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盾构瓦斯隧道施工方法

申请号 CN200910022957.5 申请日 2009-06-16 公开(公告)号 CN101571044B 公开(公告)日 2011-04-20
申请人 中铁一局集团有限公司; 发明人 林建平; 卓普周; 孙平利; 杨育僧; 杨永强; 林杰洪; 周豪; 高永琪; 卢国武; 骆超峰; 詹森; 赵建佑; 黄万平; 赵新阳; 路小刚; 曹祥智;
摘要 本 发明 公开了一种地 铁 盾构瓦斯隧道施工方法,该方法包括以下步骤:一、将所施工的瓦斯隧道从头至尾分为一个或多个有害气体压 力 区段;二、按照所施工瓦斯隧道的施工工序依次对各有害气体压力区段分别进行施工,一有害气体压力区段的施工过程如下:计算极限瓦斯涌出量并相应判定瓦斯隧道等级,对盾构机的防爆性能、通 风 系统的 通风 量及瓦斯监测控制系统进行改造;设定盾构机的掘进速度;盾构掘进施工;管片拼装衬砌施工;三、施工完成所施工瓦斯隧道的所有有害气体压力区段直至实现所施工瓦斯隧道的贯通。本发明设计巧妙合理、实施方便、施工难度小且施工效果好,能有效解决穿越瓦斯储气层的盾构隧道即地铁盾构瓦斯隧道的安全施工问题。
权利要求

1.一种地盾构瓦斯隧道施工方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤一、通过对地质勘察所测定的所施工瓦斯隧道的瓦斯压值与孔隙气压力值进行比较,将所施工的瓦斯隧道从头至尾分为一个或多个有害气体压力区段,所述有害气体压力区段包括瓦斯压力大于孔隙气压力区段和瓦斯压力小于孔隙气压力区段两种类型;
步骤二、按照所施工瓦斯隧道的施工工序依次对各有害气体压力区段分别进行施工,对一有害气体压力区段而言,其施工过程包括以下步骤:
(1)施工前的准备工作,其准备过程如下:
101、根据公式
计算所施工有害气体压力区段的极限瓦斯涌出量Q,即单位时间内涌进采掘空间的瓦斯量,并相应建立盾构机的掘进速度v与极限瓦斯涌出量Q间的对应关系;
式中:v——盾构机的掘进速度,mm/min;S——所施工瓦斯隧道的掘进断面面
2
积,m ;ξ——所施工瓦斯隧道穿越的所有土层类型中孔隙率最大的土层的孔隙率最大值即极值, %;P——实测所施工瓦斯隧道最大的瓦斯压力值,MPa;Pst——标准大气压,MPa;A——考虑所述盾构机盾尾及掘进后的成型隧道逸出有害气体的安全系数,K——考虑到所施工瓦斯隧道穿越的地层中土体瓦斯释放系数的不同及瓦斯释放的不均匀性而设置的瓦斯涌出系数,且A×K=1.2;
102、判定所施工有害气体压力区段的瓦斯隧道等级:以极限瓦斯涌出量Q=Q0=
3
0.5±0.02m/min为判定标准,根据式(1-1)计算得出Q0对应的盾构机的掘进速度v0:当盾构机的掘进速度v<v0时,所施工的有害气体压力区段为低瓦斯隧道;当盾构机的掘进速度v>v0时,所施工的有害气体压力区段为高瓦斯隧道;
103、根据所判定出的所施工有害气体压力区段的瓦斯隧道等级,并结合《铁路瓦斯隧道技术规范》,相应对所采用盾构机的防爆性能、通系统的通风量以及瓦斯监测控制系统进行改造,同时严格控制施工时可能出现的火源,最终通过提高设备防爆性能、降低瓦斯气体浓度和控制火源达到防止瓦斯灾害事故发生的目的;
104、设定盾构机的掘进速度v,将所施工的有害气体压力区段有条件地界定为低瓦斯隧道,具体是将盾构机的掘进速度v限定为小于v0,从而达到进一步防止瓦斯灾害事故发生的目的;
(2)盾构掘进施工:采用步骤103中改造后的盾构机、通风系统和瓦斯监测控制系统且以步骤104中所设定的盾构机掘进速度v,按照常规盾构掘进施工工艺对所施工的有害气体压力区段进行施工;掘进施工过程中,严格控制盾构螺旋出土、盾尾密封、同步注浆及二次注浆的质量,以防止瓦斯大量泄露入隧道,降低施工风险;
