单线铁路隧道

单线铁路隧道（共12篇）

单线铁路隧道 篇1

近几年来, 随着铁路建设的蓬勃发展和行业技术水平的不断提高, 具有各种特点的长大隧道、复杂地质隧道应用越来越广泛, 由于受各种因素影响, 塌方仍是隧道施工中常遇到的工程事故之一。隧道塌方多是在洞身围岩较差或洞身围岩整体较差, 仅局部较好, 或洞身围岩一侧较好, 一侧较差时发生。隧道塌方直接危及施工人员的生命安全, 造成设备损坏、延误工期、增加额外工程费用等严重损失。塌方处理方案的关键是确保安全、不留质量隐患, 方案要具有可行性, 省时、省工和较低的工程费用。结合某铁路隧道施工期间的塌方情况, 分析塌方原因, 提出塌方处理方案, 为同类工程提供参考。

1 工程概况

某铁路隧道全长6005m, 为时速120km/h单线铁路隧道。隧道所处地形复杂, 地貌多变, 地貌为缓丘、河谷和低山地区, 隧道洞身地形起伏, 进出口均为缓坡, 地表为上更新统和中更新统黄土;洞身平缓处为黄土缓丘区和河谷区, 洞身最高处为低山地貌, 地表基岩裸露。隧道洞身范围内, 植被覆盖茂盛。隧道洞身穿越地层主要有黄土、砂类土、花岗岩及片麻岩。隧道Ⅴ级围岩开挖断面高9.18m, 宽6.72m, 总开挖断面56.66m2, Ⅴ级围岩深埋段复合式衬砌支护设计参数见表1。

2 塌方情况概述

隧道DK172+817～+829段为Ⅴ级围岩, 洞身为全～强风化片麻岩, 岩体破碎, 节理裂隙发育, 采用三台阶法施工, 上台阶每循环进尺不超过1.2m。隧道掘进过程中拱顶右侧渗水较明显, 出碴过程中拱顶、掌子面时有碎、块石脱落。随着渗水量的不断增大, 掌子面上部岩层部分滑塌, 拱顶节理、裂隙发育的全风化片麻岩不断垮落。2010年5月31日, DK172+848～+849段上台阶完成开挖, 在进行初期支护施工时, DK172+822～+824段右侧中下台阶连接处边墙出现明显裂缝, 并逐步向线路中线方向挤压, 最终发展成右边墙至拱顶垮塌, 造成DK172+817～+829段拱顶和右侧边墙初支破坏。稳定后的塌腔长度约12m, 坍塌空腔高度由拱顶向上约2m, 径向最深处约4.5m。塌方量约120m3。塌方情况见图1。

3 塌方原因分析

(1) 隧道地质条件差。

该段洞身穿越地层为全～强风化片麻岩, 围岩差异风化明显, 软硬不均, 塌方区上台阶岩石呈碎块状, 中下台阶围岩较差, 呈砂土夹泥状。

(2) 围岩属软质岩石。

全风化花岗岩呈杂色, 原岩结构已完全破坏, 大部分风化呈土状;强风化片麻岩呈青灰色, 磷片变晶结构, 片麻状构造, 呈碎块状, 手可掰碎。岩石强度低, 易产生塑性变形, 稳定性较差, 岩体暴露在大气中易风化剥落。

(3) 受渗水影响围岩易软化。

岩层具透水性, 上台阶掌子面围岩有滴、渗水现象, 中下台阶有大量水渗出, 局部形成渗流。

(4) 施工因素影响。

一是超前小导管注浆未到达预期效果, 系统锚杆和格栅钢架锁脚锚管安装质量较差;二是中下台阶开挖进尺过大, 钢架底部悬空时间过久, 加之围岩遇水软化, 抗剪强度降低, 最终导致变形加剧而失稳。

4 塌方处理方案

4.1 制定处理方案时掌握的主要情况

(1) 塌方发生时, 掌子面施工人员、设备全部安全撤离, 塌体下无其它堆积杂物。

(2) 塌腔岩体自然稳定, 2d内无大块岩石脱落。

(3) 与塌方紧邻的初期支护钢架无明显变形, 喷射混凝土无大面开裂现象, 超前小导管被砸压脱落。

(4) 测量了塌腔的具体位置及形状、尺寸, 绘制了塌方示意图。

4.2 塌方处理方案

塌方处理遵循“先加固、防扩展, 后处理、稳通过”的原则。由于本次塌方的塌腔矢跨比较小, 塌腔较稳定, 因此采用内外层初期支护加防护层法进行处理。利用围岩暂处于基本稳定状态, 边清碴边处理, 抓紧时间沿坍塌面采用喷锚支护技术加固未塌的地层, 即“外层初期支护”, 然后沿二次衬砌外轮廓施作钢筋 (钢架) 混凝土支护壳体, 即“内层初期支护”, 之后将内、外层初期支护间的空腔回填密实。塌方处理方案见图2。

4.2.1 塌方影响段处理

塌方段为DK172+817～+829, 因此对塌方段前后各10m范围已施作初期支护的段落增设Φ42径向小导管注浆进行加固, 增强初期支护强度。其中DK172+807～+817段加固在塌方处理前进行, DK172+829～+839段加固在塌方处理后进行。注浆小导管间距1.2m×1.2m, 注水泥单液浆, 浆液浓度0.8∶1～1∶1, 注浆压力控制在0.2～0.4MPa。

4.2.2 塌方段处理

(1) 割除已破坏的初支和超前小导管, 清除塌壁上危石, 对塌腔面喷射C25早强混凝土5～8cm进行封闭。考虑到塌腔自然稳定, 塌腔内钻眼操作困难、施工中存在不安全因素, 塌壁上未设置锚杆和钢筋网支护。

(2) 分段清除塌碴, 在塌方段架设异形I 16型钢钢架支撑, 间距0.5m/榀, 并与左侧未破坏的格栅钢架焊接牢固, 或采用锁脚锚管固定于左侧稳定的围岩。每次架设两榀钢架, 每榀钢架左侧拱脚设4根Φ42锁脚锚管 (L=4.0m) 。两侧边墙、拱腰以及塌方深度小于2m的区域设置Φ42径向注浆小导管 (L=3.5m) , 以固定钢架和加固围岩。小导管沿钢架环向布置, 间距1.2m, 与钢架焊接牢固, 待初支封闭成环后进行注浆加固, 浆液浓度0.8∶1～1∶1, 注浆压力控制在0.2～0.4MPa。纵向两榀钢架之间采用Φ22钢筋连接, 环向间距0.5 m。

(3) 在I16型钢钢架外焊接Φ8钢筋网片 (@10cm×10 cm) , 然后喷C25早强混凝土, 厚22cm。

(4) 在塌方段每隔5m拱顶及右侧方向预留Φ108钢管, 钢管竖向间距2m设一根, 待初支强度达到设计强度的80%以上时, 对塌腔分层泵送C25混凝土, 回填密实。

(5) 塌方段落通过后, 塌方段二次衬砌予以加强, 由原来的C30素混凝土衬砌改为C35钢筋混凝土衬砌。

(6) 塌方段施工前施工单位应做好应急预案设计, 并准备足够的备用材料, 如沙袋、型钢支撑、注浆设备、抽水设备等, 确保安全。

5 监控量测

为了保证塌方处理的安全顺利进行, 成立专门的塌方处理监控量测组, 加强并完善监控量测工作, 具体方案如下。

(1) 洞内观察

加强洞内照明, 并派专人轮流24h进行险情观察, 观察围岩及支护的异常情况, 如:塌腔落石、围岩裂隙扩大、初喷混凝土开裂等, 做好安全记录。

(2) 内空收敛位移量测

在塌方区及影响段 (DK172+817～ +839) , 加密测点, 每5m设一测点, 进行拱顶下沉、净空水平收敛的量测, 频率1～2次/d, 记录并及时做好数据分析, 反馈信息, 指导施工。

(3) 监控量测结果

塌方处理期间洞内观察围岩较稳定, 没有发现塌腔内有大的落石、围岩裂隙扩大、初喷混凝土开裂等现象。塌方及影响段各量测断面拱顶下沉量和净空水平收敛量均满足设计安全允许值。

6 隧道掘进

塌方段处理完毕后, 掌子面及塌方影响段下台阶掘进时应缩短开挖进尺, 严格控制用药量, 遵循短进尺、弱爆破的施工原则;严格控制台阶长度、超前小导管注浆质量以及钢架的焊接质量和安装精度, 系统锚杆应按设计要求施作, 加快仰拱及二次衬砌的施工进度, 做到二衬紧跟。同时应加强洞内监控量测工作, 发现异常, 应引起足够重视, 必要时, 上报主管部门, 并做好应急准备, 以确保安全。

7 处理效果及评价

由于塌方段围岩处于相对比较稳定的状态, 且所形成的自然拱具有一定的自稳承载力, 本次塌方处理充分发挥了围岩的自承能力, 并且在塌腔下施做了外层初期支护, 在外层初期支护下循环作业, 保障了施工安全, 塌方处理比较顺利, 没有出现二次塌方或较大落石现象。从监控分析可以看出, 处理方法是合理、安全、有效的。在塌方处理后一段时间内, 对塌方段进行跟踪监控量测, 坍方段处理完后没有发生任何有害变形、下沉、开裂等现象, 应力已经趋于稳定, 说明围岩和结构处于稳定状态, 完全达到了预期“安全、稳妥、便捷、保质、经济”的目的, 处理方法安全, 可靠度较高。

摘要：通过某铁路隧道塌方处理实例, 从塌方原因分析、处理方案、监控量测等方面浅述了该隧道塌方处理的施工技术。

关键词：铁路隧道,塌方处理

参考文献

[1]铁道部第二勘测设计院.铁路工程实际技术手册 (隧道) [M].北京:中国铁道出版社, 1999:131-40.

[2]TZ 204-2008, 铁路隧道工程施工技术指南[S].

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[4]豆世康.红柳林至神木西支线铁路隧道塌方处理及防治措施[J].铁道标准设计, 2009 (4) :111-4.

[5]郭艳伟, 孙琼峰.护拱法处理随道塌方技术应用[J].现代隧道技术, 2008, 45 (4) :48-9.

[6]王运金.九岭山隧道塌方治理及塌方治理效果检测[J].现代隧道技术, 2008, 45 (6) :82-6.

单线铁路隧道 篇2

1.编制目的

为了规范施工程序，严格控制施工过程，保证隧道施工工程质量和施工安全，特制定本施工作业指导书，请严格遵照执行。

2.适用范围

本标段所有隧道工程。3.职责分工

主管工程师负责施工方法控制，并根据试验结果对施工方案进行优化；

技术员负责施工现场的施工组织安排与施工技术； 质检员监督检查现场的施工质量与检查报表的收集与填写； 试验员负责检验原材料、成品质量及混凝土施工过程中配合比的执行情况；

安全员制定施工现场安全技术措施并督导施工落实； 4.编制依据

《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2003）； 《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》（TZ231-2007）； 《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210-2005）；

《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》—TB10108-2002 J159-2002；

天平铁路施工设计图； 5.作业准备

1、内业技术准备

隧道开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核图纸，澄清有关技术问题，熟悉规范和技术标准。制定施工安全保证措施，提出应急预案。对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗工作。

2、外业技术准备

⑴修建生活房屋，配齐生活、办公设施，满足主要管理、技术人员进场生活、办公需要，满足技术工人生活休息的需要

⑵施工所需的材料和机械设备已到场。⑶水、电、施工道路能够满足施工生产的需要。6.环保要求

环保、水保要本着“三同时”原则与工程本体同步实施。符合国家、铁道部及地方政府的有关环保、水保的标准，在施工过程中严格按照国家有关部委批复的环保、水保方案实施，自觉接受并积极配合国家及地方环保、水保行政主管部门的监督检查。确保工程所处的环境不受污染和通过国家验收。

1、开工施工前，必须进行环境因素识别，确定重要环境因素，制定相应的管理方案；

2、临时工程及场地布置应采取措施保护自然环境；

3、施工场地布置时，在水源保护地区内不得弃土、破坏植被等，不得设置搅拌站、洗车台、充电房等，并不得堆放任何含有害物质的材料或废弃物；

4、施工废水、生活污水不得随意排放，并在生活区、生产区及洞门口设置污水处理池，生活污水或生产及洞内废水必须经过污水处理池处理后排放到指定地点。

5、施工营地和施工现场的生活垃圾，设置临时堆放场集中堆放，定期运至环保部门指定场所。

特长铁路隧道通风设计问题探讨 篇3

概述

近年来，我国铁路运输事业发展速度迅猛。其中，铁路隧道通风建设是铁路运输系统的重要组成部分，隧道通风方案的优劣以及运营效果的好坏将对铁路隧道的救灾工程、运营安全以及运营效益产生直接影响。因此，铁路隧道的通风设计越来越受到重视。铁路隧道通风是指向隧道内引入新鲜空气，及时排除内燃、蒸汽机车通过长大铁路隧道时排除的烟气和热量的过程。铁路隧道通风设计有助于保障乘客和机车车辆乘务人员的安全，减缓隧道内钢轨、扣件、结构物等的设备腐蚀程度，提高机车牵引力的作用。

