地铁盾构隧道穿越瓦斯地层的施工技术.doc

鋈｛翠ｊ墟市辄＇鹰交厦蒜｛港燃麟耄熬鞭蒸辫麟瀑渊蕊辫濮惑添蘸饕繇黼然然饕翔日辏蠛葵 地铁盾构隧道穿越瓦斯地层的施工技术 周少东 夏银飞杜先照陶文涛 （武汉地铁集团有限公司，４３００３０，武汉∥第一作者，教授级高工程师） 摘要介绍了武汉轨道交通２号线一期工程汉口站至范湖站区间盾构隧道成功穿越低瓦斯地层的地质及施工情况。就目前的技术水平和存在的不足，提出了瓦斯地层勘察的基本要求。分析了瓦斯地层修建隧道的风险因素和风险源。针对性地提出了瓦斯地层隧道的电气设备防爆改造、监控监测系统、隧道通风系统、盾构掘进参数、施工工艺、人员培训等方面的技术措施、方案和技术参数。 关键词地铁；盾构隧道；瓦斯地层；施工技术中图分类号Ｕ４５５．４３；ＴＤ ７１２＋．５４ ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｍｅｔｒｏ ＳｈｉｅｌｄＴｕｎｎｅｌ ｔｈｒｏ哩ｈ Ｇａｓ Ｓｔｒａｔｕｍ Ｚｈｏｕ Ｓｈａｏｄｏｎｇ，ＸｉａＹｉＩｌｆｅｉ，Ｉ）ｕＸｉａｎｚｈａｏ，ＴａｏＷｅｎｔａｏ ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｌａｂｏｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎＨａｎｋｏｕＳｔａｔｉｏｎａｎｄＦａｎｈｕ ＳｔａｔｉｏｎｏｆＷｕｈａｎＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＬｉｎｅ ２。ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｌｏｗｇａｓｓｔｒａｔｕｍｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍ．Ｉｔ ｅｘｐｌａｉｎｓ ｔｈｅ ｇａｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｇａｓｓｔｒａｔｕｍ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌｅｖｅｌ ａｎｄｔｈｅ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅ ｒｉｓｋｆａｃｔｏｒｓａｎｄｒｉｓｋ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆｇａｓｔｕｎｎｅｌ， ｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｃｃｅｓｓｏｒｉｅｓｉｎｓｔａｌｌｅｄｉｎｇａｓｔｕｎｎｅｌ，ｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍ，ｔｕｎｎｅｌｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｓｈｉｅｌｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑＵｅｓ，ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍｓａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅｔｏｌｅａｒｎａｎｄｒｅｆｅｒｔｏ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｍｅｔｒｏ；ｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌ；ｇａｓｓｔｒａｔｕｍ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｎ瞒ｔ－ａｕｔｈｏｒ’ｓａｄｄｒｅｓｓ ＷｒｕｈａｎＭｅｔｒｏＧｒｏｕｐ ＣＯ．