土木工程专业英语翻译.doc

1、土木工程中的各种业务 工程是一种专业，这就是说工程师必须受过专业大学教育，许多政府行政区还有签发执照的程序，要求工科大学毕业生在积极开始他们的事业之前要通过一次考试，就象律师得通过律师资格考试一样。 在大学工科的课程设置中，一直十分重视数学、物理和化学，特别是在头两、三年内。数学在各种工程分科中都非常重要，所以一向特别强调它。现在，数学包括统计学课程，这是一门涉及数据或一些资料的搜集、分类和运用的科目。统计学的一个重要部分是概率论，当存在着可以改变一个问题结果的各种不同的因素或变量时，它将论及可能发生什么情况。例如，在建设一座桥梁之前，要对预期承受的交通量进行统计研究。在设计这座桥梁时，必须考虑到各种变量，如作用于基础上的水压，冲力、各种风力的作用，以及许多其它因素。 因为解决这些问题需要进行大量的计算，所以目前计算机程序编制已列入几乎所有工科课程中。诚然，计算机能比人更快，更精确地解决许多计算问题。但是，除非赋予它们清楚而精确的指令和信息换句话说，就是编制良好的程序，否则计算机就毫无用处。 尽管工科的课程设置中特别强调技术科目，当前的倾向还是要求学生学习一些社会科学和语言艺术方面的课程。工程与社会之间的关系日益密切，因而有充分理由再次提出，工程师所做的工作会在他(她)应当意识到的许多不同而重要的方面影响到社会。一个工程师还需要足够的驾驭语言的能力，能写出条理清楚并在许多情况下具有说服力的报告。从事科研的工程师需要能够将他或她的科研成果写成文章提供给科学刊物。 最后两年的工科教学计划包括学生所学专业范围内的课程。对准备成为土木工程师的学生来说，这种专业课程可涉及到如大地测量、土力学或水力学等这类科目。 现行的招聘工程师的工作往往在大学最后一年之前就开始进行。近年来，许多公司和政府机构竞相争取录用工程师。在当今这个注重科学的社会中，当然是需要受过技术训练的人才。例如，年轻的工程师们可选择参加环境工程或卫生工程工作，在这个领域中环境事业提供了许多就业的机会。或者他们可以选择专门从事公路工程的工程公司，或者他们可能更愿意到与水资源有关的政府机构中工作。确实，选择的机会是广泛的，多样的。 当年轻的工程师终于开始实际业务工作时，就必须能应用从大学里学来的理论知识。他(她)在开始时可能被派去和一个工程师小组一道工作。这样，就能获得实际工作的训练，使主管人了解他(她)将理论应用于实践的能力。 土木工程师可从事科研、设计、施工管理、维修等工作，甚至可以从事销售或经营管理。这些领域内的每种工作，都有不同的职责、不同的重点，并且工程人员的知识和经验也有不同的用途。 科研是科学和工程实践中最重要的一个方面，科研工作者通常是科学家和工程师小组的成员之一。他(她)往往在一个由政府或工业企业资助的实验室里工作。与土木工程有关的科研领域包括土力学、土壤稳定技术、以及新型建筑材料的研制和试验。 土木工程项目几乎都有其独特性，即各有其特有的问题及设计特点。所以，甚至设计还没有开始就要对每项工程进行仔细的研究。这种研究包括对拟建场地的地形和地下土质特征进行勘测。还包括考虑各种选择方案，例如，选用混凝土重力坝还是填土坝。对每种可能方案的经济因素也要权衡。现在，研究工作通常还包括考虑工程项目对环境的影响。这些可行性研究要由许多工程师来完成。他们往往是组成一个小组一道工作，其中有测量员、土力学专家、以及设计和施工方面的专家。 许多土木工程师从事设计工作，其中有些是这个领域中的杰出人才。正如我们所看到的，土木工程师们要承担许多不同种类构筑物的工作，所以一般情况是一个工程师只擅长某一种构筑物。在设计建筑时，工程师往往被聘作建筑公司或工程公司的顾问。水坝、桥梁、给水系统和其它大型工程，一般都招聘几位工程师；由一位负责整个工程的系统工程师来协调他们的工作。在许多情况下，还需要其它专业的工程师。例如，在一项水坝工程中，电力工程师和机械工程师就要承担发电站及其设备的设计工作。在另外一些情况下，土木工程师也被派去参与其它领域中的工程，例如，在航天工程规划中，就需要土木工程师设计和建筑发射台、导弹库这类构筑物。 对几乎所有的工程项目来说，施工都是一个复杂的过程。它涉及到安排进度、使用设备和材料，以求尽可能地降低成本。因为施工有可能非常危险，因此还必须考虑安全因素。因此，有许多土木工程师专门从事施工阶段的工作。 2、现代建筑与建筑材料 许多古代修建的大型建筑物现仍然存在，而且仍在使用。其中有罗马的万神庙和大圆形竞技场，伊斯坦布尔的圣索非亚教堂，法国和英国的哥特式教堂，和带有巨大的穹窿顶的文艺复兴式教堂，象佛罗伦萨的大教堂和罗马的圣彼得大教堂。这些庞大建筑利用厚石墙抵抗建筑物本身巨大重量所形成的推力。推力是建筑物各部分作用于其它部分的压力。 这些大型建筑物并非数学和物理知识的结晶，而是依据经验和观察而建造起来的，往往是反复试验的结果。它们所以能留存下来的理由之一是因为它们建造得强度很大多数情况下超出所需要的强度。可是古代的工程师也失败过。