粘土封闭灌浆施工方案文档格式.docx
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为进一步路基填筑情况和地面下地址情况,我施工单位联系委托浙江城建勘察研究院有限公司进行了地质取芯钻探。
钻孔观察工作于2012年1月17日开始,在春节前完成了4个地质观测孔的钻孔工作。
春节后,根据省设计院地质专家调整和细化的监测和钻孔新方案,对此段路基分别再开钻5个地质取芯分析孔,分别取芯至原地面以下五米进行地质分析。
在钻孔取芯过程中,钻孔至5m以下时,孔内冒出大量有刺鼻气味的水蒸气,8m以下填层材料显黑色灰质岩,岩芯破碎无完整芯样。
从测得芯样温度情况来看,路基顶芯样温度在50度左右,随着钻孔深度的加深,温度越来越高。
取芯过程中,在原地面下已取出带有未自燃的煤矸石成分的岩石。
具体情况详见钻孔取芯平面图、断面图。
六、煤矸石自燃原因分析及处理措施选定
1、煤矸石自燃理论
1.1、黄铁矿氧化理论
这是长期以来解释煤矸石自燃起因的主要理论。
它认为,煤与矸石中的黄铁矿,在低温下发生氧化,产生热量,并不断积聚,使矸石内部温度升高,在某一局部达到一定温度后,引起矸石中的煤和可燃物燃烧。
矸石中黄铁矿的氧化,一般概括为以下几个步骤:
(1)充足的条件下,产生二氧化碳气体:
4FeS+110—2Fe0+8S0+3412KJ22223如供氧不足,则释放出硫磺:
(2).
4FeS+30一2Fe0+8S+917KJ
3222(3)如有水分参与,还会产生硫酸,从而加剧黄铁矿的氧化作用:
2FeS+2H0+70—2FeS0+2HS04242222S0+0—2S0+189.2KJ322S0+H0—HS0+79.5KJ
4322以上反应都是放热反应。
放热反映产生的热量积聚在煤矸石内部,不易扩散,随着时问的推移,热量不断积累,促使煤矸石内部温度不断升高,最终使可燃物燃烧发火。
1.2、煤氧复合燃烧理论
煤矸石中通常夹带着10%~25%的碳质可燃物,在低温的情况下,矸石中的碳会发生缓慢的氧化反应同时放出热量,当热量积聚到一定温度时,便产生燃烧。
其化学反应如下:
C+0一C0+4.09×
105kJ2C+0一C0+4.09×
105kJ
22上述两式都是放热反应。
所放出的热量,当积聚到一定温度时即引起矸石自燃。
2、煤矸石自燃特性分析
2.1、煤的物理、化学性质
某矿的煤种主要是长焰煤和气煤一号,它们自然倾向性高、发火周期短,挥发份高达47.25%。
炭化程度低,水份较多,使其风化粉碎性增强,吸氧面积增大,氧化速度加快。
、煤矸石自燃条件2.2.