，Ｌｔｄ．， ４３００３０，Ｗｕｈａｎ。Ｃｈｉｎａ Ｏ前言 地层中若存在瓦斯就会严重威胁地铁隧道的施工和今后的运营安全。当隧道施工接近或开挖存有瓦斯的土层时，瓦斯即以较高扩散速度涌入隧道。 ・６８・ 万 方数据当瓦斯积聚到一定浓度，遇火即会燃烧、爆炸，造成严重后果；若瓦斯浓度积聚过高，可导致人员窒息乃 至死亡。隧道通过瓦斯地层，将对施工造成灾难性 威胁，一旦发生瓦斯爆炸或燃烧，后果难以设想。 通过含煤地层的铁路隧道虽早已有之，但在瓦 斯地层修建的隧道国内外还较为少见。瓦斯在地层 中赋存的条件、形成的方式、储量等均与煤层中的瓦斯有较大的区别。上海、广州以及日本在隧道开挖 中均曾发现存在瓦斯，除上海因改线未发生事故外， 广州和日本均发生了瓦斯爆炸事故。武汉轨道交通２号线一期工程汉口火车站站至范湖站区间隧道全部穿越储气层，通过专项勘察、瓦斯地层隧道电器设 备防爆改造、隧道通风、施工技术调整与控制等技术 手段，盾构成功穿越了瓦斯地层。这被认为是目前国内第一条在瓦斯地层中成功掘进的地铁隧道。本 文以武汉轨道交通２号线一期工程汉口火车站站至范湖站区间地铁隧道成功穿越瓦斯地层为对象，对 工程进行总结，以供后续的类似工程作借鉴。 ｌ工程概况 １．１区间隧道设计概况 武汉轨道交通２号线一期工程是武汉轨道交通 线网中最重要的一条主干线路，线路全长２７．９８５ｋｍ，横穿武昌、汉口，下穿长江。其中汉一范区间里 程为ＤＫ４＋７５１．３１５～ＤＫ５＋７５８．６２７，总长 １００７．３１２ ｍ，ＤＫ５＋２４４．４５处设置联络通道及泵 房。区间最大埋深为１３．３ｍ，最小埋深为９．６ｍ。区间隧道外径为６ｍ，内径为５．４ｍ。该区间采用盾 构法施工。左右线盾构机均从范湖站始发，在汉口火车站站吊出，线间距由１５．０ｍ变化到１３．０ ｍ。区 间右线线路长１ ００４．３１６ ｍ，左线线路长１ ００７．３３９ ｍ。区间线路设计为“Ｖ”型纵断面，最大坡度为１４．Ｏ‰，最小坡度为２‰。盾构机采用土压平衡盾 构机，其顶进系统总推力为３５ ６００ ｋＮ，顶进速度为 Ｏ～６０ｍｍ／ｍｉｎ；每环采用内直径５ ４００ ｍｉｌｌ、厚３００ ｝ 藤蕺燕赣燃惑燃燃≤黼蕊麟惑惑惑港溅溪藤藤喜≥藤耄淤惑溪辩藤蕊燃躺蕊爨李港 ｍｍ、宽１ ５００ ｍｍ的管片６块。 级抗震设防烈度采取相应的构造处理措施，以提高结构的抗震能力。区间隧道局部穿越承压水层。承压水主要位于（４．１）粉细砂、（４－２）细砂层，水位标高约为地面以下１．８－＇－＇２．８ｍ。区间场地地下水对地下混凝土及混凝土的钢筋均无腐蚀性，对地下钢结构具弱腐蚀性。该区间具体地质情况见图１。 １．２工程地质条件 该区间施工穿越的地层主要有（３．３）淤泥质粉 质黏土层；（３．４）淤泥质粉质黏土夹粉土层；（３．５）粉质黏土、粉土、粉砂互层；（４．１）粉细砂层；（４．２）细砂 层。本区间没有不良地质构造。结构按６级抗震设防烈度和６级人防抗力验算，并在结构设计时按７ ３０ ２０ ｌＯ ’赫葫≥１ｇ拦强、、 Ⅱ。∞ 一】胆 “ 。 一～＝萋 ｇ 函 握 。 ｌ ｉ ． 划 ＼ｉ ｌ 的 ｉ 斓冬么 一 词 缝控线 ｌｒｒ一 ｇ ｌ １ ｌ 。其。＜ 一Ｉ ｊ一盟一一ｉ 爱 Ｉ＿ｏｌＩ范湖站 五々０ ｌ－ｌＩ－２ 枭填土素填士黏土黏土 僦 杉夕／ ，・Ｉａ３－１ 么形 一１０ ｝ 荔 ｌ ｉ ２０ ｌ ｉ ￡ － 畸ｉ川， 鬟 ｉ ３－３辩泥质粉质黏土 ３一粉质黏上史精上、耪砂３－５粉质黏土．黠土、糟砂互层 ４－１ －３０ 讣。一理铲７ ｉ 舅 ｉ ｉ 粉细砂细砂糟质弦土中粗砂夹砾卵石中风化移岩 ・强４－２４－２ａ 舞隧髑一＜ ４－３ 蚋 Ｉ ２ｌＪｂ．