铁路隧道瓦斯等级划分的探讨

研究目的:铁路隧道瓦斯等级划分,在勘察期间要准确定性很难,在施工中影响因素众多,争议较大,操作性相对较差,因此,如何既确保施工、运营安全,又节约工程投资,提高施工效率,缩短施工工期,科学、合理地确定瓦斯等级,值得进一步研究、实践。文章结合某铁路瓦斯隧道施工实例,以翔实的瓦斯检测资料,分析瓦斯涌出量、瓦斯浓度与施工安全的关系,提出新的观点。研究结论:目前《铁路瓦斯隧道技术规范》中以绝对瓦斯涌出量0.5 m3/min为高、低瓦斯等级划分界线的标准太低,使得一些可以按低瓦斯措施安全施工的隧道判定为高瓦斯等级,增加不必要的防爆、衬砌加强等措施,浪费工程投资;而在满足通风要求的情况下,以回风流中瓦斯浓度0.5%作为高、低瓦斯等级划分的标准更合适。     

特大断面长大高瓦斯隧道通风技术研究

介绍了达成铁路扩能改造工程成遂段天台寺高瓦斯隧道施工的全负压巷道式通风技术,采取切实可行的措施降低瓦斯浓度,为特大断面长大瓦斯隧道施工通风提供了相关经验。     

瓦斯隧道等级划分新证

研究目的:根据隧道瓦斯与煤矿瓦斯防治方法、控制标准和主要指标的不同,研究一种有别于煤矿瓦斯等级划分的隧道瓦斯等级划分新方法,并依据划分的等级来确定隧道的不同防爆设备和瓦斯管理制度.研究结论:通过对施工通风和稀释瓦斯浓度原理分析及试算,对瓦斯隧道提出了一种新的等级划分方法,不是单纯以瓦斯涌出量为标准,而是结合隧道自身状况和施工通风布置形式来定义瓦斯隧道等级,该方法是一个多元素决定的等级标准.     

超大断面低瓦斯隧道独头施工通风流场研究

为揭示超大断面低瓦斯隧道独头施工通风的流场特征及瓦斯分布及运移规律，依托新建成自高铁长征隧道，选择压入式通风方式，采用有限体积法对隧道内各平面进行流场分析，并结合现场监测数据验证数值模拟所得出规律。结果表明：(1)通风时间10 min后，隧道内流场基本稳定，从掌子面由内到外风速减小，隧道内不同位置风速均大于0.25 m/s,满足隧道施工通风要求；(2)风流稳定后，在风管出风射流区域两侧会产生涡流区，瓦斯容易在涡流区循环流动难以排出，需对该区域进行重点监测；(3)施工通风初期，掌子面瓦斯浓度显著增大，随后风管出口正对位置瓦斯浓度很快减小，最终在远离风管一侧的墙脚容易发生瓦斯聚集，此处是施工通风重点局部加强和监测位置。     

深埋双线铁路隧道衬砌高水压分界值研究

为研究深埋双线铁路隧道衬砌高水压分界值以及高水压作用下的衬砌受力状态,基于双线铁路隧道设计标准,利用有限元软件计算和分析双线铁路隧道衬砌在不同水压作用下隧道衬砌安全系数的变化规律,确定双线铁路隧道衬砌的高水压分界值。研究结果表明:Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下水压力在0~0.05 MPa(约等于隧道净高一半)和Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下水压力在0~0.1 MPa(约等于隧道净高)范围内变化时,隧道断面安全系数基本不变。在Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下,双线隧道的高水压第一分界值为0.08~0.20 MPa;高水压第二分界值可取为0.40MPa。在Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下,双线隧道的高水压第一分界值为0.12~0.35 MPa;高水压第二分界值为0.50 MPa。双线铁路隧道采用标准设计图进行设计时,能够承受的最大静水头为50 m,超过50 m的静水头,则需要优化断面。     

大瑶山隧道施工中粉尘及有害气体的污染状况调查

位于京广线的大瑶山隧道是我国目前最长的铁路双线隧道(全长14.295km,断面84～132m~2)。采用新奥法施工,全断面深孔爆破开挖,柴油机车无轨运输出碴。隧道出口(南端)采用管道通风,进口(北端)采用巷道通风,南北两端同时施工。为了改善劳动条件预防职业病保护工人身体健康,几年来进行了多次有代表性的采样测定,现将结果报告如下。     