(3)管片拼装衬砌施工:盾构掘进施工完成一环后,再按照常规管片拼装衬砌施工工艺进行管片拼装衬砌施工;不断循环,直至完成所施工有害气体压力区段的整体施工;管片拼装衬砌施工过程中,需严格保证管片拼装的质量;
步骤三、按照步骤二施工完成所施工瓦斯隧道的所有有害气体压力区段,直至实现所施工瓦斯隧道的贯通。
2.按照权利要求1所述的地铁盾构瓦斯隧道施工方法,其特征在于:步骤103中所述的对所述盾构机进行改造时,直接采用防爆性能等级相对高的盾构机,或者通过对现有非防爆型的盾构机进行局部改造后再投入使用;对现有非防爆型的盾构机进行的局部改造,主要包括对所述盾构机的所有电气接头进行密封处理、对电气控制箱进行防爆处理和在盾构机的出土口处设置排风系统。
3.按照权利要求1或2所述的地铁盾构瓦斯隧道施工方法,其特征在于:步骤103中所述的对所述通风系统的通风量进行改造时,所采用通风 系统的通风方式为压入式通风方式,且所采用的通风设备包括增大所施工有害气体压力区段内部通风量的主风机和多个局部防爆风扇;所述主风机为大风量风机或两台相串接的风机;所述局部防爆风扇安装在所述盾构机及后配套台车内部的经实地勘查后发现可能发生瓦斯气体聚集的地方。
4.按照权利要求1或2所述的地铁盾构瓦斯隧道施工方法,其特征在于:步骤103中所述的瓦斯监测控制系统包括人工监测系统和自动监测系统;
所述人工监测系统包括盾构掘进施工过程中对作业区瓦斯易聚集处、盾构机电子元件聚集区域及所施工有害气体压力区段回风流中的瓦斯浓度,分别进行分阶段检测的便携式瓦斯检测仪和光干式瓦斯检测仪;
所述自动监测系统包括自动监测系统一和自动监测系统二;
所述自动监测系统一包括布设在所述盾构机及后配套台车上部的多组气体传感器、与所述多组气体传感器相接的信号处理电路一、与所述信号处理电路一相接的控制器一、声光报警单元一和对所述盾构机的螺旋输送机进行开启关闭控制的控制开关,所述声光报警单元一和控制开关均由所述控制器一进行控制,所述控制器一与瓦斯监控中心间进行双向通信;
所述自动监测系统二包括均匀布设在所施工瓦斯隧道的成型隧道内的多个红外甲烷传感器、与所述红外甲烷传感器相接的信号处理电路二、与所述信号处理电路二相接的控制器二和由所述控制器二进行控制的声光报警单元二,所述控制器二与瓦斯监控中心间进行双向通信;
5.按照权利要求1或2所述的地铁盾构瓦斯隧道施工方法,其特征在于:步骤103中所述的对所述通风系统的通风量进行改造后,使得所施工有害气体压力区段中的回风流流速不小于1m/s。
6.按照权利要求1或2所述的地铁盾构瓦斯隧道施工方法,其特征在于:步骤(2)中所述的进行盾构掘进施工时,通过步骤103中所述的瓦斯监测控制系统实时检测瓦斯浓度数据,判断得出实际绝对瓦斯涌出量小 于步骤101中计算得出的极限瓦斯涌出量Q时,则根据实际绝对瓦斯涌出量和极限瓦斯涌出量Q间的差值并结合式(1-1),相应对盾构机的掘进速度v进行调整,即相应提高盾构机的掘进速度v以保证施工进度。
7.按照权利要求4所述的地铁盾构瓦斯隧道施工方法,其特征在于:所述多组气体传感器包括多个红外甲烷传感器、多个硫化氢传感器和多个一传感器。

说明书全文

盾构瓦斯隧道施工方法

技术领域

[0001] 本发明属于盾构法施工地铁隧道技术领域,尤其是涉及一种地铁盾构瓦斯隧道施工方法。

背景技术

[0002] 随着我国经济的发展和城市化进程的加快,城市交通的压进一步凸显,目前地下轨道交通已成为城市交通发展的主流方向。 然而目前在我国经济较发达的沿海长三城市(诸如上海,杭州,宁波,苏州)及内陆大江大河流域城市的地铁工程勘察过程中发现的地下浅层有害气体(沼气)已成为地铁建设中的一项危害。
