高速铁路瓦斯地段隧道施工工艺.ppt

高速铁路隧道施工及维护 李顺明,瓦斯的形成 瓦斯是无色、无味、无臭的一种混合气体，甲烷(ch4）与乙烯（c2h2)，遇明火容易发生爆炸。但有时可以闻到类似苹果的香味，以自由气体状态存在于煤层或围岩的裂缝、孔隙之中，其量的大小主要决定于贮存空间的体积、压力和温度。当压力、温度变化时，游离瓦斯转化为吸着瓦斯称为吸附，吸附瓦斯转化为游离瓦斯称解吸。 瓦斯极易燃烧，但不能自然，当与空气混合到一定浓度时，遇火源能燃烧或爆炸。当坑道中的瓦斯浓度小于5或大于16时，遇到火焰只是在火源附近燃烧而不会爆炸；瓦斯浓度在56到1416时，遇到火源便会爆炸，9.5左右时爆炸威力最大，但瓦斯浓度大于43时，一般遇火也不能燃烧，瓦斯浓度爆炸界限。,瓦斯的放出类型 瓦斯放出是地层中的瓦斯气体在地应力作用下沿岩体构造裂隙外漏的表现。归纳起来，发生瓦斯放出有二个主要因素：地应力、瓦斯和围岩结构，而地应力和围岩中瓦斯的存在是引起瓦斯放出的主要因素。从岩层中放出瓦斯，可分为几种类型： (1）瓦斯的渗出：它是缓慢的地、均匀地、不停地从煤层或岩层的暴露面的空隙中渗出，延续时间很久，有时带有一种“嘶嘶”的声音。 (2）瓦斯的喷出：比上述渗出强烈，从煤层或岩层裂隙或孔洞中放出，喷出的时间有长有短，通常由较大的响声和压力。 (3）瓦斯的突出：在短时间内，从煤层或岩层中突然猛烈地喷出大量的瓦斯，喷出的时间，可能从几分钟到几小时，喷出时常有巨大的轰响，并夹有煤块或岩块。,地质因素对瓦斯赋存及分布的影响 煤与瓦斯突出是由瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等多因素共同作用的结果，影响瓦斯赋存及分布的因素是多种多样的。大量研究成果表明：地质构造对瓦斯赋存具有控制作用，褶皱、断层等不同的构造是控制瓦斯赋存及分布的重要因素。 1聚煤古环境对瓦斯赋存及分布的影响 适宜的成煤建造特征总体上控制煤与瓦斯形成条件，我国绝大多数聚煤古环境为二叠系煤层，少数为侏罗系，极少数为石炭系煤层。煤与瓦斯是地质作用的产物，它们的产生、赋存、富集均受地质条件的控制。而瓦斯主要赋存于煤层中而煤层赋存在含煤系中，因此，含煤系的建造特征是瓦斯形成和保存的基础条件。一般来讲，在三角洲、滨海平原等环境中形成的瓦斯涌出量趋势较大，突出较严重。,2地质构造对瓦斯赋存及分布的影响 (l）煤层埋藏深度对瓦斯赋存的影响 煤层的埋藏深度越深煤层中的瓦斯向地表运移的距离就越长，散失就越困难。同时，深度的增加也使煤层在压力的作用下降低了透气性，有利于保存瓦斯。在近代开采深度范围内，煤层的瓦斯含量随深度的增加而呈线性增加。 (2）构造体系与瓦斯赋存及分布的关系 巨型纬向构造带的活动对内生矿床的生成，不同地质时期建造都有控制作用。天山-阴山带和昆仑山-秦岭带明显控制了各含煤建造的形成与发育，构成了聚煤期的边界，压性褶皱断层发育，不利于瓦斯逸散的条件，使附近的煤田有高瓦斯赋存，有突出的危险。弧形构造的凹侧、帚状构造的收敛端遭受挤压而成为应力集中带也有利于瓦斯的保存。而”多”字形构造中，与平行斜列压性结构面垂直的弧形断裂起着释放应力和有利于瓦斯逸散的作用。,(3）构造形迹对瓦斯赋存的影响 构造形迹对瓦斯赋存的影响是一方面造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面是形成了有利于瓦斯赋存或有利于瓦斯排放的条件。由于地质构造应力的作用和应力场的复杂性，在同一构造形迹内出现有应力集中程度不同的块段，造成了相对的高压和相对的低压地区，驱动瓦斯的运移，形成了瓦斯的相对富集，这也是瓦斯分布不均衡的重要原因。 (4）断层对瓦斯赋存的影响 地质构造中的断层破坏了煤层的连续完整性，使煤层瓦斯条件发生了变化。不同性质的断层构造对煤层瓦斯的保存与释放是绝然不同的。压扭性断裂与裂隙一般闭合程度高，有利于瓦斯保存。而张性的裂隙和断层，有利于煤层瓦斯的释放。,断层的开放性和封闭性决定下列条件： 断层的性质：一般的张性正断层属于开放型断层，而压性或压扭性断层封闭条件较好。 断层与地面或冲积连通：规模大且与地表相通或与松散冲积层相连的断层一般为开放型。 断层将煤层断开后，煤层与断层另一盘接触的岩层性质。 断层带的特征：如断层的充填、裂隙发育情况。 此外断层的空间方位对断层的保存、遗散也有影响。一般走向断裂阻隔了瓦斯沿煤层倾斜方向的遗散。而倾斜和斜交断层则把煤层切割成互不联系的块段。,(5）褶皱构造对瓦斯赋存的影响 由于褶皱运动，使得褶皱产状发生了较大变化。而煤层是沉积岩中最软弱的成分之一，在构造应力作用下或重力作用下极易形成复杂的褶皱和厚煤包。对于褶皱，易突出部位主要在褶皱强烈地带或紧密结合褶皱部位；不协调褶皱、层间滑动或层间褶皱发育地带；向斜的轴部附近、背斜的倾伏端、背斜中性面以下部位；以及牵引褶皱部位等易于赋存瓦斯。,3围岩特征对瓦斯赋存的控制作用 隧道施工中如果处于中间岩土层时，如果该岩层的上下岩层结构比较致密，这种地质情况有利于瓦斯的赋存。 一般情况下，瓦斯含量和埋藏深度具有线性关系，随着埋深的增加而增加；瓦斯的形成和赋存受地质条件控制，封闭型地质构造有利于封存瓦斯，开放型地质构造有利于排放瓦斯，区域地质构造控制着瓦斯含量的区域性分布。,瓦斯的地质超前预报 隧道施工的主要工程地质问题是岩体破碎、崩塌、煤层瓦斯及采空区危害的防治，尤其是对瓦斯的超前预报，是施工地质预报的重点和难点。 瓦斯预报方法 现有超前预报方法中，可供选择的主要有两种：地质法和物探法。 (l）地质法是最基本、最简单、最直接的预报方法，主要包括地表及洞内地质调查、隧道开挖掌子面地质素描和钻孔。 超前钻探法：超前钻探法（advance boreholes）是运用钻孔台车从隧道掌子面向前打孔时钻进速度的变化，并结合岩粉和泥浆颜色来预测打孔深度范围内的地质情况。该方法能最直接地揭示隧道掌子面前方的地质特征，所以准确率很高。,超前平导法：超前平导法也称超前导坑法(advanced tunnels）。它是在隧道中线附近利用平行导坑先期贯通一个综合性地质探洞，以便对主洞作出直观、精确的地质超前预报。同时还可为主洞施工提供输水、排水、施工通风、施工运输的方便条件。 (2）物探方法，如地震法、tsp系统、hsp声波反射法、电磁波反射法、电法等，它们各有其适用条件和优、缺点，需根据实际情况，组合采用，以期达到最佳预报效果。,瓦斯隧道施工基本要求 1.瓦斯隧道施工前，必须建立安全生产管理机构，建立安全生产责任制，建立健全各种安全管理制度，并确保有效实施。 2.瓦斯隧道施工前必须编制专项施工方案；必须编制相应预案。 3.瓦斯隧道施工前应对所有作业人员进行培训和安全教育并签字备查。 4.瓦斯隧道的施工应建立救护队，配备救护装备。 5.瓦斯监测应符合下列规定：瓦斯隧道洞口必须设置经专业培训的专职瓦检员负责检测记录。检测瓦斯用的仪器必须定期进行校验。凡经大修的仪器，必须经计量检定合格后方可使用。易产生局部瓦斯积聚的地点，必须重点检测，并采取有效措施进行处理。进入隧道的所有金属管线必须在洞外设置有效的接地装置，其电阻值必须符合相关规定。,瓦斯隧道施工安全要求 瓦斯隧道施工作业应符合下列安全要求： 当开挖工作面风流中瓦斯浓度超过相关规定参数时必须停止工作，撤出工作人员，切断电源，研究预防和消除措施进行处理。 