铁路隧道通风方式的选择问题

铁路隧道通风方式的选择是完成铁路隧道通风设计工作的重要组成部分。目前铁路隧道通风按照通风方式分为自然通风和机械通风。

1.自然通风

铁路隧道自然通风是指利用自然风和列车的活塞风将隧道内的污浊空气及时排除的通风方式。铁路隧道由于洞外和洞内的气温不同以及隧道两端海拔高度不同，产生气压差，引起铁路隧道内空气的流动。尤其是列车通过单线隧道时，会产生与列车同方向的气流，即活塞风。这些因素引起的空气流动均成为自然通风。铁路隧道自然通风方式一般适用于短距离隧道，隧道距离一般在1.5km以下。

2.机械通风

铁路隧道机械通风一般采用纵向通风方式，即利用风机将隧道内的污浊空气从隧道一端吹向另一端，机械通风设施主要有风机、通风机房、动力设备、通风道以及帘幕等。风机等通风设备一般多设在低隧道口处。按照相关规定在1.5～3km的铁路隧道可采用机械无幕帘通风方式；3～4km铁路隧道在条件允许的条件下宜采用机械幕帘通风；4～7.5km铁路隧道应采用机械帘幕通风方式；7.5km以上特长铁路隧道通风，由于受到列车通过时间间隔以及机械通风风速的影响，必须在列车行车间隔时间内排出隧道的污浊空气，一般采用纵向分段式通风，即利用隧道的竖井、横洞或斜井等作为通风道，利用铁路隧道内分段设置的风机，进行铁路隧道送排风。铁路隧道机械通风的风源一般均采用大风量轴流通风机供风。相比于半横向式、横向式等通风方式，纵向式通风在风机设备及动力方面是最经济的一种通风方式。

关于铁路隧道污浊空气的稀释标准

铁路隧道内污浊空气的稀释标准是隧道通风设计的重要依据，既影响隧道通风方案的选择，又影响隧道建设的投资规模以及建成后的运营费用及隧道环保。

隧道内有害气体主要来自于隧道机动车的排放物，包括CO、NOX、HC、颗粒物等。隧道通风主要控制的是CO、NO2、颗粒物，其中CO对人体健康的影响最为突出。根据《铁路隧道营运通风设计规范》（TB10068-2010）的规定，列车通过隧道后15min内，空气中浓度NO2应在5mg/m3以下。当铁路隧道海拔高度小于2000m时，CO浓度应在30mg/m3以下；当隧道海拔在2000m～3000m之间时，CO浓度应在20 mg/m3以下，当海拔大于3000m时，CO浓度应在15 mg/m3以下，否则会对人体健康造成严重的伤害。

竖井送排式通风的通风问题

1.竖井送排式通风模式

目前我国特长铁路隧道通风一般采用纵向式通风方式，在通排风设计时充分利用施工竖井、斜井、平行导坑或横洞等辅助坑道。其中，竖井送排式是应用较为普遍的一种方式。竖井送排式通风模式是指在特长铁路隧道通风设计时，充分利用施工竖井作为隧道通风和排烟的风井之用，在风井内布设通排风风机。

2. 关于通风短路问题的讨论

特长铁路隧道通风的施工竖井普遍存在距离隧道出入口较近的问题，竖井轴流机无论是送风还是排风，由于风量加在风口两侧方向上，降低了风机提供区间隧道“推-拉”纵向排烟的效率，在隧道出入口处形成通风短路，使得区间内纵向排烟风速难以达到标准风速要求。为解决分段式纵向通风隧道出入口通风短路问题，增强隧道内纵向排风效果，可以在铁路隧道出入口位置设置射流风机，形成隧道竖井送排式与射流风机相组合的通风模式，主隧道和竖井形成多入口、多出口的通风体系。

结论

隧道运营通风的设计将直接影响隧道的运营环境、救灾功能以及运营效益。我国铁路隧道通风的关键技术取得了很大的进展，充分发挥其对铁路隧道通风设计的指导作用。

单线铁路隧道 篇4

屏边隧道位于新建国际铁路通道沙田坝车站至屏边车站之间, 进口里程DⅡK60+875, 出口里程DⅠK71+256, 于白竹箐附近穿越分水岭, 相对高差750m, 隧道全长10381m, 隧道洞身最大埋深660m左右。

该隧道能否按期完成的关键之一在于隧址区地处“康滇歹字型”构造中断东支与“昆明山字型”构造前弧顶前缘衔接带上, 是两大构造体系相互交接的地质构造极其复杂的地区。由于受多次构造运动的干扰和破坏, 加之隧址区地表植被发育、土层及基岩风化带厚度大、基岩露头零星, 构造迹象露头不清, 已查明断裂8条, 可能还存在隐伏的未查明的构造形迹或节理裂隙密集带。依次发现斯路白—松龙寨压性断层、石碑冲2#断层、白竹箐1#断层、白竹箐2#断层、白竹箐3#断层、大深沟1#断层、大深沟2#断层、老坐基断层, 其中斯路白—松龙寨压性断层、大深沟1#断层、大深沟2#断层为区域性长大断裂。

受区域构造影响, 段内岩体节理、裂隙较发育, 岩体较破碎, 局部破碎, 差异风化严重, 风化带厚度较大, 隧道洞身通过段岩性以板岩为主, 浅表层主要为风化型节理, 微张型节理为主, 深部构造节理裂隙发育, 节理面多光滑平整, 对围岩的自稳性不利。这些地段施工极为困难, 能否安全、顺利地通过断层破碎带成为本工程的重中之重。

因此, 如何安全、顺利通过断层影响带的施工, 是关系到屏边隧道能否按期建成的关键所在。断层破碎带施工必须遵循“弱爆破、紧支护、勤量测、快衬砌”的原理, 并注重在断层破碎带内组织机械配套, 并对可能有突泥、涌水的地段进行超前地质预测预报, 做到隧道施工的“稳”、“好”、“安全”。

2. 施工技术

断层影响带施工仍然以超前预支护为重点, 按照“稳扎稳打, 稳中求快、施工一米成一米”的原则组织施工;加强监控量测, 及时根据围岩变形情况采取相应的支护手段, 调整施工工艺;严格程控, 加强内部工序质量监督, 确保优质、有序、安全通过断层。

2.1 开挖爆破施工

在软弱围岩内进行隧道爆破施工, 立足于短进尺、弱爆破, 爆破进尺与支护参数相匹配。根据围岩破碎程度、含水量、支护方式合理确定循环进尺, 控制装药量, 尽量采取弱爆破或人工风镐开挖, 减少对围岩的扰动。

根据围岩情况与预计的循环时间来确定合理的爆破进尺是施工的关键, 必须考虑到围岩的软弱情况, 并与初期支护型钢间距、出碴运输机械、喷射混凝土支护设备的快慢相匹配。在左线隧道的大深沟2#断层的正洞和迂回导坑施工中, 确定的爆破循环进尺为2.2m。

左线隧道断层影响带内开挖采用台阶法施工, 上、下台阶同时爆破。正洞上半断面爆破施工中, 采用环形开挖留核心土, 掏槽眼布置在两侧拱脚上1m处, 采用不等深度小角度三眼掏槽;在迂回导坑上半断面爆破施工中, 掏槽眼布置在中部, 采用螺旋形斜眼掏槽。

2.2 超前地质预测预报

为了防止塌方、突泥突水等突发性地质灾害的发生, 必须在开挖过程中对前方岩层进行较为准确的地质预测预报, 在施工中采用长短结合的超前地质预测预报技术。

(1) 近距离采用掌了面钻机超前水平钻孔

15—20m短距离内用钻机钻Φ75水平孔进行探测, 辅以近距离物探 (红外探水、地质雷达、高分辨直流电法等) , 加深炮眼进行。探测前方岩体是否存在突发性的涌水、涌泥。红外探水、地质雷达、高分辨率直流电法25米一次, 一次范围30米;加深炮眼即利用在隧道开挖工作面上的炮眼钻孔来探测前方围岩的地质情况, 在每一循环钻设炮眼时布设3—5个钻孔加深1—3m作为探测孔。

(2) 远距离采用地震波反射法

远距离超前探测:在100m的长距离内采用地震波发射法, 前后两次应重叠10m以上。预报前方约100m范围内地质构造的位置、规模、性质作远距离预报, 预测断层、破碎岩体等不良地质的发育情况, 每100m施做一次。

2.3 超前预支护施工

(1) 超前小导管

在无水情况下采用普通风钻在拱部施工超前小导管预支护, 采用Φ42热轧无缝钢管, 壁厚3.5m, 小导管每环长4m, 环向间距根据围岩松散情况采用25—45cm不等, 以隧道开挖后围岩不从小导管间空隙坍落为原则, 纵向水平搭接长度不小于1m;当围岩特别松散破碎、拱部压力较大时, 在小导管内增加Φ22螺纹钢筋充填锚固剂以增加小导管的抗弯刚度。

局部破碎严重地段, 采用双侧壁导坑法, 在拱部设Φ60—Φ108中大管棚, 环向间距0.4m—0.6m, 每环35根, 长8m—35m。

(2) 超前帷幕注浆

本隧DⅡK61+750—+850段穿越白竹箐1#断层, DⅡK62+400—+500段穿越白竹箐2#断层, 且上述段落洞身上段为大寨组灰岩夹板岩, 以灰岩为主, 岩溶强烈发育。上述段落施工中极易发生涌水突泥危及施工安全, 影响地表水源, 为降低施工风险, 减少对地表水环境影响, 施工中对DⅡK61+750—DⅡK62+600段实施全断面超前帷幕注浆封堵地下水并加固围岩, 注浆加固范围为隧道衬砌轮廓线外5m。施工中应根据超前地质预报内容分析、优化注浆加固范围及注浆孔布置。另外, DⅡK62+900—DⅡK63+100段穿越白竹箐3#断层, DⅡK64+630—+800段穿越大深沟1#断层, DⅡK65+750—+850段穿越大深沟2#断层, DⅡK65+750—+850段穿越大深沟2#断层, DⅡK68+140—+230段穿越老坐基断层, 以上段落岩体破碎, 地下水丰富, 且地表水沟长年流水不断, 施工以上段落极易发生涌水突泥危害。为确保施工安全, 对上述段落采用洞内超前帷幕注浆堵水措施, 以减少地下水涌出, 超前帷幕注浆段落应根据超前地质预报结果确定。

因此, 通过断层破碎带的主要方法时帷幕注浆, 这关系到整个隧道施工的成败。我们根据施工实际情况, 地质分析等来确定注浆方式、注浆参数、注浆工艺和注浆结束标准。本隧道的注浆主要为岩体裂隙注浆, 以劈裂、挤压注浆为主, 渗透注浆为辅, 各种形式的注浆和适用条件如表二所示:

3.结语

从该隧道和迂回导坑的施工经过来看, 在此类围岩条件下进行隧道施工, 要注意以下几点才能确保施工安全和今后的运营安全:

(1) 对于长大隧道断层的施工, 必须根据工程地质特点、施工方法的选择和支护计参数以正确指导设计和施工, 这是确保施工安全、顺利的前提条件;

(2) 须采用短台阶法施工, 力求尽快形成闭合的初期支护受力环, 绝不能采用长台阶法施工;

(3) 通过断层破碎带, 在掘进时应加强临时支护, 短进尺, 弱爆破、超前小导管、管棚等强化措施, 防止因开挖等引起断层破碎带的坍塌;

(4) 一次刚性混凝土衬砌应尽早施作, 否则初期支护会变形太大无法收敛, 但因围岩变形压力未充分释放, 二次衬砌结构必然承受较大的应力, 这就要求二次衬砌结构必须有足够的刚度和强度。

铁路隧道瓦斯监测及检测方案 篇5

隧道瓦斯监测及检测专项方案

审核： 复核： 编制：

中国电建凯里环城高速公路北段PPP项目

EPC总承包四分部

2017年10月14日

目 录

第一章 瓦斯工区等级的划分及确定方法..........................第二章 瓦斯监测及检测方案...................................一、瓦斯监测及检测.........................................（一）、瓦斯监测的内容及目的...........................（二）、监测依据及执行标准.............................（三）、瓦斯监测体系...................................（四）、监测数据的收集与分析...........................三、防爆措施...............................................(一)、防止瓦斯浓度超限和瓦斯积聚.......................(二)、防止引爆瓦斯措施................................

