泛亚铁路某隧道有害气体成因分析及防治对策

研究目的:广通4号隧道为泛亚铁路西线广通-大理铁路的重点工程。隧道施工至黄家阱断层时,隧底有大量有毒有害气体冒出,严重威胁施工安全。本文通过地质调查、取样、测试和室内试验等手段,结合隧址区地质环境特征,分析研究有毒有害气体的成分、成因、来源、分布特征和储集特性,并评价其危害性,以期为工程防治提供较准确的地质科学依据。研究结论:(1)隧址区为基底-盖层结构,基底发育有楚雄-建水张性断裂,上部盖层为基关-双柏穹窿褶皱区,有利于沿断裂带运移上升气体的聚集存储;(2)广通4号隧道有害气体成分主要为二氧化碳和二氧化硫,含量均已超过规范上限值,对人体健康有严重危害;(3)隧道内有害气体主要来源于深部的壳幔地层,为无机成因气,其高浓度二氧化碳的δ~(13)C_(CO2)含量介于3.1‰～4. 2‰之间;(4)本研究成果对类似工程地质环境条件下地下工程有害气体的防治具有一定借鉴意义。     

地热异常区有害气体特征与危险性评价研究

研究目的:非煤系地层中在建的大临铁路线红豆山隧道1号斜井,在施工中发生高压囊状气体突出,造成大量人员伤亡。本文在分析区域地层岩性、岩浆活动和地质构造特征的基础上,结合大临线区域内地热地质调查资料和隧道内有害气体的监测数据,阐述地热异常区地下工程中有害气体的特征、危害性及有害性气体危险源的主要影响因素,并定性分析有害气体的成因机制;建立地热异常区有害气体危险性评价体系,以便为隧道设计及安全预警提供依据,保证施工安全。研究结论:(1)研究表明有害气体来源于深部幔源岩浆,深、大断裂和水循环系统是各种气体逸出地表的主要运移通道;(2)地热异常区非煤系地层隧道中有害气体具有逸出位置、逸出压力不确定性和间歇性逸出等特点;(3)分析了非煤系地层隧道有害气体形成影响因素,建立了地热异常区有害气体危险性评价标准和体系,将有害气体危害区域划分为4个等级:低度危险区域、中度危险区域、高度危险区域、极高度危险区域;(4)本研究成果可以为类似非煤系地层隧道有害气体评价提供依据。     

龙厦铁路象山特长隧道主要工程地质问题研究

象山隧道左右洞全长分别为15 898 m、15 917 m,是龙厦铁路最长的隧道和重要的控制工程.在象山隧道区域地质条件及其对隧址区地层影响分析的基础上,对该隧道建设过程中可能出现的主要工程地质问题进行了研究.研究表明:象山隧道穿越地区位于大田--龙岩拗陷带和政和--大埔深大断裂上,地质构造极其复杂.在其影响下,隧址区地层内构造发育,围岩完整性差,有较好的地下水渗流通道,隧道施工期间可能出现大量渗、涌水;沉积岩地段围岩等级变化频繁,埋深大的地段可能出现较大的围岩变形;隧址区硅灰岩具有形成岩溶的基本条件,在地表有较好汇水条件的断层、地层不整合接触带附近可能发育岩溶.     

崇礼-赤城大断裂在白草鞍隧道中的特征分析

断裂构造是影响隧道设计和施工的重要因素。为查明崇礼—赤城大断裂在白草鞍隧道隧址区的构造历史及其分布特征,在充分研究区域地质资料的基础上,通过地质调查、物探、钻探等手段开展综合勘察工作。该断裂带从前震旦纪开始形成,期间沉积了侏罗纪地层,经历了多期构造运动。其中,以中生代燕山期最为强烈:以岩浆岩大规模侵入为主,岩浆岩的侵入固化,一定程度上加固了前期的断裂构造。同时,在燕山运动的影响下形成了新的断裂构造。通过对多种勘察成果的综合分析,阐明了断裂构造行迹的形成原因,评价了该断裂带对隧道工程的影响,为设计施工提供了科学依据。     

