注意养护的水温，避免由于温差过大而引起混凝土开裂。养护方案可根据实际情况适时调整。在混凝土带模养护期间，应采取带模包裹、喷淋洒水、保持潮湿，保证模板接缝处不至于失水干燥。为了保证顺利拆模，可在混凝土浇筑48h后略微松开模板螺栓，混凝土强度超过设计强度的75%时可进行拆模。沉井混凝土拆模后，应对混凝土采用蓄水、浇水或覆盖洒水等措施进行潮湿养护，保证混凝土表面湿润。在冬季和炎热季节拆模后，应采取适当的保温或隔热措施，防止混凝土产生过大的温差应力而使其表面产生裂缝。
3结语
通过本技术的应用及项目的实施，有利于改善生态环境和局部小气候，减少风力，提高土壤贮水保土能力，增加土壤有机质含量，改善土壤团粒结构，遏制土地沙化、水土流失，改善生态环境和人居环境。但大口井工程的投资较大，施工周期长，其间存在很多不稳定因素，需要严格的施工管理及后期维护。
作者:刘双英 单位:山西建筑职业技术学院
参考文献:
［1］武中刚．沉井施工技术在某工程中的应用［J］．山西建筑，2005，31(3):86－87．
［2］杨燕红．淤泥土质沉井及纠偏施工技术［J］．建筑，2015(13):71－72．
一般在大口径同轴反射式望远镜中,主望远系统即主次镜的成本很高,为了让望远镜具有多功能性,提高主望远系统的使用效率,在设计时使得主望远系统的焦点可以进行相应的切换,形成多个子光路,Coude光路就是其中之一。Coude光路是典型的全反射光路,它的主要作用是将主望远系统的光束传递到机下的光学实验室,在尽可能减少能量损失的前提下,为相应的子光学系统提供良好质量的对接光束。
整个Coude光路系统由多片反射镜组成,而且各反射镜之间间隔较大,这给结构支撑和装调带来了一定的难度。在设计Coude光学系统的支撑结构时,首先必须保证在工作时光学表面的面形精度变化在设计的公差范围内;其次保证各光学元件之间准确的位置关系,使其误差在设计的公差范围内;最后要充分考虑装调和检测可行性和方便性[1]。
对于这类型复杂光学系统,机械零件和光学元件之间的简单连接很难使光路对准并满足公差要求,即使能够满足要求,对机械加工和装调的要求也相当苛刻。因此在满足光学设计要求的条件下,可以使部分光学元件支撑系统增加调整机构,对光学元件的位置进行调整,以便于装调和有效的光路对准。
本文以某大口径望远镜光学系统为例,首先对其Coude光学系统进行了介绍,然后分析其中的各组件,并设计了关键支撑和调整结构,得出相应的结论。
1 Coude光学系统
在光学系统中,两块平面反射镜的空间相对位置关系主要有三种,分别如图1所示[2]:
1)两平面反射镜的法线在同一平面且平行,光线经过后方向不变,位置平移,见图1(a);
2)两平面反射镜的法线在同一平面且垂直,光线经过后方向改变180°,位置平移,见图1(b);
3)两平面反射镜的法线不在同一平面且空间垂直,光线经过后方向空间改变90°,见图1(c)。
在该望远镜系统中,Coude光学系统由反射镜M4~M9组成,如图2所示,其中M5为离轴非球面反射镜,其余元件均为平面反射镜。M4与M7、M8与M9属于第2)种位置关系,M7与M8属于第1)种位置关系。
离轴非球面反射镜M5是关键元件,它主要承担光束中继传递,其光学参数见表1。其余平面反射镜承担折转光路任务。
各反射镜装调公差如下:
M4与M5间距公差:±0.1 mm
M5与光轴倾斜公差:±30"
M5与光轴偏心公差:±0.05 mm
其余各折转平面镜之间的倾斜公差为1′,间距公差为±0.2 mm。
2 Coude光路支撑系统分析与设计
2.1 光路调整和支撑方式分析
综合考虑整个光路和望远镜结构,M4和M7起承上启下的作用;M5离轴非球面镜是满足系统要求的关键元件,在考虑其光学位置的同时需要考虑其检测方法,所以M5和M6组件综合考虑,以保证其入射光线与出射光线的平行和等高;M8和M9位于转台内部,负责光路是否与方位轴同轴。根据功能要求便可以确定各光学元件之间的调整关系。
光学元件的支撑结构除需要保证元件之间的相对位置关系之外,也需要保证光学元件的面形不被破坏。反射镜常用的支撑有中心支撑、背部支撑和边缘支撑。本光路系统中反射镜显然不适合于中心支撑,其支撑方案只能在背部支撑和边缘支撑中考虑。根据3点定面原理,镜座设计有3个与压块位置对应的凸起与反射镜接触,而且在反射镜镜面和压块之间放置柔性衬垫,以避免反射镜的过分变形,同时降低加工难度。
2.2 调整结构分析与选择