例如在罗马，大部分人都住在公寓中，这种公寓通常是一排排的有十层高的出租大楼。其中有许多建造得很简陋，有时会倒塌，使许多人丧生。 但是，现在的工程师具备许多有利条件，不仅有经验资料，而且可以利用科学数据预先进行详细计算。当一个现代工程师设计一座建筑物时，他要考虑其所有组成材料的总重量，这就是静载，即建筑物自身的重量。他还必须考虑活载，即在建筑物使用过程中要承受的人，车辆，家具、机器等的重量。对于象桥梁这种需要承担高速汽车交通的构筑物，他必须考虑到冲力，即活载将借以作用于结构物的那种力。他还必须确定安全系数，即附加的承载能力，以使建筑物的承载能力比上述三个因素结合起来还要强。现代工程师还必须了解建筑物所用材料要承受的各种应力，其中包括压力和拉力这两种相反的力。受压时，材料被压紧或推拢到一起，受拉力时，材料象一个橡皮筋那样被拉开或拉长。除了拉力和压力之外，还有一种起作用的力，称为剪力，定义为：使材料沿应力线断裂的趋势。剪力可能发生在垂直面上，但也可能沿着梁的水平中心线，中和面，作用，中和面上既没有拉力也没有压力。总的说来，有三种力能作用于结构，垂直的那些向上或向下作用的力，水平的那些侧向作用的力，以及那些以一种旋转或转动的运动作用的力。成一个角度作用的力是水平力和垂直力的合力。因为规定土木工程师设计的结构是静止或稳定的，因此这些力必须保持平衡。例如，各垂直力必须彼此相等。假如一个梁支承上面的一个荷载，梁本身必须有足够的强度去抗衡这个重量。水平力也必须彼此相等，才能不出现过多的向右或向左的推力。并且，那些可能推动构筑物转动的力必须由向反方向推动的力去抵销。 现代最引人注目的工程事故之一1940 年塔科马海峡大桥的倒塌，就是由于没有非常仔细地考虑这些因素中的最后一个因素。在一场暴风雨中，当每小时高达 65 公里的强劲狂风冲击这座桥时，狂风引起了沿着桥面方向的波动；同时还产生了一种使路面塌落的横向运动。幸亏工程师们从错误中汲取了教训，所以现在的通常做法是将按比例缩小的桥梁模型放在风洞中检验它们的空气动力学抵抗力。 早期的主要建筑材料是木材和圬工材料砖、石、或瓦，以及类似材料 。砖行或砖层之间，用灰浆或沥青(一种象焦油的物质)，或者一些其它粘结剂粘结在一起。希腊人和罗马人有时还用铁条或铁夹子加固建筑物。例如，雅典的帕提依神庙的柱子上就有原来安装铁棍的钻孔，现在铁棍已经锈蚀竟尽。罗马人还使用一种叫白榴火山灰的天然水泥，用火山灰制成，在水中能变得和石头一样坚硬。 近代的两种最重要的建筑材料，钢材和水泥，都是十九世纪才采用的。直到那时为止，钢(基本上是铁和少量碳的合金)一直是要经过很复杂的工艺过程才能制成的，这就使钢只限于用在制剑刃这类特殊的用途上。1856 年发明贝色麦法以后，人们才能以低价大量地使用钢。钢的极大优点是它的抗拉强度，即：在特定程度拉力就象我们已经知道的那种会把许多种材料拉断的力的作用下，它的强度不会降低。新的合金进一步增强了钢的强度，并且消除了它所存在的一些问题，如疲劳。疲劳是一种削弱它的强度的趋向，是连续改变应力的结果。 现代的水泥叫做波特兰水泥，是 1824 年发明的。它是石灰石和粘土的混合物，将它加热，然后磨成粉末。在建筑现场或附近，将它掺上砂子、骨料(小石子、碎石或砾石)和水，就制成混凝土。不同的配料比例能制成不同强度和重量的混凝土。混凝土的适用性很强，它可以灌注，泵送，甚至可喷注成各种各样的形状。而且，钢有很大的抗拉强度，混凝土却有很大的抗压强度。因而，这两种材料可以互相补充。 它们还可以在其它方面互相补充：它们具有几乎相同的收缩率和膨胀率。因而它们可以在同时存在着压力与拉力两种因素的情况下共同起作用。在受拉的混凝土梁或结构中把钢筋埋置进混凝土，就制成钢筋混凝土。混凝土和钢还形成一种很强的粘结力一种将它们连结起来的力使钢筋不能在混凝土中滑动。还有另一个优点就是钢在混凝土中不锈蚀。酸会腐蚀钢，而混凝土却具有与酸相反的碱性化学反应。 预应力混凝土是钢筋混凝土的一种改进形式。钢筋被弯成各种形状，使它具有所需要的受拉强度。然后，通常用先张或后张法对混凝土预加应力。预应力混凝土使我们有可能修建特殊形状的建筑物，象某些现代的体育馆，他们的大空间没有任何挡住视线的支承物。这种新型结构方法的使用不断涌现。 当前的趋向是发展轻质材料。例如，铝的重量比钢轻得多，但是却有许多与之相同的性能。铝梁巳被用于桥梁结构和一些建筑物的框架。 目前仍在尝试生产强度更高、耐久性更好、而且重量更轻的混凝土。有一种用聚合物(塑料中用的长链化合物)作为部分配料的方法，有助于使混凝土的重量降低到一定的程度。 3、 预应力混凝土 混凝土抗压能力强，但抗拉能力很弱，抗拉强度仅为抗压强度的 8%14%。由于抗拉能力低，挠曲裂缝在受荷早期就会产生。为了减小或防止裂缝的开展，可以沿结构构件的纵向施加一个轴心或偏心荷载，此荷载可消除或大大减小使用荷载在跨中和支座临界截面所产生的拉应力，从而控制了裂缝的开展，也提高了截面的抗弯、抗剪和抗扭能力。