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。     

运营期隧道地下水位变化情况估算

对于隧址区地下水位较高的隧道,通常采用堵水限排的方式处理地下水,而在隧道水长期排放的过程中难免对地下水位降深造成影响,超过一定限度必将引起隧址区生态环境的恶化。而隧道整个运营期较长,对隧址区地下水位实时掌控是有必要的。基于对比分析、地下水动力学方法及达西定律确定运营期隧道围岩涌水量及透过初衬涌水量计算方法,根据渗流连续性得出地下水位高度反分析计算方法,在隧道排水量、围岩渗透系数和初衬渗透系数已知的情况下即可求得地下水位高度。通过案例分析及与实际工程的对比确定了该方法的有效性。该方法能为运营期隧道隧址区地下水位高度估算提供参考,从而为隧址区地下水平衡保护提供依据。     

汤郎—易门深大活动断裂对秀宁隧道围岩改造作用分析

秀宁隧道为改建铁路成昆线广通至昆明段扩能改造工程中全线关键控制性工程,隧道出口段的汤郎—易门晚更新世区域性深大活动断裂控制了全隧的地形地貌、地质构造、地下水系及不良地质等,对全隧的围岩改造作用十分显著。本文基于汤郎—易门断裂的活动特性及展布,在探讨断裂对全隧地层岩性、岩体结构、地下水活动、应力场环境等影响的基础上,研究活动断裂对秀宁隧道围岩分级改造作用的影响,以期为隧道设计和施工提供较准确的地质科学依据。研究结论:(1)秀宁隧道具有复杂的区域地质构造环境、多变的地层岩性及复杂的水文地质环境特征;(2)汤郎—易门断裂具有多期次活动构造活动特征;(3)断裂对围岩的改造作用主要体现在岩性及其力学性质、岩体结构及裂隙、地下水活动、初始应力场环境4个方面。     

水库蓄水对铁路隧道安全的影响

为定量分析隧道施工及水库蓄水对隧址区地下水及周边生态环境的影响,以某铁路大梁山隧道为例,运用地下水渗流理论和三维有限差分方法,对比分析隧道施工降水前后隧址区地下水的运移变化情况,并结合剖面二维渗流模拟,开展了瓦沟台水库蓄水对隧道施工安全的影响研究。结果表明:瓦沟台水库和隧道DK56+724～DK57+000段位于大梁山山脊东西两侧不同的地下水流系统中,它们之间的水力联系并不紧密;水库蓄满水后,周边地下水位呈现先快速上升后渐平缓的现象,在水力梯度作用下,起初地下水接受水库水补给,但在历时近2年后,地下水将向水库排泄,该水力联系发生转变的时间远小于地下水从大梁山山脊流动到水库所需时间。综上可以判断,瓦沟台水库蓄满水对大梁山隧道安全的影响不大。     

尼格高地温隧道地热成因及地温分布特征研究

隧道高地温带来诸多工程难题,如施工环境恶劣、衬砌耐久性降低、通风效果不佳等。以中国最高温公路隧道尼格隧道为研究对象,兼具干热岩和湿热岩特征,开挖掌子面围岩温度88.8℃,涌水温度63.4℃。通过地质调查、水化学分析、地热储分析、放射性元素分析、现场实测等方法,研究隧道的地热地质构造特征、地热热源、传热通道及温度场分布。研究结果表明,隧址区位于红河断裂等4组断裂地块内,地表温泉水温高达53.8～87.9℃,新构造活动强烈,地质构造复杂,穿越三叠系中统个旧组(T2g)灰岩和燕山期侵入(γ35(a))花岗岩。隧道灰岩段地下水主要源自大气降水和浅表水下渗,裂隙水深循环与硅酸盐岩、表层与白云岩发生水-岩作用。运用SiO₂,Na+K,K+Mg和Na+K+Ca地热温标,推测隧址区的热储温度为122.47℃,热储埋深2 457 m。热源为地壳深部热异常体和放射性元素衰变生热,排除个旧燕山期花岗岩岩浆余热为热源的可能。花岗岩放射性元素衰变生热率10.01μW/m³,是滇东南燕山期花岗岩生热率的1.7～8.2倍。热源通过岩体向地表传递,断层F_n1     

铁路隧道建设与水环境关系分析

研究目的:隧道建设在我国正伴随着铁路事业迎来新的发展,但是长期以来隧道建设和自然环境之间始终存在着难以调和的矛盾.本文试图从隧道建设与地下水环境相互影响的正反两方面着手,分析地下水环境影响隧道施工与运营的成因,以及隧道建设对地下水环境与隧址区生态环境影响的成因,为隧道工程建设提供相关的参考.研究结论:隧道建设与生态环境是相互影响制约的矛盾体.隧道建设过程中,当隧址区岩溶暗河发育、地下水力联系紧密时,隧道开挖应力场与渗流场耦合作用强烈使得围岩出现过大塑性变形,容易发生突水、突泥等生产安全事故.隧道建成后长期疏干地下水,改变了应力场与渗流场的原有平衡,使得地表水枯竭,引起地面沉降,造成生态环境的恶化.     

