气密性混凝土在松卜岭高瓦斯隧道衬砌中的应用.pdf
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1、第 4 2卷 第 l 0期 2 0 I 1年 5 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r V0 1 4 2 No 1 0 Ma y, 2 01 1 文 章编 号 : 1 0 014 1 7 9( 2 0 1 1 ) 1 00 0 4 40 3 气密性混凝土在松 卜岭高瓦斯隧道衬砌中的应用 邓 武 波, 刘 丰, 康 艳 军 ( 中铁十七局集团公 司 第五工程有限公司, 山西 太原 0 3 0 0 0 0 ) 摘要 : 松 岭 隧道 穿越煤岩层 , 为高瓦斯 隧道。为保证隧道的运行安全 , 在隧道瓦斯设防段 须采用气密性混凝 土对坑道进 行全断面封闭式复合衬砌。通过 对隧
2、道穿越的地质环境条件、 设计标准 、 气密性 混凝 土材料 以及 合理配合比的选择分析 , 采 用室 内试件 测定方法对混凝 土试件 的透 气量进行 测定, 计算得 出透气 系数。对不 同衬砌 形 式 的混 凝 土 的 气 密性 进 行 了评 价 , 结 果表 明 : 气 密性 混凝 土在 隧道 衬 砌 中具 有 明 显 的抗 气 性 。不 仅 能在瓦斯隧道衬砌 中应用, 也可应 用于其他有较高防潮 、 防渗要求的工程 中。 关键词 : 气密性混凝土 ;瓦斯隧道:衬砌 ;抗气性 ; 松 岭隧道 中 图法 分 类 号 :T V 4 5 文 献 标 志码 :A 当公路 、 铁路隧 道穿 越 的 山
3、体 为含 有 瓦斯 气 体 的 煤层岩 体时 , 隧道 的混 凝土 内衬应具有 很好 的气 密性 。 如果 隧道衬砌 不密实 , 煤 层 中 的瓦 斯 以及其 他 有 害气 体将透 过衬砌 而泄漏 于 隧道 内, 当 瓦斯 气体 聚集 到一 定浓 度时 , 将 会 引起 爆 炸 , 给 隧道 施工 、 车 辆 运行 和旅 客 的生命财 产造成极 大 的危 害 。 松 b 岭 隧道位 于 山西 临汾 境 内, 隧道 全 长与 松 卜 岭煤 矿 2号煤 层 、 1 0号煤 层 分别 交 叉一 次 , 由于松 b 岭煤矿采用房柱式开采 , 其特点是残余煤柱较多, 采空 区空洞范 围容易产 生 瓦斯
4、聚集 , 在施工过程 中, 极有 可 能 发生瓦斯 突 出等情 况 , 所 以保证 隧道衬 砌 混凝 土 具 有 良好 的气 密性 至关 重 要 。该 隧道 按照 新 奥法 施工 , 在 瓦斯 设 防段采用气 密性混 凝土对 坑道进行 全断面封 闭式复 合衬砌 , 即初 期支 护采 用 锚 网 喷混 凝土 和 钢拱 架 , 在地质 条件差 地段辅 以不 同形 式 的超 前支护 , 二次 衬 砌为模 筑钢筋混 凝土 , 初 期支护 、 二次衬 砌均采用 气 密 性混凝 土 , 要 求 喷 射 混 凝 透 气 指 数 不 大 于 】 O 。 e m s , 二 次 衬 砌 混 凝 土 透 气 指
5、数 不 大 于 l O c m s 。 形 成有效 的防泄漏 屏障 , 以确保工 程和人身 安全 。 气密性混 凝土 是隧道 支护体 系的一个 重要组成 部 分 , 是 在混凝土拌 和物 内加入 外加剂 , 以改善混凝 土 的 微观 和亚微观结 构 , 使混凝 土 中的孑 L 隙率降低 , 从 而提 高其 密实率 、 抗渗性 和耐腐蚀 性 , 使衬砌体 满足防瓦斯 渗透 的要求 , 并 保证 不 降低 混凝 土 的强度 。由于 各种外加剂 的作用 机理 十分 复 杂 , 掺 量要 求 又极 为严 格 , 气密性混凝 土施工 质量 的关键 在 于正 确 的配合 比 和对 现场施工质 量 的管理
6、。 l 工程地质概况 国家 高速公路 青岛至兰州 公路 山西境 临汾至吉县 段 高速公路第 S I 1 合 同段 , 松 l - 岭高 瓦斯 隧道 起讫 里 程 为左线 , 长 2 4 0 4 m; 右 线长 2 3 9 6 m。该隧道全 长与 松 b 岭煤 矿 2号 煤层 、 1 O号煤层 分 别交 叉一 次 , 为保 证整个 隧道施工 的顺 利进 行 , 对 此 分别 进行 了地 质勘 探与 瓦斯 测定 。 煤层 瓦斯 及裂 隙瓦斯是该隧 道的主要工 程地质问 题 之一 。隧道 全线通 过松 、 岭煤 矿 , 该 区可采 煤层 为 二叠 系山西组 2号煤 层及 其 下 的石炭 系太 原 】