２ Ｉ 地层分界线（虚线为检舅帮分）水位跬 图１武汉轨道交通２号线汉一范区间地质纵剖面图 ２瓦斯地层隧道施工的风险分析 按照原已探明的工程地质情况，设计采用土压 平衡盾构机掘进隧道。２００８年６月２２日，盾构机组装调试完毕，在凿开隧道洞门时突然因氧割钢筋 ３瓦斯地层隧道盾构施工的技术措施 ３．１探明瓦斯形成、成分及分布 ３．１．１对地质工作的基本要求 隧道施工对瓦斯地质勘察的基本要求是详细 火花点燃不明气体，于是立即停止盾构始发，并进行相应地质勘察工作。经查洞口不明气体为瓦斯。瓦斯成分主要是ＣＩ－Ｉ．、ＣＱ、Ｈ２Ｓ等；注浆孔口３０ ｃｍ 查明瓦斯的成因、成分、类型、分布位置、埋藏深度、储存规律、储量、浓度及压力等。 ３．１．２勘察手段的选择 目前地铁工程勘察多采用铁路行业的工程地质勘察手段，因此难免会产生一定的局限性。对于低浓度、低压力瓦斯地层来说，勘察过程中难以发现瓦斯气体，只能通过专项瓦斯检测仪器，对钻孔进行检测。当发现瓦斯气体时，必须进行专项勘察。由于目前地铁工程没有针对浅层有害气体的现行规范和标准，在气体勘察过程中只能借鉴煤炭及天然气勘察手段进行。 汉一范区间在详细勘察报告的基础上利用岩心钻探和静力触探，辅以地面调查、天然气管道泄漏检测、土体污染调查、沿线检测点检测等手段进行勘察。钻探孔和静力触探孔在作业完成后均保留，作为检测或导气孔使用。其中钻探孔作为有害气体长期监测孔使用。静力触探孔直径３２ｍｍ，中部空心通气，下部为花管，外包滤网，探头为锥型活动探头；探杆上拔时探头摔人松软地层中，有害气体可从探 ・６９・ 范围内瓦斯的体积分数为４％～６％。汉一范区间沿线隧道可能全部都在储气层中穿越。这样，在盾 构掘进过程中，随着盾构刀盘切削掌子面的土体，储 气层中的瓦斯必将溢入隧道，对施工造成危害，对人身和设备安全造成威胁。其具体工程风险如下 １）该区段位于市区，建筑密度大、人口密集、交 通拥挤、施工场地狭小、工程施工的条件差，一旦出 现事故，造成的经济损失和社会影响十分严重，具有 很大的风险性。 ２）瓦斯主要存于地下水和地下水以下的土体，且以团状形式存在。在盾构始发井处采用降水措施，带出的大量瓦斯易造成地面下沉，会对周围的建（构）筑物和地下管线造成破环。 ３）由于该区段盾构机已安装到位，选用的盾构机及盾构机电设备不具备防爆功能，在掘进过程中 瓦斯对盾构机构成极大的威胁。 万方数据 葵姻；馒市轫厘交遣嚣｛溪饕蓑港饕冀羹饕惑惑饕惑｛麟鼗溪蓑蓬葵萋蕊饕鬟惑｛髅ｉ羹然瓣｛霆淡｛潮濮撩誉 杆下部和周围进入探杆喷出。钻探孔孔距设计为 １００ 于地下封闭缺氧的环境中，经演化赋存了大量的类似 ｍ左右，沿隧道管片外边５～１５ｍ布置；出入洞沼气的气体。这种气体在一定的土、水压力下，储存于 地下。人类在工程活动过程中扰动了土层，在机械和 口处加密，区间无淤泥层段可适当放宽。岩心钻探孔深度为６０ｍ（１个），试验测试钻探孔设计深度为 ３０ 土、水的共同作用下，可能会引起含气层中气体的释放，并对地铁盾构施工和今后的运营带来不利影响。 瓦斯气体成分及分布如下（见图２） １）本区间地下瓦斯主要成分为ＣＩ－Ｉ，（甲烷），一 ｍ（１０个）。静力触探ｆＬｆＬ距设计为５０ｍ左右， ｍ（１２ 距线路约１００ｍ布置；静力触探孔深度为２５ 个）。岩心钻探孔钻进时，采用瓦斯检测仪每钻进５ｍ在孑Ｌ口观测一次气体；静力触探孔在探杆上拔时 每２ｍ观测一次。现场测得的数据及时报有关人 般占总体积的５５％－－７０％，是可燃烧的主要气体；其次是ＣＱ气体，占总体积的３０％～４０％，其他几种气体有Ｈ２Ｓ、Ｓ０２、Ｎ０２、Ｃｏ等。通过２３个瓦斯探测孔的连续监测，有６个监测孔的ＣＨ４的体积分 数超过５％，具有发生爆炸事故的条件；１１个孔的 员，做好原始记录，并通过室内试验对土层和气体进 行取样分析。 ３．１．３瓦斯的形成、成分及分布 地铁施工所遇到的地下有害气体亦称为浅层生物气、沼气。其形成必须具备三个必要条件①丰富的有机物；②相对密封的地质环境；③地层具有 一定的储藏空间。 