高海拔隧道内燃牵引运营通风标准研究

研究目的:目前国内高海拔地区(海拔>3 000 m)隧道内燃牵引运营通风设计中,有害气体容许浓度没有相应的规范可参照。通过国内外高、低海拔地区CO、NO2最高容许浓度的比较,国内外隧道运营通风与环境控制标准检索、分析,提出高海拔隧道内燃牵引运营通风控制标准建议值。研究结论:国内相关规范(标准)规定的有害气体最高容许浓度比国外发达国家的标准要求高。初步建议高海拔运营隧道内空气中内燃机车废气的容许浓度:NOx(以NO2计):工作日内平均容许浓度为10 mg/m3,工作日内任何一次30 min内接触废气的平均浓度不超过30 mg/m3。CO:工作日内平均容许浓度为30 mg/m3,工作日内任何一次30 min内接触废气的平均浓度不超过90 mg/m3。     

非煤系地层浅层天然气赋存规律及瓦斯隧道工程防护方案

依托成都轨道交通19号线新红高瓦斯隧道区间,结合红层地区类似工程案例,探索非煤系地层浅层天然气(瓦斯)的运移机制;对气体赋存形式进行分类,并通过分层检测试验,探究新红高瓦斯隧道区间的瓦斯空间分布规律。研究表明:是否穿越或邻近浅层天然气气源断裂带,是非煤隧道是否会受瓦斯危害的关键;非煤系浅层天然气主要表现为孔隙型、裂隙型、吸附性和水溶性天然气4种赋存形式,其中吸附气、水溶气对定量化研究非煤系浅层天然气有一定影响;新红高瓦斯隧道区间的高低瓦斯纵向分界线高程约460 m,瓦斯浓度在隧道顶板上部地层普遍小于0.1%,在底板下部地层普遍大于1.0%,且随着地层深度的增加,地层含高浓度浅层天然气的概率增大。据此,提出针对非煤瓦斯隧道工程的综合性防护方案,采取修正线路设计方案、预抽排浅层天然气、超前地质预报、控制掘进技术、系统通风、自动化实时监测等综合性措施,预测、防范瓦斯对隧道工程的危害。     

基于有害气体监测的多作业面隧道通风管理

大临铁路红豆山隧道1#斜井采用“斜井+平导+正洞”多作业面施工的组织方式,在施工中检测到多种高浓度有害气体,给施工通风及管理提出了极高要求。通过优化通风设计,建立基于有害气体监测的多作业面隧道通风管理系统,依据有害气体浓度和风速变化情况,控制移动式风扇的位置、主通风机的送风量及局扇的运行状态,并通过通风可靠性评价,实现有害气体的全过程、全方位监测和隧道通风的安全动态管理,对类似隧道通风管理提供参考。     

天然气高瓦斯山岭隧道地质灾害的特点与预报

研究目的:开挖油气田区的高瓦斯隧道,有着极高的危害性。由于隧道底部围岩为油气层,成为隧道施工瓦斯的补给源。而且,不同于煤层瓦斯的是,油气田区瓦斯无处不在。只要有断层、节理带存在,通常会有瓦斯溢出。所以,在油气田区,必须密切关注节理、断层的位置。查明其位置、性质、产状、规模,判断其是否成为导气构造,以便及时采取措施,保证施工安全。研究结论:(1)对于油气田区隧道,只有在区域地质分析的基础上,充分认识瓦斯赋存的特点,才能认清瓦斯溢出(突出)的本质,掌握灾害发生的机理,从而制定出具有针对性的预报方案;(2)精确的地质分析可为TSP隧道物理探测奠定坚实的基础,有效地消除解译结果的多解性;(3)严格现场操作,规范探测与钻探施工是实现准确预报的必要条件;(4)地质与物探相结合、宏观与微观相佐证,步步为营,是成功探测的基础。     