7、 O号煤 层 。 2号煤 层与 1 0号煤 层间距 6 0 3 6 6 3 2 1 m, 煤层 倾 角 7 。 8 。 , 一般 含一层矸石 , 局部含 l 3层矸石 , 夹 矸石岩性 以泥岩 、 炭质 泥岩 为 主 , 直 接顶 板 为泥 岩 、 砂 收稿 日期 : 2 0 1 0一l l一3 0 作者简介 : 邓武波 , 男, 副总工程 师, 高级工程师 , 主要从 事铁路隧道 工程施工组织与管理工作。Em a i l : L f z t 1 7 5 1 6 3 t o m 第 l 0期 邓武波 , 等: 气密性混凝土在松 岭高瓦斯隧道衬砌 中的应用 4 5 岩 , 顶 部为 中厚层 状
8、中 一细 粒 砂 岩 , 底 板 为 泥岩 、 炭 质 泥岩 。采用短 壁 刀柱式 开 采 , 回采 率 为 8 0 。该煤 层 有两个 区段 与隧道 相交 。钻探 揭 露 2号 煤层 平均 厚度 为 2 3 m。该 煤层 已基 本采 空 , 资源 已基 本 枯 竭 , 该 煤 矿 目前 处于关 闭状 态 。 l 0号煤层倾角 7 。 8 。 , 含 3层及 以下矸石层 , 该 煤 层直 接顶板 为 中厚 层状 灰岩 , 底 板 主 要 为 铝 土质 泥 岩 、 砂岩 , 厚 2 3 m。采 用短 壁 刀柱 式开 采 , 回采 率 为 8 0 , 该煤 层有 两 个 区段 与 隧 道 相 交
9、于 , 钻 探 揭 露 1 0 号 煤层平 均厚 度 为 2 5 m。 根 据山西 省岩 石力 学 与工 程 学 会 、 太 原 理工 大 学 采矿研究所编制的 松 卜岭隧道瓦斯安全性评 价 所 得 之结论 , 松 卜 岭 隧道有 6个 区段 , 或穿 越采 空 区或 上 下邻近采空区, 属高瓦斯工 区, 且有瓦斯突出危险性 ; 其余 区段 中 , 考 虑 2号煤 层与 1 0号煤 层之 间 的几层 较 薄弱煤 层 , 有少 量 瓦斯溢 出。 2 隧道设计标准 松 卜 岭 隧道 为一 座上 、 下行 分 离 的 4车 道 高速 公 路 长隧 道 。隧道进 口位 于 曲线 上 , 左 右 线 平
10、 面 曲线 半 径均 为 1 5 0 0 m, 隧道 出 口位 于直 线上 。隧 道左右 线纵 坡 均为 2 2 的单 向坡 。 隧 道衬砌 内轮廓 采用 半 径 为 5 4 3 7 9 3 c m 的三 心 圆 , 内轮廓设 计高 程距拱 顶 高度 7 0 6 4 m, 内轮 廓 最 宽 处为 1 0 8 6 m。紧 急停 车带 内轮 廓根 据 停 车带 加 宽宽 度及 主洞 内轮廓 确定 , 设 计 为五 心 圆 曲 边墙 结 构 。行 人横洞净空 : 2 0 m X 2 5 n l ( 宽 X高) ; 行车横洞净空 : 4 5 m 5 0 m( 宽 高 ) 。横 洞 内轮 廓 采 用单
11、心 圆 直 边 墙结 构 。 3 气 密性 混凝土的材料选定 与配合 比选择 ( 1 )原材料选定。 水泥选用山西 中条山新 型 建材有 限公 司 的中条牌 P O 4 2 5 ; 细骨料 选用 中砂 ( 河砂 ) ; 粗 骨 料 采 用 53 1 5 m m 连 续级 配 碎 石 ; 水 采用饮 用水 ; 气 密 剂 , 采用 山西 凯迪 建 材 有 限 公 司 的 K D一1 0型混凝 土气 密剂 。 ( 2 )配 合 比选择 。气 密性混 凝土 是指 透气 系数不 大于 1 0 c m s的混凝 土 。经 研 究 资料 显 示 , 对影 响 混凝土气密性的因素进行 研究并得 出初步以下结
12、论 : 水 泥 品种 、 集 料级 配及 含 泥 量 、 集 料 的 最 大粒 径 、 水 灰 比、 混 凝土含 气量 、 养护 龄期 、 试件 测试 时含 水率 、 外加 剂 品种 及掺合 料 等 , 均 对 混 凝 土 的气 密 性 有 不 同程 度 的影响 。 根据 普通混凝土配合 比设计规程( J G J T 5 5 9 6 ) 和 新 型混 凝 土 及 其 施 工 工艺 进 行 设 计 , 设 计 既 要满 足强度 和坍 落度 的要 求 , 又 能 满足 气 密 性 和抗 渗 性要 求 。首 先 根 据 基 准 配 合 比进 行 不 同 的 配 合 比试 验 , 然后分 别掺 人等
13、量 的气 密 剂 , 观 察 结果 , 以尽 量 降 低水 泥用量 来减少 收缩 为 出发 点 确 定 配合 比 , 选 取 气 密性 最好且 满足 要求 的配合 比作 为施 工配合 比。 经过大量实验分析, 选取施工配合 比见表 l 。 表 1 C 2 5级 气 密 性 混 凝 土 配 合 比 4 气 密性 混凝土 的检测 混凝 土 的气 密性 用 透 气 系数 表 示 , 透 气 系数 是 指 在 一定 压力 下 , 一 定 时 间 内气 体 通过 混 凝 土单 位 面 积 的量 。对 于混凝 土透 气 系 数测 试 方 法 , 一 般 采用 室 内 试 件 测定 和现场 原位 测 定 两
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