公路隧道煤层与瓦斯的超前探测和预测研究.pdf

’ 图2超前探煤 孔示意 图 蛟岭隧道地质超前预报结合隧道复杂的地形 、 地貌 ， 对隧道进行及时准确 的地质超前预报 ， 并结 合掌子面的围岩情况作了详细记录。从探测结果及 开 挖情 况 ．可 以看 出Y K 8 3 0 4 4 ～ Y K 8 3 2 5 0 、 Z K 8 3 0 5 8 ～ Z K8 3 4 0 0 段瓦斯煤系地 质段地质情况与设计 地质情况存在部分不 同 ， 大部分 围岩为煤 、 煤夹碳 质板岩或碳质板岩夹煤。 1 _ 2超 前探 煤 根据地表勘察 、 群众调查和 目前隧道揭露 的煤 层等情况综合分析认为 ． 该 山体 中含有多层煤 至 少4 层 ， B 1 一 B 4 ， 左 、 右洞所处 地段 为煤层和高碳质 板岩互层 。从地表观察发现 ， 沿蛟岭隧道穿越 区域 分布有废 旧小煤窑 ， 为 防止煤窑采空区可能带来的 积 聚瓦 斯 大 量 涌 出 、 突 水 、 大 面 积 塌方 以 及 今 后 影 响公路路基承载能力等危害 ， 所以必须进行超前探 孔施工 ， 以确切掌握掌子面前方煤层赋存情况及探 险测瓦斯状况 ． 同时也是排放瓦斯气体的通道。 为了确切掌握掌子面前方煤层赋存情况 ， 掌子 面开挖前必须采用超前钻孔进行探煤。 ①提前3 0 m地质雷达初步预测煤层位置 ，距初 测煤层 位 置 1 0 m时 ， 停 止 掘进 。 钻孔 预测煤 及 瓦斯 状 态。探煤孑 L 布置4 个 ， 孔深3 5 ～ 4 0 m， 孑 L 径7 5 mm。超 前探煤孔布设如图2 所示 。 ②岩柱留设 在确切掌握煤层赋存情况后， 方 可进行开挖作业 ， 但必须确保 留设2 m岩柱 ， 进行煤 与瓦斯突出危险性测试及瓦斯排放。 ③钻孔与煤层顶板交点控制在衬砌开挖轮廓 线 外5 m范 围 内 。探孔 深 度 要 达 到 1 5 m， 以 防止 隧道 掘进误揭煤层 。钻孔尽量分布均匀 ， 以了解 整个断 面 的瓦斯 、 煤层 、 围岩 、 地下水的分布情况 ， 同时可 以排放煤层中的瓦斯 ， 降低瓦斯突出的可能性 。 2 煤与瓦斯突 出危险性预 测 煤与瓦斯突出危险性预测的主要作用是 ， 通过 预测判定 隧道揭煤时有无煤与瓦斯突出的危险性 ． 以便为后续揭煤制定安全方案提供依据。可通过在 突出点钻孔测定与突出有关影响因素的相关系数 ． 并根据地质条件 、煤层赋存状态等综合分析判定 。 正确预测煤与瓦斯 突出危 险性 ， 不仅有利于隧道揭 煤 的安全 施工 ， 而且 能指 导 防突措 施 的正确 应用 。 2 ． 1 预 测 方法 蛟岭隧道揭煤 突出危险性 预测采用的是钻屑 瓦斯解吸指标预测的方法 ， 并采用解吸指标 aH 2 和 K 1 来 进 行 测定 。在 煤 样 暴 露 时 间 和 粒度 相 同条 件 下 ， 解 吸指标 AH2 综合反映了煤 的破坏程度和瓦斯 压力 含量 与突出危险性之间的关系。实验表明， 随 着煤样暴露时间和粒度的增大 ． 煤的瓦斯解吸度减 小 ； 煤 中瓦斯压力 或含量 越大 ， 煤 的破 坏类型越 高 ， 那么煤的解吸度就越大。AH2 的值实质上就是 解吸测定最初第3 分钟至第5 分钟 2 mi n 的解 吸量 ， 是实测值 ； K1 是指煤样 自煤体脱落后第1 分钟内， 每 克煤样 的瓦斯解吸量 ， m l ／ e g ． mml ／ 2 ，是按规律推算 的 。 