这样，当所有荷载都施加于结构上时，截面仍会处于弹性状态，使几乎全截面混凝土的抗压能力都能得到充分利用。 这种沿纵向施加的力称为预应力，即在结构受到横向自重恒载、活载或瞬时水平活载之前，沿结构构件跨度方向在截面上施加的预压力。预应力的形式和大小，主要取决于拟建结构体系类型及需要的跨度和长细比。由于预应力是沿构件的纵向或平行于构件的轴线施加的，因此这种施加预应力的方法通常称为线预应力法。 环预应力应用于密闭液体容器、管道和反应堆堆芯压力容器，其基本原理实质上和线预应力相同。在柱形或球形结构上，由环形箍筋所产生的“套箍”应力，可以平衡由内部密闭压力在曲线形表面纤维上所产生的拉应力。 从以上讨论可以看出，在预应力构件承受全部恒载和活载之前，为了消除或大大减小这些荷载引起的净拉应力，构件内就已经产生了永久应力。对于普通钢筋混凝土，混凝土的抗拉强度通常忽略不计，这是因为由弯矩产生的拉力是由钢筋混凝土浇筑中形成的粘结力来承受的，因此普通钢筋混凝土构件在使用荷载下一旦达到极限状态，其裂缝和变形就不再能恢复。 同预应力钢筋的作用相反，普通钢筋混凝土构件中的钢筋本身并不能对构件施加任何荷载。 预应力构件中通过使用预应力钢筋主动对构件预加荷载，使裂缝和变形有很高的恢复能力。而一旦超过了混凝土的弯曲抗拉强度，预应力构件就开始和普通钢筋混凝土构件具有同样的工作性质了。 在相同跨度和荷载条件下，预应力构件较相应普通钢筋混凝土构件的截面高度小，通常只为普通钢筋混凝土构件截面高度的 65%80%，因此，预应力构件需要的混凝土量较少，大约比相应普通钢筋混凝土构件混凝土总量减少 20%35%。但是，预应力构件需使用高性能材料，其昂贵的价格抵消了由于混凝土量减少而节省的费用，而且，即使不考虑构件体系的费用，预应力张拉操作本身就会形成一项额外费用：因为预应力构件截面通常由翼缘板和薄腹板组成，因而使模板更复杂。 虽然有这些附加费用，但如果预制构件数量足够大，至少预应力构件的基本费用和普通钢筋混凝土构件体系之间差别不大。而且间接的长期效益非常显著，因为：需维护量小；由于混凝土的质量控制更严格，使用期更长；由于上部结构的总重较轻，可以使用轻型基础。 一旦普通钢筋混凝土梁的跨度超过 7090 英尺（21.327.4m），梁的自重就会很大，而大重量构件就必然产生更大的长期挠曲和开裂，另一方面，由于拱的施工费用昂贵，而且会产生不利于使用的严重的长期收缩和徐变，因此对大跨度结构而言，预应力混凝土结构就称为必选方案。象阶段施工桥梁和斜拉桥这样的特大跨桥梁，只能通过预应力技术施工。 预应力混凝土并不是一个新概念，回溯至 1872 年，一名加利福尼亚的工程师杰克逊，通过系杆由单独的砌块建造梁或拱而获得了专利。后来在很长一段时间内，由于没有可利用的高强钢材来克服预应力损失，使此项研究进展缓慢。后来，阿兰克苏认识到了混凝土收缩徐变（材料的横向塑变）对预应力损失的影响，随后他提出：对无粘结钢筋进行连续后张，会弥补由于收缩徐变使钢筋缩短而造成的钢筋内的时变应力损失。在 20 年代早期，Hewett 发展了环预应力理论：通过使用松紧螺旋扣，使水平钢筋沿混凝土容器的侧壁产生紧箍应力，从而防止容器透水。后来，在容器和管道上采用环预应力的方法在美国取得了长足进步，在其后的二三十年中，建造了数以千计的水、液体和气体储藏罐，并铺设了远程的预应力管道。 在欧洲和法国，线预应力法得以进一步发展，尤其由于弗来西奈的独创性，他于 1928 年提出通过采用高强度、高延性钢来克服预应力损失的方法。1940 年，他推出了著名的，且广为接受的弗式体系。 在二十世纪三十至六十年代，英格兰的阿勃莱斯提出并发展了部分预应力概念。德国的莱恩哈得、俄罗斯的米克海夫和美国的林同炎对预应力混凝土设计的科学和技术做出了巨大贡献。林同炎的荷载平衡法特别值得一提，因为它大大简化了设计程序，尤其是连续结构的设计。二十世纪的这些发展使预应力在全世界，尤其是在美国，得到了广泛应用。今天，预应力混凝土被应用于建筑、地下结构、电视塔、浮动储藏结构和近海建筑、发电站、原子堆堆芯压力容器，以及包括阶段施工桥梁和斜拉桥在内的各种桥梁体系中。见证了预应力理论的通用性及其广泛应用。这些结构的成功发展和建造主要归功于材料技术，特别是预应力钢材料的进步，以及短期和长期预应力损失计算方法的不断完善。 4、参考译文：结构设计原理 一个结构工程项目可分三个阶段完成：规划、设计和施工。结构设计包括确定结构最适宜的比例，并确定其组成构件和细部尺寸。这是结构工程项目中技术性最高、数学严谨性最强的阶段，但若不能同规划和施工阶段充分协调，就不能也不应该付诸实施。一个成功的设计者总是会全面考虑结构在初步规划中涉及到的各种因素，以及今后施工中可能遇到的各种问题。 特别地，在任何结构的设计中，首先涉及到确定结构所必须承受的因而设计中必须考虑的荷载和其它设计条件。接下来是分析在荷载、温度、收缩、徐变及其它设计条件下结构所产生的总内力（轴力、剪力、弯矩、扭矩）、应力强度、应变、变形和反力，最后对各构件及连接进行尺寸设计及材料选择，使之足以抵抗设计条件所产生的作用效应。