根据分析,4维调整机构既可满足4块45°倾斜平面反射镜光路对准要求,即两维倾斜调整和在相互垂直光路方向上的两维平移。
被调整元件背部有3个或4个驱动器支撑均可以实现2维倾斜调整。4个驱动器在机械结构上是超自由度的,因此在加工和安装时精度要求比较高,其优点是结构完全对称,回转轴在理论上相互正交。3个驱动器结构在一定角度范围内稳定性非常好,还有一个优点是除了倾斜运动,它还允许反射镜的垂直运动(活塞式运动),缺点是调整需要经过计算。
平移机构一般由工作台滑板、直线移动导轨、传动机构和驱动组成,需要时可以增加位移传感器。导轨有多种形式,按摩擦方式划分有滑动摩擦导轨(如燕尾形导轨)和滚珠/滚柱导轨(如交叉滚柱导轨)两种。根据导轨的不同结构,使用场合也不同。对于手动调整机构,其精度与螺纹质量、有效螺距和调节旋钮的大小等相关。在本系统中调整机构只在装调时使用,而且稳定性要求高,所以选用精密配研的燕尾形导轨。
离轴椭球镜M5,还需要增加一维旋转调整机构,要求旋转精度高、刚度大、转动平稳灵活无卡滞。填入式滚珠精密轴系既可以满足上述要求,还增加了对整个调整结构的尺寸适应性。
2.3 调整结构设计
结构设计时既要保证调整精度高、稳定性好,也要注重调整和锁紧操作灵活。
设计要求如下:
导轨滑动自如,无卡滞和明显间隙;
倾斜调整范围为±2°;
水平和垂直方向调整范围均为±5 mm;
回转调整范围为±2°。
2.4 二维倾斜调整结构
2维并联倾斜调整方式可分为2种,如图3所示。2维倾斜带来的光路平移分别与h0和h有关,图3(a)所示结构明显要小于图3(b)所示,但是图3(a)所示结构的调整操作空间有限,这在手动调整结构中尤为突出。图3(b)中,倾斜座的变形会对反射镜的面型造成一定的影响,但是对于小口径反射镜而言不会产生很大作用。
反射镜的支撑是在对反射镜进行有效定位的同时卸载它的自重,并且减小热应力对反射镜的影响以达到减小镜面变形的目的[3]。
在结构材料的选择上,考虑受力及受热后结构及镜面面行的稳定性,反射镜选用高比刚度、高稳定性的微晶玻璃,为了避免由于材料膨胀系数不匹配对面形精度的影响,与镜体直接接触的镜室的线膨胀系数能与反射镜的线膨胀系数一致,则均匀的温度升降就不会带来镜面的畸变。故选择与微晶特性匹配的铟钢(4J32),以使其反射镜力学、热性能相匹配。仅从材料的线胀系数匹配上来消除由于温度变化而造成的面形精度下降是不够的,还要通过选用适合的结构,进一步降低外部因素变化对反射镜面形精度的影响。
倾斜调整机构采用半运动支撑方式,机构的自由度可以通过以下的运动准则得到:
式中:N为系统元件数量;g为铰链数;fi为第i个铰链的自由度数量。
本系统中,元件数量n=5,包括固定底座、运动平台和3个有相对直线运动的驱动器;铰链数g=6,包括1个球铰,1个球/V型接触副,1个球/平面接触副,3个直线运动副,各自对应的自由度分别为3、4、5、1,所以,M=3。支撑原理框图如图4所示。
2维倾斜调整结构装配图如图5所示。
在整个结构中,球铰的精度与结构的稳定性密切相关,所以采用特定结构代替标准的球轴承。整个球铰由上锥形槽、调整垫、下锥形槽、锁紧螺母、外壳和球杆6部分组成,从而实现由传统的面接触转变为始终保持接触状态的线接触,提高结构的稳定性。
2.4.1 一维平移调整结构
使用平移调整结构主要有2个原因:一是弥补非对称中心倾斜带来的光路偏移,二是方便整个光学系统的调整。为了使平移机构滑动平滑,除对导轨要求精密配研外,还需要设置环节使驱动丝杠和调整组件之间存在的微量角度和位置偏差不会对结构的性能造成影响。燕尾形导轨副由于其零件的尺寸误差、形状误差和配合间隙等因素的影响致使运动件不能沿理想运动方向移动而出现位置误差,误差详细分析与计算见文献[4]。
单个平移结构3维结构图如图6所示。此处采用手动调整,达到指定位置后锁紧前后两调整螺母。双向调整螺母采用球面接触形式,由于球铰的万向原理,从而允许驱动丝杠和调整组件之间存在微量的角度和位置偏差。这样即可以保证调整精度,同时也降低了加工要求。
2.4.2 一维旋转调整结构
回转台的技术指标包括以下几项:角度范围、稳定精度、动态特性和重量等。轴系精度的高低决定转台系统的精度。
由于离轴椭球镜M5旋转机构具有旋转精度高、工作载荷小和转速低的特点,所以选择填入式滚珠精密轴系,其置中精度与方向精度主要与间隙、滚珠直径偏差有关。这种轴系具有自动定心的作用,其轴的回转中心位于滚珠和内外锥面接触点法线的交点上[5]。当滚珠直径偏差为∆d时,则轴的中心线偏差范围,所以钢球选择G3(0)级(球批直径变动量0.13µm)。回转半径为r时,轴的晃动量为θ=∆)/arctan(r。精密回转轴系二维结构图见图7。