[0003] 以武汉市重点建设项目即其地铁工程为例进行说明,其武汉地铁二号线为武汉市的首条地铁工程,同时范汉区间隧道也是武汉地铁二号线的实验段,区间左线长1010m,右线长1007m,隧道单线总长2017m(已包括一个联络通道),采用盾构法施工。 同时,范汉区间隧道为外径6m,内径5.4m且采用管片拼装衬砌的单洞圆形隧道,管片环宽1.5m,管片砼C50、S12隧道埋深10~16米。 据《铁路瓦斯隧道技术规范》规定:铁路隧道勘测与施工过程中,通过地质勘探或施工检测表明隧道内存在瓦斯,该隧道应定为瓦斯隧道,因此,将盾构穿越瓦斯地层的地铁隧道确定为瓦斯隧道是肯定无疑的。 范汉区间隧道为国内首条直接穿越瓦斯储气层的盾构隧道,在此之前,国内无相关施工经验可以遵循,对于类似瓦斯隧道,目前主要采用以下施工方法进行施工:
[0004] (1)更改设计线路:即直接更改现有的设计线路,绕开瓦斯储气层。 该方法存在的缺点在于:由于武汉地铁二号线设计阶段并未考虑范汉区间地下存在瓦斯气体,一旦更改设计线路,则整个武汉地铁二号线都将受到影响,经济损失巨大,耗费工期长。
[0005] (2)采用明挖法施工:即采用地面开挖的方式进行施工。 该方法存在的缺点在于:明挖法施工必须封闭道路,对城市交通影响巨大,且工期较长,相应的施工施工成本也将提高。
[0006] (3)地面钻孔排放瓦斯:即在线路范围内每隔一定距离施工瓦斯排放孔,采用降井结构,在抽水的同时将地下的瓦斯气体排出隧道外,以降低地层内的瓦斯浓度。该方法存在的缺点在于:瓦斯抽排效果不明显,同时进行地面钻孔排放瓦斯需要封闭道路,对交通影响大,难以进行交通导改,实施难度大。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种地铁盾构瓦斯隧道施工方法,其设计巧妙合理、实施方便、施工难度小且施工效果好,能有效解决穿越瓦斯储气层的盾构隧道即地铁盾构瓦斯隧道的安全施工问题。
[0008] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种地铁盾构瓦斯隧道施工方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
[0009] 步骤一、通过对地质勘察所测定的所施工瓦斯隧道的瓦斯压力值与孔隙气压力值进行比较,将所施工的瓦斯隧道从头至尾分为一个或多个有害气体压力区段,所述有害气体压力区段包括瓦斯压力大于孔隙气压力区段和瓦斯压力小于孔隙气压力区段两种类型;
[0010] 步骤二、按照所施工瓦斯隧道的施工工序依次对各有害气体压力区段分别进行施工,对一有害气体压力区段而言,其施工过程包括以下步骤:
[0011] (1)施工前的准备工作,其准备过程如下:
[0012] 101、根据公式
[0013] 计算所施工有害气体压力区段的极限瓦斯涌出量Q,即单位时间内涌进采掘空间的瓦斯量,并相应建立盾构机的掘进速度v与极限瓦斯涌出量Q间的对应关系;
[0014] 式中:v——盾构机的掘进速度,mm/min;S——所施工瓦斯隧道的掘进断面2
面积,m ;ξ——所施工瓦斯隧道穿越的所有土层类型中孔隙率最大的土层的孔隙率最大值即极值, %;P——实测所施工瓦斯隧道最大的瓦斯压力值,MPa;Pst——标准大气压,MPa;A——考虑所述盾构机盾尾及掘进后的成型隧道逸出有害气体的安全系数,K——考虑到所施工瓦斯隧道穿越的地层中土体瓦斯释放系数的不同及瓦斯释放的不均匀性而设置的瓦斯涌出系数,且A×K=1.2;
[0015] 102、判定所施工有害气体压力区段的瓦斯隧道等级:以极限瓦斯涌出量Q=Q03
=0.5±0.02m/min为判定标准,根据式(1-1)计算得出Q0对应的盾构机的掘进速度v0:
