金川二矿区主斜坡道路面设计与施工.pdf

金川二矿区主斜坡道路面设计与施工 北京有色冶金设计研究总院部昌寿 提要 金j I i 二矿区的圭斟墟道．总 长6 k m 余， 是l 0 9 o 年4 月建成投 生 产的．它采用目 前世界上 其它矿山来曾赏 试过韵双层结梅形式，一年多 来 的使舟 ，初步表瞩，该种路面的结构形式，性能忧于 混凝土路面等其它结构形式，得蓟了国内外焱 多专家的好评．本文介铝其路面结构设计 ，施工经啦和逗 抒 情 况． 金川二矿区主斜坡道是从地表通达矿体 深部的一条无轨运输巷道，全长6 k m余。巷 道净断面宽 高 4 ． 84 ． 1 m ， 已铺筑路 面 段长4 0 8 2 ra 。将行驶包括2 5 t 坑内运矿卡车在 内的各种车辆。斜坡道 的路面是一种双层结 构的路 面。基层为水 泥 混 凝 土 ，厚 1 5 2 0 c ，面层为 沥青混凝土 ，厚6 c m。 由我 院设 计，金川井巷公司施工水泥混凝土基层，甘 肃省 武威 公路 总段施 工 沥青混 凝 土 面 层。 1 9 9 D 年 4 月，4 0 8 2 m的路面施 工完毕并 投入 使用。经过1 年来的运行，包括2 5 t 重载矿用 汽 车每天三班的碾匿，路面完好无损。施 工 单位认为t “ 永泥混凝土路 面 刚性减振 能力不足。 其上加铺沥青混凝土路面 柔性 可有 效 地防治 路基扰 动，混凝土板不 平 、早 期破坏等问题。从这方面来看，本工程的路 两结构方案是台理的。这种路面结构，不仅 适用于井巷工程，也适用于公路路面与城市 道路和机场跑道”。金川公司矿山部赞扬t “ 主斜坡道路面设计是对金川二期工程的一 大贡献 。第1 4 届世界采矿大会 代 表 参 观 后，对中国矿山有这么好的斜坡道路面都感 到惊讶。目前，主斜坡道成了金川的一景。 到金川的许多领导和有关人员，都要去主斜 坡道 一游。 有 色矿 山一 1 9 9 2 ． 1 国内地下矿山无轨设备越来越多，路面 问题都是共 同关心的问题。目前，有的矿山 基本上没有 专门铺设路面。这种情况，对车 辆轮胎磨损很快，车辆的另部件 也 容 易 损 坏。有 的矿 山采 用碎石路 面 ，但 由于路面 没 有仔细碾压，也没有建立健全的维修制度， 路 面很易 损坏 。对 于无轨车辆较 多的大型矿 山，不少矿山铺筑了水泥砼路面，但它对车 辆 的运 行也不理 想。主要是 它还是免不 了要 损坏。一旦损坏，很不易维修。所以有的矿 山主张 水泥混 凝土路面 的厚 度 ，应 该 大 于 6 0 c m。希望以加大路面厚度， 达到一劳永 逸 的 目的，但这 也决非 良策 。 国外地下无轨矿山的主要运输巷道，一 般都铺筑蘸好的路面。北美的地下矿山用永 泥混 凝土路面较多， 北欧 的多 半采 用沥青混 凝土路 面。瑞典 Ma l mb e r g e t 铁 矿的路 面 可 祢展好的路面了。该矿载重4 0 6 0 t 的 坑 内 卡车，以4 0 k m／ h 的速度行驶，每 日通 过 的 运输量为4 O O O O t ，长期使用，路面仍非常平 整 ，真 可 与地表高速公路路面相 比。该 路面 是多层 结构 的沥青路 面，由上而下 各层次分 别为 ； 面层 沥青混 凝土 厚 6 c m 缓和层碎石 03 2 mm厚 5 c m 一 1 3 维普资讯 承压层碎石 1 6 ～6 4 mm 厚] O e m 加强层块石4 0 l O O mm厚 3 2 c m 渗水层碎石 22 0 mm 厚 1 5 c m 路 面两侧 各埋设D4 O 0 排水 管 水泥管 1根 ，两段 排水 管相 接处 是敞开 的，巷道 渗 水 从敞开处 流到排水 管 内排走。 