3 分析优化
4块反射镜均需要45°倾斜座,作为反射镜的支撑基础,要求刚度高,因此需要优化设计。后3块反射镜尺寸相同,而且相对较大,所以只对此反射镜的倾斜座模态进行优化分析。通过分析,确定倾斜底板厚度为6 mm,水平底板厚度为7 mm,加强筋厚度为5.2 mm。其一阶谐振为741 Hz,模态云图如图8所示。
在提高单件刚度的同时,保证元件之间的连接刚度才能提高系统的稳定性。图9(a)为M5与M6组件装配时的连接状态,通过图9(b)将两个组件连接,因此需要结合使用,加工和工艺对两个连接件进行分析优化。通过对底板厚、筋厚、筋分布间隔和分布方式的优化,使整个结构的变形优于2µm。
4 结论
文中对大口径望远镜Coude光路的光机系统进行了研究,根据要求详细分析并设计了各类调整机构。多维调整机构满足设计要求,精度高,在装调和使用方面均具有突出的便捷性,整个设计方法可作为同类产品的设计参考。
参考文献
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关键词：生态关怀意识 煤矿矿区 景观改造设计
中图分类号：TU986
文献标识码：A
文章编号：1003-0069（2015）09-0126-02
一 煤矿矿区环境景观改造设计研究的背景及现状
1.1研究背景
煤炭不仅是工农业生产和社会经济发展的物质基础，也是社会财富的重要源泉，但是在给人类带来一系列经济效益的同时也带来了对环境的严重危害。无止境的采煤对环境造成很大的危害：露天煤矿让土地无法再使用，漫天飞舞的粉尘污染空气，洗煤后的酸性矿山排水会渗入河流中，造成水污染，产生对人体健康的不良影响。煤矿业城市的发展明显不同于一般的城市，环境污染和生态破坏问题日益突出，如果不对煤矿矿区进行相关的生态治理以及景观重建，很容易产生矿业城市的衰退。
1.2国内外城市煤矿矿区景观设计研究现状
我国煤矿矿区围绕着环境治理与生态的角度，大多建成湿地公园或者是森林公园。典型案例就是唐山南湖公园。改造前是130多年开采导致的塌陷，形成了占地32.54公顷的大水面。改造以生态修复为主，形成了集游憩观赏和水上活动为一体的大型综合性生态公园。它在景观设计上采用了生态湿地的方法，让采煤造成的塌陷地变成了旅游胜地。
国外我们所熟知的典型案例是德国杜伊斯堡景观公园，改造前是一个集采煤、炼焦、钢铁于一身的大型工业基地，改造后是以工业背景为主的大型工业旅游主题公园。园内保留了很多原有的工业设备并进行改造，将创意的景观改造方法引入到矿区景观设计实践中，保留了矿区城市的文化特色，促进了社会和谐与文明的发展。
二 煤矿矿区环境景观改造设计研究的目的和意义
2.1研究目的
通过对所研究的煤矿矿区的实际情况进行实地考察，分析和总结，基于生态关怀的角度，对煤矿矿区的景观改造设计提出自己的见解，来解决煤矿矿区工作和生活区域的改善和修复带来的一系列问题。
2.2研究意义
煤矿矿区的环境景观设计研究具有社会意义。随着工业化的不断发展，大量煤矿矿区的存在，带来经济效益的同时引起了很多社会问题，比如城市发展问题、安全问题等。通过景观改造和设计，可以改善社会问题，创造良好的工作环境，避免矛盾激化。
煤矿矿区的环境景观设计研究具有生态意义。煤矿矿区的无节制开采，对环境以及工作和居住在此的人们带来了很大的危害，裸露的矸石山，漫天飞扬的煤灰，土壤质量的降低，植被的污染与破坏，煤灰在风力、降雨等的搬运下，对水环境、大气环境造成污染，而且被污染的水和土壤中也含有很多重金属，有些污染日积月累带来的伤害甚至是致命的。煤矿矿区的景观改造设计，能够对原来遭到破坏的生态系统得到改善。
煤矿矿区的环境景观设计研究具有经济意义，在矿区环境景观改造设计之后，会带动周边农业、旅游业的发展，并且根据所在区域的功能需要，对废弃场地和矿区设备用创新的方法改造，发挥最大的经济效益。
三 生态关怀意识与煤矿矿区环境景观设计的融合及相关研究
3.1生态关怀的概念
生态关怀指的是对构成大自然生态环境所有要素的一种关爱之情，在这次研究中我所认为的生态关怀，是通过生态景观的设计手段，来表达对陪我长大的煤矿矿区情感上的关爱，是一种故乡情感的寄托。
3.2生态关怀与煤矿矿区环境景观设计的分析
3.2.1人的情感关怀与煤矿矿区环境景观设计