当盾构机的掘进速度v<v0时,所施工的有害气体压力区段为低瓦斯隧道;当盾构机的掘进速度v>v0时,所施工的有害气体压力区段为高瓦斯隧道;
[0016] 103、根据所判定出的所施工有害气体压力区段的瓦斯隧道等级,并结合《铁路瓦斯隧道技术规范》,相应对所采用盾构机的防爆性能、通系统的通风量以及瓦斯监测控制系统进行改造,同时严格控制施工时可能出现的火源,最终通过提高设备防爆性能、降低瓦斯气体浓度和控制火源达到防止瓦斯灾害事故发生的目的;
[0017] 104、设定盾构机的掘进速度v,将所施工的有害气体压力区段有条件地界定为低瓦斯隧道,具体是将盾构机的掘进速度v限定在v0以下,从而达到进一步防止瓦斯灾害事故发生的目的;
[0018] (2)盾构掘进施工:采用步骤103中改造后的盾构机、通风系统和瓦斯监测控制系统且以步骤104中所设定的盾构机掘进速度v,按照常规盾构掘进施工工艺对所施工的有害气体压力区段进行施工;掘进施工过程中,严格控制盾构螺旋出土、盾尾密封、同步注浆及二次注浆的质量,以防止瓦斯大量泄露入隧道,降低施工风险;
[0019] (3)管片拼装衬砌施工:盾构掘进施工完成一环后,再按照常规管片拼装衬砌施工工艺进行管片拼装衬砌施工;不断循环,直至完成所施工有害气体压力区段的整体施工;管片拼装衬砌施工过程中,需严格保证管片拼装的质量;
[0020] 步骤三、按照步骤二施工完成所施工瓦斯隧道的所有有害气体压力区段,直至实现所施工瓦斯隧道的贯通。
[0021] 上述步骤103中所述的对所述盾构机进行改造时,直接采用防爆性能等级相对高的盾构机,或者通过对现有非防爆型的盾构机进行局部改造后再投入使用;对现有非防爆型的盾构机进行的局部改造,主要包括对所述盾构机的所有电气接头进行密封处理、对电气控制箱进行防爆处理和在盾构机的出土口处设置排风系统。
[0022] 上述步骤103中所述的对所述通风系统的通风量进行改造时,所采用通风系统的通风方式为压入式通风方式,且所采用的通风设备包括增大所施工有害气体压力区段内部通风量的主风机和多个局部防爆风扇;所述主风机为大风量风机或两台相串接的风机;所述局部防爆风扇安装在所述盾构机及后配套台车内部的经实地勘查后发现可能发生瓦斯气体聚集的地方。
[0023] 上述步骤103中所述的瓦斯监测控制系统包括人工监测系统和自动监测系统;
[0024] 所述人工监测系统包括盾构掘进施工过程中对作业区瓦斯易聚集处、盾构机电子元件聚集区域及所施工有害气体压力区段回风流中的瓦斯浓度,分别进行分阶段检测的便携式瓦斯检测仪和光干式瓦斯检测仪;
[0025] 所述自动监测系统包括自动监测系统一和自动监测系统二;
[0026] 所述自动监测系统一包括布设在所述盾构机及后配套台车上部的多组气体传感器、与所述多组气体传感器相接的信号处理电路一、与所述信号处理电路一相接的控制器一、声光报警单元一和对所述盾构机的螺旋输送机进行开启关闭控制的控制开关,所述声光报警单元一和控制开关均由所述控制器一进行控制,所述控制器一与瓦斯监控中心间进行双向通信;
[0027] 所述自动监测系统二包括均匀布设在所施工瓦斯隧道的成型隧道内的多个红外甲烷传感器、与所述红外甲烷传感器相接的信号处理电路二、与所述信号处理电路二相接的控制器二和由所述控制器二进行控制声光报警单元二,所述控制器二与瓦斯监控中心间进行双向通信;
[0028] 上述步骤103中所述的对所述通风系统的通风量进行改造后,使得所施工有害气体压力区段中的回风流流速不小于1m/s。
[0029] 上述步骤(2)中所述的进行盾构掘进施工时,通过步骤103中所述的瓦斯监测控制系统实时所检测瓦斯浓度数据,判断得出实际绝对瓦斯涌出量小于步骤101中计算得出的极限瓦斯涌出量Q时,则根据实际绝对瓦斯涌出量和极限瓦斯涌出量Q间的差值并结合式(1-1),相应对盾构机的掘进速度v进行调整,即相应提高盾构机的掘进速度v以保证施工进度。