隧道掌子面施工风管布设方式对稀释瓦斯效果影响研究

以成贵铁路白杨林隧道为研究对象,对瓦斯隧道施工压入式通风效果进行分析,利用CFD流体动力学软件,建立模型并进行数值模拟计算,得到不同风管出口距掌子面距离下,隧道内风速流场和瓦斯浓度的分布规律,并与现场测试数据进行对比,优化流场分布,减少瓦斯在掌子面附近积聚的现象。计算结果表明:一定风速条件下,风管末端距掌子面距离直接影响施工通风效果和掌子面瓦斯浓度分布。风管末端距离掌子面越大,稀释瓦斯效果越差,掌子面瓦斯积聚现象越严重。单侧风管通风情况下,掌子面瓦斯稳定浓度为0.07%,瓦斯浓度随风管末端距掌子面的增加而升高。根据白杨林隧道瓦斯溢出和施工通风情况,得出其风管末端距掌子面距离为13m可使瓦斯不形成聚集,保证施工安全。     

瓦斯隧道有害气体运移规律及通风方案优化研究

本文基于现场测试和数值模拟对隧道整体双洞互补式通风条件下瓦斯扩散规律进行分析和研究。结果表明:(1)瓦斯隧道爆破施工主要产物浓度峰值从掌子面向隧道洞口方向逐渐减小。(2)风速变化梯度随风管附壁程度的增加、距工作面距离的降低而显著提升;另外,局部压力损失会随着风管管口距工作面距离的缩小而增大。(3)在隧道掌子面附近区域瓦斯浓度变化最为显著,且射流区瓦斯浓度相较于回流区要低。本文研究成果可为瓦斯隧道施工通风优化提供参考。     

瓦斯突出隧道揭煤施工技术

介绍六沾铁路复线瓦斯突出隧道的超前地质预报、瓦斯突出性预测、揭煤防突工艺和关键技术,以及施工过程中对瓦斯浓度的监控和通风措施,以此保证了瓦斯突出隧道施工的安全。     

渝怀二线新白沙沱隧道瓦斯突出及工区判定

研究目的:渝怀铁路增建二线新白沙沱隧道四次穿过二叠系上统吴家坪组煤系地层，煤层层厚0.35～0.81 m不等，隧道设计和施工均需要确定瓦斯突出危险性及瓦斯工区类型。本文在调查、收集临近既有煤矿、铁路隧道煤层瓦斯资料的基础上，采用瓦斯压力梯度法计算并判定瓦斯突出危险性，采用绝对瓦斯涌出量公式计算并判定瓦斯工区类型，旨在为隧道结构设防、风险管理、施工组织等提供依据。研究结论:(1)新白沙沱隧道埋深位于瓦斯风化带以下，场区瓦斯压力梯度约为4.5×10^-3～5.1×10^-3 MPa/m;(2)隧道揭煤处开挖工作面瓦斯初始压力超过了0.74 MPa的临界值，为瓦斯突出危险工作面；(3)隧道穿煤系地层段绝对瓦斯涌出量约为2.0～2.2 m³/min,为高瓦斯工区；(4)本研究成果可作为瓦斯隧道设计和施工依据，研究方法可为临近矿井和既有铁路的瓦斯隧道工区及突出判定提供参考。     

三台阶六部短距法在铁路隧道施工中的应用研究

研究目的:新建贵(阳)广(州)铁路客运专线三都～五通间属于高原斜坡侵蚀、构造中、低山区,沿线地质构造复杂多变,隧道洞身地质中Ⅳ、Ⅴ级围岩等级所占比重大,施工安全风险高。针对开挖断面为138 m2～146 m2的特大开挖断面的软弱地质围岩铁路隧道,必须采取可靠的施工工法,才能确保隧道施工安全。研究结论:以贵广铁路大断面Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩地质隧道施工为背景,在总结了传统三台阶施工工法的经验基础上,施工采用三台阶六部短距开挖工法,将隧道整个开挖断面分为三个台阶六个作业面,上、中、下各台阶施工同步推进,弥补了CRD法或双侧壁导坑法等方法工序多、工期长、对围岩扰动次数多的不足,便于现场施工组织管理,且机械化程度高,缩短了工期。根据现场工程实践,该工法既保障了隧道施工安全,又提高了施工进度。     

