这种复合材料衬里设计用于将大量混凝土墙渗水输送到运河,将水输送出隧道并远离铁路,这也在西班牙北部的Pajares隧道引起关注的原因之一。

作为未来的高速铁路线的一部分,旨在将位于马德里市中心的阿斯图里亚斯公国(该国北部海岸线上以其崎岖的海岸和山脉而闻名),24.6公里的双隧道将通过高速铁路服务坎塔布里亚山脉。到目前为止,通过山脉的唯一铁路通道是一条蜿蜒的,有时陡峭的路线,主要用于货运,将列车速度限制在70公里/小时。新航线将以300公里/小时的速度为乘客提供旅行。双隧道是世界上最长的隧道之一,但事实证明它们是最具挑战性的工程师之一。一个理由?坎塔布连地区以其茂密的植被而闻名,气候非常潮湿。据报道,比斯开湾位于比斯开湾,其大西洋风被山脉所困,据估计,年降水量可达1200毫米!

最初的隧道建设于2009年完成,但前所未有的水渗透可能会阻碍铁路线的安装。水从周围的土壤中渗出的速度比大多数隧道中的水量高出一个数量级 - 高达2,200升/秒,足以每20分钟填满一个奥林匹克规模的游泳池。罪魁祸首是隧道混凝土墙的裂缝。传统的防水方法 - 将聚合物浆料注入裂缝,安装聚合物膜 - 以及其他用现有减排解决方案密封隧道壁或改造隧道的尝试都证明是无效的。

需要一个新的解决方案,以及总部位于西班牙马德里的ACCIONA Infraestructuras SA - 技术与创新部门。被挖掘出来的工作。ACCIONA当时的复合材料制造主管Anurag Bansal回忆说:“我们意识到我们无法阻止水流出,因此我们寻找一种方法来引水。”他现在担任该部门的全球业务发展经理。ACCIONA的创新解决方案由现已获得专利的复合衬里和锚固系统组成,在建筑类别中获得2017年JEC创新奖。

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设计挑战

导致选择复合材料而不是其他材料选择的一个关键考虑因素是需要保持足够的隧道直径。原始隧道切割可能更大,可能允许非复合水窜系统,但Bansal强调,“每增加一个必须挖掘的毫米是昂贵的。”当然,在项目的这一点额外挖掘是不可行的,因为隧道墙的建造已基本完成。因此,水窜系统的厚度不会影响隧道间隙。这排除了传统的选择。为了满足结构要求,例如,水泥板必须厚10厘米,不可接受地减小隧道的尺寸。但复合设计中层压板的厚度仅为4毫米; 和面板配置文件,

另一个关键考虑因素是,一旦将水窜系统的面板固定在弯曲的隧道壁上,就必须提供足够的径向强度。高速列车进入隧道时会产生很大的气压。但更重要的是,“当它们退出时,它们会产生真空,与其他力量一起,会试图将面板拉出固定装置,”Bansal解释道。由CELO-APOLO Construction Systems(西班牙CastellardelVallès)开发的特殊设计的螺母 - 螺栓锚固系统有助于将面板保持在适当的位置,而面板本身则设计用于处理由高速列车和高速列车产生的各种负载。由持续的渗水。

Bansal的团队还必须找到一种方法来解决面板制造与面板安装之间看似矛盾的需求。一方面,平板比弯曲板更容易,更快速和更具成本效益。另一方面,面板需要贴合并有效地固定到弯曲的隧道结构上。满足这两种需求,答案是制造在纵向上具有相当大比例的加强件的平板,以便它们在安装时可以弯曲成它们的最终形状。Bansal报告说,由于面板的灵活性,它们的最终形状符合设计要求,并且不会影响层压板的完整性。灵活性还使得能够相对容易地适应不规则的隧道特征。

为了创造面板所需的物理和机械性能,ACCIONA团队采用了三种类型的玻璃纤维增​​强材料:单向和双向连续粗纱以及连续长丝垫。单向产品由Owens Corning(Toledo,OH,US)开发,制造和供应。ACCIONA还与树脂制造商Scott Bader Co. Ltd.(英国北安普敦郡)合作,制定了可行的树脂系统。这是特别困难的,因为树脂配方必须满足严格的地下可燃性标准,同时还要保持可制造性所需的预固化流体特性。