煤矸石要发生自燃,必须具备以下4个条件:
(1)含有能够在常温下氧化的物质或可燃物,即煤矸石具有自燃倾向性;
(2)有氧气存在;
(3)有使热量积聚的环境;
(4)维持足够的时间以达到引燃温度。
其中条件
(1)为煤矸石自燃的内部特征,条件
(2)、(3)和条件(4)为其自燃的外部条件。
对于某一确定的煤矸石山(即其组成、含量及分布情况已定时),当分析其自燃发火时,可着重分析煤矸石山自燃的外部条件。
2.3、煤矸石自燃的特征
煤矸石自燃具有两个特征:
一是从矸石内部先燃烧;
二是属于不完全燃烧。
1、从矸石内部先燃烧煤矸石的自燃取决于供氧条件,供氧是沿着矸石之间的孔隙和孔道向内部补给的,矸石山内的中部有利于氧化反应生成热的积聚,所以燃烧首先在这里开始。
自燃后,燃烧地带具有燃烧中心的特性。
2、不完全燃烧
煤矸石在堆积时,颗粒的形状和大小是不规则的,从而在煤矸石之间形成孔隙和孔道。
在自燃之前,这些孔隙和孔道为黄铁矿和碳质可燃物的氧化提供空气;
在自燃之后,又为可燃物质燃烧补给空气。
因此通过孔隙和孔道输送由于煤矸石的燃烧在煤矸石山的中部开始,
空气的速度比较缓慢;
另外,孔隙和孔道所占容积较小,煤矸石内可燃物质不能与氧充分化合,也就是不能充分燃烧。
所以,从整体上说,煤矸石燃烧是在供氧量不足情况下进行的,其燃烧性质属于不完全燃烧。
2、4、煤矸石自燃的3个过程
煤矸石的自燃与其它含碳物质的燃烧一样,符合燃烧物理学原理,即必须经过缓慢反应一氧化自动升温一稳定燃烧3个过程。
在初始阶段,煤矸石中的黄铁矿和碳在常温下与氧气缓慢反应,放出热量,使煤矸石的温度缓慢上升。
当矸石温度达到临界温度时,反应的速率随着温度的升高而自动加速。
一旦温度达到矸石的着火温度(即燃点),即开始激烈的反应。
另外,还说明了着火与灭火的不可逆性。
当温度升至煤矸石的着火温度(即燃点)时,矸石开始燃烧,但对于燃烧的矸石即使温度降至煤矸石的着火温度(即燃点):
,它仍不能灭火,只有把温度降低到煤矸石的临界温度以下灭火才能实现。
这说明,灭火要在比着火更不利的条件才能实现。
煤矸石的氧化从缓慢升温阶段过渡到自动加速阶段时的温度即为煤矸石自燃的临界温度。
临界温度和着火温度不是煤矸石所固有的物化常数,它是化学动力因素和流体动力因素的综合,与煤矸石的化学活性、煤的燃烧活化能、矸石的导热系数、发热量和对周围的环境散热条件等都有关。
3、煤矸石的自燃防治可行性措施
3.1、清除可燃物法
矸石内可燃物的存在是矸石发生自燃火灾的内因,清除煤矸石中
可燃物是预防其自燃的最根本途径。
矸石中的可燃物主要以煤和黄铁矿为主。
堆积前,如能加以分选回收,不仅能有效预防自燃,且能提高经济效益,也可有效地避免自燃。
3.2、泡沫法
泡沫法是向火区灌注泡沫灭火剂,用来隔绝氧气和吸收热量,以此降低矸石温度,从而达到灭火目的。
但矸石山时常经受风吹雨淋,所以很难保持泡沫的稳定性。
3.3、挖除火源法
挖除火源法是最直接也是相当有效的方法,在确定燃烧范围后,挖出着火矸石,使其自然冷却。
当藿火范围不大时,该法实施较简单,成功率高。
但对大面积自燃,人员及设备难以进入火区,挖除火源工作量大,并有一定危险性。
因此该方法仅用于矸石山自燃初期或为灭火方法的一种辅助措施。
3.4、表面封闭法
表面封闭法(覆盖法)一般是在矸石山表面覆盖黄土等惰性物质,来隔绝空气防治自燃。
这种方法最好先灭火再覆盖,防治的关键是必须将覆土压实,降低黄土与矸石的渗透率,也就是减小矸石堆的孔隙率,使空气不易进入矸石的内部,从而使矸石堆内物质缺少氧化反应条件,达到防止矸石山自燃的目的。
3.5、注水法
注水灭火法是一种经济有效的、操作简便的防治煤和煤矸石自燃当煤矸石的湿但是水分对矸石自燃的作用具有两重性。
的技术措施。
.
