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自主创新,突破岩土锚固无损检测世界难题

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当汽车行进在山间公路之上,只要稍加留意,向悬崖绝壁看一眼,一排排由“井”字型组成的山间“八阵图”即映入眼帘。这就是岩土锚固设施,它对于公路边坡治理、隧道支护、防震减灾等都有着不可替代的重要作用。这项技术自上个世纪中叶进入我国以来,早期主要是在矿山、水利、铁路等工程中使用。二十世纪九十年代,随着公路工程,尤其是高等级公路向祖国广大内陆腹地山区延伸,岩土锚固得以在交通行业广泛运用。

无损检测就是目标

有了岩土锚固,就有了锚固检测技术。锚固设施是一种隐蔽工程,一头与山体深处相连,另一头由裸露在外面的反力结构牢牢锁住,由此达到加固的作用。也正是由于这种工程的隐蔽性,行业里面有人将其称为“定时炸弹”,其安全性不易检测和评价。

长期以来,重庆交通科研设计院致力于山区公路的科研开发、勘察设计、产品开发和专业化施工,并于2007年,经国家批准成立了国家山区公路工程技术研究中心,拥有一批专攻锚固技术的专家,其中唐树名研究员就是最具代表性的一位。近十几年来,唐树名和同事们一道先后承担了《公路岩石路堑边坡锚固设计与施工技术》(交通部公路司项目)、《边坡支护方案优化设计》(交通部西部项目)、《山区高等级公路高边坡防护方法研究》(重庆市项目)等一系列专题研究,积累了丰富的实践经验,形成了颇具特色的研究思路和技术方法。开展锚固检测新技术的研究成为他和同事们在打赢一系列攻坚战后,必然要走,而且必须要走的一条技术攻关之路。

2004年,机遇向这班专家们敞开了大门。唐树名博士主持了当年的西部项目“岩土锚固安全评价与处治技术研究”,项目组在现有技术的基础上,自主创新,突破技术瓶颈,推动锚固检测技术的新发展。凭着以往项目完成的良好状况和多年的工作经验,交通部科教司将这一项创新项目交到了这批专家手里,同时也对项目的完成寄予了殷切期望。

在制作标书之时,唐树名博士就暗下决心。要么不中,要中就要卯足劲在锚固技术最后的一步,也是最关键一步上,大干一番。过去的检测技术主要以拉拔试验、长期监测、破坏性检测为主。唐博士要搞的是无损检测,就是要在保证锚固设施正常运行的情况下,在不损伤其功能作用的前提下开展检测,实现检测的方式的飞跃。当项目批准后,他便和同事们一道,潜心研究起来。

大胆突破理论局限

搞无损检测,检测的对象没变,但是检测的载体就得变了。现代的锚固设施主要是锚杆和锚索,锚杆就是一根大的钢筋,锚索则是由数根钢绞线拧成的。要开展无损检测,可以利用应力波作为载体,将其激发到锚杆、锚索内,再回收信号,通过分析这些信号来确定其状况。其实,利用应力波的方式对锚固设施进行检测并非项目组的原创,但是这项技术始终没有得到很好的推广,关键问题有二:其一、利用应力波进行检测的理论还没有完全解决;其二、应力波检测只能对长度在6米以内的锚杆适用,对于长度在6米以上的锚杆和所有的锚索则“束手无策”。

要创新,就必须从这两方面着手。应力波检测的基础理论尚未弄清楚,就要用大量的实证方式来取得基础资料。科学理论和实践的获得有两种途径,一种是分析法,由抽象原理到具体应用,一种是综合法,由具体应用到抽象原理。既然暂时不能构建起一套关于应力波检测的理论体系,项目组就另辟蹊径,从实践应用中出发,通过广泛检测总结出其规律性和普遍性的一般结论。他们以长度、灌浆情况等作为指标,建立起一套标准图谱,以标定的方式,进行广泛的现场试验,将其实验结果与图谱一一对比,从数量的积累,实现质量的升华,以此实现在基础理论尚未突破的情况下,应用技术先行一步的目标。

在扩大检测对象的技术方面,这批专家集中精力,研制并开发出了自激自收的检测装置。过去,应力波检测技术应用范围之所以狭窄,关键是波的激发和接收装置相分离,这对于锚索中检测横截面不足5毫米的钢绞线根本不管用。因此,只有将激收装置合并起来,才能实现锚固设施的检测。在开发自激自收装置的同时,他们还根据锚索的自身特色,添加了检测端套筒式装置,进一步确保了检测的稳定性。

通过种种尝试,甚至于是在设想—实践—失败—再设想—再实践的科学探索循环之中,无损检测的技术得到了突破和发展,唐博士和他的同事们一道不断建立和巩固了一套锚杆、锚索无损检测技术体系,并且开发出相应的检测装置和分析软件。

结合工程提高技术

在研究中,项目组强调现场试验、,强调将中间成果在生产中完善、检验和提高。祖国的西部地区,山多路陡,岩土锚固设施作为公路建设中的一个组成部分,发挥着重要的作用。为此,自项目启动之后,项目组便先后在云南保龙高速公、重庆渝黔高速公路、云南蒙新高速公路等工程中实施和运用这项新技术。通过与业主单位的通力合作,无损检测技术得到了很大的提高,也得到了认可和推广。

进行锚固设施的检测始终充满着危险性,项目组成员或身置于荒郊野外,或攀爬到山崖峭壁,总之,每一次实验都是付出艰辛的努力。但是,他们始终坚持一点,技术只能通过实践运用才能真正提高,才能实现技术为生产服务的目标。自2004年以来,通过不断的尝试和总结,锚杆、锚索的无损检测技术已经由理想变成现实,从实验室走向生产建设第一线。目前,重庆交科院是国内外唯一的能够大量开展锚索和长锚杆无损检测的单位。

2008年5月12日,四川汶川发生里氏8.0级特大地震灾害。重庆交通科研设计院在震灾发生后,先后派出数批工程技术专家,组成志愿者小分队,奔赴灾区,积极投身交通部组织的生命线抢通工程。唐博士作为一名志愿者,多次加入抢通队伍,发挥自身技术优秀,为抗震救灾工作服务。由于汶川特殊的地理位置,通向震中的各条道路均依山沿岭而建,道路两旁的各类锚固设施在山体滑坡、塌方、开裂、变形等灾害中经受了极大的破坏。因此,唐博士将其工作的重点,始终放在锚固设施的安全性能评价之上,通过项目研究所取得的成果,提出了一系列对生命线上各路段重大边坡锚固设施进行无损检测和安全评价,保证抢通和运输的方案,并积极参与评价检测工作。他的方案得到采纳,并发挥了关键作用。救灾的经验,进一步提升了错固设施无损检测技术在防震减灾工作中应用能力。同时,这项技术对于灾后交通重建工作还将起到更为重要的作用。

2008年,《岩土锚固安全评价和处治技术研究》正式结题,有理由相信,这项技术的成果将会得到更广泛的应用,走出公路领域,为铁路、水利、矿山等各类工程服务。

作者: 来源: 发布时间:2008年12月31日
 
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