铁路高瓦斯隧道施工及相关安全费用的计取

在山区铁路工程建设中,遇到的瓦斯隧道逐渐增多.瓦斯隧道工程相对于普通隧道投入多,施工难度大、风险高、工效低、安全生产管理要求严格.此文根据瓦斯隧道的分类,从爆破作业、机械设备防爆改装、供电与通风、超前地质预报等对投资的影响进行分析,并就如何计列高瓦斯隧道安全施工增加的费用进行探讨,对应合理计取的相关安全生产费提出建议.     

大茶山高瓦斯隧道施工通风设计

新建沪昆客运专线铁路大茶山高瓦斯隧道斜井及正洞施工采用钻爆法,采用了压入式、抽出式及全负压巷道式相结合的分阶段通风方案。依据通风标准,对作业面施工需风量、风压、风机供风量进行了计算,并提出通风设备参数要求。所采用的通风方案通风量大,稀释快,排烟时间短,充分满足了稀释瓦斯和排除烟尘的要求。隧道开挖作业环境好,极大提高了工作效率,保证了隧道的施工质量、进度和施工安全。     

成贵铁路川南、川西南浅层天然气勘察

研究目的:成贵铁路需穿越乐山、宜宾红层地区多个油气田及含油气构造,浅层天然气严重威胁着铁路隧道、深基坑工程的施工及运营安全,本次勘察为查明本区天然气的产、储、运移的基本规律,为铁路工程设计提供依据。研究结论:(1)成贵铁路位于川南、川西南气田内,四川红层下伏三叠系、二叠系、震旦系地层中共发现9~11个产气层,工业气藏埋深806~2 358 m;(2)油气储集主要为裂隙-孔隙型,油气垂向运移、浸染上部盖层,使得浅表红层砂泥岩中普遍含有天然气,且在垂向上深度与含气量呈正相关关系,部分深大裂隙具有导气功能;(3)地面以下70 m可作为本地区瓦斯风化带界线;(4)通过隧道浅层天然气单位时间最大涌出量估算确定3座高瓦斯隧道、22座低瓦斯隧道;(5)线路选线采用桥梁、路基工程最优,如以隧道形式通过,应采用浅埋、短隧道群并绕避气田核心区,选择矮小丘包、傍山地段通过;(6)本勘察成果适用于天然气地区的线路、地下工程、深基坑(井)勘察施工。     

高海拔超长铁路隧道TBM施工断面优化的探讨

TBM(Tunnel Boring Machine)施工的高海拔超长隧道面临开挖断面较大和TBM直径统一的问题,考虑采用刚性接触网、减小疏散通道宽度、缩小净空有效面积等措施对TBM施工隧道内轮廓和断面进行优化。通过建立TBM施工隧道衬砌和底部结构模型、高海拔隧道内接触网模型,对TBM施工隧道断面进行对比分析及优化。研究结果表明:160 km/h等级TBM施工隧道断面尺寸受控于接触网安装要求,采用刚性接触网时隧道开挖断面面积比采用柔性接触网时减小9.88 m^2;200 km/h等级TBM施工隧道断面尺寸受控于空气动力学要求,净空有效面积采用48.00 m^2时隧道开挖断面面积比设计规范要求减小4.64 m^2;TBM+刚性接触网可显著降低隧道工程造价、减少隧道弃渣量,有利于TBM同步衬砌技术实施,提高隧道防灾能力。     