度增加到某一程度,其表面将形成含水液膜,可起到阻止矸石和氧接触,即起到隔氧阻化的作用。
同时,水受热蒸发时能吸热降温,可消耗矸石在氧化时产生的热量,因而热量难以聚积,避免产生升温现象。
但当矸石的外在水分蒸发减少到一定程度时,矸石的外在水分可由原来的阻化作用转变为催化作用,从而促使煤氧化和自燃。
注水法会形成水流通道,为氧气的进入提供了条件,由此又会引发新的矸石的自燃。
3.6、注浆法
注浆法是目前国内外在治理自燃时都广泛采用的灭火技术。
工艺过程为先将灭火材料(一般碱性物质)制成一定浓度的灭火浆液,再在火区布置一系列钻孔,然后用注浆泵将灭火浆液注入矸石山内部。
当灭火浆液接触到高温矸石后,浆液的水分急剧蒸发,同时带走大量热量,使矸石迅速降温。
此时,浆液中的固体物质包裹在矸石表面,或充填在矸石问的缝隙中,起到隔绝空气的作用。
注浆法是通过降温与隔氧两方面的共同作用达到灭火目的。
选择防治自燃方法的原则
4、煤矸石自燃处理措施的选定
根据煤矸石自燃的特征,在选择防治方法时,必须考虑这种方法是否能够根除矸石内部及表面的自燃点。
首先通过勘探测温手段确定矸石燃烧的深度和范围。
一般第一燃烧区出现在矸石堆积体有裂隙和斜坡的地带,温度在40~170℃之间;
第二燃烧区在堆积体表面下2~m10~7℃之间;
第三燃烧区位于堆积体延伸700~300区域内,为m3
的范围内,温度在700~1200℃。
对于仅存在第一燃烧区的小型的矸石堆积体,可以通过表面封闭法等处理。
对于存在第二燃烧区的中型矸石堆积体,应该采用浅孔注浆为主的方法处理。
对于3个火区并存的大型矸石堆积体,必须采取以深孔加压注浆为主的方法治理。
通过一系列的比对和客观分析,使用粘土浆液封闭地下可燃煤矸石填筑层不仅技术可行,而且成本低、易施工、工期短、效益高,是一种简易可行的施工处理方法。
七、煤矸石填筑层粘土封闭灌浆施工方案
使用粘土封闭灌浆的施工方案对煤矸石进行处理的主要工艺是通过粘土浆液在填筑层中形成一层固结粘土层,起到隔氧阻化杜绝自燃的作用。
7.1、灌浆孔布置方式
根据地质取芯情况看,煤矸石的主要分析范围为。
灌浆孔的布置采用梅花形布置,孔距为5m,孔深为8m;
局部自燃现象严重的部位采用加密孔布置,间距为3m;
整个孔位布置覆盖煤矸石填筑范围。
为防止煤矸石继续产生自燃现象,要求对其严格封闭,在施工灌浆过程中,分两道工序。
第一道工序是钻孔深度至4m,然后进行粘土浆液灌注;
第二道是在第一道工序的基础上将孔深增加到8m,进行第二次粘土浆液全孔灌注。
具体孔位布置详见孔位布置图。
7.2、压力选择
灌浆孔没由于煤矸石及路基填其他填筑材料具有一定的松散性,
有栓塞位置,故只能采用小压力、半自流式注浆,钻孔开口孔径为146mm,开口用¢110-130mm的套管,下接¢146mm的法兰盘,套管长0.7m,四周用粘土封闭,进行夯实,这种栓塞约可以承0.1MP的压力。
由于灌浆孔深8m,故孔底可大致有0.2MP的压力,这种压力扩散半径可达2m,再加上路基填筑层的缝隙、煤矸石自燃留下的空洞等因素,可以满足要求5m间距的灌浆孔的要求,个别地区扩散半径较小,采用加密灌浆孔提高灌浆效果。
7.3、泥浆配比
在泥浆封闭灌浆初期,对使用的粘土原材料泥浆配比进行试验,选出三级配比,即浆水比重1:
1、1:
2、1:
4,在灌浆初期用稀浆,即1:
1比重泥浆,由于泥浆比重小,浓度低,故扩散半径大,封闭效果好。
在连续灌浆过程中,耗浆量小的情况下,继续采用1:
1配合比进行灌注;
当耗浆量大的情况下,改用下一级泥浆配比,即1:
2或者1:
4配合比进行灌注。