目前 ，我 国许多公路 隧道，路 基 是 原 岩 ，仍然 跟土基 一样铺筑 相 同的路面 。这主 要是 因为 ，相对 于 一条漫 长的公路而言， 隧 道的工程量是很小 的，为简化工序，采用了 相 同的路面结构 。上述瑞典M． 矿路 面 也是 按 地表公路 设计原理设计 的。 按 照 国内某 些矿 山 的经验 ，无轨巷道 为 铺筑路 面 ， 要开 挖深6 0 c m以上的巷道 麻板 。 而 后 ，混 凝土路 面即以相 同体积 的混凝土 回 填 ，这对 金川二矿 区主斜 坡道来说 不包括 其它的无轨运输道，就要净增掘进工程量 9 0 0 0 ] O 0 0 0 m。 ， 约3 0 0 3 6 0万 元 ，铺筑费 用也将 增加5 0 0 ～6 O O 万元 。 地表公路路基 土基 对 路 面影响是很 大 的。路基直接 支承 路面承受行 车 荷 载 作 用 。路基 的强度大， 稳定 性就好，路 面在 荷 载 的作 用下变形 就小 ，路面 的厚 度 即 可 小 些，反之亦是。各种文献均指出 在车轮荷 载 的作 用下，路 面 的垂直 位移与土基 的回弹 横量成反比。各种土质的回弹模量值可以从 有关资料中查得 ，其量值 在 lI O O MP a之 间，而 各种岩石 的回弹 模 量 值 则为 i 0 0 0 I O 0 0 0 0 MP a 不等 有 的甚至更 大 。可见， 最差岩层 的 回弹模量也 比最好土质 的大l O 倍 以上。 一般都 是数百倍 。那么 ，可否在路基 是原岩 的情 况下，尽 可能 减少 路面厚度呢 问题的提 出基 于这样 一个设 想，假设巷道开 挖 以后 底板 是很 平整 的，或用人工加工成 地表路面一样平整，即可以把路面的厚度减 少至零 ，即 勿需 另铺 筑路 面。这就是金川二 矿 区主斜 坡道 路 面设 计的出发点 。 然而，巷道 开凿 以后 ，底板不 可能象地 表公路 路面一样平整 ，也不 可能 用 人 工 凿 一 l 4 一 乎，必须铈筑 路 面以达到平整 的要求 。但也 仅仅要求平整即可，勿需铺筑很厚的路面。 路 面的强度 应当高一些，不 至 因为 自身 的强 度不够而被 车轮荷载压坏 。同时要考虑路面 和路基 结合成一个整体 。这 就是金川 二矿区 主斜坡道基层选用水泥混凝土铺筑的原因。 其 厚度 是根据开 挖 的实 际情况确 定的。平均 厚 度为 1 5 0 ram，这足 以使 凹凸不 平的巷道 底 板 达到 乎整 的要 求 。 最小厚 度控 制在6 0 ram以 上，一般也不要超 过2 0 0 mm。 混凝土 路面有几个方面 的缺点。最大缺 点是坏 了之后不 好修复。特别在井下巷道不 允许中断交通的情况下，更 无 法 修 复。此 外，减 振效 果差 ，两块混凝土板 之间不平 ， 车轮经过时 要发 生撞击等等 。所 以必须在混 凝 土基 层上，再加 一层 沥青混 凝土面层， 以 保护基层不受破坏。沥青混凝土面层磨损之 后，可 以很快 修复，勿需长时间停止交通 。 在 软弱岩 层带 或在 路面下部是废 旧巷道 的路段 ，采 用厚 度为5 0 0 mm双筋混 凝 土 基 层。此外，主斜坡道 自上而下，设有完善的 排水 系统，在巷道交 岔点，设有排水 口，埋 设过路水管 。这 一切 ，经过 一年 的运 营，各 种效果 都很 好。 施 工 的质量 是能否实 现上述 设 想 的 关 键。故设计要求，在斜坡道掘进过程中，底 板 要求采用控制爆破，最 大限度的减小爆破 对路基 的破坏 。