沙特600亿美元请中国帮忙!沙漠上建造高铁,需要克服哪些困难?
科普启示录 2021.10.27 98926 0
作为中东土豪的沙特阿拉伯虽然靠着石油赚得盆满钵满,但是交通条件却十分不理想,原本修个铁路、公路甚至是高铁都不需要什么很硬核的技术,但问题就是沙特大部分地区属热带沙漠气候,夏季炎热干燥没办法在沙漠上修建高铁。
于是在2009年沙特决定拿出600亿美元找人修建一条沙漠高铁。600亿美元的订单自然会惹得不少国家“流口水”,但谁都清楚沙漠中修建高铁的难度不是一般的大,这么难啃的骨头既然吃不下不如就放弃让给其他国家做,一番思量下最后中国接下了这笔订单。
麦麦高铁概况
这是我国首条设计时速360公里每小时的高铁,也是沙特第一条双线电气化高铁,起点位于伊斯兰教朝觐圣地麦加,终点位于另一座伊斯兰教圣地麦地那,途径红海港口吉达、拉比格、阿卜杜拉国王经济城,全长450.25公里。
麦麦高铁的建成将成为全球穆斯林通往两大圣城朝圣的安全、便捷通道,对该地区的各方面发展也将有一定的促进作用。但是麦麦高铁的路况非常复杂,沿线很多是移动或半移动的沙丘,地表起伏较大且多为松散的厚砂层,地表温度临近55摄氏度高温,环境极其干燥,寸草不生,通行困难。就是这样极其恶劣的路况条件让许多国家望而却步,那么,中国到底是如何克服麦麦高铁上的一系列问题,建造出这条沙漠高铁的呢?
我们从修建工程中遇到的问题进行分析。
修建麦麦高铁需要克服哪些问题?
1、由于麦麦高铁处沙漠气候,干燥炎热,尤其是在每年的7—8月份地表温度基本在50摄氏度,甚至高达55摄氏度,所以在高温下按照传统方式浇灌混凝土会对混凝土的质量产生潜在的威胁。例如:会导致混凝土的用水量增加,从而降低了混凝土的强度值或相应的增加水泥用量,也就增加了混凝土的生产成本;混凝土坍落度损失加剧;对混凝土的抹面、压实、硬化等带来难度;混凝土的水分蒸发过快和水泥用量的增加都会大大增加混凝土在生产过程中产生干裂的可能,而混凝土的干裂就会导致其耐久性的降低。
在面对高温带来的施工问题上我国工程人员在参考其他工程的基础上,制定了针对现浇钢筋混凝土箱涵夏季高温施工技术措施,在高温不断施工,终于达到了预期效果。具体解决方式如下:
在混凝土中,我方施工团队想到了以高温型缓凝剂和高效减水剂降低水泥早期水化热,延长混凝土的凝结时间;为了保证混凝土的设计强度,减少混凝土内部温度最高值的梯度,混凝土在总胶材不变的情况下,可加入粉煤灰进行调整;另外,为了使混凝土现场检测温度不大于30摄氏度,我方施工团队给各种原材料搭建凉棚以及准备了喷雾设施,尽可能减少原材料在搅拌混合时的基础温度;最后在混凝土运输和入模过程中也进行了温度控制。
2、麦麦高铁沿线多为沙丘山峦,当地降水少,大部分地区都在100mm以下并且水系极不发育河流稀少、绝大部分地区属于无流区。所以在这种沙丘地区的砂层基本为风积沙,风积沙就是一些单一均匀的细小颗粒,粉粘土含量小渗透系数及比表面积大、黏聚力弱、松散型强、保水性差、所以很难直接承重。简而言之就是路基太软直接承重承受不住。
我们传统的道路由于路基都比较强硬,所以用常规的加固路基基地的方法定然不适用。又由于沙丘路基深入沙丘深处,原材料运输困难,在沙丘中可以利用的材料匮乏、机械设备不好进行,在综合考虑下,麦麦高铁最终根据砂层的厚度分别采用冲击碾压法和振冲挤密法对路基进行施工,这样一来也可以降低造价、加快施工进程。