隧道岩层中瓦斯涌出浓度的大小是危险程度的标志，施工中必须将瓦斯浓度控制在安全的限值以内。

（三）、瓦斯监测体系

为了安全起见，隧道施工瓦斯监测采取人工与自动相结合的监测方式，两者监测的数值相印证，避免误报现象。

1、人工检测

人工检测由瓦斯检查员执行检查瓦斯，瓦斯检查员必须经专门培训，考试合格，持证上岗。根据《煤矿安全规程》及有关规定，专职瓦斯检查员必须使用光干涉式甲烷测定器检查瓦斯，同时检测CH4（甲烷）和C02（二氧化碳）两种气体浓度。

（1）、光干涉式甲烷测定器

光学瓦斯检测器是根据光的干涉原理制成的，除了能检查CH4浓度外，还可以检查C02浓度，瓦斯浓度在0％～l0％，使用低浓光干涉甲烷测定器；瓦斯浓度在10％以上，使用检测范围是0％～l00％的高浓度光干涉式甲烷测定器。

光干涉式甲烷测定器属机械式瓦斯检测仪器，具有仪器使用寿命长，经久耐用的特点，但受环境和人员操作等多种因素的影响，为了能保证检测结果准确有效指导施工、防止安全事故的发生，必须注意如下事项：

① 使用前，须检查水分吸收管中的硅胶和外接C02吸收管中的钠石灰是否变质失效，气路是否通畅，光路是否正常；将测微组刻度盘上的零位线与观察窗的中线对齐，使干涉条纹的基准线与分划板上的零位线相对齐，取与待测点温度相近的新鲜空气臵换瓦斯室内气体。

② 检测时，吸取气体一般捏放皮球以5～l0次为宜。

③ 测定甲烷浓度时，要接上C02吸收管，以消除C02对CH4测定结果的影响。

④ 测C02浓度时，应取下C02吸收管，先测出两者的混合浓度，减去已测得的CH4浓度即可粗略算出C02浓度。

⑤ 干涉条纹不清，是由于隧道中空气湿度过大，水分不能完全被吸收，在光学玻璃管上结雾或灰尘附着所致，只要更换水分吸收剂或拆开擦拭即可。

按五点法进行，放炮地点每放一次炮均应按“一炮三检”制要求检测（对爆破地点和起爆地点风流中瓦斯浓度进行检查，CH4浓度低于0.5%方可放炮）。

⑤、浓度控制及措施：

根据《煤矿安全规程》、《铁路瓦斯隧道技术规范》等相关规定，结合本隧道施工工程项目部关于严格控制瓦斯浓度的规定，本方案瓦斯检测浓度控制标准为：当瓦斯浓度达到0.3%时报警（瓦检人员向现场负责人报警，由现场负责人向各级领导汇报并立即组织有关人员查明原因进行处理），当瓦斯浓度达到0.5%时，瓦检人员应立即向现场施工负责人报告，由现场施工负责人立即组织停止工作，撤出人员，切断隧道中电源，并报告项目部经理，由项目经理向各级领导汇报，由有关专业人员制定措施，进行处理。瓦斯浓度低于0.4%方可复电。

⑥、记录：瓦斯检查员检查瓦斯后应记录在当班瓦斯手册和现场瓦斯检查牌板上。⑦、隧道高处瓦斯检查、应使用瓦斯检查杖和折叠人字梯，以保证巷道高处瓦斯检查到位。

⑧、光干涉甲烷测定器每半年必须进行一次检定，合格方可使用，使用人员日常使用中发现仪器故障，必须及时送有关专业人员维修，以确保仪器完好。

2、自动监测

本方案自动监测采用便携式甲烷（自动）检测报警仪和瓦斯安全监测系统进行监测。（1）、便携式甲烷（自动）检测报警仪监测要求：

①、携带人员:进入撑子面和隧道内的以下人员必须携带便携式甲烷（自动）检测报警仪连续监测工作地点瓦斯浓度：

a、放炮员；b、班组长、c、现场值班负责人、d、到隧道检查的各级管理人员（每一行人至少携带一台）、e、流动作业的检修人员、f、各类机车驾驶员、g、其他相关人员；

②、便携式甲烷（自动）检测报警仪报警点的设臵： 报警点一律设臵为CH4浓度0.3%；

③、便携式甲烷（自动）检测报警仪必须由监测组专人统一管理，连续使用8小时必须缴回仪器室充电。每七天必须进行一次调校，每半年必须送专业机构检定一次，合

理如图1所示。

图1 KJ101N一体化监控系统原理示意图

隧道进出口自动瓦斯监测系统分别由l台主控计算机、3台洞内分站、15台低浓度瓦斯传感器、3台风速传感器、2台远程断电仪、1台报警器、l套设备电源和1台备用电源组成（以上设备为现场安设的设备、未含备用设备）。系统瓦斯监测范围设臵为：0％～4％CH4，瓦斯检测反应速度≤30 s；风速监测范围设臵为：0．3～15 m／s。系统可实现洞内传感器声光报警及洞外监控中心自动报警。

（4）、信息传输系统电缆选用及布臵要求

① 监测系统传输电缆要专用，以提高可靠性。

② 监测系统所用电缆要具有阻燃性。

③ 监测系统中各设备之间的连接电缆需加长或作分支连接时，被连接电缆的芯线应采用接线盒或具有接线盒功能的装臵，用螺钉压接或插头、插座插接，不得采用电缆芯线导体的直接搭接或绕接的方式。

④ 具有屏蔽层的电缆，其屏蔽层不宜用作信号的有效通路。在用电缆加长或分支连接时，相应电缆之间的屏蔽层应具有良好的连接，而且在电气上连接在一起的屏蔽层一般只允许一个点与大地相连。

⑤ 所有传输系统直流电源和信号电缆尽量与电力电缆沿隧道两侧分开敷设，若必须在同一侧平行敷设时，它们与电力电缆的距离不得小于0．5m。

（5）、分站的安装要求

①、分站应安装在便于工作人员观察、调度、检验、支护良好、无滴水、无杂物地方。其距离洞口的高度不应小于0．3 m，并加垫木或支架牢固固定。独立的声光报警箱悬挂位臵应满足报警声能让附近的人听到的要求。

②、分站布臵：见监控系统布臵图（图1）主峒进口设1台分站（主峒出口一样设臵）、平导峒进口设1台分站（平导峒出口一样设臵），总回风设臵1台分站（总回风离地面近，可安设在地面）。

（6）、传感器的布臵安装要求

由于各处隧道断面大，为了有效监测瓦斯浓度，应安设瓦斯传感器的隧道内同一断面上设臵两台瓦斯传感器，即巷道右上部、左上部两台瓦斯传感器。各种传感器的安装还必须符合传感器说明书的要求。隧道的传感器布臵必须符合图2要求，并应满足下列要求。

1）、掌子面（工作面）传感器布臵要求

隧道各掌子面设低浓度瓦斯传感器4台（具体位臵见附图2），报警浓度为0.3％CH4，瓦斯断电浓度为0．5％CH4，复电浓度为小于0.4％CH4，断电范围为掌子面中全部非本质安全型电气设备。在实际施工过程中，使用瓦斯自动检测报警断电仪的掌子面，只准人工复电。人工复电前，必须进行瓦斯检查，确认瓦斯浓度低于0.4%后，方可人工复电。各掌子面还设一台温度传感器，连续监测掌子面温度，报警点设臵为30℃。掌子面各类传感器

②出碴时，由于运输车辆的尾气排放等原因，洞内瓦斯浓度会有一定程度的升高，必须引起足够的重视，各种型号的汽车必须配备防爆装臵、出碴施工人员必须使用便携式瓦斯（自动）检测报警仪，连续监测瓦斯浓度。

③节理裂隙发育地段瓦斯浓度升高，施工中根据情况应及时汇报，经项目经理批准可采取超前探测。

二、隧道瓦斯检测安全技术措施

1、对瓦斯隧道施工必须制订并实施相应的瓦斯检测等制度(如一炮三检制、三人连锁爆破制等)。

2、隧道内所有地点瓦斯浓度不得超过0.5%，瓦斯浓度达到0.3%时，应停止放炮;当浓度超过0.5%时，应停止工作，撤出人员，切断电源，待采取措施处理后进行再次检查，确认安全后方可施工。

3、每班进出口各工作面（撑子面）均应安排一名专职瓦检员跟班检测瓦斯，瓦检员应实行现场手上交接班制。

4、所有传感器、报警仪、光干涉式甲烷测定仪均应每天调校一次，每半年送专业机构检定一次，合格后方可使用，确保仪器准确、灵敏、可靠。

5、加强对洞内死角，尤其是隧道上部、坍塌洞穴、避人(车)洞等各个凹陷处通风不良、瓦斯易积聚的地点，严格进行浓度检测，如瓦斯浓度超过0.5%以上时，应立即采取局部加强通风措施进行处理，瓦斯浓度超过0.3%应安设瓦斯传感器。

6、隧道因突然停电时，现场负责人必须立即组织人员撤出隧道，瓦斯检测人员必须立即对隧道进行人工检测，检测每30分钟一次，从洞口逐渐向内进行。检测方法按平时布臵的测点进行。

7、超前探孔内瓦斯检测。超前探孔作业时，掌子面探头必须按本方案要求设臵到位；钻孔完成后，瓦斯检测员立即对孔内浓度进行检测，同时做好记录；当瓦斯检测员发现孔内浓度超过0.3%时，必须立即报告工地负责人，工地负责人必须立即复核，并上报项目部负责人和技术负责人，分析前段岩层瓦斯溢出量，以采取相应防范措施。孔内浓度超过0.5%时，项目部必须立即报告指挥部瓦斯检测督导小组。

8、瓦斯检查人员要做好检查瓦斯的详细记录，每班要进行交接签字，瓦斯检测员、技术员、施工员(工班长)接班时要查阅上班的检测记录，并向项目经理部安全专管部门汇报。

9、每天的瓦斯检测记录交项目经理部安全专项部门，由安全专管部门专职工程师进行数理统计和分析，提前掌握洞内瓦斯溢出的发展动态，发现有异常现象，及时向项目总工程师、项目经理提出采取措施处理的建议。

10、项目经理或总工程师每天应审阅通风瓦斯日报表，进洞时必须携带瓦斯检查仪进行瓦斯检查。

11、当两台或两种以上瓦斯检测仪对瓦斯浓度检测结果不一致时，以浓度显示值高的为准。

12、瓦检员瓦斯浓度检测信息反馈：瓦检员应作好人工瓦斯检测记录，并每天按时交技术室存档。

13、瓦斯监测专业技术人员每天要例行检查各类传感器、监测系统设备（含传输电缆）、监测探头等，检查安设位臵是否正确、仪器有无损坏、是否失效，如发现异常，立即处理，不留隐患。

三、防爆措施

(一)、防止瓦斯浓度超限和瓦斯积聚

打火机、手机及其他易燃物品带入洞内。隧道口周围20m范围内严禁明火。

（2）、严禁穿着易于产生静电的服装进入瓦斯工区；

（3）、上班人员必须由班组点名后进洞;执行进洞挂牌出洞摘牌制度;携带工具应防止敲打、撞击、以免引起火花;不得在洞内大声喧哗。洞内出现险情或警报信号发出后,绝对服从有关人员指挥,有序撤出险区;进洞参观人员,应进行有关防治安全常识的学习,并遵守有关安全规定。

5、设计洞内电气设备均按《煤矿安全规程》防爆要求选型，本隧道电气设备选用防爆型，电缆选用煤矿用阻燃性电缆，通信、信号电缆采用本质安全电路。一旦电气事故产生电火花，这些设备具有耐爆性和隔爆性，或产生的电火花能量不足以点燃瓦斯。

隧道内变压器中性点为不接地方式，电气设备作保护接地。10kV和0.69kV系统都设有绝缘监视和漏电保护，洞内电气设备因某相绝缘损坏，不会发生接地短路故障。当一旦发生单相接地时，该系统内的保护装臵会立即切断故障电源，防止杂散电流的产生，从而杜绝雷管超前爆炸及点燃瓦斯事故的发生。高、低压馈电开关都设有过载、短路保护，探水钻、注浆泵、局部通风机等设备的控制开关都设有过载、短路、断相保护和漏电闭锁装臵；照明及信号都设综合保护装臵，如过载、短路、漏电保护和漏电闭锁装臵，可以有效的防止过热和电火花的产生。

隧道掘进工作面的电气设备设有风、电瓦斯电闭锁。洞内管路每500m作一次可靠接地，以防止静电火花的产生。

通过设备的合理选型和有关保护的设臵以及局部通风机的专供电，提高了局部通风机供电的可靠性，能有效地防止瓦斯爆炸事故的发生。

隧道内的开关都带有闭锁装臵，从结构上保证操作顺序，防止误操作；不停电不能打开盖子，打开盖子后不能送电，能防止带电检修。检修或搬迁隧道电气设备（包括电缆和电线）前，必须切断电源，并用与电源电压相适应的验电笔检验。检验无电后，必须检查瓦斯，在其巷道风流中瓦斯浓度在1.0%以下时，方可进行导体对地放电。控制设备内部安有放电装臵的，不受此限。所有开关手把在切断电源时都必须闭锁，并悬挂“有人工作，不准送电”的警示标识牌，只有执行这项工作的人员才有权取下此标识牌送电。

普通型携带式电气测量仪表必须在瓦斯浓度小于1.0%的地点使用，并实时监测使用环境的瓦斯浓度。

探讨铁路高瓦斯隧道安全施工 篇6

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中图分类号：F53 文献标识码：B文章编号：1008-925X（2012）11-0109-02

摘 要 通过铁路高瓦斯隧道施工实践，简要介绍高瓦斯施工过程中安全控制和预防注意事项。

关键词 高瓦斯隧道；安全施工

1 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：①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。②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。③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。④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。

2 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：①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。②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。③高瓦斯隧道掘进工作面应安设隔（抑）爆设施。