在铺 筑路 面以前， 务必用风 镐将受 爆破 松动 的浮石全部 清除，并用高压 水冲洗 。要 求按 设计对 拟配置 的混 凝土进行 取样傲 强度试 验 。水泥混 凝土 的标号不 得低 于3 0 0 ‘ ，在铺筑 过程中，还 要定 期 抽 样 检 查 。水 泥混 凝土要求在地表 用机械搅拌。搅 拌好 的混 凝土，佣 汽 车运 到井下，由上而 下 摊铺、捣实。但只要求摊平、捣实，不允许 用抹子 抹光 ，让 混凝 土保 持 自然粗 糙面，以 便 与沥青混 凝土 面层紧密结 合。水 泥混 凝土 基 层铺 筑完 成之后，至 少2 O 天不允 许任何车 辆通过 。2 8 天以后再铺筑 沥青 混凝土面层 。 有 色矿 山一 l 9 9 2 ． 1 维普资讯 在铺筑沥青混凝士而层之前，在水泥混 凝土基层 的面上， 喷洒 一薄层沥青粘 层。用 量控制在0 ． 5 k g ／ m 左右。 沥青混凝土面层 为单层， 厚6 c m，选 用 L H一 2 5 或2 o 一 l 型中粒式混 台料。 沥 青标 号为 油一 1 D O 低腊 沥青 ， 混 合矿料要 求用矿区 的不受风 化、不受 地质构造破坏 、抗压强度 在7 8 0 0 9 8 0 0 X 1 0 P a 以上 的岩 石破 碎 筛 分 而得。 各种技术指标都要求按高级路面选取。 施工 之前，要根 据所 选用 的沥青混 合矿 料 ，按不 同配 比，分多次进行试 验， 测定各 试样的技术指标进行比较，最后确定最佳混 合料组成的配比和最优 的沥青用量。 阳离子乳 化沥青在 地表公路路 面使 用， 已经取得了丰硕成果，但尚无坑内使用的经 验 若要在地下巷道使用，要求先进行局部 试 验，效果好 再行推 广。 设计还对施 工安全 问题等，提 出相应措 施。 施工的技术要求 和竣工验收均 以 “ 公路 沥青路面施工技 术 规 范J T ， O 3 2 8 3 * 为 准。 基层为水 泥混凝土 、面层为沥青混凝土 的路面，在 井下坡度为 1 7 或1 4 ． 2 9 ％ ； 或 8 0 7 4 8 的巷道内使 用，未曾听说过。设 计多方考究，得出的结论是可行的，但施工 难度较大 。武威公路总段根据多年施工的经 验和他们对掺 橡胶 的 阳离子乳 化沥青 以下 简称 胶阳乳 混凝土技术的掌握，接受 了沥青混凝土面层的施工。由甘肃省交通科 学研究所进 行 “ 胶 阳乳 沥青棍凝土 配比的 研究，金 『 J J 公 司矿山 部与施 工单位共 同承 担 施工产生的风险。在 金川公司的 大 力 支 持 下，试验和施工都顺利的完成，各项施工的 技术指 标都 达到全优 。4 0 8 2 m的沥青混 凝土 两层，仅 用了 1个半月 的时间就全 面竣 工。 沥青混凝土面层的施工步骤是；首先清 除水泥混凝土基层上的杂物和粉层，再涂刷 沥 青粘层 。沥青棍 凝土面层在施工 中是分两 有 色矿 山一l 9 9 2 ． 1 层 铺筑 的 下一层厚4 c m， 铺 筑L H一 2 5 Ⅱ 型 “ 胶阳乳”沥青混合料。由于巷道狄窄， 无法使用 摊铺机 ，而 是采 用人 工路拌法， 自 下而上进行。各种矿料在地表制备好，运至 井下，再 加入 “ 胶 阳乳 沥青，人工 就地 翻 拌均匀，按松方厚度要求摊铺。待混合料变 黑即乳液破乳后，开始进行初压。。用9 t 振 动式压路机碾压，关 闭振动器初压两遍。毫 [ 『 压过后，检查 平整 度和横 向坡度 ，必要时进 行整 修， 再用 9 t 胶 轮压路 机复压 4遍 至稳定 再无显著轮迹为 止。 