某设计尺寸是否会达到预期的结构性能，所使用的判断准则反映了知识积累（理论，现场试验及模型试验和实践经验），直觉知识和判断力。对于象桥梁和房屋这些最常见的土木工程结构来说，过去通常的做法是将使用荷载和其它设计条件下产生的应力与容许应力强度进行比较，然后据此进行设计。由于选择容许应力强度的前提概念是：在结构的最大受力点处（的应力或应变）不得超过材料屈服点处的应力或应变，因此这种传统的设计方法称为弹性设计。当然，考虑到结构也可能会发生疲劳、压曲、脆断破坏或考虑到结构的容许变形量，选择容许应力时也可能会作一些调整。 根据结构类型和有关条件，在假定设计条件下按选用的结构分析模型 所计算出的应力强度，和实际条件在实际结构中引起的应力强度，可能也可能不十分吻合。只要计算出的应力强度能根据以往的经验解释，吻合程度就不重要。为防止结构失效，在选择使用条件和容许应力强度时提供了安全储备。储备量值的选择取决于荷载、分析、设计、施工的不确定性程度和失效后果。(比如，对于屈服应力为 33000 psi 的结构钢，其容许应力选择为 20000psi，那么针对受拉屈服的安全储备（或安全系数）为 33000/20000，或 1.65。) 容许应力法的一个很大的缺点，就在于它不能对各种结构类型以及结构各部分，提供统一的超载能力。因此，目前日益趋向于基于结构的极限强度和适用性进行设计，以往的容许应力法只作为一种备选设计方法。目前这种新方法在钢筋混凝土设计文献中统称强度设计，在钢结构设计文献中统称塑性设计。 按照强度方法设计构件尺寸时，首先将预期使用荷载乘以适当的大于 1 的荷载系数，该系数值的大小取决于荷载的不确定性以及结构使用期间内发生变化的可能性，对于荷载组合，还取决于某荷载组合的可能性、出现频率和持续时间。在这种钢筋混凝土设计方法中，考虑到材料强度、施工工艺和结构尺寸的变异性的不利情况，通过承载能力折减系数将结构构件的理论承载能力进行折减。随后设计结构尺寸，根据控制条件的不同，使之满足：荷载增大将会：引起疲劳、压曲或脆断破坏；或仅在一处内部截面发生屈服（或在几个截面处同时屈服）；或结构发生弹塑性位移；或使整个结构即将坍塌。 后一种方法的倡导者认为这种方法更符合实际，它针对预期的使用条件提供更准确的安全储备。这些进步是由于它能够考虑结构临近极限状态时重要的非弹性和非线性效应。 近几十年，许多杰出的工程师日益关注的是：不但“安全系数”这个术语已不恰当，也不符合实际，而且更糟糕的是，基于此概念的结构设计原理，许多情况下使设计过于保守，因而不经济，而在一些情况下又不稳妥，失效概率很高。他们认为不存在结构的失效或安全的确定性这类事情，而只存在失效概率和可靠概率。因此，他们认为，荷载效应的变异性和结构抗力的变异性应以统计方式进行研究，并计算结构的安全概率或适用概率。采用这种方法设计所有结构也许还不现实，但有人认为采用这种方法制定设计标准还是可行的。人们希望建筑规范明确规定各系数及其相应概率。 5、桥梁 桥梁是人类征服宇宙空间的伟大象征。徐徐落日下太平洋中金门大桥金色的桁架线条或者加拉比高架桥高耸深谷的弧线总让人心中充满惊叹和对建造者的建筑艺术的崇敬。它们是人们排除所有障碍，追求更美好、更自由的世界的永久印证。它们的设计和施工方案构思如梦如幻。但仅有梦想和决心还不够。所有的自然界的外力和重力必须用数学精确表述，并运用恰当的材料以合适的方式来承受。这需要艺术家的灵感和工匠的巧妙技术。 关于材料和结构行为的科学知识得到了极大的扩展，计算技术也能够很快地处理不同领域的复杂理论。在过去的十年中，工程师实际上已在桥梁设计和施工方法上进行了彻底革新。这种进步适用于大、中、小跨度的桥梁。 对于永久性桥梁，常用的建材是钢材和混凝土。许多不同类型的桥梁均用这些材料（或单独使用或结合使用）建成，木材可应用于临时性的水上结构，水面线以下的构件（尤其是木桩）或次要公路上的短跨桥梁结构中。在美国也建造了一些小跨试验性铝桥。 桥梁的组成可以说主要由上部结构和下部结构组成。这种划分主要是为了方便。在很多桥梁中，根本不存在明显的分界线。 下部结构主要由桥台（通常在桥梁的端部）和桥墩（在桥台中间）组成。桥墩和桥台通常支承在独立修建的基础上，例如：混凝土扩大基础或群桩基础。基础也是下部结构的一部分。偶尔桥梁结构中也采用桩柱（排架）式基础，此时桩延伸到水面线以上，在顶端做桩帽，上部结构则直接支承在其上。这些桩排通常采用相同的形式作为又长又低的水上跨接的一部分。 近年来，大、中、小跨桥梁的分界线一定程度上不像先前那样明显了。目前，许多工程师认为跨度在 20 至 100 英尺（6.1 到 30.5 米）的桥梁是小桥，而且对此类跨度的桥梁也已开发了很多标准设计，使设计更经济。在现代桥梁工程实践中，中桥的跨度最高可达 400 英尺（121.9 米），具体划分标准与具体结构和材料有关。