煤矿矿区的景观空间是以人为主体的，在这个空间中，人们有不同于其他空间的工作和生活习惯。所以在煤矿矿区进行景观设计，要从习惯出发，充分考虑和体现出人们对这个区域的情感关怀。根据不同空间不同功能划分，人性的需求、差异、行为习惯等，营造相适应的设施环境，使使用者能够在空间中感受到满足和舒适，最后感到愉悦，让工作和生活环境更加舒心。对煤矿矿区这种特殊环境的空间，要结合人们的情感关怀来进行相对应的生态景观设计。
3.2.2煤矿矿区的工作性质决定了煤矿矿区环境景观设计须走生态路线
煤矿矿区特殊的工作性质，作业环境恶劣，环境污染很大。煤矿工人每天都需要在地下几百米甚至几千米的空间工作，并且三班倒的工作制度让他们不能有规律的饮食和作息，每天的下井工作从地面进入矿井之后，由于矿石表面氧化、木料腐烂、凿岩、爆破以及装运等作业产生的粉尘和有毒害的气体，导致矿井空气成分发生变化，不同于地面，井下空气的变化，造成矿井作业环境恶劣，空气质量和气候条件很差，严重有害矿井职工的安全与健康。地下工作环境通过矿井通风与防尘可以改善，地面裸漏的煤场，植被的破坏，二次扬尘等，就可以通过生态景观设计的手法来进行改善。
3.2.3煤矿矿区的背景环境需要煤矿矿区环境景观设计中有生态关怀
几乎每年都会有煤矿事故发生，每天在恶劣的煤矿矿区工作，即使是微小的矿尘，也会产生爆炸，造成国家财产的损失和人员的伤亡，而且呼吸过多，会导致矽肺病，在矿区工作的工人几乎都有不同程度的矽肺病。在煤矿矿区的环境景观改造设计中，要融入更多的生态关怀。
四 以河南省平顶山市四矿为例
4.1四矿简介
平顶山市位于河南省中南部，是典型的煤矿资源型城市。四矿，是平顶山天安煤业股份有限公司大型骨干矿井之一，东与一、二矿相接，南与三矿为邻，西邻六、五矿。矿区东西长约2.5km，南北长约5.5km，矿区面积约12.7149km2。矿区北部以农业为主，零星分布有家庭养殖业。南部以生产区为主，占地面积约8×10000m2，生活区位于生产区的南北两侧，在四矿工作的人们几乎都住在南北两个生活区内。
nlc202309010233
4.2现状分析与问题
平顶山四矿经过了几十年的开采，为国家生产了大量的煤炭资源，有力地支援了国家和地方的经济建设，产生了巨大的经济效益和社会效益。但是在煤炭开采过程中，也产生了大量的问题，对工作环境和身体健康的危害非常大，而且矿区生产区南北两侧都是生活区，矿工不仅工作环境没有保障，而且生活居住环境也受到了污染。
四矿矿区目前存在的问题有：地面水下沉、错动下沉、水水污染、煤矸石占地及风化污染、植被破坏、二次扬尘等。这些都是无节制的矿业活动带来的后果，可以通过景观改造设计来改善矿区恶劣的环境。
4.3设计主题
从生态关怀角度出发，打造一个交叉重叠的具有多层空间层面的煤矿矿区环境景观空间，具有煤矿矿区的特色的空间体验，遵循工作、时间和空间的序列，创造一个自由随性的煤矿矿区关系景观网。不是单纯的景观或是单纯的矿区，而是一种景观和矿区完全融合的结构。满足人们工作和生活的需求，同时又是生态、煤矿文化、娱乐、运动、放松休闲相结合的开放性的场所。
4.4设计分块模式
4.4.1以矿区采煤为主的工作区
以煤矿矿区人们工作时共有的习惯需求为出发点，比如工作顺序会产生相对应的空间，进行景观设计，由需求进行分析设计相关的空间，解决习惯需求问题的同时也可以改善矿区环境。
通过结合景观设计，废弃煤矿资源再利用，使其产生新的价值。比如对煤矸石可以景观绿化，能有效遏制煤矸石对环境的污染，还能为草本植物和菌类生物的成活创造较好的微生态环境。绿化后的煤矸石山再加以改造创建，为矿区工人改善工作环境的同时，也可以转化为优良的旅游资源。将废旧建筑产生新的建筑价值，铁轨，拉煤车，井架等废弃物件形成新的景观小品等。在四矿办公楼前广场，是职工等班车的区域，矿区环境恶劣，粉尘严重，再赶上刮风下雨的天气，露天的广场无处躲藏，设计轻盈透明的等车空间，加上废弃铁轨和拉煤小车作为景观小品的装饰，让等车的时间也可以心情舒畅。
废旧的建筑空间改造翻新，可以为工人设计更多的公共空间，在工作之余带来一丝惬意，也可以开力煤矿矿区博物馆，介绍四矿的历史发展路程，煤炭开采知识，展示煤炭开采过程中发生的灾害事故图片，进行安全教育等；在安全的前提下开展井下参观游，组织前来的游客身穿矿工服，背矿灯，感受矿区工人工作环境，也带来了旅游效益。
4.4.2以矿区周边的果园、有林地以及水浇地为主的农业区
整个矿区后面是擂鼓台山，不同的季节田野呈现出不同的颜色，在农业区强化这种自然的感觉，给黑灰色的矿区增加亮点，并且可以改善矿区环境。