3 爆破作业

爆破作业应符合下列安全要求：①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）。②瓦斯作业面必须采用电力起爆，严禁使用半秒、秒级电雷管。③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。④洞内爆破时，人员应撤至洞外。⑤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（巖）粉。⑥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。

4 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。

5 隧道照明

1.照明与电气信号应符合下列要求：①低瓦斯隧道不应大于220V，高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道不应大于110V。②输电线路必须使用密闭电缆，不得使用裸线和绝缘不良的导线。③瓦斯突出隧道内的照明电器应使用防爆型。2.矿灯充电房应离洞口50m以外。使用矿灯之类照明时，如有不良情况，不得使用。3.在瓦斯隧道内严禁使用有火焰的灯火照明。任何人员进入隧道前必须接受安全检查，严禁将可能产生火花和自燃的物品带入洞内。4.严禁在洞内已敷设电缆上临时接装电灯或其他设备。5.电缆在洞内接头时，应在特制的防爆接线盒内或有防爆接线盒的电气设备内进行连接。

6 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。

7 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。

8 揭煤防突应符合下列规定

①施工人员必须佩戴自救器。②掘进工作面中煤层爆破时，所有人员必须撤到洞外。③应加强通风管理，开挖面应有足够新鲜空气。④加强地勘与调查收集邻近隧道、矿山等相关资料工作。⑤对于不知道是否具有突出危险性的煤层，必须进行予探，并进行瓦斯考查，检验其是否具有突出危险性。予探时必须保证足够的安全距离。具体操作按《隧道防治煤与瓦斯突出设计》的具体要求进行。⑥当经予测具有突出危险性时，必须按照突出煤层进行施工管理，并严格遵守《煤矿安全规程》及《防突实施细则》的规定。

9 施工安全措施

单线铁路隧道 篇7

随着我国煤炭行业的发展, 中、西部地区相继建成投产了一些大型煤矿, 基本上都位于山区内, 远离铁路, 运输基本以公路运输为主;与铁路运输比较, 公路运输的缺点是:运输成本高, 持续性差, 能耗高, 环境污染大等;近几年, 以运煤为主的地方单线铁路相继开工, 为施工单位提供了广阔的市场前景。但单线铁路与高速公路、客专相比:由于隧道断面小, 洞内运输相互干扰大, 不易形成快速施工, 效益低下。因此, 合理的机械配套, 降低固定费用的投入, 科学的施工组织, 减少各工序的干扰, 加快施工进度, 提高效益, 是单线铁路隧道施工必须研究的课题。

工程概况

宝麟铁路何家湾隧道全长3574m, 为单线铁路隧道, 开挖断面积为49m2~60m2, 其中Ⅴ级围岩74m, Ⅳ级围岩185m, Ⅲ级围岩3315米。隧址断裂、褶皱不发育, 地质构造简单。地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水, 富水性差异较大。

施工组织中需研究解决好的重点问题

(1) 隧道断面小, 对设备选型要求较高, 开挖、出渣、二衬设备的选型既要考虑施工效率, 又要考虑设备之间的配套性, 以及对小断面隧道施工的适应性[1]。

(2) 小断面隧道的仰拱施工段是通过栈桥为掌子面提供通道的, 一般都选在钻眼时开挖仰拱 (钻眼时没有设备出入) ;因此, 合理的掌子面开挖人员、钻机的配备, 使钻眼时间大体与仰拱开挖时间一致, 是施工中要解决好的问题之一[2]。

(3) 二衬施工时, 台车制作的设计方案, 加固方式, 既要考虑台车自身的刚度, 加固结构的强度, 又要考虑台车下面设备的正常通行, 保证仰拱、掌子面的正常施工;因此, 二衬台车的设计、制作、加固方案的选择也是施工中必须解决好的问题[3]。

(4) 按设计断面, 洞内基本上不能错车, 如果都放到洞外错车, 掘进距离超过150m, 势必影响隧道的快速施工;因此, 在洞内合理的设置错车洞, 规划好严格的错车方案, 将行走设备的相互影响降到最低程度, 也是施工中必须解决好的问题。

各工序施工组织及机械配套

打眼

采用常规的多功能台架配合人工钻爆的开挖方法, Y T28风钻为主要开挖施工机具。以隧道Ⅲ级围岩为例, 采用光面爆破, 主要设备选型配备如下:

钻机配备

设计炮眼总数为109个, 现场实测每个眼的钻眼时间约28min, 计划的打眼放炮时间为300min, 扣除60min的装药连线时间, 实际打眼时间为240min, 则钻机的台数为109×28÷240=12.7台, 取13台, 钻机在多功能作业台架上的分布见下图。

空压机选择

宝麟项目为山岭项目, 离城镇较远, 设备维修相对不便, 因此选用使用平稳, 故障率低的Ls20s-200H螺杆空压机为隧道施工供风, 空压机的供风量为26m3/min, YT28风钻的耗风量为3.5m3/min, 因隧道长距离施工, 考虑风损, 空压机的供风率按0.7计算, 则空压机的台数确定为:3.5×13÷26÷0.7=2.5台, 取3台, 现场考虑备用1台, 因此空压机的数量确定为4台。

装运

隧道出渣采用无轨运输, 根据单线隧道的特点, 采用Z50装载机装渣, 红岩14 t自卸汽车运输, PC150挖机配合刨齐头、找顶, 主要设备选型配备如下。

自卸汽车的选型配备

(一) 自卸汽车的选型

经比较, 选择红岩14t自卸汽车 (双桥) 能满足要求, 红岩14t自卸汽车的参数见下表。

(二) 自卸汽车数量的确定

每循环渣量的计算:隧道断面49m2, 每循环进尺3m, 考虑1.5的松散系数, 则每循环的渣量为49×3×1.5=220.5m3。

每循环装渣车数的计算:红岩14T自卸汽车额定装载量为14.9m3, 考虑装满度, 现场按14m3计算, 则每循环装渣车数为220.5÷14=15.75, 取16车。

每车装运时间的计算:正常装1车约8min, 考虑渣的集中度、刨齐头对装载机效率的影响, 装1车平均按12min计算;最大运距按3.5km计算, 车速按15km/h计算, 每车需要的运输时间为:3.5÷15×60×2=28min, 考虑隧道内错车及其它工序的干扰, 按38min/车考虑;则每车的总装运时间为50min。

出渣车数量的确定:计划每循环出渣时间为250min, 则自卸汽车数量为:16×50÷250=3.2台, 取4台。

装载机的选型配备

单线铁路隧道装渣可供选择的装载机一般只有Z40型和Z50型, Z40型装载机灵活, 适应性强, 但效率相对低, Z50型装载机效率相对高, 但灵活性、适应性差。本隧道出渣车采用红岩14T自卸汽车, 车宽较小, 正好弥补了Z50型装载机车宽相对宽的缺点, 正好能相互配套;通过对二衬台车的特殊设计, 对避车洞的扩大, 很好的解决了Z50装载机过台车和错车等问题, 所以选用Z50型装载机作为装渣设备, 本隧道施工配置2台Z50装载机, 1台装渣, 1台备用。

挖机的选型配备

综合考虑对单线铁路隧道施工的适应性和施工效率, 可供选择的挖机类型有:110型、130型、150型、200型和220型, 150以上的挖机效率较高, 但在单线铁路隧道内不能掉头, 适应性差, 150以下 (含150) 的挖机效率相对较低, 但在单线铁路隧道内可以掉头, 灵活性、适应性较强, 隧道施工的挖机主要用在刨弃头、找顶和仰拱开挖, 掉头次数较多, 挖机的选择主要考虑适应性, 兼顾施工效率, 所以, 选用PC150型挖机, 隧道施工只配备1台。

装运作业时隧道内设备的组织

对单线铁路隧道而言, 设备选型配备合理以后, 加大隧道内设备的管理和组织, 合理解决好设备的避让和掉头, 是装运工序快速施工的关键, 要做到:每台设备有固定的停放地点, 有固定的行走路线, 有严格的错车规则, 有严格的作业时间, 具体要做好以下几点。

(一) 隧道内的错车、掉头

单线铁路隧道, 开挖断面内轨顶的宽度只有5.8m左右, 二次衬砌后内轨顶的宽度只有4.7m左右, 在二衬施工完成地段是不能错车的。设计每隔150m有1个大避车洞, 但宽度和深度都不能满足错车或车辆掉头的需要, 本项目在施工时, 将大避车洞加宽4 m, 加深3.5 m, 过避车洞的风管、水管均利用软管代替, 从避车洞的顶部绕过, 合理解决了车辆避让或掉头的问题。按空车避让重车的原则, 空车就近倒入避车洞内让重车。避车洞的设置见下图。

(二) 装运作业时, 运输车辆的组织调度

装运作业时, 派专人指挥, 对运输车辆严格调度。要求空车进洞后在离掌子面最近的避车洞内掉头;1台车装渣时, 另1台车掉好头, 在装载机后面等候, 当装满渣的车辆离开时, 等待的车辆立即倒入掌子面, 保证出渣的连续性, 其他2台车辆在运输途中;严禁运输车辆私自停工, 造成装载机等待出渣车辆的情况, 影响装渣效率。装运作业时, 运输车辆的组织见下图。

仰拱施工组织

掌子面打眼时, 没有工程设备通行, 为不影响掌子面的正常施工, 仰拱开挖选在掌子面打眼时施工。Ⅲ级围岩每次开挖长度10m, Ⅳ、Ⅴ级围岩仰拱开挖长度视地质情况确定, 地质好时开挖长度8m, 地质差时开挖长度不超过5m, 对膨胀土地段, 仰拱开挖时, 在隧道的初支拱架上设置临时支撑, 防止仰拱开挖时隧道初支变形。为不影响掌子面的施工, 仰拱的开挖必须在掌子面打眼的时间段内完成, 如有特殊情况不能完成的, 立即铺设好栈桥, 为掌子面提供通道, 剩余部分在下一循环打眼时继续开挖, 绝对不允许仰拱开挖耽误掌子面施工。

二衬施工组织

二衬台车的加固

台车的自身加固主要采用油压千斤顶配合螺旋千斤顶, 台车的下部每侧设置2台油压千斤顶, 横向每侧设8台油压千斤顶, 另外配置多个螺旋千斤顶, 当油压千斤顶将台车顶升到位后, 安装好全部的螺旋千斤顶, 防止砼浇筑过程中因油压千斤顶外泄而引起台车变形, 台车内部加固系统的强度完全能满足要求。

台车的侧边底部主要靠下部的螺旋千斤顶顶在下部的横梁上加固, 横梁通过行走轮支撑在钢轨上, 钢轨在横向上是可动的, 砼浇筑时, 由于砼的涨力对边板产生的侧压力, 通过螺旋千斤顶传递到钢轨上, 造成钢轨向隧道轴线方向移动, 导致台车变形, 因此, 台车的侧板下部加固是台车的薄弱环节, 需采取进一步的加固措施;经过比选:如果采用在台车下部设置横向支撑或在找平层顶面上设预埋件锚固钢轨, 在二衬浇筑时都会影响施工设备的正常通行, 从而影响掌子面的快速施工, 本项目采取的措施是:在找平层浇筑时, 靠台车侧板底部两侧预留40cm×20cm的沟槽, 利用螺旋千斤顶直接将台车的侧板顶在沟槽砼的内壁上, 很好的解决了台车底部的加固问题, 台车的加固见下图。

二衬施工时洞内设备的组织

二衬施工时, 派专人指挥, 对运输车辆严格调度。要求罐车必须靠一侧停放, 为掌子面施工车辆提供通道, 罐车浇筑完砼后, 到最近的避车洞内掉头, 严禁罐车长时间在隧道内逗留, 影响其它工序的施工。二衬施工时洞内设备的组织见下图。

取得的成果

达到了快速施工的预期目的

在何家湾隧道施工中, 通过合理的设备选型配备, 配套的技术方案及措施, 科学的施工组织及管理, 达到了快速施工的目的, 各级围岩的施工进度比较理想。Ⅲ级围岩单口开挖掘进平均月进尺达到180m, 最高达210m;Ⅳ级围岩围岩单口开挖掘进月进尺达到120m, Ⅴ级围岩单口开挖掘进月进尺达到90m, 二衬施工平均月进尺为180m, 最高达200m。

有效的降低了施工中固定费用的投入

通过合理的资源配置, 达到了快速施工的目的, 从而有效的降低了人员、设备等固定费用的相对成本。就何家湾隧道而言, 单口月投入的固定费用为: (1) 管道、电工等固定人员的工资约65000元/月 (2) 管理人员工资约50000元/月 (3) 设备费用约120000元/月, 以上固定费用的总和约为235000元/月, 如果月完成进尺100米, 则每方的固定费用为235000÷100÷50=47元/方, 如果月完成进尺180米, 则每方的固定费用为235000÷180÷50=26元/方;如果月完成进尺210m, 则每方的固定费用为235000÷210÷50=22元/方。

积累了一定的经验和依据

通过对《单线铁路机械化配套快速施工组织技术研究》, 在单线铁路施工的设备配套, 技术方案及措施, 施工组织管理等方面取得了一定的经验, 可以为今后同类工程的施工提供参考依据。