[0030] 所述多组气体传感器包括多个红外甲烷传感器、多个硫化氢传感器和多个一传感器。
[0031] 本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0032] 1、设计巧妙、合理,创造性地提出了盾构瓦斯隧道中极限瓦斯涌出量的计算方式,并参照上述计算公式能准确地对所施工瓦斯隧道的瓦斯等级进行判定,并参照《铁路瓦斯隧道技术规范》,对瓦斯隧道的后续施工进行指导。
[0033] 2、施工成本低,根据所判定出的所施工瓦斯隧道的瓦斯等级,对施工中所采用的现有盾构设备进行相应地局部改造,同时对通风系统的通风量以及瓦斯监测控制系统进行相应改造,并且严格控制施工时可能出现的火源,即主要通过提高设备防爆性能、降低瓦斯气体浓度和控制火源达到防止瓦斯灾害事故发生的目的。
[0034] 3、通过设定盾构机的掘进速度,将所施工的有害气体压力区段有条件地界定为低瓦斯隧道,具体是将盾构机的掘进速度v限定在v0以下,从而达到进一步防止瓦斯灾害事故发生的目的。
[0035] 4、施工安全,能有效防止瓦斯灾害事故的发生,具体施工时以加强隧道通风为主,加强盾尾密封、盾构机及隧道内其他设备的改造为辅,配合瓦斯监测系统和各项安全管理制度的综合措施,确保施工的安全顺利进行。
[0036] 5、填补了国内地铁工程使用土压平衡式盾构机掘进瓦斯地层的空白,为瓦斯地层的盾构掘进积累了大量的第一手资料,探索出了盾构穿越瓦斯地层的成功施工经验,为后续类似瓦斯地层的盾构掘进提供了实际理论依据,具有十分重大的理论和实践意义,具有很大的推广应用价值。
[0037] 综上所述,本发明设计巧妙合理、实施方便、施工难度小且施工效果好,其在所提出的盾构瓦斯隧道瓦斯涌出量计算方式的基础上,进行技术准备及设备的局部改造,并配合瓦斯监测系统的综合措施保证了瓦斯隧道的安全顺利贯通,因而本发明能有效解决穿越瓦斯储气层的盾构隧道即地铁盾构瓦斯隧道的安全施工问题。
[0038] 下面通过附图实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0039] 图1为本发明的施工工艺流程图

具体实施方式

[0040] 如图1所示,本发明所述的地铁盾构瓦斯隧道施工方法,包括以下步骤:
[0041] 步骤一、通过对地质勘察所测定的所施工瓦斯隧道的瓦斯压力值与孔隙气压力值进行比较,将所施工的瓦斯隧道从头至尾分为一个或多个有害气体压力区段,所述有害气体压力区段包括瓦斯压力大于孔隙气压力区段和瓦斯压力小于孔隙气压力区段两种类型。
[0042] 本实施例中,经地质勘察报告指出所施工的瓦斯隧道即范汉区间隧道分为两个有害气体压力区段,即大于孔隙气压力区段(I区)和小于孔隙气压力区段(II区),并且根据范汉区间地下瓦斯气体的实地勘察结果,I区的极限瓦斯压力为0.31Mpa,II区的极限瓦斯压力为0.23Mpa。
[0043] 步骤二、按照所施工瓦斯隧道的施工工序依次对各有害气体压力区段分别进行施工,对一有害气体压力区段而言,其施工过程包括以下步骤:
[0044] (1)施工前的准备工作,其准备过程如下:
[0045] 101、根据公式
[0046] 计算所施工有害气体压力区段的极限瓦斯涌出量Q,即单位时间内涌进采掘空间的瓦斯量,并相应建立盾构机的掘进速度v与极限瓦斯涌出量Q间的对应关系。
[0047] 式中:v——盾构机的掘进速度,mm/min;S——所施工瓦斯隧道的掘进断面2
面积,m ;ξ——所施工瓦斯隧道穿越的所有土层类型中孔隙率最大的土层的孔隙率最大值即极值, %;P——实测所施工瓦斯隧道最大的瓦斯压力值,MPa;Pst——标准大气压,MPa;A——考虑所述盾构机盾尾及掘进后的成型隧道逸出有害气体的安全系数;