7.4灌浆工艺要求及软化处理
1、粘土质量要求及软化处理
灌浆粘土质量要求,参照水利水电工程天然建筑材料勘察规程槽孔固壁土料要求:
颗粒组成大于0.05mm小于6%;
小于0.005mm大于50%;
小于0.002mm大于40%,塑性指数大于17,PH值大于7,活性指数小于1,有机质含量小于10%。
粘土在搅拌前喷水软化,即先行用水喷淋翻倒,48小时后方可使用。
2、造孔要求
灌浆孔开孔孔径为146mm,终孔孔径为110mm,由于煤矸石及路基填筑材料的松散性和两次封层的要求,采用两次成孔,两次分段灌浆的施工方法:
第一次造孔孔深为4m,孔径146mm,钻探方法为冲击钻进,不下套管(需增设下孔口管),完孔即进行灌浆,灌浆完毕后,停1~2天,第二次钻进至8m,终孔孔径为110mm,并进行第二次灌浆。
3、灌浆工艺
由于整个封闭灌浆处理较为复杂,粘土灌浆只是其中一项工序,故灌浆前不能打盖板,而是用146mm套管下接法兰盘,两侧填粘土进行孔口封闭,形成粘土栓塞。
孔口部分设有进浆管,压力表,回浆管和控制阀门,粘土经)48小时软化后,放入搅拌机,注水并进行充分搅拌而后进入贮浆池,测量浆液比重后进入计量筒,泥浆泵由计量筒内吸浆,进入孔内灌注。
回浆量由阀门控制,压力表显示孔内灌浆压力,计量筒控制浆液消耗量。
射浆管多为6分管,整个工艺比较简单易行。
4、灌浆序次
灌浆不少于2道序次,外加1个检查序次,检查不合格者,再行补灌。
本次粘土灌浆处理孔位布置为梅花状,各孔间距为3m、5m。
1序灌浆正常间距5m孔,2序灌注加密间距3m孔。
完成此工序灌浆后,再选用耗浆量大的部位进行检查,不合格者即行补灌。
灌浆结束标准凡有下述情况之一者,可以认为灌浆结束:
(1)、邻孔反浆;
(2)、钻孔粘土栓塞破坏;
(3)、孔口周围地面有冒浆现象。
5、封孔
灌浆完后,应进行封孔,此道工序极为重要,因孔间距小,孔径大,如封闭不好,将造成地层松动,人为降低了地层承载力。
封孔材料为10mm~20mm的卵石、砾石,掺粘土拌合后,投入孔内,0.5m~1m夯实一次,夯实后地层密度不低于原地层承载力。
、灌浆检查及评价7.5.
灌浆质量检查,我们主要从三个方面入手:
)、直观检查:
灌浆完后孔内应无冒烟现象,无放热现象。
(1待灌浆全部竣工后,凡达到设计孔深的钻孔,都不应有冒烟现象,钻孔取芯应能发现灌入泥浆。
岩芯固结程度,应大于未灌浆孔。
)、钻孔检查:
取芯进行直观评定,进行重力触探,了解灌(2说明灌浆孔封孔不好,浆地层密度和承载力。
如低于泥浆前的承载力,说明封孔破坏了地基的完整性,如果高于或等于勘探阶段的承载力,是好的,灌浆也是好的。
)、进行灌浆前后的水文地质试验,用注水法了解地基注浆3(此外尚可进行灌这是确定封堵效果的主要检查手段。
前后的渗透性,Vp值变化,评价灌浆质量。
浆前后弹性波速测试,了解要对所灌浆孔进行动力触探和弹性波测试。
针对动力触探检测,值大于Vp求地基承载力大于设计值要求。
针对弹性波测试,同样要求段低承载力、低2000m.s-1,则说明岩石密度高。
对于地表层1m~2m密度土层,将进行重新碾压夯实。
八、粘土封闭灌浆施工交通安全管理措施为确保施工期间交通安全,根据《公路工程施工安全技术规程
《道》规程和1998)和(JTJ076—95)》《道路交通标志和标线(GB5768—结合施工现场实》等有关的规定,路作业交通安全标志(GA182-1998)际情况,制定交通安全管理措施。
8.1.1封道施工的安全措施
1)在围护施工前,征得高速交警和高速路政的同意和支持下,限速和解除等警示、我方在影响区域的上下游设置必要的交通预告、.