利用这些自然景观与人工景观，结合着矿区和生活区对其进行规划，加以适合煤矿矿区的绿化植物，形成各类休闲区，为整个矿区融入田园风光结合的生态景观设计，并且改善了周围住户的生活环境。平顶山目前还没有与煤矿旅游相结合开发的景区，兼具矿业旅游资源和农业旅游资源的景区，不仅可以吸引对矿业旅游有兴趣的游客和周边居民，还为需要接近自然、放松休闲的人们提供场所。充分利用煤矿矿区内及其周边的果园、有林地和大片水浇地等农业资源，比如开办特色果园、菜园、花圃等，让游客享受田园乐趣，开设自然生态农场，亲身参与农业生产活动，在感受完矿区文化之后还能体验农耕生活，感受大自然的魅力。
4.4.3以矿区南北方向居民楼为主的生活区
矿区的生活区和工作区紧挨着，受到地下采煤影响，原本一排排的平房因为地下煤空缺产生裂纹，导致不能入住已经部分拆除。取而代之的是一些五层高的楼房。大部分之前的平房住户早已经习惯热络的邻里情，几乎都是住了四五十年的老邻居，楼房分淡了感情，大家还是还念平房时的热络。想通过景观设计，来帮助生活区的住户找回住在平房时的热络。给整个煤矿矿区关系景观区增添浓浓的人情味儿。
采用和工作区生活区一致的相呼应的景观形式，利用一些废弃的拉煤小车、铁轨等矿区元素，根据不同程度的塌陷地形，在地表上营造促进邻里间交流的公共生态空间，让空间来促进邻里之间的交流，给煤矿生活区带来活力。在居民楼围合形成的空地设计一块休闲广场，利用废弃铁轨，加上带滑轮的可推拉的组合椅，在广场中间设置浅喷泉，还可以净化小范围空气，为矿区职工提供放松惬意的生活空间。
五 结语
都说煤矿是工业化的粮食，煤矿业确实促进了经济发展和社会稳定，并加速城市化进程。我国大部分大中型规模矿区是在20世纪中期建设完成的，经过几十年的开采，分别出现了许多问题，如资源枯竭，后备资源不足，地质环境退化等。可是随着国民经济的飞速发展，城市化、城镇化建设步伐不断加快，煤炭需求量会持续增大，必然会带来更严重的环境污染问题。
根据调研，四矿煤矿开采工作还可以继续50年左右，那么50年之后呢？煤矿矿区开采总会走到尽头，我们要做的不仅仅是在地表上做文章，看似很好，达到了视觉上满足感，实际解决不了根本问题。应该从根本的生态问题入手，带动各个区域发展，找到一条可持续延长矿区使用寿命的绿色之路。
一、系统功能介绍
1、超强的控制能力：可以控制CD、MP3、调谐器、电源管理器等众多设备，主机设有自动、手动即时控制功能，可以随时插播所需歌曲节目。
2、音乐定时自动播放：主机自带U盘MP3接口，通过编程设置及菜单操作可对U盘里的音源节目进行编程和即时控制、实现自动/手动播放输出、操作简单、方便实用。
3、紧急广播：通过广播话筒或远程寻呼话筒，可对所要的分区或全区进行广播寻呼，在对某分区寻呼时，其它分区音乐播放不受影响，操作简单、方便快捷。
4、多套程序设置：系统可编8条程序，每条程序可编80个时间段，可根据季节的不同编缉春夏秋冬多套程序调换使用，程序以每周自动偱环运行，实现在不同时段不同的区域播放不同的音源节目，无需人员操作，完全自动运行播放。
5、强大的电源时序功能：主机自带8路电源管理，设计以顺时开、逆时关功能，我们在安装广播设备时以音源＋功放＋分区＋音箱，依次顺序给系统设备供电，彻底解决了系统在开机瞬间时产生的强大电流对设备造成损坏，大大提高了系统的稳定性及安全性，从而保证了系统的正常运转。
6、短路报警接口：火灾是难以预知的事情，在公共广播系统中必须考虑到消防报警广播，主机具有短路报警接口，可直接与消防中心连接，当有火灾等紧急情况发生时，消防系统自动触发广播系统对火灾区域播放火灾广播，也可打开寻呼话筒进行广播。
7、停电保护：采用微电脑控制器存储器，具有记忆功能，时钟和程序不因停电而影响，来电自动恢复程序运行。
特点及优势
1、高性价比：系统配置高度集成主机，其内置编程控制器，编程控制MP3播放器、8路电源管理器、短路报警接口等。
2、高智能化：系统可实现定时、定节目、定分区的自动播放音乐，可定时控制电源的开启和关闭，受控电源设有手动开关，方便实用，通过对周边设备电源的控制，大大延长设备使用寿命。
3、高人性化：简单的即时控制功能及全新智能化的编程模式，使系统操作更简单、更方便实用；系统可编8套程序，为满足不同需求，可编写备用程序随时调选运行，比如主程序用于正常时间执行，备用程序用于特殊时间执行。
4、高精准性：内置业界高精确实时时钟芯片，精确到1秒，年误差不超过0.2秒，杜绝时间误差，寿命长、免维护。
二、安装调试