大跨桥梁的跨度则可达到 4000 英尺（1219.2 米）或更大，但净跨度超过 1000 英尺（304.8 米）的桥梁较少见。 桥梁也可分为上承式和下承式两种类型。在上承式桥梁中，线路在支承结构的上面，也就是说，上部结构的承载构件在线路的下面。在下承式桥梁中，如下承式钢桁梁桥，线路穿过上部结构的构件。上承式的桥梁占大多数：它们外观整洁，视野开阔，远期交通加宽容易实现。 小跨混凝土桥梁包括现浇钢筋混凝土 T 梁桥（或板）、单跨预应力梁桥（包括预制预应力工字形梁或箱梁及现浇桥面板）和现浇箱梁。 中等跨度和大跨度桥梁的设计总是力求最佳地适应当地条件，结果形成了种类繁多的桥梁，它们或在基本设计原则或在设计细节上相区别。 以下几段中对钢桥的一般分类作简要介绍。 梁桥基本分为两类：板梁桥和箱梁桥。板梁桥在美国常用于中等跨度的桥梁，通常是连续结构，在墩处梁最高而跨中最小。板梁桥通常采用工字形截面。以线形布置以支承纵梁、横梁和通常现浇的混凝土面板。主梁在工厂预制时采用焊接，现场连接多采用高强螺栓。焊接钢箱梁和钢板梁类似，只是断面形式不同。 偶尔也采用刚架桥，通常用于跨度在 751000 英尺（22.9 到 30.5 米）的情况，也用于立交桥。 在不能设中间墩且有较好的岩石支承拱座处很大的推力时，可采用大跨度拱桥。拱桥的一个变种是系杆拱桥，在此结构中，支承路面的水平系杆承受了拱中的水平推力。 斜拉桥通常用于 200500 米的跨度，它是处于连续箱梁桥和悬索桥之间的过渡桥型。在桥面上方设置缆索，与索塔相连，则可不设中间墩，因而增加跨度，便于通航。因为斜拉索的阻尼效应，斜拉桥与悬索桥相比，不易产生风激振荡。 悬索桥通常用于很大跨径的桥梁或用于不能修建中间墩的小跨桥梁。韦拉扎诺桥就是一例，它建成于 1964 年，造价 3.05 亿美元的，跨度 4260 英尺（1298.5米），跨越纽约港的入海口，连接斯塔腾岛和布鲁克林区。 混凝土桥几乎和钢桥一样多种多样。 6、计算机控制的隧道钻机 几十年来，钻眼爆破循环作业方式基本没有变化，依旧是在作业面上打眼、放炮、排矸、支护、再从新打眼。在这些相互关联的工序中隧道钻机发挥着重要作用如果没有这些钻机，哪怕是 1 米的掘进进尺也无法完成，而且后续工序的机械设备及操作人员都会处于一种代价昂贵、非生产的停滞状态。 如果钻机发生故障的时间很长，或者钻眼时间特别长，掘进速度就会受到很大程度的限制。另一方面，缩短炮眼的定位和钻凿时间却能提高掘进的速度。隧道钻机的自动化就包括显著的节省时间。由于不再需要给炮眼定位，自动化钻机对提高掘进速度作出了显著贡献。 在工作面钻进过程中，钻头在反复利用与隧道轮廓和岩石性质想匹配的炮眼位，即便是所用的钻架也同样在反复利用着这些眼位在工作，有时操作人员也会对此感到单调和厌倦。这就使得工作面的钻眼工作与其他多种建设或挖掘施工相比更加适合自动化作业，无论这些建设或挖掘施工位处于地表或地下。 就此而论，自动化可以使操作人员从工作，特别是那些容易产生疲劳的重复性工作中得到解脱，当然也满足了更加精确、快速的钻进要求。 对于解决超挖和欠挖问题，自动操作带来的精确钻眼具有巨大的优势。自动钻机显著简化了控制较好隧道轮廓的措施。每 1 立方厘米的超挖或欠挖都会引起成本的随之明显提高，并形成对额外设备以及为填充超挖空间所用混凝土的需求。 经验表明，人工钻眼时，每循环的实际进尺只是钻眼深度的 90%-95%。这是促进钻凿自动化的深层次因素。爆破结束后，工作面通常会留下深度约为20cm-30cm 的残眼。有了自动钻眼系统，就可以达到相同的钻眼深度，每循环的进尺就可以达到最优。 实行自动化的一个重要依据基于以下事实：即如果用手动方式在孔与孔之间重新为钻架定位，目前平均需要 30 至 60 秒。因为钻孔速度高达 6cm/s，钻孔时间往往少于 30 秒，所以这么长的钻架布置时间不再为人们所接受。钻架在孔间的移动和定位时间不应超过自身实际的钻孔时间，毕竟钻孔是钻机的主要任务。 而且，自动化还提高了机器的工作时间和利用因数。因为一旦钻孔操作人员校核了炮眼位置布置图，钻机就能够完全自动和独立的钻进，直至达到程序设定的炮眼深度。随后，钻架的从新定位也是通过计算机来完成，换言之，是自动完成的。 另外，还应该注意利用自动钻机优化具体的钻眼方案和爆破图表。一般情况下，爆破图表的主要依据是试验数据而不是现成的科学成果。因此，工程上常常采用另外增加炮眼数量的方法确保循环进尺内的岩体爆落。由于计算机控制的钻机具有很高的钻凿精度，现已经不再需要这种方法。事实上，在很多情况下，通过对隧道轮廓和爆落岩石体积的精确观测，炮眼数量可以降至最小。 尽管电子技术很先进，所有计算机控制的钻机都还是应该设有自动防撞装置，这样就可以最大限度的避免自撞事故的发生。Atlas Copco 公司新生产的Robot Boomer MK II 型钻机就配有一种具备这种性能的装置，该装置可以确保自动系统不会引发损害。 