不锈钢应用
STAINLESS STEEL application

不锈钢应用

隧道施工应用中的不锈钢(下)
来源: | 作者:Emma | 发布时间: 2024-04-28 | 1801 次浏览 | 分享到:



   2不锈钢在铁路隧道

   为了满足乘客交通需求,缓解交通拥挤,城市规划人员越来越多地倾向于使用地下铁路系统。高铁网络在主要城市人口之间,甚至国家之间也变得越来越重要。

   很多发展中国家正在快速发展其铁路网络。例如,中国已经有21个城市在规划开发轻轨系统,其中至少有七个城市已经在市区开始施工。2012年,中国将新增120辆高铁列车,运行在6000公里已建的铁路网络上。另一个国家印度,宣布计划在至少十几个城市里开发与地铁相连的城市轻轨系统。

   这部分描述了地铁(或地下)隧道,铁路和长距离海底铁路线在施工中要考虑什么,不锈钢如何能延长铁路的运行周期,并提高其安全性。

   地铁隧道

   城市地下运行的列车一般都是电动列车,所以和公路隧道相比大气腐蚀并不严重。但是,当地环境因素也会影响隧道施工所选建材。例如:岩石的化学成分,隧道周边的泥土、路面水渗溢、河流,甚至包括城市下水和供水网络。地铁隧道在使用过程中也会受到火灾的影响,这点也需要在项目说明阶段得以考虑。

   案例研究:伦敦地铁使用不锈钢来提高其安全性和美学效果

   部分伦敦地铁位于地面67米以下和海平面21米以下,渗入隧道网络的水含有高度腐蚀性和破坏性的氯离子。1987年国王十字火车站火灾之后,伦敦地铁开始规定,在地铁网络建设和翻修过程中,只能使用在发生燃烧时不会产生烟雾或有毒烟气的材料。由于不锈钢正好满足这些条件,因此它被大量使用在地铁网络重建过程中,如示例所示。银禧线的扩展伦敦银禧线在向首都东部的港口区扩建时,在隧道和车站中大量地使用了不锈钢。每个车站从视觉上都能看到不锈钢效果。不锈钢的不同的表面效果不仅为每个火车站带来独特美学特点,同时也具有一定功能性。长远来看,不锈钢还具有很好的经济性,因为它只需要偶尔清洗来维持其光泽的表面。

伦敦地下铁路网的270个车站利用不锈钢来保证安全的人员流动

   维多利亚线的渗漏

   维多利亚地铁线翻修时,人们在拱形的乘客隧道中大量使用了正弦形钢板,以便能把渗漏水引流到排水沟。该项目总共使用了560吨的1.2毫米厚的奥氏体钢(EN 1.4401/AISI 316)。发生火灾时,不锈钢比其他金属更能长久保持强度,而且不会产生烟雾或有毒烟气。

   地铁北线

   旧线翻新在伦敦地铁北线的老街站,酸性土壤条件引起原有铸铁隧道衬砌发生严重腐蚀。它们后来被3500个弯型铸件所取代,这些弯型铸件是由750吨含8%镍的专用超级双向不锈钢制成。隧道部件通过使用了20000个不锈钢固件(EN 1.4501/ASTM-UNS S32760)而被固定到一起的。

   3不锈钢在铁路和海底隧道

   铁路隧道

   铁路隧道必须能适应电动或/和 柴油动力火车的运行。电动列车相对要干净些,柴油动力列车排放的二氧化硫烟气会腐蚀或破坏隧道材料。烟气的排放量是由下列因素决定的:火车频率、行驶速度、隧道长度,以及在隧道内安装的用来控制温度和湿度的设备。因此,在进行选材之前,人们应该充分了解当地的污染和大气数据。

   长距离海底铁路隧道

   由于海底长距离铁路隧道数量不多,因此有关建材料性能、适合性,海底隧道条件等各种数据很有限。连接日本本州岛和北海道的青函海底隧道全长53.9公里(海底段长23.3公里),是最老的海底隧道。目前该隧道正在进行升级改造以适应新干线高速列车。

   案例研究:英吉利海峡隧道材料测试中不锈钢的性能

   虽然没有青函海底隧道的材料性能数据,连接英国和法国的英吉利海峡隧道(长达49.2公里,海底段长37.5公里)还是有些经验可以借鉴。通过在整条隧道的不同节点进行测试,我们研究了不锈钢和其它材料在此特殊环境下的性能。