ＣＨ４的体积分数超过１％，超过施工场所ＣＨ４的限值。另外，Ｈ２Ｓ、ＣＯ超出国家规定的危险报警低限 值，也易造成重大伤亡事故。 ２）（３４）层含砂粉质黏土以及（３．５）层砂土互层为地铁施工场地的主要含气、储气层。储气层顶板 埋深约为６．４～１６．１ｍ，底板埋深约为１１．５～２４．０ 经专项勘察，武汉市汉口地区晚更新世末期地壳抬升时，长江河流下切形成古河谷；全新世以来地 壳缓陧下降，长江又经历了初、早、中期古河谷充填， 晚期阶地形成、萎缩和湖沼发育等过程。在这一过 程中，大量的生物、有机质经过近万年的地质历史过 １１１。本区间地铁沿线全部都在储气层中穿越。在盾构掘进过程中，储气层中的瓦斯必将对盾构施工造 成危害。 程，沉淀堆积，随后被水和泥砂覆盖起来并与空气隔绝；在厌氧菌的作用下分解发酵，伴随着一定的温度和压力，使这些生物的残骸变成泥炭，同时产生气态 产物。其形成过程可表示为 ３）本区间的储气层属于低压气层，气层压力偏 低，一般在１００＂－－３００ｋＰａ之间。 ４）本区间可划分为两个瓦斯压力区段，即大于 孑Ｌ隙气压力区段（Ｉ区）和小于孔隙气压力区段（Ⅱ 有机物＋厌氧细菌＿二生堕墨璺垦丑ＣＩ－ｈ＋ａ现＋ Ｈ２０＋Ｈ２Ｓ＋Ｃｏ＋ＮＯＩ等 区）。以范湖站作为起点，０～８０１７１为Ｉ区、８０，－－， ２１０ ｍ为Ⅱ区、２１０一－＇３５０１７１为Ｉ区、３５０～７３０ｍ为 １００ 淤泥质土层及其下含有有机质成分的土层长期处 Ⅱ区、７３０～１ｍ为Ｉ区。 图２武汉轨道交通２号线汉一范区间瓦斯分布情况 ３．２瓦斯地层隧道电器设备的防爆改造３．２．１电器设备的防爆改造方案 ・７０・ 根据ＴＢ１０１２０－－２００２铁路瓦斯隧道技术规范，为防止瓦斯灾害事故，需对盾构机进行防爆改 万方数据 葵｛熊饕熊｛鞭漤溪澈淤蕙蓬辫蓬鋈滚溪淡添燃≤辫添谶㈣溪粼｛涣瀑蕊漶灏 造。但考虑到盾构机已安装调试完毕，重新更换盾构机在工期、投资等方面影响很大，故结合本隧道为 低浓度、低压力瓦斯隧道特点，经充分研究，决定对隧道内电器设备部分进行防爆改造。 １）隧道设备防爆改造。由于所选用的盾构机为非防爆型，故应对盾构机上插座、插头、照明灯、接 线盒等进行改造。 ２）隧道供电系统防爆改造。隧道内供电系统改造包括隧道内的电缆、灯线、配电箱等。 ３．２．２防爆设施的技术要求及相关安全技术措施 １）瓦斯地层隧道内固定敷设的照明、通信、信 号和控制用的电缆应采用防静电阻燃电缆。电缆的敷设应符合下列规定电缆应悬挂，在隧道内悬挂点间的距离不得大于３ｍ；电缆不应与风、水管敷设在 同一侧；若受条件限制，当电缆与风、水管敷设在同一侧时，必须敷设在管子的上方，其间距应大于Ｏ．３ｍ；高、低压电力电缆敷设在同一侧时，其间距应大 于０．１ｍ；高压与高压、低压与低压电缆间的距离不得小于０．５ １１１。 ２）电缆的连接应符合下列要求电缆与电器设备的连接，必须与防爆性能相符合；电缆心线必须使用齿形压线板或线鼻子与电器设备连接；电缆之间若采用接线盒连接时，其接线盒必须是防暴型；高压 低绝缘电缆接线盒内必须灌注绝缘充填物。 ３）电器与保护。瓦斯地层隧道内的低压电器设备，严禁使用油断路器、带油的启动器和一次线圈为低压的油浸变压器。瓦斯地层隧道照明灯具的选用应符合下列规定盾构前端照明灯具及隧道内固定照 明灯具，采用防爆照明灯；移动照明，必须使用矿灯，隧道内高压电网的单相接地电容电流不得大于２０ Ａ。隧道内禁止高压馈电线路单相接地运行，当发生单相接地时，应立即切断电源。低压馈电线路上，必须装设能自动切断漏电线路的检漏装置。瓦斯地层隧道区间内的局部通风机和工作面的电器设备，必须装设风电闭锁装置；当局部风机停止运转时，应立即 自动切断局部通风机供风区段的一切电源。 ４）盾构前端的机电设备应重点检查专用供电线路、专用变压器（为防爆型）、专用开关，以及瓦斯浓度超限与供电的闭锁、局扇与供电的闭锁情况。 