结语

单线铁路隧道 篇8

关键词：单线铁路,快速掘进,爆破技术,隧道,特点

由于隧道工程是一种地下长细结构,其工程特点决定了长大隧道的建设工期一般会比较长。因为不可能通过一味增加资源而达到缩短工期的目的,所以长大隧道往往成为一条线路或者一个项目的控制工程。它的施工速度经常决定着整个项目的总工期,不仅影响着施工单位的经济效益,甚至可能最终直接影响着业主对项目投资的回报。因此,如何实现长隧道的快速掘进一直成为工程界隧道同行们特别关注的问题之一。

1 钻爆掘进技术方法简述

目前,隧道施工方法主要有钻爆法、机械开挖法(TBM、盾构)、机械结合钻爆开挖法三种。对一般岩石隧道,尽管近年来隧道掘进机发展较快,但掘进机在坚硬和破碎岩石隧道中开挖速度不高、设备投资巨大、动力消耗量大、部件大而沉重及运输组装困难。因此,国内仍然主要采用钻爆法进行隧道开挖施工,尤其是对于3 km～5 km范围内的短隧道施工更是如此,目前采用钻爆法施工工程约占总量的70%。

1.1 隧道爆破技术研究进展

我国采用爆破的方法进行地下工程开挖大体经历了四个阶段:1)20世纪50年代及以前的人工钻孔阶段,主要用钢钎、铁锤和人力斗车进行人工操作;2)60年代～70年代的小型机具施工阶段,以手持风钻、风动装岩机和电瓶机车、斗式矿车进行施工;3)70年代后期开始,逐步完善和改进了隧道爆破技术,试验光面爆破和预裂爆破技术;4)90年代开始,隧道大断面或全断面开挖方法应用广泛,光面爆破技术已趋于成熟并成为工程建设中强制考核项目。尽管经历了这么多阶段,但单线铁路长隧道开挖方法仍以钻爆法为主,目前,我国的隧道爆破技术已经达到世界先进水平。钻爆技术发展主要体现在以下几个方面:1)钻孔机械。我国开始采用钻爆法开采铁路隧道时,刚开始主要是依靠人工钢钎打孔,后引进前苏联OM506型手风钻、手持式风钻、轻型支架式风动凿岩机,由于使用灵活、方便、安全并可满足大多数地质条件下钻孔的需要,至今仍被广泛使用。到20世纪60年代,开始大量引进国外新型施工机械及配套装备,隧道爆破技术才有较大的改进。2)爆破器材。最初使用前苏联进口的泰安等黄色炸药,以后又逐渐推广应用以硝酸铵为主要成分的铵锑炸药,采用导火索及火雷管引爆。近几十年来,我国在隧道爆破炸药方面已经取得了长足的进展,从单一品种的2号岩石铵锑炸药,逐步发展为水胶炸药、乳化炸药等品种。目前乳化炸药的进步已有逐步取代2号岩石铵锑炸药的趋势。爆破器材和爆破方法的进步,促进了隧道大断面或全断面开挖方法的普及应用,使隧道新奥法成为可能。同时,炸药的品种也有一定发展,乳化炸药逐步得到推广应用。20世纪90年代,光面爆破技术已经趋于成熟,并成为了工程建设管理中的强制性考核项目。3)爆破技术。在布孔和掏槽方面,一般沿用矿山巷道掘进的经验采用斜孔掏槽,其形式有角锥中央掏槽、楔形掏槽的斜眼掏槽。

1.2 钻爆法施工作业过程概况

1)钻孔:要先设计炮孔方案,然后按设计的炮孔位置、方向和深度严格钻孔。单线隧道全断面开挖,采用钻孔台车配备中型凿岩机,钻孔深度约为2.5 m～4.0 m。2)装药:在掘进孔、掏槽孔和周边孔内装填炸药。一般装填硝胺炸药,有时也用胶质炸药。装填炸药率约为炮眼长度的60%～80%,周边孔的装药量要少些。为缩短装药时间,可把硝胺炸药制成长的管状药卷,以便填入炮眼;也可利用特制的装药机械把细粒状药粉射入炮孔中。3)爆破:在全断面掘进中,为了减小爆破对围岩的振动和破坏,并保证爆破的效果,多采用分时间阶段爆破的电雷管或毫秒雷管起爆。一般拱部采用光面爆破,边墙采用预裂爆破。近期发展的非电引爆的导爆索应用日益广泛。4)施工通风:排出或稀释爆破后产生的有害气体和由内燃机产生的氮氧化物及一氧化碳,同时排除烟尘,供给新鲜空气,借以保证隧道施工人员的安全和改善工作环境。5)施工支护:隧道开挖必须及时支护,以减少围岩松动,防止塌方。施工支护分为构件支撑和喷锚支护。构件支撑一般有木料、金属、钢木混合构件等,现在使用钢支撑者逐渐增多。6)装碴与运输:在开挖作业中,装碴机可采用多种类型。运输机车有内燃牵引车、电瓶车等;运输车辆有大斗车、槽式列车、梭式矿车及大型自卸汽车等;运输线分有轨和无轨两种。

2 单线隧道爆破掘进技术特点分析和发展方向

1)爆破器材。爆破器材进步缓慢是当前制约隧道爆破技术发展的主要因素之一。例如,现场经常遇到光面爆破所需小药卷炸药供应困难问题,为此把常规炸药改装成直径20 mm,22 mm,25 mm等小直径炸药药卷后可在一定程度上满足施工要求,但是,由于只是简单地把直径变小,所以炸药稳定性和爆破威力难以满足隧道爆破要求。目前隧道光面爆破大多仍沿用导爆索、竹片等间隔装药方式。因此,针对当前隧道和地下工程施工的需求,研究各种适用的爆破器材是必须的。具体地说,具备50 ms～200 ms微差间隔、半秒、秒差等多种雷管应该最起码有20段以上的产品,以保证大断面隧道爆破施工需要。炸药应有普通型、抗水型、瓦斯隧道用等不同品种,并有高威力、中等威力及低爆速光面爆破专用炸药。另外,不同品种的炸药还应有直径10 mm～40 mm,长度20 mm～60 mm等不同规格的成品药卷。2)装药机械化。目前,许多隧道爆破施工仍然采用人工装药的方法进行施工,即便在要求极其严格的高速铁路客运专线的隧道爆破施工中也是如此,这给隧道爆破施工质量和速度带来一定的影响。因此,研究和生产适合我国目前隧道工程的装药机械,全面实现装药机械化是当前的一项十分急迫的任务。3)爆破技术。在隧道爆破施工中,最关键的就是掏槽爆破和周边轮廓线的控制。由于当前大多数隧道施工中的爆破循环进尺为3 m～5 m,采用设计并不复杂的复式楔形掏槽后可获得良好效果,所以,复式楔形掏槽已经成为常用的掏槽方式。

3结语

在隧道施工方面,我国已拥有了世界上所有的先进设备,并掌握了其施工操作方法和技术,隧道修建的长度、速度、质量、科研理论均已接近世界先进水平,不论是采用有轨斜井还是无轨斜井进行隧道施工,其技术都已日臻完善。

由于近年来爆破施工的综合机械化水平快速提高,并能根据爆破技术、工艺、地质地形条件和机械装备综合考虑进行爆破优化设计,使得隧道爆破技术越来越成熟。尽管如此,目前在隧道爆破设计与施工方面仍然存在一系列待解决的问题,主要表现为以下几个方面:1)设计人员凭经验选取爆破参数,有时误差较大;2)难以确定最合理的掏槽类型及参数;3)手工布置炮孔,调整困难;4)手工绘图,不容易修改设计;5)手工计算工作量大、速度慢;6)数据管理困难,不方便查询;7)不能有效借鉴以往爆破效果指导后续设计;8)不能借助爆破效果预测来选择最佳设计方案;9)对爆破效果难以作出合理性定量评价;10)费时费钱费人力。上述问题从表面上看为工程问题,但究其本质,这些问题的出现是由于隧道爆破设计数据管理与操作以及炮孔布置与图形绘制数学模型等一系列科学问题未解决好。

因此,单线长隧道铁路快速掘进方法在我国仍以钻爆法为主,但是为了提高工作效率和掘进速度,可以从以上十点进行进一步的研究和探讨。

参考文献

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[3]赵应华.客运专线长大断面隧道快速施工技术[J].山西建筑,2008,34(10):316-317.

单线铁路隧道 篇9

1.1 依托工程简介

新建巴中至万源高速公路羊子岭隧道位于万源市官渡镇, 左线起讫桩号ZK230+988~ZK231+975, 长987m;右线起讫桩号K230+980~K231+954, 长974m。

襄渝铁路二线羊子岭隧道于2009年9月建成通车, 起讫桩号YD1K440+250~YD1K441+685, 长1435m。

由于本隧道出口接银沟河右线中桥, 为避免与相邻桥台引起施工干扰, 解决施工场地, 于出口线路左侧设置斜井一座, 长度179m, 斜井中线与线路中线平行, 间距25m, 与线路中线交于里程YD1K441+480。竣工后, 斜井与正洞连接段及斜井洞口采用M7.5浆砌片石封堵, 封堵厚度3m。

1.2 空间交叠情况

新建公路隧道与既有铁路隧道交叠关系详见表1和图1。

1.3 交叠段工程地质条件

隧址区属溶蚀侵蚀低、中山地貌。交叠段岩性为三叠系中统雷口坡组盐溶角砾岩:灰黄色~灰色, 色较杂, 矿物成分以方解石为主, 岩屑、泥质等次之, 砾斑镶嵌状结构, 块状构造为主, 砾石成分以灰岩、白云质灰岩、泥灰岩为主, 胶结物以岩屑、泥质等为主, 成分极杂。取芯呈块状~碎石状为主, 少量呈柱状。交叠段公路隧道属Ⅴ级围岩, 铁路隧道属Ⅳ级围岩。

地下水以第四系松散堆积层孔隙水和碳酸盐岩类裂隙溶洞水为主, 隧道正常涌水量为1892m3/d。隧址区地层为含石膏地层, 场地地下水对混凝土及钢筋混凝土中钢筋的腐蚀性等级为中等腐蚀。

不良地质主要为岩溶。岩溶发育主要以垂直发育为主, 岩溶发育强度为弱~中等发育。

1.4 铁路隧道交叠段支护衬砌参数

初期支护:系统锚杆采用Φ22砂浆锚杆, 单根长2.5m, 环距为1m, 排距为1m。喷射混凝土采用100mm厚C20喷射混凝土。铺设Φ8@250×250mm钢筋网。二次衬砌:拱墙采用300mm厚C25素混凝土, 仰拱采用400mm厚C25素混凝土。施工工序采用台阶法。

2 既有铁路隧道无损检测及结果

2.1 衬砌混凝土强度

K441+430~K441+490段:混凝土强度设计值为C25, 回弹法混凝土强度推定参考值为25.2MPa, 大于25MPa, 该龄期构件混凝土强度推定参考值满足设计值;

K441+490~K441+560段:本隧道衬砌混凝土强度设计值为C25, 回弹法混凝土强度推定参考值为26.8MPa, 大于25MPa, 该龄期构件混凝土强度推定参考值满足设计值。

2.2 衬砌混凝土厚度

本次检测对既有羊子岭铁路隧道K441+430~K441+560段拱顶、左拱腰、右拱腰、左拱脚、右拱脚、左边墙以及右边墙共7条测线进行衬砌混凝土厚度的雷达检测。其中, 衬砌厚度不满足设计要求共有3处, 实测衬砌厚度分别为27cm (K441+455~K441+460) 、29cm (K441+460~K441+465) 、29cm (K441+550~K441+555) 。

2.3 衬砌外观及裂缝

本隧道竣工于2009年, 衬砌良好, 无明显渗漏水痕迹。据现场调查, 隧道交叉段主要有两处纵向裂缝, 长度分别为12m (K441+543~K441+555) 和9.6m (K441+520.6~K441+530) 。

2.4 衬砌脱空及不密实状况

根据雷达检测, 既有羊子岭铁路隧道交叉段共发现17处衬砌混凝土脱空、不密实现象。

2.5 既有隧道交叉段状态评定

既有隧道的衬砌安全等级根据《铁路桥隧建筑物修理规则》 (铁运[2010]38号) , 结合现场调查及无损检测评定。检测结果表明, 既有羊子岭铁路隧道交叉段强度无缺陷, 检测厚度与设计厚度之比大于等于0.9;本隧道交叉段衬砌较为完好, 无明显渗漏水痕迹, 无错动、剥蚀。经综合评定, 既有隧道的衬砌安全等级为C级, 即既有隧道交叉段衬砌的劣化对其使用功能和行车安全影响较小。

3 交叠段结构设计

3.1 交叠段公路隧道结构设计参数

公路隧道交叠段采用加强型衬砌, 以减少新建公路隧道对铁路隧道受力的影响。交叠段加强方案详见表2。交叠段衬砌支护参数详见表3。表3中单位除钢筋直径以mm计外, 其余均以cm计。