三维爆破图表的显示 在用激光将导架定位并将具体的位置参数输入计算机之后，由预置程序计算的数据包括激光和隧道的坐标以及隧道轮廓就能够在钻机屏幕上显示出来，从而形成一个三维的爆破图表。在随后的钻进过程中，操作人员还可以从屏幕上检查钻孔的长度、钻进的速度以及已经钻完的钻孔的相应参数。 定位也很简单，操作人员将钻架移至合适的炮眼位。他可以根据屏幕上显示的瞬时位置进行移动。当钻架的位置与屏幕上显示的钻孔位置一致时，操作人员就可以开始钻凿阶段的工作了。一旦钻凿开始，一个防止因施加压力而产生过高接触压力的自动系统就开始工作，这对钻头很有益处，而且可以防止钻头偏离正确的钻孔方向。 数据采集展现了一个有趣的前景，这可能或多或少也算是配置了单板计算机的自动钻机的一个辅助功能，如。Atlas Copco 公司生产的 Boomer353 或 MKII型钻机。对实际钻凿情况记录和数据整理的结果把每一个错误都反映了出来，这就为分析和评价钻凿过程以及改正可能出现的错误提供了条件。 自动钻机甚至能够提供与围岩相关的数据。为实现此目地，需要一个所谓饿“预钻模块”，该模块型 Atlas Copco 公司可以提供。这样，所有的钻凿数据就可以在钻进的同时采集和保存下来。换句话说，该孔相当于一个勘察孔或贯入孔。 Atlas Copco 公司生产的一款新型自动钻机把用来编制爆破图表和评价爆破循环报告的 CAD 软件进行了扩充，扩充工作是通过一个专为自动钻机设计的版本来完成的。上述操作是通过大家熟悉的、界面友好的 Windows 程序进行的。 具体的个人计算机程序中包含了钻凿形式的所有重要参数。举例来讲，诸如炮孔位置、方向和深度等。其他更进一步的参数如钻孔序列、装药形式也进行了优化。完全通过个人计算机编译的钻凿方式程序就储存在一个标准的 3.5英寸软盘中，随后存储到自动钻机的单板计算机上。 这里还考虑了激励员工工作方面的问题。凿岩机上的单板计算机可以激发操作人员的兴趣，事实上，操作人员的兴趣会明显的增加。首先，操作人员对自己每天的工作更加明确。类似于电视游戏，操作人员可以跟着直接安装在这台计算机上的钻机操作教程学习，并能意识到其操作是大大领先于这台自动钻机的。 计算机及钻头钢等硬件 由于钻凿过程的自动化处理需要复杂的计算，安装在钻机上的单板机的性能自然十分重要。功能强大的计算机能够改善钻机与操作人员之间的交互能力，更何况还能大幅减少运算时间。 尽管所有的进展都是自动完成的，即使有了自动化方面取得的 所有成就，钻机的硬件仍然十分重要。以 Atlas Copco 公司生产的 Boomer MKII 型钻架为例，该钻架装备了一种新型传感技术，他能很大程度上提高定位能力。制造商称，现在安装在汽缸上的这种传感器，工作时的纵向误差小于 0.5mm。 一种液压式可调节高度的驾驶仓也很新颖，他能保证操作人员观察钻孔时，总是有在一个最佳的、无阻碍的视野。由于获得专利的运动学和一套特殊的钻架变更系统，在 2 个外部钻架用 Y 型臂支撑的情况下，现代的、计算机控制的钻机，诸如 Robot Boomer 等能够达到 15.6m 长。因此，钻机即使在钻进面积达165 平方米的横断面时，也能够从一个位置把整个断面钻凿完毕而不需要从新布置钻机机身。 随心所欲的自动化 由于多种因素，看来能够允许操作人员在任何时候关闭自动钻机是合理的。最近，Atlas Copco 又提出 RobotBoomer 系列的第二代产品，这种单板机同样允许操作人员在操作过程中随时介入并根据需要随时转入人工操作状态。 关于这一点，无论是从新定位导架，还是在钻进过程中，从随意混合的自动化操作直接至纯手工操作所有的组合都是可行的。换句话说，例如定位采用自动化方式但钻孔采用手动方式，反之亦然。同样在手动模式下，也可以采用计算机辅助方式进行钻孔和定位。此外，也可以随时选择单独操作模式。这使得有关“自动化程度越高的设备在操作过程中越容易抛锚”的说法失去论据。当操作人员在自动模式下检查钻机时，自动防撞系统可以钻架不受损害。当然，关闭自动防撞功能自然可以节省时间。 在可预知的未来，自动化钻机还无法完全取消操作员，事实上，尽管钻架是在处在自动工作状态，但让操作人员在驾驶室内观察机器的工作情况还是必须的。驾驶员必须胜任这项工作，随时按下正确的按钮。 这里还考虑了激励员工工作方面的问题。凿岩机上的单板机可以记录操作人员的兴趣和爱好，事实上，所记录的内容可以大量的增加。首先，操作人员对自己每天的工作更加明确。这类似于电视游戏，操作人员可以跟着直接安装在这台计算机上的钻机操作教程学习，并能意识到其操作是大大领先于这台自动钻机的。 另外，如果操作人员还负责设计钻孔方式，这还有助于提高他的工作热情。但是，有一点必须反复强调，尤其是在培训和操作员讨论问题的时候，那就是，计算机的功能只是一种有用的工具，某种程度上类似于尺子和指南针，而不是一种自动化的大脑，好象使人变得多余。 7、建筑类型与设计 建筑与人类密切相关，它为人们提供工作和居住所必要的活动空间。 依据使用性质建筑主要分为两类：工业建筑和民用建筑。