待L H一 2 5I型路面基 本成型后 ， 在 其上加钳L H 一1 5 i --z 型纽粒式热 拌 沥 青混凝土，厚2 ． 5 c m。热 拌沥青 混凝 土在 地 表加工运至 井下，用 同样 的摊铺 和 碾 压 方 式 ，最 后形 成完 整 的路面。 由于 热铺 的速 度比较快，工人劳动 强度 相对小 些，所 以后 来两层都 采用热拌热铺 方 式施工 经过 一 年多的运 营，似乎冷铺 的比 热铺 的还要好 些。 施工选用兰 州炼油厂1 0 0 石 油沥青， 选 用兰化研究院的X S B R L 橡胶乳， 大连产的乳 化剂和稳定剂。由武威公路总段北河太阳能 乳化沥青场生产 的 “ 胶阳乳 ，碎石和石屑 由河西堡铁 路碎石场生产，5 ram以下 细料采 用雅永路土门沙沟中粗砂场 干 砂，矿 粉 以 4 2 5 水泥代替 混 合矿料 的配 合比 L H一 2 5 I型中粒式碎 石 石 屑 砂 水泥 4 73 5 ． 5t 1 2 ． 59 j L H一 1 5I ～ 2 型 细粒 式2 石 屑 } 1 石屑 。砂 水泥 4 5{3 21 6 。 两种 混合矿料的油石比分 别为4 ． 5 ～6 ％ 和 5 ～6 ． 5 。 各种技术参数 见表 l～表 7 金川 二矿 区主斜坡道路 面的结 构型式、 施工和路用性 能 已勿需再怀疑 了。成 功的经 验有待进一步 总结。初步 分析 ，成 功的关键 是 使用加橡胶改性 的阳离子乳 化沥青。这种 沥青除具有阳离子乳化沥青的特点之外，叉 维普资讯 有橡 胶的特点。它的牯结力大，耐磨性好， 抗水 、抗剪力强，热稳定性也好。它的使用 性能和它便于维修等特点，达到了当前世界 的先进水平。它为以后金川二期大量的地下 无轨运输巷道路面的铺设，提供了很好的经 XS BI R L乳胶 性能指标 襄 l 项 耳 l 指 标 总圆台量 啊 表面张力1 0 a N ／ m 粘度MP aS { p H值 成膜性 机械稳定性 艇膜 的低温柔 性 肢 虞耐热 性 贮存稳定性 5 0 2 4 o～ 6o l 4 0 ℃ I 8 0 d 上 兰 槲炼油厂 1 0 0 ‘ 石油沥青性 能指标 襄2 许 入 度 1 ／ 】 o r l m 延 伸 度 2 5 ℃ o re l 收 化 点 ℃ 。e l t 乳液配 比 襄8 “ 胺 阳乳”质 量指标 襄4 项 目 筛上剩余量 电 荷 坫 度C 拌和稳 定度 蒸发残留物台量 针 度 2 5 ℃ 延伸 度 5 ℃ 软化点 { ℃ 嘶 S 畴 t ／ l 0 mm 贮存稳定性试验结果 轱附 性 试验结果 冻融稳 定度 试验结 果 水呢拌和试验结果 骨科 拌即 试 验结果 沥青 混凝土 原料筛分试验结 果 重 量 比 囊5 l 0 l 3 0 ． 3 l蚺 ． 。Ii 6 g ． T 【 ∞ 一 5 。 9 l ． 3}3 6 一 眈． 一 2 5 3 2． 3 l 1 3 ． T 7 3 ． 0 一 o． 6 j J o ． 7 J 5 9 -5 i一 0 0 I l l 0 一 生生 沥青混 凝混合 料级 配 襄6 筛 孔 L t t -- 2 5, I j f L H 一1 5 f I 一 2 j f m n 1 f标准f 嘶 实 际 啊 j l标准 啊 际f 畴 2 5 05 ～ t 0 0 99 ． 5 【 一 { 一 l 5 一 一 ．9 5 ～ l 00 9 5． 2 t 0 5 0 ～ T 0 6 3 ． 1 I i 一 5 3 0 ～ 5 0 3 9 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