由于临时停电或检修，主要通风机停止运转或通风系统遭到损伤的，在恢复正常通风后，所有受到停风影响的地段，必须经过检测人员检查，确认无危险后方可恢复生产。 高瓦斯隧道掘进工作面应安设隔（抑）爆设施。,爆破作业 爆破作业应符合下列安全要求： 严格执行“三人连锁爆破制”（指放炮前放炮员将警戒牌交给班组长，班组长派人警戒准备下达放炮命令，然后将自己的放炮命令牌交给瓦斯检查员，经检查瓦斯浓度符合要求后，再将放炮牌交给放炮员）。 瓦斯作业面必须采用电力起爆，严禁使用半秒、秒级电雷管。 瓦斯作业面爆破必须使用煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管。 洞内爆破时，人员应撤至洞外。 炮孔的装药及填塞必须符合相关技术指标参数要求。装药前应清除炮孔内的煤（岩）粉。 爆破母线应采用铜芯绝缘线，严禁使用裸线和铝芯线爆破，爆破母线、连接线和电雷管脚线必须相互扭紧并悬挂，不得与轨道、金属管、钢丝绳、刮板运输机等导电体接触。,通风、防尘 通风机必须装设在洞外或洞内新风流中，避免污风循环。瓦斯工区的通风机应设两路电源，并装设风电闭锁装置，当一路电源停止供电时，另一路电源能够及时保证风机正常运转。瓦斯突出隧道掘进工作面附近的局部通风机，均应实行专用变压器、开关、线路及风电闭锁、瓦斯电闭锁供电。排放高浓度瓦斯时，必须制定排除瓦斯的安全措施。瓦斯隧道通风设施应保持完好，调节、迁移、拆除通风设施时应由专人进行。临时停工地段不宜停风；停风时应切断电源，设置栅栏与警告牌，人员不得进入。,防火 瓦斯隧道的防火工作应符合相关规定要求，瓦斯隧道施工必须制订防火措施，洞内严禁产生高温和发生火花的作业。洞内不得进行电焊、气焊、喷灯焊等作业，确需用焊时必须有相应的安全措施。 救护 瓦斯隧道应备有急救和抢救设备，保持其良好性能并指派专人保管。高瓦斯和瓦斯突出工区应配备救护队。救护队必须在统一指挥下开展抢救工作，严禁个人单独行动。,隧道瓦斯施工安全措施 1.隧道施工应认真编制工地安全实施细则、全面规划、合理安排、规范指挥。 2.实施性施工组织设计要按照规范安规和设计要求，结合地形、地貌、水文地质条件，科学选定施工工艺，制定详细具体的安全技术措施并在施工中不断的补充完善，认真做好安全教育和技术交底。 3.不良地质及特殊地质，应组织技术论证，确定钻爆、掘进、支护方案。 4.洞内通风、照明、电线等要统一规划，加强维护，做到布设整齐，状态良好。 5.洞内施工应由值班领导统一指挥，按施工组织设计合理安排开挖、衬砌和运输作业。 6.爆破开挖应做出爆破设计，严格控制周边眼间距、外插角和装药量等参数，减少对围岩的扰动及超欠挖数量。,7.爆破起爆后，应派专人进行检查，处理危石、悬石，并设人监护。确认安全后，其他人员方准进入作业面。 8.临时支护应以设计文件和规范为准，一般情况下最大距离不大于两茬炮的进尺距离。 9.隔栅拱架和喷锚支护要严格按设计标准控制拱架排距和锚杆间距、锚杆长度、方向和砼喷射厚度，并认真做好记录备查。 10.改变临时支护类型、标准，必须经项目经理部、设计、监理同意。严禁施工现场自行降低支护标准。 11.洞内通风系统应做出设计，采取综合防尘措施，定期测试粉尘和有害气体浓度。 12.爆破器材应建立严格的领用、退库制度，严禁库外存放，现场爆破员应具体负责领用审批，掌握领用和退库数量。,13.洞内、洞外都应设置宣传标语和警示标志，使作业人员随处可见，提高“三不伤害”的安全防范意识。 14.专职安检人员每班都要对施工现场进行一次全面检查，尤其要注意加强对围岩和临时支护状态