标志、标牌和电子发光等必要设施。
具体采取以下措施:
A、通过施工方案上合理安排施工尽可能避免交叉施工,缩短工期,交通上采取限速和必要的交通渠化(如有些车辆可采取分流的方法)等措施,减少对车辆通行的影响。
B、为保证施工期间施工人员的安全,将投入足够的财力、人力、物力,按照《公路养护安全作业规程》(JTGH30-2004)、《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)和《道路交通标志和标线》(GB5768-1999)标准要求,设置充足的临时交通安全设施:
①在施工点前后方各设置一套施工标志牌。
封闭前方2km、1km、300m分别摆放“前方施工2km”、“前方施工1km”、“前方施工300m”施工标牌,封闭前方摆放“向右导向牌”和“电子导向灯”。
设置“80”“60”限速标志牌,提醒司机封闭区域内限速60km/h。
在中分带设暴闪灯。
②在封闭区内施工点前50米,设防撞墙(水马)。
2)永久性标志牌在安装完成后进行覆盖,待正式封闭车道时启用。
固定的照明灯光待开始施工时启用。
临时锥形交通警示标、夜间警示灯等在施工前按要求摆放完成,安排专人负责看管。
3)对于需封闭半幅车道,借道施工的交通组织,拟在本项目开一个口(利用原有开口)。
4)现场交通指挥人员穿统一的安全标志服,严禁施工车辆及人员跨越或超出安全施工区域规定的范围,并不得随意在车辆通行的车道上停留。
5)在施工现场的所有人员必须服从公路路政、交警等相关部门的施施工完毕及时通知相所有施工车辆必须服从交警指挥,工安全监督,
关单位。
6)严格遵守交通规则,禁止在暴雨、大雾、强风、昏暗等不安全因素的条件下施工。
7)施工车辆必须服从沿途交通指挥人员的指挥,待装、待卸必须排队,依次进行,不得强行抢道穿插。
8)施工作业的工程中,如遇有特殊情况,应立即报告或及时与相关交警路政部门联系。
9)加强施工信息宣传,沿线设置施工警示标牌,及时提醒过往车辆。
10)沿线各收费站情报板配合发布施工信息、施工现场交通信息。
11)现场管理:
变道口安排1人协助交警、路政进行变道口管理;
12)安排专职交通协管员维护好施工现场交通秩序,封闭区两端做好预警工作,安排专人负责现场交通维护巡查。
13)施工人员统一着安全标志服,以便于高速交警、路政等部门的管理。
14)加强与交警总队、高速交警支队、地方交警等各方面的协调工作,遇到紧急任务,服从交警指挥,确保高速公路畅通。
8.1.2交通组织封道资源配备
1)人员配备
封道人员:
6名,负责标志牌、锥形交通标、防撞水马等交通安全设施安放。
日常管理人员:
2人
2)各类标志牌、电子导向牌、锥桶、防撞桶、水马、夜间照明设施、对讲机、封道水马运输车。
封道设施规格不低于规范要求。
封道施工所有施工人员必须穿戴反光背心,车辆打开警报器、导向灯,作业人员安装标志标牌时在护栏外侧施工,确保施工人员安全。
3)施工区域前方2000m、1000m、400m、300m、200m分别设置内容为“前方2Km施工”、“前方1Km施工”、“前方施工”、“限速行驶”等字样提示牌,80限速标志和导向标志牌;
4)衢州—黄山方向封道:
施工人员向来车方向摇旗,提示车辆避让,在高速交警的指挥协助下迅速在HyK36+150处(施工区域前300m)开始斜向放置锥桶,施工车辆驶向被封闭区域。
将落地式标志标牌按图纸摆放在封闭区域内。
将闪烁灯按需要进行安装,导向灯、爆闪灯也同时安装完成。
8.1.3施工完成,恢复高速设施设备
在全部施工完毕,及时清理、清扫施工现场,按原标准恢复道路设施,因设施导致的缺损标线在24小时内进行修复。
修复完毕后请高速公路管理处及高速交警验收合格通过。
严禁因施工污染路面,并按照“安全有序”的原则及时撤离施工现场。
8.1.4交通应急预案
1)在施工过程中,发现交通堵塞、故障车辆、交通事故等情况随时上报高速交警。
2)当施工通行区域车辆发生事故或抛锚后,及时联系开化管理处派出拖车,将事故车拖离现场,确保交通畅通。
当发现施工区域车辆拥堵时,及时查明原因并报监控值班室并采取相应应急措施。
3)因特殊情况,如遇雨、雾、雪等恶劣天气,重大节假日或庆典活动可能出现较大流量,重大事件、严重堵车或交通警卫任务等,听从交警安排,派人配合指挥,停止施工,施工人员撤离。
)施工结束后及时清理、清扫施工现场,按原标准恢复道路设4.