3.2 交叠段铁路隧道斜井处理方案

考虑到羊子岭铁路隧道斜井功能仅为辅助施工, 且在铁路隧道竣工后在斜井与正洞连接段及斜井洞口采用3m厚M7.5浆砌片石封堵, 铁路隧道斜井与公路隧道交叠段及两侧约5m范围内采用C15混凝土回填。斜井回填应在公路隧道交叠段施工前完成。

4 交叠段公路隧道施工组织设计

4.1 交叠段公路隧道施工工序

公路隧道交叠段即右线K231+125~K231+240和左线ZK231+150~ZK231+245段施工应满足如下要求:

(1) 施工工序采用环形开挖留核心土法。

(2) 开挖方式优先采用机械开挖, 以避免爆破振动对既有隧道的影响;必须进行钻爆施工时, 应采用控制爆破, 通过爆破试验, 选择合理的钻爆参数, 最大限度地降低爆破振动对既有隧道的影响。公路隧道施工对既有铁路隧道的最大临界震动速度不应大于4cm/s。

(3) 公路隧道先行洞通过交叠段并支护后, 后行洞方可进行交叠段开挖。

(4) 上台阶每循环开挖进尺不得大于1榀钢架间距;下台阶每循环进尺不得大于2榀钢架间距。隧道开挖后初期支护应及时施作并封闭成环 (或落底) , 封闭 (或落底) 位置距离掌子面不得大于15m。仰拱距掌子面的距离:不得大于25m。二次衬砌距掌子面的距离根据量测确定, 且不得大于40m。

4.2 交叠段公路隧道爆破减振设计

新建公路隧道在施工影响范围内爆破时, 可采取以下爆破减振措施[1,2,3,4], 最大限度地降低对既有隧道的影响。

(1) 将一次爆破的所有炮孔分成较多段按顺序起爆, 段数越多, 单段爆破最大药量越少, 特别对于掏槽爆破、底板眼爆破和预裂爆破等相关炮眼应尽可能减小单段爆破药量, 这种分段微差爆破将使最大振速明显降低。

(2) 为避免微差爆破延时时间不够或延时误差造成应力波叠加, 使振动加强, 在选择雷管段数时, 应加大相邻段别的段位差。在段别排列方便的情况下, 应尽可能考虑掏槽区跳段排列雷管, 这样既利于相邻两段振动的主振相分离, 避免振动叠加, 又利于为后排爆破创造更充分的临空面, 减轻爆破夹制作用对振动的加强作用。

(3) 除应适当减小炮孔内线装药密度外, 还可采取周边预裂爆破技术阻隔爆破地震波向外传播。

(4) 若采用空孔直眼掏槽爆破方案, 应增加空孔数量或增大空孔直径, 以加大临空面, 减小夹制作用造成的振动加强, 这对降低掏槽爆破的振动强度十分有效。

4.3 交叠段公路隧道超前地质预报

施工期间必须加强超前地质预报工作。交叠段超前地质预报采用地质调查分析、远距离物探、近距离物探及钻孔验证。交叠段超前地质预报除对不良地质进行核实和验证外, 还应重点对铁路隧道位置进行核实和验证。

4.4 交叠段公路隧道监控量测

交叠段公路隧道监控量测必测项目为:

(1) 洞内、外观察;

(2) 周边位移;

(3) 拱顶下沉;

(4) 地表下沉。

施工期间必须加强现场监控量测, 并根据监测信息及时调整处理方案。

4.5 交叠段铁路隧道监控量测

在新建公路隧道施工影响范围内施工时, 需要对既有铁路隧道K441+433.96~K441+558.86段124.9m进行以下监控量测:

(1) 周边位移;

(2) 拱顶下沉;

(3) 已有原始裂纹发展情况;

(4) 隧道衬砌开裂监测;

(5) 爆破时衬砌的振动速度;

(6) 锚段相关设施的检测。

根据监测结果进行动态设计, 以确保既有铁路运营安全。

4.6 交叠段公路隧道施工安全设计

(1) 施工前, 应先由业主、铁路相关管理部门等联合对施工方案进行审定, 审定通过后方可进行施工。

(2) 选择具有相应爆破施工企业资质证书的施工企业, 按规定与铁路局签订安全协议, 并根据铁路局批准的施工方案、安全措施、施工计划进行作业。

(3) 为确保铁路运行安全, 应与铁路部门建立安全联动机制。施工进场后, 施工单位应对新建公路隧道与既有铁路隧道及斜井的相互关系进行复测核实, 如有不一致应立即上报处理。施工中派专职安全员24h巡查防护, 随时做好应急措施, 以确保既有铁路运营安全。

(4) 公路隧道施工前必须进行超前地质预报, 对不良地质和铁路隧道位置进行核实和验证。

(5) 施工至既有隧道附近时, 应严格按照设计要求采用机械开挖或控制爆破, 同时应与铁路部门密切协作, 加强对既有隧道的监控量测 (重点是开挖振动监控与位移监控) , 以便及时了解新建隧道施工对既有隧道的影响。若既有隧道的位移、振动速度超过相关规定, 应立即停止施工并上报监理、业主、设计单位。

(6) 新建隧道交叠段采用环形开挖留核心土法施工, 施工中严格遵守“短进尺, 少扰动, 快封闭, 勤量测”的原则, 严格控制循环进尺和爆破震动速度。

(7) 左、右洞开挖作业不得同时进行, 也不得在铁路隧道有车辆通行的时段进行开挖作业。隧道施工必须在天窗时间爆破, 尽量减少施工对铁路运营造成的影响。施工中应加强铁路隧道内震速监测, 公路隧道施工对既有铁路隧道的最大临界振动速度不应大于4cm/s。

(8) 施工至既有隧道附近时, 应当通过施工控制措施、监控量测等手段严格杜绝新建隧道塌方等事故的发生, 以防影响到既有隧道的安全。

5 结论

结合巴中至万源高速公路羊子岭隧道上跨襄渝铁路二线羊子岭隧道的现状, 介绍了新建公路隧道上跨既有铁路隧道的设计和施工要点, 提出了交叠段隧道的施工组织设计方案。研究表明:

(1) 在地质资料详实准确、既有隧道建设质量可靠、新隧道设计与施工措施得当、超前地质预报和现场监控量测方案合理的前提下, 新建公路隧道跨越既有隧道是可行的。

(2) 交叠段应优先采用机械开挖, 必须进行钻爆施工时, 应控制爆破振动速度, 尽可能降低对既有隧道的影响。

参考文献

[1]刘运通, 高文学, 刘宏刚.现代公路工程爆破[M].北京:人民交通出版社, 2006.

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[4]谢勇涛, 于清浩, 等.新建隧道施工对既有隧道的影响分析及处理措施[J].铁道标准设计, 2011 (5) :87-91.

铁路隧道防灾通风设计研究 篇10

随着我国铁路建设的快速发展, 隧道因其具有缩短线路里程、减少环境破坏等优势得到广泛应用。但隧道火灾时有发生, 严重威胁乘客的生命财产安全, 甚至造成巨大的社会影响和经济损失。由于隧道环境的封闭性, 火灾时排烟与散热条件差, 温度高, 会很快产生高浓度的有毒烟气, 致使人员疏散困难, 救灾难度大, 破坏程度严重。

目前, 铁路隧道发生火灾时, 尽量将列车拖出洞外进行灭火救援。随着铁路隧道长大化的发展, 列车可能在未被拖出隧道前就已失去动力而被迫停车。因此, 在隧道建设逐渐深入的背景下, 保证隧道安全运营已经成为公共关注的焦点, 也成为通风防灾设计的重点。为了规范国内铁路隧道防灾通风设计, 原铁道部于2012年7月27日发布了TB10020—2012/J 1455—2012《铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范》 (简称《规范》) 。

2 隧道防灾通风方案设计

《规范》规定:长度20 km及以上的隧道或隧道群应设置紧急救援站, 紧急救援站间的距离不应大于20 km。紧急救援站应具备将人员快速疏散到安全区域并能自救或通过自救到达洞外的条件。长度10 km及以上的单洞隧道应在洞身段设置不少于1处的紧急出口或避难所。长度5~10 km的单洞隧道, 应在洞身段设置1处紧急出口或避难所。长度3~5 km的单洞隧道, 可结合施工辅助坑道, 在洞身段设置1处紧急出口。根据《规范》要求, 针对不同隧道条件采取合适的防灾通风设计方案。

2.1 设置救援站的隧道防灾通风

长大隧道防灾通风可采用正线隧道纵向通风与救援站横向通风相结合的通风系统形式。在正线隧道内设置双向可逆射流风机, 采取壁龛式布置 (见图1) ;在救援站内设置横向通风风道, 横向风道与通风斜井相连通。

长大隧道内设置救援站, 救援站将隧道分为不同防灾区域, 利用救援站处的斜井和隧道内两端的射流风机为救援站送风或排烟。通风必须维持救援站横通道口处于正压状态, 防止烟气流向通道内。通风系统从安全隧道送风, 新风通过横通道流向事故隧道方向, 抑制烟气进入横通道及未发生事故的隧道, 引导疏散人员迎着新风进入横通道和安全隧道内, 同时保证待避区域人员所需要的新鲜空气。按照事故在隧道内发生的区域不同采用不同的防灾通风方式。

列车行驶在隧道内发生事故需要停靠在救援站救援时, 在救援站范围内的所有联络横通道中设置的可逆射流风机, 从安全隧道内取得新风向事故风道内送风。防灾通风示意见图2、图3。

2.2 设置紧急出口或避难所的隧道防灾通风

对需要设置紧急出口或避难所的隧道, 通常利用施工斜井作为紧急出口或避难所 (见图4 (a) ) ;也有的加宽斜井断面作为临时避难所 (见图4 (b) ) ;或在靠近隧道的斜井内做平行导坑作为紧急避难所 (见图4 (c) ) 。

斜井内设置风机, 发生事故时为紧急出口内加压送新风, 使紧急出口及避难区域保持正压, 抑制烟气进入避难场所, 保证疏散人员安全。

对设置平行导坑作为避难场所的方案, 由于平行导坑进深较大, 气流不流通, 空气品质较差, 不能满足规范要求的避难场所提供给避难人员新风量的要求, 故需要在平行导坑与斜井交叉位置设置送风机, 将斜井内送风机送进来的新风通过“二次接力”的方式送到避难区域。

当隧道内发生火灾且需要利用紧急出口疏散人员时, 开启紧急出口内的加压送风机, 有平行导坑作为避难所时, 开启服务于避难所的送风机。当在加压送风机作用下紧急出口内与隧道内的压差值达到40~50 Pa时, 自动开启防护门处的余压阀泄压, 保证防护门能顺利打开, 便于人员疏散。

3 通风设备布置

隧道内的射流风机多采用壁龛式布置在隧道两边, 数量较多时需分多组间隔一定距离布置, 此种方法布置需要局部加宽隧道断面, 增加隧道投资。斜井内设置加压风机时可采用吊装、直接堆放式或壁龛式放置, 视隧道断面和是否影响通行而定。

3.1 壁龛式布置

壁龛式布置风机设备需要局部加宽隧道断面, 断面加宽量根据布置风机的型号尺寸、出口风速、安装要求等因素确定。壁龛式布置射流风机示意见图5。

就风机支架而言, 目前通常采用钢制结构, 由风机厂家随设备统一配置或设备安装单位单独采购制作。钢支架后期安装时根据风机实际尺寸、安装位置空间大小制作, 方便灵活, 但由于隧道内长期处于潮湿环境, 钢支架易受腐蚀, 影响使用寿命和风机运行安全, 运营维护工作量大;混凝土支架不存在腐蚀现象, 因此建议采用混凝土支架, 但其建造不如钢支架灵活、方便。

混凝土支架建造可分两种情况:一种是建造隧道时一起将风机支架做好, 但由于设备没有招标, 提前做支架存在不确定因素;另一种是先在需要安装风机处预留插筋, 后期安装风机时由安装单位单独施工制作, 但设备安装单位一般不擅长混凝土结构施工, 无法保证施工质量, 且所需建筑材料较少, 施工单位也不愿单独采购。因此, 建议采取包容设计的做法, 在隧道施工时由施工单位一次性做好, 留足设备运输、安装及检修空间。

3.2 吊装布置

斜井平时通行较少, 吊装风机也不存在太多安全隐患, 故目前通常做法是将斜井内的风机采用吊顶安装的方式, 节省隧道专业投资。但由于斜井高度较大 (一般都在5 m以上) , 吊顶安装存在安装、维护、设备检修及更换困难, 虽然节省了初期投资, 但后期运营费用较高。因此, 不建议吊顶安装, 而采取壁龛式安装。吊装布置射流风机示意见图6。

4 防灾救援风速、风量设计

4.1 隧道内火灾临界风速

国内隧道对防灾通风的临界风速要求不小于2 m/s, 国外通常根据Kennedy提出的计算公式计算:

式中:Vc为纵向通风隧道内的临界风速, m/s;g为重力加速度, m/s2;H为火灾区域隧道高度, m;Q为火灾热释放率, k W;ρo为空气密度, kg/m3;cp为空气定压比热, k J/ (kg·K) ;Ar为隧道断面积, m2;Tf为热空气温度, K;T0为环境空气温度, K;K为无量纲参数, 取0.61;Kg为坡度修正系数, i≥0时Kg=1.0, i<0时Kg=1+0.037 4i 0.8。