   镍发展学会(现名“国际镍协会”)在1994年做了第一次测试,来评估英吉利海峡建材的性能。法国和英国不锈钢制造商提供了各种牌号的不锈钢测试件。在运营商欧洲隧道公司的配合下,这些测试件被安装在火车隧道和服务隧道的不同位置。

   需要含镍的牌号钢

   1994年,当时的知识显示含镍奥氏体钢(EN1.4401/AISI 316)可能会适用于隧道内各部件。它具有良好的防腐性和耐火性,可在很多隧道内部关键应用中使用,所需维护甚低。例如隧道中17000个电动分流槽,必须要在1000度高温下保持运行正常。使用EN 1.4401/AISI 316牌号的钢能够确保在防火测试中实现这个目标。

英吉利海峡隧道从英国(左图)到法国(右图),穿越了各种类型的土壤和岩石

其中一条火车隧道的内部情景

   范围拓展的材料试验

   测试活动在初期只是针对不同牌号不锈钢进行评估,之后欧洲隧道决定将评估范围扩大到其他材料。由于隧道内各区段环境存在差异,因此测试件被安装在隧道不同位置的支架上。

   整条隧道由两条400毫米直径的充水水管将温度维持在20~25度间,几乎恒温。但是由于位置和大气含盐量的不同,空气的湿度会在45%到76%不等。

   大气混合气体

   虽然在隧道里运行的客车和火车都是电动车,但是用于维修的列车却是柴油驱动的。因此隧道大气会含有尾气带出的少量二氧化硫。测验表明,隧道大气中含有来自隧道衬砌的混凝土粉尘,车轮与铁轨接触产生的铁离子,以及来自海洋大气的氯离子。

   空气除了湿度较高外,其复杂成分还会导致物体表面受到腐蚀。当火车以每小时140公里的速度经过隧道时,车身和隧道缓冲区产生的风会引发进一步腐蚀。

   这会导致两种结果:1. 潮湿的粉尘颗粒会粘贴在表面,尤其是正对着行驶方向,或与缓冲力垂直的表面。2. 风速、混凝土粉尘及铁粒子组合在一起会侵蚀保护涂层,因为涂层会不断受到研磨介质的冲击。

   很明显大家意识到灰尘不能积聚太多,因此欧洲隧道对隧道进行了定期清理工作。平滑的不锈钢表面还能避免腐蚀性粉尘的积聚,使得清理工作更加容易。

   尽管(英吉利)海峡海底隧道绝大部分是相当干燥的,对试件的测试结果表明,隧道里面的环境条件差异很大。测试中对碳钢试件也进行了对比测试。

   表2所示为隧道各位置的氯化物和湿度水平。所有位置的二氧化硫的含量不到10 mg/m2/day, 可以忽略不计。

表2: 英吉利海峡测试点的氯化物含量与湿度  小时/年[凝析物测量]

表3:重量损失,单位:克/平米/年

注:位于PK2102的牌号为EN 1.4404/AISI 316L的重量损失比较高是因为这里部分(非全部)不锈钢试件受到漏水的影响。而碳钢试件却没有受到影响。

在海峡隧道某位置的测试件

   不锈钢被广泛用在海峡隧道内部的各种应用中,例如通风系统(上图)和电动分流槽(下图)

   4结论

   隧道在长度、位置和用途等各方面存在重大差异。使用隧道可以减少交通时间、缓解拥堵,因此为了减少维修和维护,对隧道建材的要求非常高。对政府及运营商来说隧道建设是一笔重大投入,它必须在未来能够无故障运行几十年,以收回投资。这些要求使得不锈钢成为最理想的隧道建设及其内部设备选材。

   不锈钢有如下特点:

   1)当温度上升时,不会排放有毒烟气

   2)温度超过900度,仍保留其高强度的特性

   3)不需要添加涂层就能够抵抗腐蚀

   4)多种牌号选择,生命周期长,耐用,只需很少、甚至不需要维护。

   不锈钢在全球隧道建设和重要操作设备中已经得到广泛应用。隧道设计师和运营商认为,不锈钢卓越的安全性,低廉的维护成本,使其成为保障隧道及内部核心设备长期运行的主要材料。