非煤系构造连通型瓦斯隧道超前地质预报技术

穿越非煤系地层的隧道中的瓦斯的不可预见性很大,非煤系构造连通型瓦斯隧道是穿越非煤系地层的典型代表,现阶段对这类隧道还没有系统的超前地质预报技术,给施工安全造成了很大的威胁。为了准确预报非煤系构造连通型瓦斯隧道中的瓦斯运移途径,避免安全事故的发生,通过对现有超前地质预报技术包括地质法和物探法在非煤系构造连通型瓦斯隧道中适用性的分析,构建非煤系构造连通型瓦斯隧道的综合超前地质预报体系,并通过在肖家梁铁路隧道施工中成功应用,说明提出的超前地质预报技术是可行的。     

高速铁路隧道勘察钻探与物探综合应用分析

为研究鄂西山区某高速铁路隧址区工程地质问题,在勘察过程中采用综合勘探手段,利用钻探、音频大地电磁法、高密度电法,对隧址区地层情况、水文地质和工程地质条件、及其构造断层、岩溶、岩体富水破碎带的空间展布形式进行勘察。并将钻探实际揭露的目标地质体地层情况与物探解译成果进行对比分析。研究表明,物探对地层的岩性以及岩体破碎带的解译精确率较高,对构造断层、岩体破碎带以及岩溶等物性特征差异明显的地质体,两种物探方法均可对其定性辨别。研究结果表明,不同物探勘测方式探测出的异常地质体情况可能不同,通过对多种物探结果解译分析,可以提升物探成果准确率;通过钻探与两种不同物探的相互验证,可以较好查清隧址区钙质胶结砾岩区岩溶发育、富水情况及断层破碎带分布情况。     

长梁山隧道F26断层施工超前地质预报

研究目的：在隧道施工中,准确预报施工前方地质条件,尤其是区域断层的规模、性质和影响范围,将影响施工质量、工期与安全。研究方法：在采用针对性地质调绘、掌子面素描、综合物探、水文长期观测等综合方法基础上,进行相关性分析。研究结果：采用节理相关性预报断层在洞内的出现里程位置,并推导出相关公式。研究结论：经施工验证F26断层采用的综合超前预报技术是合理的、有效的;运用节理相关性分析方法,预报了断层在洞内的出现里程位置;地质超前预报应针对地质特点,选取相应的预测预报技术。     

自然通风公路隧道有害气体浓度分布

研究目的:分析计算隧道各个分段的有害气体浓度,以把握公路隧道在自然通风状态下,其有害气体浓度在隧道内部的分布情况。研究方法:对于设有开孔的自然通风隧道,根据其隧道气流运动规律的研究成果,以工程实例计算正常工况下隧道各个分段的有害气体浓度;根据热压作用原理,探析交通阻塞工况下有害气体浓度的计算方法。研究结果:在正常工况和阻塞工况下,自然通风隧道的内部空气质量皆有明显的改善。研究结论:在顶部设有开孔的单向公路交通隧道中,自然通风可以控制隧道有害气体浓度在卫生标准的之内。     

“活塞”式隧道消烟除尘新方法

结合现场施工管理经验,介绍了一种研发的“移动风幕阻断式隧道驱烟除尘法”和装置,该方法和装置用于改善隧道施工过程中各工作面的环境质量,消除粉尘和有害气体对施工人员的危害。与以往隧道通风方法相比,采用此法具有经济实用、节能环保的特点。     

断层错动及地震作用下隧道力学特性研究

依托国外某穿越走滑断层的高速铁路隧道,利用FLAC~(3D)建立三维有限元模型,通过在断层两侧施加强制位移,研究在走滑断层错动作用下的隧道衬砌力学特性,并基于此对隧道在地震波作用下的动力响应规律进行动力分析,最终得到依托隧道的抗错动及抗震加固长度。结果表明,在走滑断层错动作用及地震动作用下,衬砌内力及应力在断层破碎带与上下盘交界面处达到峰值,并随着监测断面沿轴线方向远离断层时逐渐趋于稳定。随着断层错动量的增加,衬砌内力与应力逐渐增加;随着输入地震波方向与隧道轴线夹角的增加,衬砌内力与应力逐渐减小。最终得出,断层错动0.1 m时,断层两侧隧道加固长度为3.7D(D为隧道内径);断层错动0.25 m时,隧道加固长度为4.5D;断层错动0.5 m时,隧道加固长度为5.2D。