无轨运输施工隧道瓦斯分布规律数值模拟研究

为了研究隧道瓦斯涌出运移规律及对无轨运输施工的影响,对渝黔铁路天坪隧道施工过程中开挖面瓦斯涌出后的运移分布规律进行数值模拟。考虑可能存在的瓦斯涌出极端条件并结合隧道施工实际,在特定供风条件下分别模拟隧道内无障碍物阻挡、有衬砌台车阻挡、存在运输车辆等因素对瓦斯分布的影响,通过分析特定断面及沿着隧道瓦斯浓度随时间的变化规律,结论如下:开挖面瓦斯涌出后隧道上部瓦斯浓度大于下部瓦斯浓度,上部瓦斯运移速度大于下部瓦斯运移速度;压风管一侧瓦斯浓度低于无压风管一侧浓度;衬砌台车和运输车辆会改变瓦斯运移场规律;建议内燃机车进巷作业时间不低于30 min。     

大断面深浅埋黄土隧道围岩压力试验研究

研究目的:针对郑州至西安客运专线黄土隧道设计中存在的问题,开展大断面黄土隧道深浅埋分界、深浅埋围岩压力计算研究,提出大断面黄土隧道深浅埋分界高度;确定深浅埋黄土隧道围岩压力计算方法;明确深浅埋黄土隧道二次衬砌厚度的设计原则,指导郑州至西安客运专线黄土隧道的设计与施工,并为类似大断面黄土隧道工程的设计提供技术支持. 研究结论:通过对大断面深浅埋黄土隧道围岩压力的试验研究,提出了郑州至西安客运专线大断面黄土隧道深浅埋分界高度、围岩压力计算方法和二次衬砌厚度的设计原则.郑州至西安客运专线黄土隧道深浅埋分界高度应为40～60 m;浅埋黄土隧道荷载按谢家烋公式计算,深埋黄土隧道荷载按太沙基理论计算;不同埋深黄土隧道二次衬砌宜采用相同厚度.     

秦岭隧道建造关键技术

秦岭隧道全长18 46km,是目前中国最长的山岭铁路隧道,有4km埋深超过1000m,80%处于极硬岩石地段。施工中,首次引进敞开式全断面挖掘机(TBM)。对适合隧道地质条件和TBM施工的施工方法、工艺参数、围岩分级标准、支护参数、圆形衬砌结构及仰拱预制块设计进行研究,TBM掘进最高速度达531m·月-1。解决平导洞钻爆法施工独头通风9000m的问题,创造钻爆法硬岩快速掘进456m·月-1的国内最高记录。采用弹性整体轨道技术,减少运营环境下隧道维修作业。隧道内一次铺设无缝线路,缩短了施工周期。     

广昆铁路秀宁隧道不良地质段综合施工技术

秀宁隧道为双线大断面铁路隧道,全长13 187 m,是在建广昆铁路的控制性工程。隧址地段的工程和水文地质条件极为复杂,施工非常困难。主要不良地质有隧道出口滑坡、富水断层破碎带、富水岩溶、高地温、高地应力、放射性、煤层瓦斯及有害气体、软岩大变形、岩爆等。结合秀宁隧道隧址地层的地质条件,从隧道掘进、施工通风、安全生产等方面介绍秀宁隧道的主要施工方法和对策;另外对超前地质预报及工程难点与对策也作了说明。秀宁隧道的施工实践对类似地区长大隧道的施工有较好的参考价值。     

基于未确知测度理论的隧道施工瓦斯灾害风险评价

选取煤层厚度、煤层瓦斯含量、回风流平均瓦斯浓度、相对瓦斯涌出量、岩石类型、连通封闭性、深度值、隧道跨度、隧道长度、通风风速和涌水量等11项瓦斯灾害指标作为隧道施工瓦斯灾害风险评价指标体系,并建立各指标的等级标准。将序关系分析法(G1)和反熵权法(AEW)运用拉格朗日乘子法确定组合权重,构建各指标的单指标测度函数,并计算出各指标的综合测度评价向量。为了优化未确知测度置信度识别准则,引进集对分析(SPA)关联系数确定各隧道的瓦斯灾害风险等级。并对24个瓦斯隧道进行瓦斯灾害评价,并和FDA法评价结果和现场实测结果进行对比,精度达到91.7%,基本符合实际情况,表明了该评价方法合理有效,可为隧道施工瓦斯灾害评价提供理论参考。