K——考虑到所施工瓦斯隧道穿越的地层中土体瓦斯释放系数的不同及瓦斯释放的不均匀性而设置的瓦斯涌出系数,且A×K=1.2。
[0048] 由式(1-1)可知,盾构法隧道施工中盾构机的掘进速度v决定了出土量的大小,隧道内的瓦斯气体浓度与出土量成正比,而所出土的渣土则是瓦斯最为重要的溢出源,因此盾构机的掘进速度v为瓦斯涌出量的关键影响因素。
[0049] 另外,由于在盾构法施工的盾构掘进阶段和管片拼装阶段两个阶段中,盾构掘进阶段中渣土源源不断的随着盾构机的掘进而进入隧道内,富含在土体中的瓦斯气体在隧道中充分释放,为瓦斯气体进入隧道的主要途径,盾尾处及成型隧道接缝处的瓦斯渗入量较小,可以忽略不计。 管片拼装阶段盾构机处于停机状态,未有渣土进入隧道内,因而计算瓦斯涌出量时只对盾构掘进阶段的瓦斯涌出量进行计算。
[0050] 范汉区间隧道施工时,其盾构机所穿越的地层依次为淤泥质粉质粘土层、粉质粘土夹粉土和粉砂层以及粉质黏土、粉土和粉砂夹层层三个地层,其中砂性土层的孔隙率最高,按照最不利原则,选用孔隙率ξ的最大的砂性土层作为计算标准值;根据石油行业实测表明砂性土层的孔隙率一般为15~25%,此时取极限值30%进行计算。
[0051] 102、判定所施工有害气体压力区段的瓦斯隧道等级:以极限瓦斯涌出量Q=Q03
=0.5±0.02m/min为判定标准,根据式(1-1)计算得出Q0对应的盾构机的掘进速度v0:
当盾构机的掘进速度v<v0时,所施工的有害气体压力区段为低瓦斯隧道;当盾构机的掘进速度v>v0时,所施工的有害气体压力区段为高瓦斯隧道。
[0052] 本实施例中,由于范汉区间隧道为国内首条直接穿越瓦斯储气层的盾构隧道,国内无相关的规范可以借鉴,因此参考《铁路瓦斯隧道技术规范》中的划分原则对范汉区间瓦斯隧道等级进行判定,并以此为参考,进行各项施工准备工作,也就是说,Q0=3
0.5m/min。
[0053] 根据盾构机的掘进速度v不同,单位时间内极限瓦斯涌出量Q也不相同,对I区进行具体统计的统计结果见表1:
[0054] 表1
[0055]序 掘进 断面 孔隙 瓦斯 系数 极限 瓦斯
号 速度 面积 率 压力 A×K 瓦斯 等级
2
mm/min m % MPa 涌出量
3
m/min 20
1 10 30.95 0.30 0.31 1.2 0.34 低
2 14.5 30.95 0.30 0.31 1.2 0.50 高
3 20 30.95 0.30 0.31 1.2 0.69 高
4 30 30.95 0.30 0.31 1.2 1.03 高
5 40 30.95 0.30 0.31 1.2 1.38 高25
6 50 30.95 0.30 0.31 1.2 1.72 高
[0056] 对II区进行具体统计的统计结果见表2:
[0057] 表2
[0058]序 掘进 断面 孔隙 瓦斯 系数 极限 瓦斯
号 速度 面积 率 压力 A×K 瓦斯 等级
mm/min m2 % MPa 涌出量 5
m3/min
1 10 30.95 0.30 0.23 1.2 0.26 低
2 14.5 30.95 0.30 0.23 1.2 0.37 低
3 20 30.95 0.30 0.23 1.2 0.51 高
10
4 30 30.95 0.30 0.23 1.2 0.77 高
5 40 30.95 0.30 0.23 1.2 1.02 高
6 50 30.95 0.30 0.23 1.2 1.28 高
[0059] 根据表1和表2的计算结果:I区中掘进速度v低于14.5mm/min时定义为低瓦斯隧道,高于14.5mm/min时定义为高瓦斯隧道。 II区中掘进速度v低于20mm/min时定义为低瓦斯隧道,高于20mm/min时定义为高瓦斯隧道。