供方负责对用户单位的运行人员进行技术培训；货物运抵现场后，及时派人到现场负责指导安装，调试，及时解决试运行中的技术问题，并协助需方验收，直至验收合格。
三、售后服务
1、我方负责设备现场安装调试需方配合，我方应保证设备配备件的长期优惠价供应。
2、主机设备质量保证期为12个月，在质保期内因设备本身质量问题造成损坏，免费进行维修或更换。
3、若设备出现故障，接到请求现场技术服务的联系后，24小时内安排人员到矿进行技术服务。
4、对购买方使用、维修人员进行现场免费技术培训。
5、对于系统中自主开发的软件，乙方负责永久免费维护升级。
6、产品在制造过程中，我方可接待使用方派遣的有经验、健康、能胜任工作的专家并提供必要的工作条件。确保买方人员能出入制造厂的车间及设计室,了解设计，制造的进度。
1 管线设计的前期工作
1.1 定线
定线即确定管位,是确定设计方案的关键所在,决定了整个设计的优劣、工程的造价及施工的难易程度。
管道的定线原则:根据城市总体规划及管道规划,布置管线时力求管线短,尽量避免通过河谷、山脊、滑坡、塌方及其他工程地质不良地段;提高管网运行的经济性,尽可能把主要管路敷设在负荷最大和用户最多的地区;为了保证今后在施工和维修时不影响交通,避免管道承受过大荷载,管道应尽量避免横穿铁路、公路,应沿公路、铁路的绿化带边缘敷设。
工程实例:在进行滨河东路(北排洪—迎泽大街)DN2 000,DN1 600给水管线工程前期工作时,原定管位是沿规划西渠路至迎泽大街,因西渠路大部分路段未形成路,途中与西干渠交叉多次,而且与规划管位平行,距管位2 m处已敷设高压电杆,电杆基础距规划给水管管中仅1 m,会给施工带来很大困难,途中还涉及了大量拆迁,增加了工程造价和施工难度。经多方调查,进行技术经济比较,将管线改至滨河西路沿慢车道敷设,合理调整了管位。虽增加了破路费,但避免了拆迁补偿,而且在已形成的路段施工,大大降低了施工的难度。
1.2 确定管材
合理确定管材,是关系到整个给水管线的使用年限,减少今后事故维修的关键。目前,国内大口径给水管道常用的管材有:球墨铸铁管、钢管、玻璃钢复合管等。下面对上述管材性能及优缺点进行比较。
1)玻璃钢复合管。
玻璃钢复合管具有重量轻、强度高、防腐蚀性好、适用于各种土壤、内壁阻力小等优点,但因玻璃钢复合管原材料中含玻璃纤维,当进行断管或管道破裂时,玻璃纤维会进入饮用水中,对人体健康造成伤害。因此,使用时具有局限性。
2)钢管。
钢管的优点:机械强度高,能承受极高的内压外压。我国生产钢管的技术相当成熟,可以加工各种特殊管件,适用于穿越各种障碍。缺点:钢管易腐蚀,大口径钢管应进行内外防腐。外防腐采用涂层防腐和电防腐,涂层防腐一般采用还氧煤沥青二油六布加强级防腐。若管道距高压电杆太近或土质具有腐蚀性,还应采取电防腐法,电防腐采用牺牲阳极保护法。内防腐采用水泥砂浆内衬防腐。因钢管内外防腐都是事先做好的,在现场焊接时,难免会破坏接口处防腐层,给施工质量带来隐患。因此在“引黄入并”给水管线工程大口径管线设计中未大规模使用,只是在不良工程地质条件下及过特殊障碍时为方便施工,加快工程进度时才选用。
3)球墨铸铁管。
球墨铸铁管又称“可延性铸铁管”,具有较高的抗拉强度和延伸率,具有较好的韧性、耐腐蚀性、抗氧化、耐高压等优良性能。大口径(DN1 600以上)接口采用“K”形胶圈接口,施工不受气候干扰,省时省力。球墨铸铁管克服了以上两种管材的局限性,因此在引黄给水工程设计中,管材主要选用球墨铸铁管材。
2 制定合理的设计方案
在管位、管材确定之后,管线设计就进入方案阶段。在保证技术可行的前提下,方案阶段应考虑以下几个因素:
1)施工可行性。
进行方案设计时,应将管线按预定的管位放在1∶500或1∶2 000地形图上,根据图中位置进行现场踏勘,应充分考虑到施工的因素,如材料的堆放,大口径管材,每根管子长约6 m～8 m,口径大,占地面积大,如现场无堆放场地会增加施工的难度。施工机械的使用,大口径管材的施工,基坑开挖面积大,如管位在路上,应保证交通,保证施工机械的使用。在方案设计阶段应将施工因素充分考虑到,及时修改方案,保证设计的合理性,加快施工的进度。
2)方便今后的运行管理。