纵向排烟方式隧道内发生火灾时, 保持临界风速情况下所需的风量为L=Ar·Vc。

4.2 风机壁龛式布置风速分布计算

壁龛式布置的射流风机距离隧道壁侧疏散平台较近, 风机运行时, 吹向疏散平台的风速要在行人能承受的范围内, 确保疏散人员的安全。风机的安装位置需要经过风速核算后确定。由于壁龛式布置的风机距离隧道壁面较近, 不规则的隧道壁必然对风机口喷出的气流运动有所影响, 气流运动特征复杂。风速计算可借鉴圆断面射流运动风速计算公式, 对计算结果进行修正:

式中:v1为计算风速, m/s;a为紊流系数, 无因次;s为风机出口至计算点的距离, m;d0为风机出口直径, m;v0为风机出口平均风速, m/s;K为修正参数, 无因次, 与风机射流空间影响因素有关。

风机壁龛式布置风速分布也可借助数值模拟计算获得, 但由于风机射流受到诸多因素影响, 很难在建立模型时逐一体现, 有些边界条件的设置与实际情况也有较大出入, 因此, 计算结果也只是近似值, 需要根据实际情况, 分析计算结果, 并对结果做适当修正。

4.3 救援站、紧急疏散口及避难所风速、风量设计

(1) 救援站横通道防护门处的风速不应小于2 m/s, 若设待避空间, 则待避空间新风量应满足10 m3/ (人·h) 的要求。

(2) 紧急疏散口内的风机运行时, 其风速分布可采用式 (3) 计算, 或采取模拟计算的方法确定, 以此确定风机的选取及风机的安装位置。

(3) 紧急疏散口与隧道交接处防护门的风速不应小于2 m/s, 若设有避难所, 避难所新风量应满足10 m3/ (人·h) 的要求。

5 通风专业与其他专业接口

隧道通风设计的顺利完成需要和有关专业密切配合, 包括上序专业的资料收集、整理, 并对下序专业提供相关资料和要求。

(1) 与隧道专业接口。采取壁龛式布置的隧道风机, 需要隧道专业根据风机的布置要求加宽隧道断面, 且加宽段的纵向长度应满足通风要求;风机安装处应预留混凝土支架及吊装风机吊钩;风机安装后不能侵入设在隧道壁侧的人行平台;需要吊装的风机需要隧道专业预留安装风机的钢板;通风专业应给隧道专业提设备最大荷载。

(2) 与经调专业接口。需要经调专业提供避难所的待避人数, 按照待避人数计算新风量。

(3) 与动力配电专业接口。通风专业与动力配电专业沟通, 确定风机设置的最佳位置, 在既能满足通风要求的前提下, 又能便于电力供电, 以减少投资。

(4) 与建筑专业接口。根据运营需要就地或在全线运营管理中心设置通风设备管理用房及备品备件库;按通风需要给建筑专业提房屋配置要求。

(5) 与监控专业接口。《规范》要求设置防灾通风的隧道应设计防灾救援设备监控系统, 并具备远程控制功能。防灾通风作为隧道防灾救援的组成部分, 需要和其他专业联动控制, 根据统一防灾要求, 控制通风设备的运行;需要按监控专业的要求提供设计资料。

(6) 与运营管理接口。通风设备安装后不可能一劳永逸, 需要日常维护和维修, 需要给运营管理部门提日常维护管理要求, 并提定员要求。

6 结束语

随着铁路建设规模的日益增加, 铁路隧道防灾救援日益受到重视。铁路隧道防灾救援疏散工程设计遵循“以人为本, 应急有备, 方便自救, 安全疏散”的原则, 作为隧道防灾救援设施的重要组成部分的隧道防灾通风也被越来越多的设计者研究和探讨。

列车在隧道内发生火灾时应尽量将列车驶出隧道;对于长大隧道, 若不能将列车驶出隧道, 则考虑紧急救援站救援;对于设有紧急出口或避难所的隧道, 在列车不能驶出隧道时, 可利用紧急出口实施救援。

隧道内风速、风量设计是防灾通风设计的重要内容, 是否正确计算通风风速和风量直接影响通风效果和疏散安全。防灾通风风速设计可采用公式直接计算, 也可借助数值模拟等手段, 但由于计算模型与实际参数会有差别, 应对模拟计算结果认真分析, 尽可能使结果准确合理。

隧道防灾通风设计需要和其他相关专业密切配合, 无缝对接, 方可顺利完成设计, 才能在紧急事故救援时发挥应有作用。

参考文献

[1]TB 10020—2012/J 1455—2012铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范[S].

[2]TB 10068—2010/J 1123—2010铁路隧道运营通风设计规范[S].

[3]TB 10063—2007/J 774—2008铁路工程设计防火规范[S].

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[5]罗章波.包兰铁路青天寺隧道运营通风及防灾救援设计[J].地下空间与工程学报, 2011 (2) :185-193.

单线铁路隧道 篇11

关键词：铁路隧道；初期支护；防护技术

1.初期支护混凝土破坏机理分析

目前，关于喷射混凝土抗冻耐久性研究成果较少口，而关于混凝土的抗冻耐久性已有很多人研究。因此，在研究喷射混凝土的冻融损伤问题时常常借鉴混凝土的冻融损伤机理。

混凝土的冻融损伤必须具有三个因素：一是环境温度有正负变换；二是混凝土内部含有一定数量的水；三是混凝土内部孔隙结构。混凝土的冻融损伤是这三种因素共同作用的结果。关于混凝土的冻融损伤机理，研究成果概括起来主要有吸附水理论、临界饱和理论、静水压理论、渗透压理论等。虽然各国学者对混凝土的冻融损伤机理进行了很多研究，可是一直到现在，还不是很明确。因此，也有学者提出混凝土的冻融损伤机理是几个机理的共同作用结果。

2.季节性冻土隧道温度场分布规律调查分析

2.1温度场分布规律的影响因素

影响季节性冻土隧道温度场分布规律的因素很多，主要可以概括为6点：（1）洞外气温即隧址区环境温度对洞内温度变化规律的影响。一般洞外气温高，洞内气温则高，反之则低。（2）隧道进出口洞门的高低、日照条件、主导风向的不同都会对洞内气温产生影响。一般高洞口比低洞口气温高，朝阳洞口比朝阴洞口气温高，向风洞口比被风洞口气温低。（3）隧道的长短。（4）隧道内空气流速的影响。（5）设置保温层、防寒门等防寒措施的影响。保温层对围岩和隧道内空气之间的热交换进行限制，阻止寒冷空气的入侵，使保温层内侧温度变化梯度大于外侧，且两侧存在较大温差。防寒门改变了洞内外的气流交换条件，使进洞后的负温段显著缩短。（6）隧道内温度分布还与地温、围岩的岩性、含水量的大小、断面形式、剖面形式、设计和施工方法、支护形式等有关。

2.2季节性冻土隧道温度沿隧道纵向的分布规律

为了观测洞内外气温动态，许多学者对温度沿隧道纵向的分布规律进行了研究，方法通常是在隧道洞内边墙上按一定间隔布设温度元器件，并定时对数据进行观测和分析。初期由于测试的隧道长度短于1km或由于测试时间过短，并没有准确得出温度沿纵向的分布规律，往往得出距离洞口越远，围岩温度越高，隧道洞内气温也相应提高的结论，并没有考虑气温分布在长短隧道、暖季和寒季时的区别。因此此次选取典型隧道对温度场的分布规律进行总结分析。通过对多座寒区隧道的气温变化规律进行调查分析，归纳出季节性冻土隧道的纵向温度一般变化规律。

2.3季节性冻土隧道围岩沿径向和纵向的分布规律

（1）同一断面不同部位围岩温度分布规律

由于不同地质条件和隧道埋深的影响，不同隧道处拱顶、边墙、拱腰的温度分布规律不同。但是对于不同埋深，各部位出现负温的时间有一定规律而言。对于隧道浅埋段，由于围岩既受到外界环境温度的作用，又受到隧道内空气的作用，因此各部位出现负温和正温的时间是同步的。而对于深埋段，外界环境温度对隧道内温度分布规律几乎可以忽略。因此，暖季时，聚集在隧道上方的热空气使拱顶先融化，寒季时地面最后出现冻结现象。

（2）不同断面围岩温度分布规律

二次衬砌内温度值变化较大，围岩内的温度变化相对平缓。围岩温度在径向一定范围内，沿深度的变化基本呈线型变化趋势。在不同季节时，围岩温度沿埋深的变化规律不同，在寒季时，围岩温度逐渐上升，在暖季时则相反。围岩温度的变化随时间呈正弦函数分布，其中年平均温度和温度振幅沿径向随深度的变化可以拟合呈指数函数。围岩温度是和季节同步变化的。围岩和衬砌表面温度沿隧道纵向近似呈抛物线分布。

隧道内各断面的冻结深度可以表示为随纵向长度变化的抛物线，围岩的洞外冻深大于洞内冻深。在进出口洞门附近，围岩的冻结深度变化幅度较大，洞中段则相反。这主要由于洞门段隧道埋深较浅，不仅受到隧道内空气的作用，还受到隧道上边界空气气温的影响。并且季节性隧道的冻结深度均大于衬砌厚度，即对二衬和初衬研究其抗冻措施是必要的。

3.寒区隧道初期支护防护技术总结

3.1采用耐低温喷射混凝土技术

原材料加温：水泥和外加剂不可放在室外，应储存在保温库房内；平时对砂石用棉被进行覆盖，搅拌前利用蒸汽或地炉对砂石进行加热，加热温度控制在16～30℃；施工用水用锅炉加热到50～70℃。原材料的选择：选用抗冻性较好的硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，并且强度高于32.5Mpa。骨料选用级配良好、质地坚硬的砂石，砂采用中砂或粗砂。外加剂：混凝土在低温环境下施工，面临的主要问题就是水的冻结，导致混凝土内部产生裂缝，达不到设计强度，因此在施工时采取的主要措施就是防止混凝土中的水冻结。在实际中采取的主要措施就是在混凝土中添加外加剂，使混凝土中水的冰点降低。外加剂主要有防冻剂、减水剂、早强剂。防冻剂比如大坂山隧道中采用的MNC-C型混凝土防冻剂，该防冻剂有几种组分复合而成，抗冻害能力强，对混凝土的施工性能改善明显。混凝土的运输：混凝土运输车在运输过程中，为了减少热量损失，在运输车上铺设一定厚度保温层并在表面覆盖一层篷布。混凝土的喷射和保养：喷射混凝土的强度等级不小于C25，为了使材料的抗冻耐久性达到要求，必须采用湿喷工艺。混凝土喷射时采取分段喷射、分块喷射的原则。喷射时采取先喷射边墙，喷射完成后再喷射拱脚和拱腰，最后喷射拱顶部位的方法。喷射距离不宜过远或过近，根据湿喷机性能和喷射部位确定合理距离。喷射平整面时，喷嘴与平整面垂直。喷射面不平整时，先找平，以保持喷射混凝土的均匀性。

3.2设置防寒保温门、空气幕

防寒门防冻效果明显，在多座隧道中采用，但是对于车流量比较大的隧道，频繁地开启防寒门必然影响其保温效果，其技术需要继续改进。空气幕保温法原理类似于保温隔热层。空气幕主要是利用空气的低导热性能，阻止外界冷气流进入洞内，减少隧道内温度与外界温度的热交换，使洞内保持较高温度，从而缓解围岩的冻胀作用。空气幕与防寒保温门相比，不影响车辆的运行，管理工作简单，安装维修简单。空气幕技术已经相当成熟，在车站、厂房、宾馆等地方广泛使用，但是在隧道中并没有先例，需要在实践中继续考验其可行性。

3.3围岩注浆堵水

围岩注浆是从洞内向围岩内注入浆液以填充围岩之间的裂隙，封堵水流通道，在初期支护外形成一道防水墙，防止地下水流向隧道的一种防冻措施。围岩注浆可增强围岩的稳定性，防止围岩发生渗漏作用，增大围岩的强度，减小围岩的冻胀性。同时围岩经过注浆相当形成了一道拱圈，承受隧道上部的荷载，防止初期支护因受力过大而发生开裂等现象。注浆材料的选择主要是选择流动性好、可注性强、耐低温、不污染环境、凝结时间容易控制的材料。但注浆堵水的缺点是耐久性效果不是很理想，注浆材料的选择需要做比较深入的研究。

3.4火炉加热、电加热法

在初期支护施工过程中，为了防止混凝土发生冻结，在隧道内容易发生冻害的部位可以安放火炉加热或采取电加热法。火炉和电加热法加热防冻效果明显，使洞内温度保持在冻结温度之上，避免喷锚混凝土在终凝之前或硬化后遭受冻结，同时也保障了隧道内停放机械的正常运行。在铁路隧道施工过程中，采取了局部火炉加热措施，起到了很好的防寒效果。（作者单位：中铁十九局集团有限公司一公司）