施,严禁因施工污染路面,并按照“安全有序”的原则及时撤离施工现场。
5)特殊警卫任务时,施工单位将根据高速交警指令,暂停施工,保证警卫任务的完成。
9.3施工应急预案
1)现场负责人接安全事故发生的报告后,确定发生事故的大小(若为轻伤则不启动本应急预案),立即派人将伤员护送到医院进行处理。
同时责令有关人员队引起事故的安全隐患进行整改,按照“五不放过”的原则进行处理。
2)若为重伤以上伤亡事故则立即启动本应急预案,总负责人立即组织应急小组进入相应状态。
3)疏导警戒组:
(1)立即关闭施工入口,禁止闲杂人等进出现场。
(2)组织人员在现场关键部位警戒,防止人为破坏。
(3)保障主干道畅通,让停留在主干道的车辆一律疏散的周围安全位置。
(4)保护好事故现场。
(5)保持各组与现场负责人的通讯畅通。
4)紧急抢险组:
(1)立即查明现场情况,并反馈情况。
(2)由组长组织小组成员在最短时间内赶到出事地点实施抢救。
(3)抢救组组长根据现场情况通知:
a、机电管理人员管理现场的机电设备,保证在抢救过程中正常运转,不因机械设备原因而发生二次伤亡。
必要时,保持照明设备供应。
b、材料负责人员随时提供救灾所需工具、材料,提供相关材料的储放信息,不因救援人员因不知抢救物品的属性而发生的二次伤亡。
c、安全人员随时反馈被损物或部位原始安全风险等级,被损物或部位的损坏严重程度,抢救人员在施救过程中是否会发生二次伤亡,为如何施救提供方案。
d、组织正常的施工生产,防止因人员围观而产生的混乱。
e、组织部分人员参与抢救。
f、组织部分人员参与被损部位的修复和加固。
g、组织部分人员随时听候调度。
h、要求所有人员严格遵守项目部所要遵守的纪律,听从指挥。
5、救护组:
(1)立即组织人员将救护伤员可能所需药物资运至出事地点,成立临时救护所。
(2)初步判断伤员情况,本着先重后轻的原则,组织人员对伤员做零时有效的救护。
(3)组织人员将已做过临时施救的伤员安全迅速转移就近的医院。
(4)随时向现场负责人及相关小组反馈伤员的救护情况。
6、通讯联络组
(1)随时与现场负责人保持联系,了解现场伤亡情况。
(2)立即打电话到最近医院,让医院做好接受伤员的准备。
(3)调动能调动的车辆(救护车、项目部车等)2至3台到施工区入口随时等候。
(4)立即制定对外信息披露方案,经现场负责人批准后实施。
(5)及时与政府有关部门及新闻媒体沟通协作,总负责人在在第一时间向有关部门汇报情况。
、事故控制后,现场负责人通知抢险组长:
7.
(1)配合事故调查组调查事故原因。
(2)组
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