供电线路应无明接头，无接头连接不紧密或散接头，有漏电保护装置，有接地装置及避雷装置；电缆悬挂 应整齐，防爆防护装置齐全。其中电器设备要定时检查是否有问题。对于无法避免电火花的地点，配 万 方数据备局部通风机，把瓦斯的体积分数降低到０．５％以 下才可以工作。 ３．３瓦斯监控的监测系统３．３．１瓦斯监控的监测方案 汉一范区间的瓦斯监测采用人工监控和自动监控系统相结合的监控方案。瓦斯地层的隧道内安装一套ＣＳＴ－３０００Ｗ电闭锁监控系统。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。这些传感器是采用非色散红外探测技术研制而成的新一代测量仪表， 可以实现隧道内瓦斯浓度的实时测量，具有就地显 示和超限声光报警等功能；并且能够连续自动地将隧道内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，监测控制系统发出报警 信号和关联设备的控制指令，可紧急关闭螺旋输送机闸门，停止盾构机掘进。 成型隧道内每１００ｍ安装一台红外甲烷传感 器，并布设成自动监测及报警网络，能够连续自动地将隧道内的瓦斯浓度转换成标准电信号输送给控制中心。控制中心设置在范湖站。当任一点红外甲烷传感器测得的瓦斯浓度达到报警值，监测控制系统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。瓦斯监控系统示意图见图３。 人工检测采用便携式瓦斯检测仪和光感式瓦斯检测仪，对作业区瓦斯易聚集处、隅角、回风流中的瓦斯浓度进行检测，以确保施工安全。每工作班安 排瓦斯检测员以３０ｍｉｎ的频率１２ｈ连续平行检 测，检测结果应及时上报并做好存档记录。监测的位置主要包括盾构机主体的入闸、盾尾，桥架、台车 顶部，以及成型隧道顶部（每５０ｍ一次）。 ３．３．２瓦斯监控监测的主要技术参数值 １）当瓦斯的体积分数达到０．５％警戒值时，通知工班，并立即汇报项目部，及时加强通风；瓦斯的 体积分数每上升Ｏ．１％，应向项目部汇报一次，并作好相关记录。 ２）瓦斯的体积分数达到１％警戒值时，应立即通知作业班长，停止施工，除防爆照明和防爆风机开启外，关闭所有电器设备；启动应急照明，撤离作业人员，同时汇报项目部，并作好相关记录。 ３）瓦斯的体积分数达到１．５％警戒值时，除防爆照明和防爆风机开启外，其他所有设备全部关闭，施工人员（包括瓦斯监测人员）全部撤离隧道。 ・７１ ’ 蒸｛Ｑｊ啦市辄道交通嚣｛饕蒜｜粪鼷辫｛辫莲溪｛溅葵麟瀑漆鼷｛搽蕊鬻饕饕鞭；灏鬻饕攥葵谢嚷撩蕊 注绿灯表示安全，黄灯表示警告．红灯表示禁止进入 图３瓦斯监控系统示意图 ３．４建立瓦斯地层隧道的通风系统３．４．１通风方案 通风是瓦斯地层隧道施工的关键。为确保盾构 安全掘进，参考铁路瓦斯地层隧道施工经验及铁路 瓦斯隧道技术规范，汉一范区间盾构隧道工程施工 通风方式选用压人式通风，并作为预防瓦斯浓度超 延◆ｊ ｋＷ防爆射流风机，间距２００ｍ。 图４武汉城市轨道交通２号线汉一范区间隧道通风方案示意图 标的主要措施（见图４）。在台车上及盾构机内部安装局部防爆风扇，防止瓦斯局部积聚。在隧道内安装射流风机引导回风顺利排除洞外。为了能将瓦斯 气体及时排出隧道，保证成型隧道顶部瓦斯的体积 分数低于０．２５％，沿隧道线路顶部设置共５个３０ ３．４．２通风系统的主要技术参数 对瓦斯地层隧道的通风要求较高，因此隧道通风应该作为瓦斯地层隧道施工中的首要风险因素。在施工中按下列要求设置隧道的通风 １）必须采用机械通风，其通风量应能保证最小风速及隧道施工所需最大风量；内回流风速不低于 １ 得停风；若遇特殊情况下停风，必须同时停止洞内工作，并撤出人员。 ４）隧道通风管应具有阻燃和抗静电的性能，风管应平直，接头密封；被损坏的风管应及时拆换、修补；风管口距开挖面的距离保持在３０～５０ｍ之内。 ５）设专门的通风管理机构，负责通风系统各种设备的管理和检修，定期测定洞内风速、风量、气温、气压、瓦斯浓度，确保洞内有效风量。３．５盾构掘进的施工管理措施３．５．１盾构推进及同步注浆参数分析 在掘进中，盾构推进过快，会使区间隧道的瓦斯聚集而来不及排出，对盾构掘进造成安全威胁；推进过慢，会影响工期、造成不必要的人力和物力浪费。 ｍ／ｓ；隧道回风风流中瓦斯的体积分数低于 ０．５％。 ２）设独立的通风系统。主风机须安装在通风 机房或通风洞内，并配备一台同等能力的备用风机。备用风机保持良好的使用状态，在１０ｍｉｎ内能起动 供风。 ３）在施工期间应保持连续通风，无特殊情况不 ・７２・ 万方数据 溱蒸璞熊｛粼溪㈣濮熬燃港溪｝溪㈣藤饕濮溪耄蓬淤藤漱霉｛溅饕绱瀑滚漶渊 因此，如何选择合理的推进速度，关系盾构的施工安全和工期。汉一范区间的盾构成功地穿越了瓦斯地 层。通过对盾构的总推力、刀盘扭矩、掘进速度和出土量进行分析统计（样本容量选取管片每环的平均 值），结果表明总推力为９５０＂－＇－１ ５４０ ｋＮ，平均值为 １２０３．７ｋＮ；刀盘扭矩为９５一－ｑ９０ｋＮ・ｍ，平均值为１１９．８ ｋＮ・ｍ；掘进速度为２０～６０ｍｍ／ｍｉｎ，平均值 为４０．９ｍｍ／ｍｉｎ；每环出土量为３８～５０种，平均值 为４６．３一；每环注浆量为７～１８一，平均值为１０．６一。从目前的汉一范区间盾构成功穿越瓦斯地层来 看，盾构机的总推力、刀盘扭矩、掘进速度、出土量采 用平均值的９５％的置信区间是合适的。 瓦斯地层盾构隧道同步注浆参数的控制与一般 的盾构隧道有别。注浆压力过大，会导致管片变形；注浆压力过小，则难以封闭瓦斯进入隧道。合理选 择注浆压力、注浆充填量、注浆位置，对瓦斯地层的隧道施工尤为重要。本区段盾构掘进同步注浆压力控制在０．２７＂０．３２ＭＰａ，注浆充填量控制在每环 １０＂－－－１２ ｍ３。正常施工阶段，以注浆压力控制注浆 量；对沉降控制要求相当高的地段，采用注浆压力和注浆量双重控制标准。本区段主要位于交通主干道 下，因此必须采用双重标准进行控制。为防止盾尾 被击穿，注浆压力不能大于盾尾封闭所能承受的设计压力，一般不应大于０．４ ＭＰａ。 ３．５．２施工工艺 施工前应仔细核对井位的地质资料以及有害气 体的埋置深度、压力和储量大小。 在盾构推进时应根据实际情况，随时对施工参数作出调整。应重点控制盾构螺旋出土、盾尾密封、 同步注浆及二次注浆质量，防止瓦斯大量泄人隧道， 以降低隧道安全施工风险。３．５．２．１渣土改良 利用自动泡沫添加剂注入系统，根据出渣情况 及时向开挖面注入优质的泡沫和日本ＴＡＣ高分子聚合物添加剂，对渣土进行改良，以提高渣土的和易性和流塑性，降低渣土的透气性，从而改善土仓和螺 旋输送器出土时的密封性。通过控制螺旋输送机出 土速度和开口度，形成土塞，进一步提高螺旋的密封性，减少瓦斯从螺旋泄人隧道。编制防泡沫管管路堵塞的专项方案，以保持掘进过程中泡沫管的连续通畅。采用高浓度膨润土和泡沫混合使用技术，向土仓的上部和刀盘的４个泡沫孔注泡沫，向土仓的下部加注高浓度的膨润土，以增加渣土的和易性。 万 方数据优质泡沫使用量由２５ ｋｇ／ｍ（瓶斯地层）提高 到５０ｋｇ／ｍ；ＴＡＣ只在Ｉ区使用，用量为１０ｋｇ／ｍ。 ３．５．２．２保证盾尾密封可靠 盾构的盾尾密封可有效防止瓦斯从盾尾泄入隧 道。如果发生盾尾密封失效，或管片破损，或止水条 损坏等情况，将会导致瓦斯由盾构尾部泄入。所以盾尾密封是否正常对施工进度和安全都有重大 影响。 １）掘进中的姿态控制。严格控制盾构机在掘 进过程中的姿态，使盾尾间隙保持均匀，避免单侧盾尾间隙过大而导致的盾尾密封失效，从而避免产生漏水、漏砂，以及瓦斯等进入盾壳内部的情况。 ２）加强盾尾油脂注入。盾构始发前严格控制 尾刷内涂抹油脂的量；应使用优质油脂，每道尾刷分三层仔细涂抹饱满。拼装负环时要顺着尾刷方向压 推，即垂直压下，平行尾刷往后推，以防破坏尾刷的铁板和毛刷。