财神庙瓦斯硫化氢隧道气密性混凝土施工技术

财神庙瓦斯\硫化氢隧道气密性混凝土施工技术
作者：孙耀国
来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第02期
摘要：本文结合襄渝二线财神庙隧道同时存在瓦斯和硫化氢两种气体这一工程实例，主要介绍了该隧道气密性混凝土的施工技术。

关键词：瓦斯硫化氢气密性混凝土
1 工程概况
财神庙隧道是襄渝二线第二控制工程，隧道起讫里程：DZK235+215～DZK242+848，全长7633m，隧道位于陕西省旬阳县境内，汉江“V”河谷区南岸，洞身穿过的围岩为志留系下统片岩，附近的沟谷及山崖基岩裸露处可见有许多次级小褶曲，但岩体较完整，岩体产状变化较大，比较凌乱，大的褶皱多经过风化剥蚀成沟谷，岩体节理裂隙发育，较为破碎。

设计为复合式衬砌，设有大沟横洞、磨沟斜井两个辅助坑道。

2006年9月15日财神庙隧道磨沟斜井工区在DZK239+373处开挖施工中发现从掌子面左墙脚出现臭鸡蛋味不明气体，后经检测该气体成分主要为甲烷，含少量硫化氢（虽然硫化氢既为易燃易爆体气，也为剧毒体气）。

施工过程中检测到硫化氢最高浓度25ppm，超出国家卫生标准10mg/m3（折合体积浓度约为6.588ppm）约4倍；瓦斯浓度最大9.6%，为瓦斯爆炸威力最大浓度。

为了防止有害气体逸出，确保施工安全和以后的运营安全，因此衬砌采用全封闭式，其中的重要措施是衬砌采用气密性混凝土。

2 气密性混凝土配合比设计
2.1 气密原理普通混凝土是一种不均质体，它具有大量不同形态尺寸的孔隙，其孔隙主要有胶孔、毛细孔及施工气泡等，形成透气通道。

此外，混凝土中还存在大量的界面裂隙和砂浆裂缝，这些裂缝连通成网，更具透气性。

气密性混凝土就是在混凝土中掺入适量的由高效减水剂、密实剂、高效活性载体、激发剂等多种材料组成的复合型气密添加剂，以改善混凝土的微观和亚微观结构，使混凝土中的孔隙率降低，孔结构细化并减少贯通性凝胶孔、毛细孔、施工气泡孔数量，从而提高其密实率、抗渗性和耐腐蚀性，达到封闭瓦斯、防水和防腐的目的。

2.2 气密性混凝土配合比设计基本参数
①气密性混凝土设计标号为C25。

试配强度fcu.0≥25＋1.645×5=33.2MPa。

②气密性混凝土坍落度设计为130～170(mm)。

③气密性混凝土所掺气密剂型号为FS-KQ，掺量为水泥用量的12%。

④气密性混凝土设计用途是隧道二次衬砌施工。

2.3气密性混凝土理论配合比所用原材料情况正确的配合比设计试验是保证气密性混凝土质量的先决条件。

通过试验可以确定各种组分对混凝土气密性的影响及其适宜的用量。

2.3.1 水泥及外加剂胶结材料选用Po32.5普通硅酸盐水泥（排除掺混合料的硅酸盐水泥），以防止混凝土硬化过程中的内外分层所起的水泥浆—集料界面裂缝数量过多，以及因泌水而形成的连通毛细管道的产生。

经试验表明，气密性混凝土胶结材料用量不应少于
300kg/m3，以保证混凝土中水泥砂浆和粗骨料的适应比例，防止混凝土拌和物的分层和泌水现象以及在混凝土中产生砂浆—骨料界面上的贯通裂缝。

2.3.2 骨料细集料以河砂（中砂）为好。

因河砂质地坚硬，级配良好。

粗集料最大粒径往宜控制在40mm左右。

这是因为塑性混凝土拌合物灌注以后，固体颗粒处于不平衡状态，由于固体重力作用而下沉，水份被排挤上升，开始形成一系列通水管路，待石子颗粒逐渐形成骨架后，石子之间的水泥、砂子颗粒又继续下沉，迫使水份停留在石子下部及周围，形成较大的孔隙，在水泥颗粒之间也形成微细孔隙，造成相互联通的网状组织。