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大量生产

凭借在复合材料部件制造方面20多年的经验,Bansal在这个项目中面临着新的制造挑战 - 从其庞大的规模和非常紧张的生产计划开始。为了排列超过200,000平方米的隧道墙 - 大约10公里 - ACCIONA生产了超过15,000块面板,每块面积为9.2米乘1.5米。“我们从一开始就选择拉挤成型,因为我们需要一个自动化工艺,”Bansal解释道。其相对较低的劳动力要求和较高的制造一致性也使拉挤成型成为首选的制造方法。ACCIONA采用LYT复合设备制造商(中国南京)生产的拉挤成型机。

但是,使用特殊设计的树脂系统为拉挤成型工艺的工程增加了一层复杂性。ACCIONA开始使用Scott Bader Crestapol 1212拉挤树脂,这是一种快速固化的甲基丙烯酸酯基热固性树脂。满足性能要求所需的添加剂 - 特别是满足可燃性标准的170phr(每百树脂)三水合氧化铝(ATH)的高填料水平 - 改变了树脂体系的组成,足以要求改变加工。标准的拉挤浴是不可行的,因为ACCIONA混合物的某些组分会沉淀到浴槽的底部。树脂注入也存在问题,因为填充树脂的粘度非常高。

Bansal的团队与几个行业合作伙伴合作,对树脂系统,树脂注入系统和注入点进行了改进,确保了填充Crestapol 1212树脂对所有玻璃纤维的良好输送和润湿。BYK-Chemie GmbH(德国Wesel)提供的添加剂有助于确保无机填料在树脂混合物中的均匀润湿和分散。

LUM Industry(法国Boisseuil)开发并制造了拉挤模具。精心设计的拉挤成型工艺的最终循环时间为每个面板34分钟。

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意外收货

复合衬砌系统覆盖18米弧形的隧道,带有一对面板。9.2米的面板在隧道顶点处重叠20厘米,这足以防止水通过接缝泄漏 - 通过重力和面板产生的水通道产生远离接缝的“阻力最小的路径”。同样,水不会通过长边接缝泄漏。Bansal解释说,“沿边缘的横向重叠产生了一种互锁,机械力[来自弯曲和固定面板]防止面板在安装和使用过程中移动,从而保持互锁完好。”当水向下移动时通道,它在隧道地板两侧排空到混凝土运河,然后从隧道出来。

标准运输设备可以容纳长达10米,宽度为1.5米的产品,因此配对方法使ACCIONA能够采用经济有效的运输方式。标准货车运输选项也仅限于大约8 kg / m2的质量分布,这是轻质复合板易于遵守的极限。此外,复合板可以使用现场已有的标准安装机器进行安装。这些因素都有助于加快安装速度。重要的是,面板也以这样的方式定位,使得隧道结构的环段仍然可以根据需要进行检查。

Bansal说,与其他材料系统相比,复合材料的其他特性提高了项目的成本效率并减少了对环境的影响。“钢板必须镀锌,”他指出。“否则,腐蚀和生锈会污染水。钢结构也需要电气接地。“相比之下,复合板提供易于维护和高耐腐蚀性。与其他方法相比,复合板的生产和安装产生的二氧化碳排放量显着降低。

由于ACCIONA在双隧道防水方面的效率,其中一对在2016年开通了宽轨列车。另一条隧道于同年晚些时候开通。希望高速铁路的完工和到达阿斯图里亚斯的首次高速铁路将在2020年后不久进行。

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多重创新

当被问及该项目产生的创新时,Bansal提到了应用(首创的隧道衬砌系统),面板和材料设计,以及及时拉制板材所需的工艺改造。不过,他认为,该项目最具创新性的方面是“为现实世界的问题设计解决方案。我们必须让团队做好准备工作,并在非常有限的时间内开始生产,并持续两年,以制作一致,高质量的面板。“他对结果的骄傲显而易见 - 当之无愧。

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