[0060] 103、根据所判定出的所施工有害气体压力区段的瓦斯隧道等级,并结合《铁路瓦斯隧道技术规范》,相应对所采用盾构机的防爆性能、通风系统的通风量以及瓦斯监测控制系统进行改造,同时严格控制施工时可能出现的火源,最终通过提高设备防爆性能、降低瓦斯气体浓度和控制火源达到防止瓦斯灾害事故发生的目的。
[0061] 对所述盾构机进行改造时,直接采用防爆性能等级相对高的盾构机,或者通过对现有非防爆型的盾构机进行局部改造后再投入使用。 为降低施工成本,通常采用对现有非防爆型的盾构机进行局部改造的方式,进行的局部改造主要包括对所述盾构机的所有电气接头进行密封处理、对电气控制箱进行防爆处理和在盾构机的出土口处设置排风系统。
[0062] 对所述通风系统的通风量进行改造时,所采用通风系统的通风方式为压入式通风方式,且所采用的通风设备包括增大所施工有害气体压力区段内部通风量的主风机和多个局部防爆风扇。 所述主风机为大风量风机或两台相串接的风机。 所述局部防爆风扇安装在所述盾构机及后配套台车内部的经实地勘查后发现可能发生瓦斯气体聚集的地方。
[0063] 本实施例中,采用双风机以接力形式进行隧道通风,作为预防瓦斯浓度超标的主要措施。 在盾构机及后配套台车内部所安装的局部防爆风扇,防止瓦斯在局部积聚。并且,对所述通风系统的通风量进行改造后,使得所施工有害气体压力区段中的回风流流速不小于1m/s。
[0064] 所述瓦斯监测控制系统包括人工监测系统和自动监测系统。 所述人工监测系统包括盾构掘进施工过程中对作业区瓦斯易聚集处、盾构机电子元件聚集区域及所施工有害气体压力区段回风流中的瓦斯浓度,分别进行分阶段检测的便携式瓦斯检测仪和光干式瓦斯检测仪。
[0065] 所述自动监测系统包括自动监测系统一和自动监测系统二。 所述自动监测系统一包括布设在所述盾构机及后配套台车上部的多组气体传感器、与所述多组气体传感器相接的信号处理电路一、与所述信号处理电路一相接的控制器一、声光报警单元一和对所述盾构机的螺旋输送机闸门进行开启关闭控制的控制开关,所述声光报警单元一和控制开关均由所述控制器一进行控制,所述控制器一与瓦斯监控中心间进行双向通信。所述多组气体传感器包括多个红外甲烷传感器、多个硫化氢传感器和多个一氧化碳传感器。 所述自动监测系统二包括均匀布设在所施工瓦斯隧道的成型隧道内的多个红外甲烷传感器、与所述红外甲烷传感器相接的信号处理电路二、与所述信号处理电路二相接的控制器二和由所述控制器二进行控制声光报警单元二,所述控制器二与瓦斯监控中心间进行双向通信。
[0066] 也就是说,本实施例中,采用人工监控和自动监控相结合的监控方案。 瓦斯隧道内具体安装一套瓦电闭监控系统即自动监测系统一,盾构机及后配套台车上共设置10个红外甲烷传感器、3个硫化氢传感器和3个一氧化碳传感器,从而可以实现隧道瓦斯浓度的实时测量、就地显示和超限声光报警等功能,并且能够连续自动地将隧道瓦斯浓度转换成标准电信号输送给瓦斯监控中心,以达到控制盾构机供电的目的。 当任一点红外甲烷传感器达到报警值,监测控制系统具体是控制器一发出报警信号和关联设备的控制指令,紧急关闭所述螺旋输送机闸门,停止盾构掘进。
[0067] 所述自动监测系统二具体包括在所述成型隧道内每100m安装一台的红外甲烷传感器,且本监控系统能够连续自动地将隧道内瓦斯浓度转换成标准电信号输送瓦斯监控中心,瓦斯监控中心设置有范湖站顶板。 当任一点红外甲烷传感器测的瓦斯浓度达到报警值,自动监测系统二则可立即发出报警信号和关联设备的控制指令,并启动闭锁应急功能。
[0068] 对于人工监测系统而言,每工作班安排两名瓦检员以30min的频率12小时连续平行检测,及时上报并做好存档记录。 人工检测是对自动瓦斯检测系统的有效补充,采用两者相结合的监控方案以确保施工安全。