工业建筑用于各类工厂或工业生产，而民用建筑是指那些供人们居住、工作、教育培训和进行其它社会活动的建筑。 工业建筑是适用于各行各业进行加工生产和制造的工业厂房，如采矿业、冶金工业、机械制造业、化学工业和纺织业。工业厂房可分为两类：单层工业厂房和多层工业厂房。工业建筑与民用建筑的结构相同但是它们所使用的建筑材料及其用途则有所不同。 民有建筑分为两大类型：住宅和公共建筑。住宅应适合家庭生活的需要，每套房屋至少要包括三个必须的房间：起居室、厨房和洗潄室。公共建筑用于行政、文化活动、经营管理和其它社会服务，如学校、办公楼、托儿所、公园、医院、商店、车站、剧院、体育馆、旅馆、展览馆、浴池等等。所有这些公共建筑都具有不同的功能，因此各自也都需要设计成不同的类型。 住宅是人类生活居住之处，其基本功能是提供遮风避雨的场所，但是现在人们对住房的要求不只是限于此。一个将要乔迁新居的家庭不但要了解新居是否满足他们安全、健康和舒适的要求标准，还要了解新居到粮食商店、食品店、学校、商店、图书馆、影剧院和社区活动中心的距离。 十九世纪60年代中期一个最重要的住房价值观念是具有充足的室内外空间。大多数人喜欢一个家庭要拥有大约半英亩的占地面积，从而有足够的空间用于闲暇活动。在高度工业化的国家，尽管远离工作地点，许多家庭还是喜欢居住在离市中心尽可能远的地方，甚至有相当数量的家庭为了远离噪声、拥挤和混乱更喜欢住在乡村而不是市郊。多数人可以驱车上班因此公共交通的便捷性已不再是选定住宅的决定性因素。人们主要对房间的布局和大小以及卧室的个数感兴趣。 任何建筑在施工之前，必须绘出建筑图从而展示其造型、进行建筑定位和绘制其它各专业施工图。 房屋设计的关键是平面布置，它应能最大限度地满足预期目的要求。对于住宅，平面布置可以从三个方面来考虑：“公共空间”、“私密空间”和“设备”。必须注意的是还要确保这些区域之间的交通便利。公共空间通常包括餐厅、起居室和厨房，还有其它如书斋以及大厅。客厅一般最大通常也可兼作为餐厅，或者厨房兼作餐厅。私密空间主要是卧室。而设备则包括厨房、浴室 、储藏室和洗潄室。厨房和储藏室将设备区与公共空间相联。 从各个房间眺望室外景色也是一个要考虑的基本问题，多数情况下应该使房屋尽可能朝南。然而同时考虑环境和道路的位置时，要充分满足这方面的要求通常是十分困难。要解决这些复杂的问题，还必须要遵循当地的城市规划，它涉及到公众的舒适度、人口容积、建筑高度、绿化率、建筑红线、新建筑与既有建筑的协调、等等。 工业建筑标准化程度低还必须遵守地方法规。现代的趋势是厂房要通风透光并附带有办公室、接待室、电话交换房等，低层建筑房屋可眺望出入道路，车间同样通风透光但不易与公共场所通视。通常只有钢筋混凝土或钢结构的厂房才能做成向北的锯齿型天窗以便得到均匀的采光从而避免眩目的阳光直射。 8、乡村地区定线测量 传统上，乡村地区定线工作以现场/野外为主，即勘测队的大部分时间和精力都是在地面上进行测量和观察的。地区踏勘是第一步，测设人员利用现有的地形图，有时也用飞机，对该地区进行勘察。主要目的是找出可行的路线，确定主要控制点如山岭垭口或适宜的跨河位置，以及查明主要障碍物如陡坡或沼泽地带的位置。第二步是对可行路线进行踏勘：步行考察每一条路线，并估计其相对长度、难点和费用。在地形非常陡峭的坡段，用手水准仪或类似仪器测量其坡度。当定线人员要为随后进行的详细测量建立控制点时通常插旗标出该路线。第三步就是测量队沿初步线路或称P线，或必要时沿两条以上的备选路线行走测量。距离和角度通常是用经纬仪和钢尺进行测量，纵断面则是通过水准测量测定。地形特征，通常还包括等高线要挂在P线上。描绘出P线数据后，工程师通过研究平面图和纵断面图，在室内拟定最终线路位置或几条备选位置。最后在地面上打桩标定这一L线的位置，与其相应的纵断面、横断面及排水设施也随之确定。 现代定线方法通常以摄影测量技术为基础。它与上述的传统方法之间的相似之处很明显：每种方法都包括地区踏勘、路线踏勘、初步定线测量和最终定线这几个连续步骤。区别之处在于新方法主要在室内进行。可以立桩标定最终线路之前的现场工作主要集中在航空测量及其地面控制测量、核查像片或地图上不清楚或不完善的数据、以及土壤调查和地下勘探。 多数公路测量都要连到由国家大地测量局测设的国家平面坐标系统上，这些坐标系统是全国三角测量网的次级系统。这些基本坐标系统不仅为地面控制测量，而且为线形、坡度测量以及地界描述提供了坚实的基础和校核依据。 前期踏勘/地区踏勘 在踏勘阶段，工程师的任务就是通过尝试方法来确定哪些路线值得进一步研究。道路的起终点和必须通过的中间点为主要控制点。如果没有比较方案，独立的桥址和单独的山岭垭口也可以成为主要控制点。同样，对于风景区的道路来说，林区、瀑布、湖泊和其他景点都可成为主要控制点。在干线公路的定线中可能会被忽视或故意绕过的小村庄，在支线公路中可能会成为主要控制点。山洪流域、垭口、山脊凹点、低洼地区的沼泽地带常常成为次要控制点。