进行方案设计时,应考虑到施工完毕后,管线的运行及管理,除按规范设排气井、泄水井、阀门井、检查井以方便检修、调度外,还应注意与周围环境相结合。如泄水井的设置,要考虑泄出水的去向,要尽量排到附近的雨水管或排水渠,若附近没有排水条件或不容许排水,无法设泄水井,如管线紧靠农田、民房时,应结合相邻泄水,在有排水条件的泄水井附近,适当放大泄水管口径,增加其泄水能力,核检泄水井数量,满足管线的使用要求。在保证技术合理的情况下,尽量使管线利于今后的维修、管理。如管线埋深,在保证荷载,满足冰冻深度的要求下,还应满足管线构筑物如阀门井、消火栓井、排气井的安装要求,在符合以上技术条件时,尽可能降低管道埋深,减少覆土厚度,降低工程造价,方便今后管道维修。
3 设计中应注意的问题
1)穿越障碍。
因引黄给水管线工程贯穿太原南北,途中横穿了许多障碍,而大口径球墨管道最大扭转角度只有1.5°,因此,应尽量在设计阶段将地下设施调查清楚,做出翻越障碍的方案。遇到大的障碍,如:雨水方涵、大口径供热管线(双线)时,应在保证埋深的条件下,采用钢制“U”形弯头,保证管线顺利通过。若无法满足管道埋深,又不能从障碍下面通过,可通过砌管沟,设盖板,增加盖板及管沟侧壁的强度,使管道通过障碍。
工程实例:在引黄工程给水管线设计中,滨河西路DN1 600给水管线需穿越胜利桥。在设计阶段,通过对桥体结构、基础的研究论证,决定采用钢制管道外加套管,在两座桥墩正中穿过。但地质勘察报告表明,该处地质为流砂,地下水埋深仅为1.2 m。正常施工首先降水,如采用普通降水方式,考虑到该处紧邻汾河,地下水来源不明,单纯降水,会影响桥梁基础及桥旁挡土墙及附近建筑的安全。为此,请教了各方有关专家及胜利桥的设计者,经多方论证,确定了采用轻型井点降水,采用钢板支护,边降水边施工,边施工边覆土的过桥方案。实践证明,由于预先考虑了桥体结构及周围的地质因素,保证了施工的进度,并在不影响桥身及周围建筑安全的前提下,使DN1 600输水管顺利通过了胜利桥。
2)地基处理。
在管位确定后,应对沿线进行地质勘探,充分了解地基岩层的成因、构造,或可能发生的影响场地稳定性的不良地质现象,从而对场地工程地质做出正确评价,采取相应的技术对策。球墨铸铁管道可直接铺设在干燥坚实的原状土上,如遇到不良地质时,应相应对管基做处理。管基可分为:弧形素土基础、灰土基础、砂垫基础、混凝土基础、枕基及其他特殊处理的管道基础。太原市属失陷性黄土分布区,当管道地基位于失陷性黄土时,应按规范对管沟进行夯实、换土、采用灰土垫层等地基处理方法。
3)抗震。
太原市基本地震烈度为8度,管道工程设防烈度为8度。进行管道设计时应按照国家《室外给排水和煤气热力工程抗震设计规范》要求。在滨河西路DN2 000,DN1 600给水管线工程兴华街—漪汾街段,经勘察,液化土深度为5.3 m～8 m,若采用全部换土或土体加密法,会大大增加施工的难度和工程造价,因此采用以下措施,局部换用较好柔性及强度的钢管,全线采用球墨管,球墨管接口均采用柔性胶圈接口,起抗震消能作用。
4 结语
大口径给水管线犹如人身体中的大动脉,如工程质量得不到保证,管道发生破裂,给国家造成的损失是无法估量的,因此设计时应合理确定管位、选择管材,制定技术可行、经济合理、着重管理运行的设计方案,提高设计质量,保证施工顺利完成。
参考文献
【关键词】强造斜;大口径;灌注桩;成孔工艺方法
1.工程概况
长沙三汊矶湘江大桥是长沙市二环线北段跨越湘江的特大桥，全长1577米，桥面净宽29米，双向六车道，设计时速60公里/小时。主桥采用主孔跨径328米，边跨132米，两对称分布的自锚式悬索桥方案，建成后将成为国内跨度最大的自锚式悬索桥。大桥1#墩基础为φ3500mm钻孔灌注桩，桩长为41.8m；3#墩基础为φ3500mm钻孔灌注桩，桩长为43.5m。地质情况比较复杂：护筒以下2～10m左右是淤泥、细砂等典型滩涂淤积形成;中间夹杂部分不透水粘泥层;10～27m左右为卵砾、砾石、卵石和粗砂，该层中含大量粒径在25～30cm的漂石，在该层中反循环钻进经常发生堵管，排除堵管较烦锁，影响施工进度。
2.施工工艺和设备的选择
2.1施工工艺的选择
根据地质资料，钻孔灌注桩施工采用回转钻进，泵吸反循环成孔。
2.2钻孔机具的选择
考虑到本工程施工桩孔口径大，桩尖嵌岩深度大等问题，要求选用的钻机必须具有足够大的扭矩，钻机的扭矩是影响钻孔施工进度的关键因素。为此，我们选用江西金泰机械有限公司的GW-35B型钻机。该钻机成孔能力为φ3500mm，转盘扭矩为210KN.m，油缸最大提升力为1200KN，钻机成孔深度h=80～100m，气举或泵吸反循环装置兼备。
上部覆盖层采用四翼刮刀钻头，该钻头有四枚阶梯形垂直切削齿，切割度大，排渣导流性能好、强度高，导向性能好，钻进砂砾层非常有效。下部基岩采用焊齿滚刀钻头钻进，钻头配30t配重块，以防止孔斜与提高钻进效率。