3、风沙问题也是建造高铁轨道的一大挑战。在沙漠中许多沙丘都是流动或半流动的,如果风大一点就会将沙丘中的流沙吹在路面上,这种情况还算好的,一旦遇到沙尘暴,道路就会被完全覆盖,还会造成通讯信号、电气设备的损伤和侵蚀。
对于这种情况运营机构通过模拟测试最终决定在风沙很大的地方,道路两边设置拦沙沟和40米宽的积沙平台,
以减少风沙对铁路的侵蚀。还有在道路周边的一些高风险沙丘利用沥青碎石进行平面固沙,在局部岩石松散破碎地段,用锚索加固及锚杆挂网喷护工程。
4、最后就是架桥问题,在建造麦麦高铁线路时,其中有一条超长的铁路桥,全长可达1575米,结构体积较大。而且,这座桥不仅长且设计复杂、施工难度也很大。大桥是超宽箱桥,宽跨大、梁高低、宽高比大、翼板宽,具有明显的空间效应。
为应对大桥结构体积大的问题,工人在施工时采用纵向分段施工,即每一层都按照底板、腹板、顶板的顺序分为三层浇筑,在大桥的桥箱中还设置了大量横向钢筋以抑制混凝土箱梁的裂缝;水泥在水化过程中产生的大量热量会使混凝土的温度升高,虽然混凝土的温度也会慢慢下降,但桥梁结构的各个位置温度下降情况不会相同,根据热胀冷缩的原理,桥梁结构内部就会出现温度应力。
此外,沙漠中本身昼夜温差较大,而不均衡的温度应力就会导致混凝土出现裂缝。对于这一问题我方施工团队对桥梁施工过程的温度场进行了分析,提出合理的预防措施,并通过模拟计算得出施工过程中温度应力最大的地方,加强养护,避免桥梁开裂。同时,为了提升施工效率,桥梁还采用了高流态自密实混凝土进行施工,使混凝土自动填充钢筋之间的缝隙,也获得更好的均匀性。
麦麦高铁开通后的影响
2018年10月,这条沙漠高铁正式开通。据悉该高铁开通后,从高铁起点到终点的时间缩减了三个多小时,列车准点率超过了93%,客座率达82%,年送旅客1500万人次,给人民带来了更多的便利和福祉,是中国高铁重新谱写的新篇章,也是中国建造的一大奇迹。
事实上,我国的高铁技术真不是吹出来的,而是真正的本事。毕竟在世界上中国的高铁需求量是真的大,在不断地实实在在的磨练中,中国的高铁技术也渐渐走向了世界领头。很多网友疑惑的是在沙特高铁的建造上我们没赚到钱,反而亏本了,这其中有什么原因?下面为大家简单地谈一下这其中的一些原因。
简述麦麦高铁亏本的部分原因
导致这种结果的主要原因其实是我方在建造高铁时的成本估算不准确,投标价格偏低。由于我们是第一次与沙特阿拉伯工程接触,所以很多情况都不了解。在沙特开展和运营整个工程的难度都很大,在没有接触这个项目之前很多隐性成本也就没有考虑到。还有他们的劳工保护系统、人员进场签证配额系统等等都需要花费巨大的开支。
好了,这个问题我们就不去深究了,但中国的基建技术是值得我们每一个人感到骄傲和自豪的。
结语
在我国社会经济快速发展的背景下,地铁、高铁等建造工程的数量也越来越多。其实对于很多复杂的路况来说,我们传统的施工方式已经很难满足道路工程的修建了。我方团队在为沙特修建麦麦高铁时用到的克服软路基的技术,是在实践中得到的同时兼备科学技术和机械设备有机融合的产物,可以应对各种复杂的路况,对修建道路的所有工作者来说都是值得研究探讨和借鉴的,它对我国的道路修建也是一种经验的积累。最后,还是忍不住为中国制造点个赞!
资料来源 万方数据(沙特麦麦高铁沙丘段路基基底处理技术、沙特麦麦高铁高温环境混凝土施工质量控制措施研究)
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