在推负环时，要压注盾尾油脂保持尾刷腔饱满，防止尾刷磨损。管片选型和拼装时，应科学控制盾尾间隙，防止盾尾间隙不均匀造成局部盾 尾间隙过大而产生浆液和有害气体从间隙内漏进盾 尾的情况。盾构掘进过程中，必须切实保证盾尾内 充满优质油脂并保持较高的压力，以防瓦斯通过盾 尾进入隧道。在盾构掘进时，盾尾油脂压注量由一 ｋｇ／环提高到５０ｋｇ／环。 盾尾和管片接缝是瓦斯泄人的主要通道之一。 成地层中的瓦斯从破损处泄人隧道。应配备熟练的管片拼装手，严格控制管片拼装错缝、错台，避免管片碎裂现象的发生，确保管片拼装质量，从而可有效 地防止瓦斯从盾尾和管片接缝处泄人隧道。 根据正常的施工组织，每环是一次性出土。但 由于渣土中含有瓦斯，为了缩短瓦斯气体在隧道内停留的时间，同时减少瓦斯在单位时间内的泄放量，减轻通风压力，提高隧道施工安全，把每环出土分两 次进行（即每掘进７５ｃｍ出土一次）。在瓦斯浓度高 的地段，对渣车及时用塑料布覆盖，以减少瓦斯气体为了安全、优质、高效地完成瓦斯地层的隧道施工任务，采用理论学习与实践相结合，组织全体施工 ・７３・ 般隧道掘进使用量的２５３．５．２．３加强管片拼装质量 对此，除了采取封堵措施，还要提高管片拼装质量。 应做好管片选型，避免盾尾将管片和止水条损坏，造３．５．２．４隧道内的土方运输 从渣土中溢出。 ３．５．３工程施工人员的培训 鋈≤牮；地市飘值交通冀｜｛濮燃麟㈣蓑藤澈瓣｜淤饕粼娥麟ｌ㈣愁麟然潮蠖粼 人员进行瓦斯地层隧道施工知识的培训。以全面提升现场施工人员的安全意识、自我保护能力和施工技术水平；结合本项目的实际和现实需要，按照国家 有关法律、法规中对瓦斯地层隧道施工的各项规定， 但作为国内第一条在瓦斯地层成功掘进的盾构隧道，各施工技术参数还需作进一步研究，以便今后更安全、经济地施工。 ４）对于今后运营阶段，还须进行瓦斯气体的 监测。 综合运用讲授、提问、现场演示、案例分析等多形式、多层次的教学方式，全面地进行瓦斯地层隧道施工 的培训。 参考文献 ［１］胡国良，胡爱闽，龚国芳，等．土压平衡盾构地层适应性设计理 论和方法研究［Ｊ］．中国机械工程，２００８。１９（１６）１９１６． ４结语 １）对地铁工程而言，目前的勘察技术水平存在一定的局限性，难以在勘察过程中发现低浓度、低压力的瓦斯，只能通过专项的瓦斯勘察才能探明瓦斯的成分和分布。要在勘察中探明瓦斯的浓度，需进一步提高勘察水平。 ２）由于瓦斯气体易进入隧道，同时瓦斯气体有一定的腐蚀性，需对隧道的支护结构和管片的防渗、防水进行研究。 ３）汉一范区间盾构隧道虽成功穿越瓦斯地层， （上接第５８页） Ｅ２］李向红，傅德明．土压平衡模型盾构掘进试验研究［Ｊ］．岩土工 程学报，２００６，２８（９）１１０１． ［３］刘瑞庆．不同地质情况下掘进参数的选择标准及经验Ｄ］．建筑 机械，２０００，２８（７）４０． ［４］周东，李明文．盾构隧道施工中同步注浆新材料的实验研究 ［Ｊ］．地下工程与隧道２００２，２２（Ｉ）１０． ［５］苏小江，李笑．复杂地质中盾构掘进控制技术探讨［Ｊ］．现代隧 道技术，２００８，４５（４）３９． ［６］杜建华，沈红云．广州地铁复杂地质条件下的土压平衡盾构掘 进技术研究［Ｊ］．隧道建设，２００６，２８（４）６８． （收稿日期２００９０４２８） ＡＳＶＧ的优点是响应速度很快、谐波电流小，但大容量ＡＳＶＧ往往价格昂贵，若经常出现故障则其维护费用巨大。笔者建议，使用６Ｍ容量的１２脉波 由于１２脉波的ＴＣＲ产生的谐波也是１１、１３次， 与系统变频器产生的谐波相同，故不必增设滤波器；且原来的滤波器容量很大，完全可以吸收ＴＣＲ自身产生的谐波。或者也可将ＴＳＣ的电容串人小的调谐电抗，使其具有滤波作用。ＴＣＲ＋聚℃的技术成熟， 且价格比ＡｓＶＧ低，响应速度也可以满足要求。 １℃Ｒ（晶闸管控制电抗器）＋ＢＣ（晶闸管投切电容 器），组成混合型静止补偿器来代替ＡＳＶＧ。