石子粒径越大，所形成上述现象也越严重，其结果将造成混凝土的密实性降低。

因此，在气密性混凝土配合比设计中，控制石子的粒径和采用多种级配是提高混凝土密实性的有效措施之一。

2.3.3 砂率最佳砂率是水泥浆用量一定的条件下使拌和物获得最大流动而又不产生离析、泌水、分层等不良现象。

经试验表明，砂率应以35%～40%为宜。

2.3.4 水灰比水灰比是控制混凝土密实性的主要因素。

混凝土的气密性首先取决于水泥浆的孔隙率。

水泥浆毛细管孔隙率超过20%～30%时，硬化后的混凝土透气系数将急剧增大。

据有试验表明，水灰比控制在0.55以内。

2.4 气密性混凝土理论配合比设计试验工地试验室联合陕西省建设工程质量监督检验测试中心共同完成气密性混凝土理论配合比设计试验工作。

经检透气系数为0.50×10-11（cm/s），满足透气系数不应大于1.0×10-11（cm/s）要求。

3 气密性混凝土施工控制措施
正确的配合比设计是保证气密性混凝土质量的前提条件，但影响气密性混凝土质量的因素是多方面的，要把正确的配合比设计付诸于施工实践，关键在于施工管理和施工操作人员的技术业务水平。

因此，认真加强现场施工质量管理，并制定相应的切实可行的有效措施是保证气密性混凝土质量的关键所在。

①对参加混凝土施工的人员进行岗前培训，浅显易懂地讲解混凝土施工过程，使操作人员掌握施工程序。

②气密性混凝土拌和前应检查骨料、水泥及外加剂是否符合质量要求，检查施
工配合比计算是否正确，确认无误后方准施工。

③为保证气密性混凝土施工的准确性，集料应坚持每盘过秤，原材料应有足够的储备，以避免砂、石料级配产生较大的波动。

④经常测定砂石含水率，及时调整施工配合比，以保证配合比的准确性。

⑤气密性混凝土生产应采用强制式搅拌机，搅拌时间不少于3min。

气密性混凝土的拌和采用强制式搅拌机。

混凝土拌和采用二次投料法：第一次投入水泥、砂、搅拌1分钟后，再投入全部粗集料及气密剂，最后再加入水，搅拌2.5分钟。

⑥灌注混凝土前，先把旧混凝土界面凿毛，除去污碴和松动的骨料，用水冲洗干净，排除积水后，在预留的凹槽内安装好止水条，再灌注新混凝土。

⑦气密性混凝土灌注应采用机械振捣，如采用插入式振动器振捣时，不宜采用垂直振捣，而应采用斜向振捣。

因为斜向振捣能避免由于气密性混凝土稠度高、粘性强、流动性差，振动棒拔出后容易留有孔隙的问题，并应尽量做到一次灌注完毕。

⑧气密性混凝土硬化后，即应开始进行养护，其养护时间不应少于21天。

4气密性混凝土透气系数试验和运营后瓦斯检测情况
经过严格按照气密性混凝土施工的要求施工，气密性混凝土的透气系数指标达到了设计和规范的要求（透气系数检测见表2）。

经过一年多的运营，在财神庙隧道内随机检测，未曾检测到硫化氢和瓦斯有害气体，证明气密性混凝土质量可靠，同时也保障了竣工以后的安全运营。

5结语
通过财神庙隧道气密性混凝土的施工，积累了大量的试验数据，建立了一系列保证施工质量的科学措施，为以后气密性混凝土施工积累了宝贵的经验。

施工的二次模筑气密性混凝土，表面平整光滑，模板缝统一整齐。

从检查试件的试验结果表明，气密性全部达到设计要求。

通过近一年的施工实践证明：气密性混凝土用于隧道衬砌以防地层中的瓦斯向隧道内渗透，效果是明显的，施工技术也是可行的。

在施工过程中，只要认真加强施工质量管理，强化质量意识，并不断地善于总结施工经验，气密性混凝土的灌注质量就能达到预期的效果和目的。

参考文献：
[1]《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120）.
[2]中铁一局集团企业标准《瓦斯隧道工程施工指南》.。