3.钻孔
3.1开钻前的准备
由于钻机自重大，主机、钻具总重接近100t。钻机安装在道轨上，道轨下铺设道木。由于桩孔直径为3.5米，道轨对护筒两边的土侧压力很大，不加固处理，遇水软化，极易坍塌。为防止坍塌、沉降量过大造成钻孔事故，采用护筒四周开挖一定宽度和深度的土，浇以砼来代替，有效地加固了井口。在护筒上做好标记，保证钻孔中心不变，钻机对中整平稳定后，以红油漆标好钻机在道轨上的前后位置，方便走机换钻头后能回到同一位置。
3.2泥浆配制
在反循环成孔施工中，泥浆的主要作用是护壁和润滑。泥浆的护壁原理是通过孔内水位和泥浆浓度高于外部，产生正压力作用来实现的，泥浆中悬浮的阴性材料颗粒与孔壁土壤阳性颗料发生离子交换，泥浆颗粒吸附在孔壁上形成泥膜护层。地质资料显示，1#墩第四系残积亚粘土层厚，造浆能力极强，可利用地层造浆。3#墩砂层厚，地层无造浆能力，采用膨润土造浆，同时加入纯碱对膨润土进行钠化改良。泥浆比重控制在1.10左右，粘度在20~25秒左右，PH值在8~10左右，处于碱性，能提高膨润土的分散度。具体配比如下：每百立方米泥浆用膨润土6t，工业用纯碱500kg，新型增稠剂聚丙烯酰胺100kg。按以上指标控制泥浆性能，使泥浆具有一定的液柱压力，以达到平衡孔壁外围地层压力，稳定孔壁，满足反循环施工工艺的要求。
3.3钻进
钻进技术参数常规值为：钻压：10KN~20KN/每把滚刀；转速：6~8r/min；开孔钻进，轻压慢转，以保持钻具的稳定性和导向性。亚粘土层保持低转速慢进尺，造好浆备用，卵砾层中保持低转速快进尺。换滚刀钻头后，加配重30t，钻头自重15t，钻头有23把刀，每把刀的钻压为20KN左右，比较理想，能使钻机最大限度发挥效能。因为设计嵌岩深度大，弱风化板岩加微风化板岩深度在10~17米深，对钻头的磨损比较大，易造成缩径，我们采用高强耐磨钢块，中间刨槽镶入硬质耐磨合金，以电焊堆满焊牢，有效地保证了岩层中的桩孔直径，同时有效保证了孔壁的顺滑，确保钢筋笼的顺利安放。整个钻进过程中，要保持一定的水头高度，防止因水头高度落差太大而塌孔。值得一提的是在1#墩第四系残积亚粘土层中钻进时，因该层呈硬塑-坚硬状，夹有砾卵石和风化岩块，且该层厚度较大，是全孔钻进中用时最多，四翼刮刀钻头磨损最厉害的地层，钻进中还出现钻头咬入地层而不能回转，以后可考虑在残积胶结土层中采用三翼刮刀钻头。设计要求桩尖嵌入微风化板岩层在4~6米之间，由于该层质地坚硬，对焊齿滚刀钻头磨损大，滚刀刀齿极易崩裂（高齿滚刀），后来改用低齿滚刀就好得多。
3.4桩身垂直度控制
造成钻孔弯曲的根本原因是钻具轴线偏离钻孔轴线。板岩属变质岩，而钻具在变质岩中钻进时的弯曲强度最大，据地质资料反映，地层倾角为45~70o，且有多层软硬互层，极易产生钻孔向垂直于层面的方向弯曲。地质因素是客观存在的，只能通过工艺技术措施来减弱甚至抵消它的促斜作用。我们的应对措施是将钻头导正体加长到1.2米（滚刀钻头），在钻头与配重块之间加钻孔导正圈，导正圈可以减小下部钻具的倾斜角和增斜力。加入30t配重塊，尽量使钻头的重量达到理想状态，形成“钟摆式”钻具结构；另外，加大钻头的质量（可在钻头腹腔中加入铸铁块），也可增大减斜力；钻具法兰螺栓连接采用双螺帽紧固并拧死，既有效提高了钻具的刚度，减小了钻孔弯曲强度，又防止掉钻头等事故。进入倾斜岩层时，在保证悬吊钻进的前提下保证孔底有最大的钻压，利用钻头自重防止钻孔沿层面倾斜。
4.清孔
清孔的目的是降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标，满足施工规范要求；清除钻渣，减少孔底沉渣厚度，防止沉渣过厚而降低桩的承载力，同时为灌注水下砼创造良好的条件。施工中我们采用二次清孔法：第一次清孔是在钻进达到设计孔深后，将钻头提高孔底20cm左右，用泥浆分离器泵吸反循环加清水清孔；第二次清孔是在钢筋笼下放完毕后，用空压机通过导管进行气举清孔。二次清孔可以有效控制沉淀层厚度，保证钻孔桩的成桩质量。
5.结语
在公路桥梁基础施工领域中，钻孔灌注桩基础已占据了重要地位，并向大直径、多样化方向发展。陆上大口径钻孔桩成孔工艺的实践成功，为我们在大口径钻孔领域积累了宝贵的资料和经验，为我们以后往水上超深大口径发展奠定了基础。■
【参考文献】
［１］长沙三汊矶湘江大桥工程1#、3#墩一般构造图.
［２］长沙三汊矶湘江大桥钻孔柱状图.
［３］公路桥涵施工技术规范.