Ｔ℃Ｒ通过降压变压器连接到系统母线上。降压变压器二次侧设有两个绕组，一个为Ｙ绕组，另一个为△联结，就形成了３０。的相角差，分别连接个６脉波ＴｃＲ，即可构成１２脉波Ⅱ、Ｒ（如图４所示）。其一次侧线电流将只含有１２Ｋ１次谐波（Ｋ为正整数）。 ４结语 本文对高速磁浮线的供电补偿系统作了介绍，并基于实际运行中出现的问题，提出了两点改进建议。５、７次滤波器的设置是对电网中５、７次谐波电 压的预防，针对电网质量状况，在理论上是有一定用处的，但也给ＡＳＶＧ造成了不必要的沉重负担。随着现在电网质量的改善，可以取消５、７次滤波器。 入 ｔ １１，１３，２３，２５， 同时ＡＳＶＧ本身是可以用成本相对低廉的ＴＣＲ＋ＴＳＣ代替。本文所提出建议，可供以后磁浮线的供电系统设计作参考。 参考文献 ［１］王兆安，杨君，刘进军，等．谐波抑制与无功功率补偿［Ｍ］．北 京机械工业出版社，２００６． （收稿日期２００８０７１０） 图４ １２脉波ＴＣＲ接线示意图 ・７４・ 万方数据 地铁盾构隧道穿越瓦斯地层的施工技术 作者 作者单位 刊名 英文刊名 年，卷期 被引用次数周少东， 夏银飞， 杜先照， 陶文涛， Zhou Shaodong， Xia Yinfei， Du Xianzhao，Tao Wentao武汉地铁集团有限公司,430030,武汉城市轨道交通研究URBAN MASS TRANSIT2009,1282次 参考文献6条 1.胡国良;胡爱闽;龚国芳 土压平衡盾构地层适应性设计理论和方法研究[期刊论文]-中国机械工程 200816 2.李向红;傅德明 土压平衡模型盾构掘进试验研究[期刊论文]-岩土工程学报 200609 3.刘瑞庆 不同地质情况下掘进参数的选择标准及经验[期刊论文]-建筑机械 200007 4.周东;李明文 盾构隧道施工中同步注浆新材料的实验研究[期刊论文]-地下工程与隧道 200201 5.苏小江;李笑 复杂地质中盾构掘进控制技术探讨[期刊论文]-现代隧道技术 200804 6.杜建华;沈红云 广州地铁复杂地质条件下的土压平衡盾构掘进技术研究[期刊论文]-隧道建设 200604 本文读者也读过10条 1. 张哲 地铁工程中防水施工技术探讨[期刊论文]-科技资讯20093 2. 周小军.ZHOU Xiao-jun 瓦斯隧道施工安全措施探讨[期刊论文]-山西建筑2010,3619 3. 段永刚.汪志农.尚虎君.王玉强.DUAN Yong-gang.WANG Zhi-nong.SHANG Hu-jun.WANG Yu-qiang 3S及其集成技术在灌区信息管理中的应用[期刊论文]-节水灌溉20078 4. 王凌.解维益 盾构推力对地表变形的影响分析[会议论文]-2010 5. 孙鹤.Sun He 双向水泥土搅拌桩在软土地基加固中的应用[期刊论文]-现代交通技术2010,71 6. 钟小春.左佳.刘泉维.韩月旺 地层中粉细砂在盾构壁后注浆中的再利用研究[会议论文]-2008 7. 王铁 城市轨道交通上、下行线盾构超越施工技术[会议论文]-2010 8. 顾先明.Gu Xianming 既有地铁整体道床线路接轨道岔施工技术[期刊论文]-城市轨道交通研究2009,1212 9. 潘鑫.陶云海.刘洋.Pan Xin.Tao Yunhan.Liu Yang 深基坑多元一体化围护体系的施工实践[期刊论文]-建筑施工2008,308 10. 韩伟奇.Han Weiqi 潮汐河深水承台施工技术[期刊论文]-铁道标准设计20104 引证文献3条 1.林文书.林建平.刘文斌 盾构瓦斯隧道掘进技术[期刊论文]-隧道建设 20106 2.林文书.林建平.刘文斌 盾构瓦斯隧道掘进技术[期刊论文]-隧道建设 20106 3.沈林冲 杭州地铁1号线下穿钱塘江工程的若干技术问题[期刊论文]-城市轨道交通研究 20119 本文链接http//