[0069] 综上,对对所采用盾构机的防爆性能、通风系统的通风量以及瓦斯监测控制系统进行改造时,为达到杜绝瓦斯灾害事故的目的,应对事故的触发条件进行控制,即瓦斯气体灾害事故必须达到三个必要条件:第一、一定密闭的空间;第二、瓦斯气体浓度达到1~5%(燃烧);瓦斯气体浓度达到5~16%(爆炸);第三、触发点、火源进行控制。
[0070] 对于范汉区间隧道,瓦斯气体爆炸必须达到上述三个必要条件在盾构法施工中的具体体现为:盾构隧道为混凝土管片拼装衬砌的圆形隧道,空间范围小,且不能扩大;降低盾构隧道内整体瓦斯气体浓度可以通过加强隧道通风,增强隧道整体密封性等措施来实现;由于距离掌子面80m范围内为盾构电气设备密集区,而盾构机螺旋出土口位置作为隧道内最主要瓦斯涌出源也处于该区域内,因此距离掌子面80m范围内为防治瓦斯灾害的重点。 本实施例中,主要从降低隧道内瓦斯气体浓度及控制火源两方面进行控制,确保盾构掘进的顺利进行。
[0071] 104、设定盾构机的掘进速度v,将所施工的有害气体压力区段有条件地界定为低瓦斯隧道,具体是将盾构机的掘进速度v限定在v0以下,从而达到进一步防止瓦斯灾害事故发生的目的。
[0072] 实践中,当所使用的盾构机由于技术等原因无法进行防爆改造时,则采用将所施工的有害气体压力区段有条件地界定为低瓦斯隧道的方法,
[0073] 《铁路瓦斯隧道技术规范》规定,隧道内低瓦斯工区的电气设备与作业机械可使用非防爆型,因此在人为控制掘进速度的情况下,我们可以将范汉区间有条件的界定为低瓦斯隧道,并以此作为范汉区间瓦斯隧道施工技术研究的基础,为盾构瓦斯隧道安全施工提供了依据。
[0074] (2)盾构掘进施工:采用步骤103中改造后的盾构机、通风系统和瓦斯监测控制系统且以步骤104中所设定的盾构机掘进速度v,按照常规盾构掘进施工工艺对所施工的有害气体压力区段进行施工;掘进施工过程中,严格控制盾构螺旋出土、盾尾密封、同步注浆及二次注浆的质量,以防止瓦斯大量泄露入隧道,降低施工风险。
[0075] 盾构掘进施工时,通过步骤103中所述的瓦斯监测控制系统实时所检测瓦斯浓度数据,判断得出实际绝对瓦斯涌出量(单位时间内涌进采掘空间的瓦斯量,称为绝对3
瓦斯涌出量,用m/min表示)小于步骤101中计算得出的极限瓦斯涌出量Q时,则根据实际绝对瓦斯涌出量和极限瓦斯涌出量Q间的差值并结合式(1-1),相应对盾构机的掘进速度v进行调整,即相应提高盾构机的掘进速度v以保证施工进度。
[0076] (3)管片拼装衬砌施工:盾构掘进施工完成一环后,再按照常规管片拼装衬砌施工工艺进行管片拼装衬砌施工;不断循环,直至完成所施工有害气体压力区段的整体施工。 管片拼装衬砌施工过程中,需严格保证管片拼装的质量。
[0077] 步骤三、按照步骤二施工完成所施工瓦斯隧道的所有有害气体压力区段,直至实现所施工瓦斯隧道的贯通。
[0078] 另外,根据瓦斯隧道高风险的施工特点,且结合盾构施工的实际情况,编制多项瓦斯隧道安全管理制度,其中包括门岗制度、动火制度、开仓换刀制度、应急处理流程等等,在盾构始发前对全体参建员工进行了宣贯,并单独印刷成册,发放给每位员工。 安全管理制度小册下发给每一位人员后,课题组组织对每位人员进行了考核,考核合格率达到100%。
[0079] 同时结合瓦斯隧道专项施工方案,编制针对瓦斯隧道施工的三项安全应急预案,分别是《瓦斯爆炸安全应急预案》、《瓦斯燃烧安全应急预案》、《有害气体中毒安全应急预案》。 在盾构始发前,对所有参建员工进行培训,并在实际施工过程中对后两项安全应急预案进行了多次实际演练,保证第一时间形成有效组织,对施工人员进行紧急救援,把各项经济损失控制在最小程度。
[0080] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。