2 ． 2预测 流 程及 结果确 定 ①在瓦斯 突出工区施工 时 ，在距煤层垂距3 1 0 m处的开挖工作面至少打2 个直径为7 5 ram的验测 钻孑 L 。 ②突出危险性临界值AH 2 的确定 由于该隧道 煤系地层突出危险性临界值没有鉴定 ， 且无具体参 照 ， 因此蛟岭隧道根据 防治煤与瓦斯突 出细则 取 临界值为2 0 0 P a 。 ③进行突 出危险性预测 ， 用电煤钻钻 眼 ， 进入 煤层0 ． 5 m时测定一次△H ，以后每隔2 m测定一次 ， 直 到穿 透煤层 ， 测 定结 果 取最 大值 。 ④预测值低于其临界值 ，说明无突出危险性， 可进行揭煤 ； 反之 ， 必须进行群孔排放 ， 并经效果检 验无突 出危险 ， 方可实施揭煤施工。 ⑤钻孔过程中若出现顶钻、 夹钻、 喷孔等动力 现象时 ， 应视该开挖面为突出危险工作面。 2 ． 3 蛟 岭隧 道煤 与瓦 斯突 出性 预测 2 0 0 5 年6 月4日～ 6 月2 0日对蛟 隧道 右线YK 8 3 0 4 4 掌子面前方进行 了超前探煤钻 下转第7页 43 ． 的风险 ， 箱梁最先在构造相对于薄弱的位置开裂。 为 防止 混 凝 土 箱 梁 顶 底 板 开 裂 和 结 构 受 力 需 要 ， 设计在混凝土箱梁顶底板纵横 向均配置 了上下 两层受力钢筋 ， 而对于箱梁纵 、 横隔板 ， 纵向小次梁 和风嘴侧面一般配筋则 比较弱 超宽整体式单箱三 室结构 和间距7 ． 5 m的横隔板 。 使 纵隔板 、 纵 向小 次 梁侧面 ， 风嘴内侧面 ， 以及横 隔板侧 面混凝 土收缩 拉力较大 ， 纵 、 横 隔板和风嘴一般都比顶底板厚 ， 钢 筋 配筋率 明显少 于顶底板 ； 施工过 程 中， 纵 、 横 隔 板 ．纵 向小次梁和风嘴侧面就 比顶底板更容易拉 裂 ； 在施加顶底板纵横 向预应力后 ， 上述裂缝减 少 或弥合 。 根据超宽混凝土箱梁试验段经验 ， 设计和施 工 进行了以下优化 ①在试验段裂缝较多 ， 普通钢筋配置较弱的混 凝 土箱梁纵隔板 、 小次梁 、 风嘴内侧面 ， 横隔板 、 横 梁的侧面增加了受力普通钢筋。 ②为方便混凝土浇筑， 加大了斜底板 的厚度 ； 在 风嘴实心混凝土内增设冷却水管 ，以减低大体积混 凝土的水化热 采用冷水冲洗骨料 、 冰水浇筑混凝土 等综合措施控制混凝土的人模温度， 降低水化热。 ③为减少浇筑节段间的混凝土箱梁收缩影响， 增 加了后一 阶段混凝土箱梁与前浇筑节段 相接 面 1 ． 5 m范围内的箱梁顶底板横向钢筋配置 ， 并在混凝 土箱梁节段接缝处增加了抗剪钢筋。 ④经试验确定混凝土最佳配合比， 适当加大混 凝土的坍落度 ， 添加高效减水剂 ， 改善混凝土流动 性 提高混凝土的浇筑质量 ， 确保振捣密实、 模板不 变形 ， 不 出现蜂窝麻面 、 狗洞 、 挂浆 和过多气泡 ， 防 止混 凝 土早强 和强 度不 均匀 。 ⑤按大体积混凝土改进混凝土浇注工艺 ． 分段 分层 控制 混 凝 土浇 筑 的 间隔 时 间 ， 一 个 节段 混 凝 土 在1 2 h 以内连续浇筑完成 ， 以减少施工冷缝。 ⑥控制好施工缝与其相邻 的节段 间的龄期差 。 后一节段浇注混凝土前应对前一阶段接合面凿毛清 洗并保持充分湿润； 保证不同龄期混凝土粘结 良好 。 ⑦增加纵腹板临时预应力配置 ． 调整 了预应力 张拉时间 混凝土浇筑3 d 和强度达6 0 ％以上时 ． 张拉 纵 向临时 预应力 ；混凝 土浇筑 7 d 和强度 达 8 5 ％以上 时 ， 张拉顶底板横向和部分横隔板预应力。 5 结 语 九江长江公路 大桥南边跨混凝土箱 梁为国内 特大型混合梁斜拉桥超宽整体式箱梁 ． 结构受力复 杂 ， 是九江桥的关键性技术之一 。设计 中对 主梁混 凝土断面进行了充分的比选和详细结构分析计算 ， 首次采用 了顶底板的纵向小次梁结构 ． 并通过实体 模型试验 ， 优化 了设计 ， 改进 了施工工艺 ， 提高了混 凝土的浇筑质量 目前混凝土超宽箱梁浇筑已较好 地控制了早期裂缝 ， 施工进展J I , N ， 为超宽整体式 混凝土箱梁混合梁斜拉桥的建设积累了经验。 参考文献 [ 1 ] 金增洪． 法 国诺曼底大桥简介[ J ] ． 国外公路， 1 9 9 6 年8 f1． [ 2 1 z 增洪． 日本多多罗大桥简介[ J 】 ． 国外公路， 1 9 9 9 年8 f1． f 3 1 杨毅． 昂船洲大桥从计划到设计 和施工， 百度文库． f 4 】 湖北省交 通规划设计 院． 荆 岳长江公 路大桥 设计【 R ] 武汉 湖北 省交通规划设计院 ， 2 0 0 6 年． 『 5 1 武汉桥梁科学 研究 院． 九江长江公路 大桥超宽混凝 土箱 梁 抗 裂 与耐久性 研究 汇报 ． 【 R 1 武 汉 武汉 桥梁 科学 研究 院． 2 0 1 1 年 7 月 ． 上接第 4 3页 孔。共施工钻孔5 个 ， 有效探煤孑 L 4 个 ， 孑 L 深约2 5 ～ 4 5 m， 总 长1 2 2 ． 6 7 m， 孔 径 7 5 m m。 蛟岭隧道采用MD 一 2 瓦斯解吸仪 。通过检测， 计 算 预测值 AH 2 为 1 3 5 P a ， K1 为0 ． 2 L ／ g ． mi n 0 ． 5 ， 预 测值低于其临界值 ， 无突出危险性。 3 结 语 为了解决可能存在的煤与瓦斯突出危险问题 ， 在隧道施工前期采用G P R 对地表地质体进行 了勘测 地质超前预报 ， 采用钻屑瓦斯解 吸指标预测方法对 瓦斯工区煤与瓦斯 突出的危险性进行了预测 ， 避免 了盲 目施工可能会导致的煤与瓦斯突出的发生。 参考 文献 【 1 】 雷进生． 高速公路 穿煤 隧道变形及稳定性研究【 D 】 ． 武汉 ， 武 汉理工大学学报 ， 2 0 o 3 ． 1 ． 『 2 1 中华人民共 和国煤炭工程部． 建筑物 、 水体 、 铁路及主要井 巷煤柱留设 与压煤开采规程． 北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 8 5 ． [ 3 】 雷 升祥 ． 瓦斯隧道 施工 技术 研究【 D 】 ． 西南 交通 大学 学报 ， 1 9 9 9 ． f 4 1兰利敏译， 牟瑞芳校 ． 含 硫化氢气体 的洛杉矶地铁 隧道 的 土工技术调查与设计方案[ J ] ． 世界隧道， 1 9 9 7 ， 6 l 一 3 ． 【 5 ] 姜 德义 ， 刘春 ， 张广洋 ， 郑金 龙． 公路 隧道全断 面揭煤防 突 技术[ J 】 ． 岩土力学 ， 2 0 0 5 ． 6 ， 2 6 6 9 0 6 9 0 9 ． 7