造价因素如有利或不利的土质条件、结构物的数量和规模、以及为得到满意的线形和坡度所需要的填挖方数量都可以划为次要控制点。 在群山高耸的山村，在山峰两侧沿山洪流域的可能路线中，一般有一条合适的通道。最经济、经常也是最顺直的线路可能刚好在河流的洪水位以上。但是，往往峡谷的高度会超出最大允许坡度。因此，如果线路沿水流坡度设置，则必须在附近的山嘴、侧面峡谷增加道路长度或用之字线/回头线。 可行路线踏勘 前期踏勘已经确定了一条以上可行路线的主要和次要控制点，并且把每条线路已经限制在一定宽度（可能在几百英尺之内）的带状区域内。第二步，通过设置所有的控制点并将临时的竖直和水平中线附和其上，以及粗估这些线路的相对价格，来严密地确定各条备选线路的位置。摄影测量和计算机技术可以比实地测量审查更多的备选方案。 初步定线 当在一个适当狭窄的地带选定了一条首选线位后，实地定线（传统方法）的下一步需要进行初步定线，尽可能接近最终线路中线的理论位置。测量数据通常整理绘制成1英寸：100英尺（1：1200）的平面图和纵断面图。通常要显示地形图和200-800英尺（60-240米）宽狭长地带的等高线图。 基于摄影技术的初步定线测量几乎完全是在室内完成。根据航空像片以恰当的比例准备地图（通常为1英寸：200英尺）（1：2400），之后在地图上拟定线路位置。 乡村多车道设施的定线步骤有点不同。对它们来说，将对向行车道设计成分离的两条公路可能是最有利的。例如，两条公路可以走行在峡谷两侧或河沟或小山的对侧。中央分隔带的宽度可以变化，且线形和坡度线二者会有相当的差别。一般这种双线比均一的横断面造价更低。由于将对向公路的景象和噪音减到了最小，而使行车更愉快，减少了单调感。注意一点，车灯眩光（现象）几乎被完全杜绝。 最终定线 最终定线实质上是确定规划公路的细节。这个阶段提供小幅度移动线路、调整坡度的机会。同时，确定结构物、水道及其它排水设施最终的平面和立面位置。尤其应当注意协调平面和立面的线形。比如，应该避免将平曲线的起点或终点设在路拱的/凸形竖曲线范围内，因为司机在到达此点之前看不到这一变化。 前已提到，已经开发出了通过阴极射线管(屏幕)预先把道路显示出来的计算机技术。这些技术使设计者能够从驾驶员的视角来调整设计使之感觉舒适。 无论是在实地或室内进行最终定线，之后都必须在地面仔细地设置足够数量的曲线点、切点及其它控制点，以方便施工各阶段的定线工作。同样，必须以相对较近的间距、在没有施工活动干扰的地点设置水准点。还必须精确标出所有地界线的方向、地界标石间的距离以及建筑物、围护及其他改扩建工程的位置。将来，负责施工用地部门的征地拆迁和结算将以此为依据。对桥梁和建筑工地还要有大比例的地形图或其它特殊测量。结构物的土壤调查和基础勘探多由受过专门培训和配备有专业设备的队伍进行。有时要派现场勘测队测定流域边界、收集其它资料以便预测水流流量。 9、地基与基础 建筑物的荷载由恒荷载和附加荷载组合而成，建筑荷载对支撑建造建筑物的地基施加了一向下的压力，这反过来促使地基产生向上的反作用压力。事实上，结构物就被夹这些相反压力之间而建筑物结构的设计必须能够承受作用在结构构件和总建筑结构内应力合力。作支撑的天然地基必须能够形成足够的反力为建筑物提供稳定性以防止地基因不均匀沉降产生破坏和因剪切产生破坏。为使设计人员能够选择、设计和详述一适宜的地基基础他必须具有有关支撑建造建筑物地基土性质的适量数据而这通常可从一按计划进行的土质勘察项目中获得。 土质勘测。土质勘测因其需要而特别虽然场地勘测正完全包含，考虑了这样一些因素如：地形，既存公共设施的位置，钻进的方法及任何地域性的限制。土质勘测通过为测试提供土样和为可见检查提供钻进手段是获取关于地基土性质和特性数据的一种方法。实际需要的数据和能合理地花费在任何土质勘测项目上的资金量将依赖于建议的结构类型和设计人员有多少关于特定区域或特定场地先前的知识。 土质勘测的主要方法列举如下： 1、 试验坑（试坑）小合同：地基基础深度不可能超过 3m 处。 2、 钻孔中到大合同：对地基基础深达 30m 处。 土的分类。土可用下列任一种方法进行分类： 1. 物理特性；2.地质成因；3.化学成分；4.粒径。 已证实土的物理特性与土的粒径密切相关，他们两者对地基基础的工程师，建筑师或设计师来说是重要的。所有土可划定为粗粒土和，每一类结果产生不同的性质特性。 粗粒土：这类土包括砂土和砾石。具有：低孔隙率，干时可忽略粘聚力，高渗透性和轻微压缩性，压缩几乎施加荷载后立即发生。 细粒土：这类土包括粘性淤泥和粘性土。具有：高孔隙率，高粘聚力，很低渗透性（渗透性极低）和高压缩性且压缩缓慢地发生在很长的一段时间内。 当然存在这样的土，其分类处在上面所述两种极端土类之间。英国标准 1377涉及的土的试验方法和分界分类粒径如下： 粘土颗粒粒径 小于 0.002mm 粉土颗粒粒径 在 0.002mm 与 0.06mm 之间 砂土颗粒粒径 在 0.06mm 与 2mm 之间 砾石颗粒粒径 在 2mm 与 60mm 之间 卵（碎）石颗粒粒