参考文献：

重载铁路隧道火灾特点分析 篇12

目前,隧道火灾研究逐渐成为火灾研究领域的热点,研究内容主要包含火灾热释放速率、烟气温度、临界风速等。在隧道内烟气温度的研究中,Kurioka等分别对小尺寸、大尺寸模型在不同纵向通风速率下的隧道火灾近火源区域进行分析,提出了预测隧道火源上方拱顶附近最高温度的理论模型。国内学者王彦富、彭伟等通过试验验证了Kurioka模型的可靠性。然而,针对重载铁路隧道火灾的研究少有涉及,有必要对重载铁路隧道火灾展开研究。

笔者在已有隧道火灾研究的基础上,对高火灾荷载密度分布下重载铁路隧道火灾特点进行分析,探讨重载运输系统的特点对重载铁路隧道火灾发生及蔓延的影响,以期为重载铁路隧道的防火设计提供参考。

1重载铁路隧道火灾特点

1.1 火灾诱发因素多样、危险性大

分析发现,和普通铁路运输相比,重载铁路运输具有运输量大、行车密度高、货源为长途大宗货物等特点。 这些特点为现代货运带来了极大的便利,但同时也增加了重载铁路隧道火灾危险性。表1为重载铁路运输特点及其火灾危险性。

此外,自然灾害(如雷击形成的强电流、地震后轨道破坏导致的列车脱轨等)也可能引发隧道火灾,而周边的森林火灾也可能诱发隧道火灾。分析表明,重载铁路隧道中火荷载分布密度大、出现频率高等特点加大了其火灾危险性,而各种复杂的人为及自然因素则造成了重载铁路隧道火灾诱发因素多样化。

1.2 火灾燃烧多为通风控制燃烧

可燃物的燃烧速率是衡量火灾规模的重要参数,通常与流入的空气质量流量相关,当空气受限、燃料充足时,燃烧为通风控制燃烧。其判别方法有:燃烧当量比法、纤维可燃物判别法、开口因子判别法和热释放速判别法,如表2所示。

重载铁路隧道内燃料充足,燃烧所需要的空气只能通过开口供给,而隧道开口相对较为狭小,通风受到限制,且重载铁路隧道火灾往往着火面积大。因此,运用燃烧当量法及纤维可燃物判别法可判定其多为通风控制燃烧。对于长度约300 m、隧道口高度约9 m、隧道宽度约10 m的重载铁路隧道,其开口因子约为1/20,小于临界值1/15。在可燃物充足的燃烧中,运用开口因子判定法可判定其燃烧方式为通风控制燃烧。以军都山铁路隧道为例,Ⅰ线隧道全长8 460 m,其开口因子更是远小于临界值。另外,隧道火灾燃烧剧烈,可燃物燃烧速度快,热释放速率大,也满足热释放速率判别法中Q>1 500 AH1/2的要求。综合4种判别方式得出重载铁路隧道火灾燃烧方式多为通风控制型。

1.3 火灾燃烧热释放速率大

热释放速率是材料火灾危险性分析中的重要因素,它不仅对火灾发展起决定作用,还影响其他火灾致灾因素。结合重载铁路运输货物类型分析发现,其主要运输的货物为煤炭、原油等高热值可燃物。例如:在通风控制燃烧下,开口因子为10×10-3 m1/2时,煤的燃烧热释放速率可超过200 MW,而普通隧道火灾中热释放速率则多为几十兆瓦。另外,重载铁路隧道中货物大量积聚,火灾往往会以高热释放速率持续燃烧,散发出大量热量。

1.4 火灾后果严重

隧道结构特殊,外围是土壤或岩石,内部空间发生火灾时热烟气不能及时排除,热量大量聚集,内部温度快速上升。而重载铁路隧道火灾具有可燃物多且集中、燃烧热释放速率大等特点。一旦发生火灾,可燃物以高热释放速率持续燃烧,往往导致隧道内温度迅速升高到几百甚至超过1 000 ℃,快速引燃火源附近的可燃物,火灾发生快速蔓延,造成隧道内大面积着火。火灾快速蔓延不但增加了火灾危险性,也加剧了火灾的扑救难度。

隧道衬砌结构的主要组成材料为混凝土。研究发现,温度超过300 ℃后,混凝土结构的稳固性将大大降低,一方面会产生永久变形,另一方面可能破坏结构体系不同构件间的相互作用。长时间高温作用下,隧道衬砌结构很容易发生严重破坏。重载铁路隧道火灾对衬砌结构的损伤面积大,损伤程度不一,增加了灾后隧道损伤修复难度。

2重载铁路隧道火灾需进一步研究的建议

2.1 重载铁路隧道火灾场景设计

通过上述分析可以发现,重载铁路隧道火灾具有易蔓延性,发生火灾时,往往会造成隧道中可燃物大面积着火;与普通隧道火灾中火源集中在隧道局部位置相比,其具有较为显著的差异。这些火灾特点使得重载铁路隧道消防设计与普通铁路隧道的消防设计有一定的差异。然而,国内外针对重载铁路隧道火场景设计灾研究较少,因此有必要对其火灾场景设计进行研究。

2.2 重载铁路隧道火灾下结构损伤研究

隧道火灾中,隧道结构的受火损伤往往会影响到隧道的整体安全性,还可能导致隧道局部坍塌,对人员的生命安全构成威胁,后续的维修也会耗费大量的人力、物力。重载铁路隧道火灾中,隧道中大面积火灾高温易造成衬砌结构的受热损伤,对隧道结构稳定性造成破坏。为减少火灾对隧道结构的损伤,有必要对火灾下重载铁路隧道结构损伤进行研究。

2.3 重载铁路隧道火灾后果预测研究

对隧道火灾后果科学的预测能很好地指导隧道设计工作,对于预防隧道火灾和减少火灾造成的人员伤害、财产损失有较大的帮助。如何针对重载铁路隧道中火灾发生特点及破坏形式,设计一套科学的预测体系,是重载铁路隧道火灾研究需要进一步加强的工作。

3结束语

笔者就重载铁路隧道火灾引发因素、后果及燃烧控制形式进行了定性分析。结果表明,运输量大、车行密度高、车速快、货物易燃等因素造成了重载铁路隧道火灾的高发性;火灾往往会发生快速蔓延,高温易造成隧道衬砌结构破坏;重载铁路隧道火灾多为通风控制燃烧;较普通隧道火灾,重载铁路隧道火灾燃烧热释放速率大。

Heavy-haul railway is the railway that has dense traffic and large volume,which is used for the train of transporting bulk cargo or having great axle load.Compared with ordinary railway,it has the advantages of high efficiency and low cost etc.,and gradually becomes the mainstream in recent years.While it brings a lot of convenience to modern freight transport,however,it takes potential fire risk because these goods transported are mostly combustibles whose distribution is concentrated and whose heat of combustion is high.Especially,once fire happens in the heavy-haul railway tunnel,it will be much more serious.

So far,the tunnel fire research,which contains heat release rate,smoke temperature and critical wind velocity etc.,has been becoming a hot issue in the fire research field.As with the research of smoke temperature in the tunnel,Kurioka and some other experts studied small and large scaled model of the section near tunnel fire in different longitudinal ventilation velocities and put out a theorywhich can predict the maximum temperature of the arch crown above tunnel fire source.Scholars in China,WANG Yan-fu and PENG Wei etc.,have proved the theoretical model reliable by many tests.However,the experiments referring to the heavy-haul railway tunnel fire is so little that it is necessary to be studied systematically.

Based on the existing work of tunnel fire research,the fire features of heavy-haul railway tunnel with high fire load density were analyzed and the effect of heavyhaul railway features on the occurrence and spread of the tunnel fire was also discussed in order to provide some references for the fire protection design.

1 Fire features of heavy haul railway tunnel

1.1 Various inducing factors and high risk

According to analysis,compared to ordinary railways,heavy-haul railway has the characteristics of large volume,dense traffic and special goods that are often bulk cargo and need long distance transport,which bring not only great convenience to freight but also fire hazard to heavy-haul railway tunnel.Table 1shows the features and fire hazard of heavy haul railway.

Besides these,natural disasters(strong electricity formed by lightning and damaged tracks after earthquake etc.)are possible to result in tunnel fire as well,so is forest fire neax the tunnel.The analysis illustrates that its features,high fire load density and high frequency of occurrence,make the fire more dangerous.All kinds of anthropogenic and natural factors lead to various inducements.

1.2 Ventilation-controlled combustion

Burning rate is usually affected by air mass and air flow,and is an important parameter to measure fire scale.When the air flow is limited and fuels are adequate,ventilation controls combustion.There are many methods to judge the combustion mode:combustion equivalent ratio method,fiber combustible method,ventilation factor method and heat release rate method etc.,asshown in Table 2.

The fuels in the heavy-haul railway tunnel are adequate.The air that fire needs only can be supplied by tunnel openings which are always little,so the ventilation is limited.What’s more,heavy-haul railway fire usually has large fire area.As a result,we can take advantages of combustion equivalent ratio method and fiber combustible method to judge that it is mostly ventilation controls combustion.If the tunnel is 300mlong,about 9mhigh and 10m wide,ventilation factor is about 1/20which is less than 1/15.When the fuels are enough,we can use ventilation factor method to determine that its combustion type is ventilation controlling combustion.Taking heavyhaul railway tunnel of Jundushan as an example,line one is 8 460mlong,and its ventilation factor is far less than critical value.Moreover,burning fiercely,high burning speed and big heat release rate satisfy heat release rate method’s demand,Q>1 500AH1/2.In total,we concluded from these 4methods that the burning type of heavyhaul railway tunnel fire is usually ventilation controlling combustion.

1.3 The heat release rate of combustion is large

The heat release rate is an important factor in the a-nalysis of the material fire hazard,it does not only play a decisive role in fire development,but also have an effect on other fire hazard factors.Combining with the analysis of the heavy haul railway transportation,we find that the major cargoes transported is the combustible materials with high calorific value,such as coal and crude oil.For example,under the ventilation controlling combustion,the heat release rate of the coal may be over 200 MWwhen the ventilation factor is 10×10-3 m1/2.However,the heat release rate is tens of megawatts in the ordinary tunnel fire.In addition,the cargoes accumulate in the heavy-haul railway tunnel,so the fire burns with high heat release rate and releases a lot of heat.

1.4 The consequence of the fire is serious

The structure of the tunnel is special,and its periphery is soil or rock.When the internal space breaks out of fire,the heat tends to accumulate in the space and the temperature will go up rapidly.However,the heavy-haul railway tunnel fire has these characteristics,such as,the rich and concentrated combustible and the high heat release rate.In case of fire,the combustible will continue to burn with high heat release rate,this will often raise the temperature in the tunnel to hundreds or even more than 1 000℃and ignite the combustible near the fire source quickly,then fire will spread rapidly,so most of the tunnel will be on fire.The rapid spread of fire not only increases the dangerous of fire,but also intensifies the difficulty of fire fighting.

The main component material of the tunnel lining structure is concrete.The study found that when the temperature exceeds 300℃,the stability of the concrete structure will reduce significantly.On one hand,it will produce a permanent deformation,on the other hand,it may damage the interaction between components of the structure system.Under prolonged high temperature,thetunnel lining structure is prone to serious damage.The heavy-haul railway tunnel fire makes the tunnel lining structure damage in large area and varying degrees,increasing the difficulty of the repairment for the tunnel after fire disaster.

2 Suggestions for further research of heavy-haul railway tunnel fire

2.1 The fire scene design

We can find that the heavy-haul railway tunnel fire tends to spread,so it often causes a large area of fire in the tunnel.Compared with the ordinary tunnel fire whose fire source focuses on a local position,it has a significant difference.These fire features make certain difference between fire protection design of the two.However,there are little researches for the fire scene design of heavy-haul railway tunnel fire,so it is necessary to study.

2.2 The research for structure damage

In the tunnel fire,the fire damage of the tunnel structure tends to affect the security of the whole tunnel,in addition,it may lead to the partial collapse of the tunnel and pose a threat to the life safety of personnel,and the subsequent maintenance will spend a lot of manpower and material resources.In the heavy-haul railway tunnel fire,a large area of high temperature is easy to cause heat damage to the tunnel lining structure and the stability of the tunnel structure.To reduce the fire damage to the tunnel structure,it is necessary to study the damage to the structure in heavy-haul railway tunnel fire.

2.3 The research for consequences forecasting

Forecasting the consequences of a tunnel fire scientifically can guide the design of tunnel,it is greatly helpful to prevent the tunnel fire and reduce the personnel injury even property loss.The further work for heavy railway tunnel fire research is how to design a set of scientific forecasting system in the light of the fire features and failure modes in heavy-haul railway tunnel.

3 Conclusions

The author analyzed the causative factors,consequences and form of combustion control about heavy-haul railway tunnel fire qualitatively.The results indicate that the large traffic volume,the high traveling density,the fast vehicle speed,the flammable cargoes and other factors lead to a high incidence of heavy-haul railway tunnel fire;Fire often spreads quickly and the high temperature causes damage to the tunnel lining structure easily;Mostof heavy-haul railway tunnel fire are ventilation controlling combustion;Compared with ordinary tunnel fire,the heat release rate of heavy-haul railway tunnel fire is higher.According to the characteristics of heavy-haul railway tunnel fire,the author proposed some suggestions about the further research:The fire scene design,the structure damage and the consequences forecasting.

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