第一篇：公路隧道工程的地質勘探技術研究論文

引言

公路工程的建設需要跨越自然地質條件不同的區域，若公路經過山區或者河流區域時，需要開挖山嶺隧道或河底隧道。隧道的開挖技術與該地區的地質環境具有密切聯系，為保障隧道工程的安全性，應對需要開挖隧道的地區進行科學的地質勘探，為公路工程的規劃、設計及施工提供必要的依據和指導。

一、公路工程隧道地質勘探

(一)隧道工程地質勘探必要性

地質勘探是通過鉆探、電探、震探等一系列方法對構成地質條件的各個要素進行測試的一種技術，為煤田開采、石油開采、地下工程的建設等各項工作提供必要的技術參數。隧道是在天然地層中修建的建筑物，隧道工程建設的各個環節，如位置選擇、工程設計、施工技術等均與地質條件有緊密關系。以山嶺隧道為例，修建山嶺隧道時應對巖層地質構造、產狀、裂隙發育、風化程度、地層含水量、地層溫度、有害氣體等各個要素進行地質勘測，以決定隧道的深度、施工工藝及施工技術。對重點隧道工程，除常規的地質勘測外，還應進行區域性的工程地質調查、測繪及試驗;若地下水對隧道具有重大影響時，還應進行地下水動態觀測，計算隧道涌水量。隧道工程地質勘探工作主要關注的內容為隧道圍巖的穩定性、地下水對隧道的影響、地層溫度的影響、有害氣體的組份、隧道位置及洞口位置的確定等。

(二)隧道工程地質勘探的主要內容

1．可行性研究階段的勘探

隧道工程的可行性勘探主要目的是了解項目所在地的地質特征、各工程方案的地質條件及其控制工程方案需要的主要地質參數，為工程的路線設計、橋位設計、方案的選擇、編制可行性研究報告提供準確的數據支持。這一階段的探測工作主要是踏勘，對多個可能方案沿路線進行實地調差，對重要工點進行必要的勘探，大致探明地質情況即可。一般需要進行勘探的工點有大橋、隧道、不良地段等。

2．初步勘探階段

初勘階段一般以物探為主，物探的測區一般在測繪范圍以內，當對物探解釋有重要的對比價值或參考價值時，可進行勘測追蹤，擴大測繪范圍。在測量范圍內，應按照物探方法，結合地形條件，對測線的方向、間距、測點的疏密、激發點與接收點的距離及布置形式進行設定。物探方法較多，對隧道工程進行物探時，可根據隧道深埋和下伏巖體特性，選擇合適的物探方法。電火花法、聲脈沖轟震器、旁側掃描聲納可用于水下隧道地質勘探;高分辨率反射法可用于深埋隧道的勘探;磁力、重力測量法則適用于礦體、煤層、采空區、溶洞、斷裂等特殊構造的勘探。分離式隧道一般沿隧道軸線縱向布置2－3條物探測線，兩洞口橫向測線可布置2條，根據隧道長度、地質條件確定測線長度和測點間距;整體式隧道可適當增加縱向和橫向測線。地質體或構造類型不同時，應設計2－3條物探測線穿過，每條測線的測點應在3各以上，若地質條件復雜時，可酌情增加測點數目。

3．詳細勘探階段

詳細勘探主要是進一步探測初步勘探階段未查明的地質問題，為后續工程的設計及施工提供必要的補充和校核，這一階段探測技術仍以物探為主，具體選擇方法可根據隧道所在地區的地形、地質條件決定。對山區巖質隧道進行探測時，應先進行地震勘探。進行地震勘探時，可沿隧道軸線布置一條以上的地震測線，以10－20m為間距設置測試點;若在測試過程中發現地質構造，可將測試點數據布置密度增加;兩洞口布置橫測線，測點距離設置為5m;若在洞口或洞身發現溶洞或其他構造破碎帶，可根據具體情況適當增加橫測線或測試點。公路為上下行時，對于地質條件簡單、巖性單一、無地質構造的短小隧道可作為一條隧道，組織勘探工作外，其余均應作為兩條隧道進行單獨勘探。勘探方法如下:用聲波法對巖體的彈性縱波波速和橫向波速進行同時測定，用于計算巖體的彈性特征值;測試巖石試件的彈性波速，以計算巖體的完整性，從而判定圍巖的破碎程度;在進行地震勘探時，若發現明顯的地質構造或溶洞時，可利用其他方法進行再次勘探，以供驗證;采用電探時，可沿隧道軸線設三條測試線，其中兩側的測試線與主測線的間隔距離為20m，測點間距為20m;洞口設置橫測線，間距為10－30m;對水下地質進行物探時，應根據水域的水底地形、水體流蘇、水體深度等情況決定物探方法的選取，一般可采用多種方法進行綜合探測，勘探主線至少為2條，橫測線可根據水流方向布設，至少為3天，測點間距應小于陸上物探測點間距。

二、隧道工程地質勘探測試項目

隧道工程地質勘探測試項目主要包括地應力、巖土力學、水文地質、水質分析以及其他綜合測試。地應力測試方法多采用水力壓裂法，其他方法可作為輔助方法。巖體內部應力狀態存在一定的差異性，可利用應力試驗，并結合巖體組份的分析及構造分析，對巖體的主應力方向進行確定，巖土的力學試驗常用測定標準為《公路工程地質勘察規范》;隧道工程在建設過程中，需要大量的鉆探操作，地質勘探孔的設定應考慮水文地質試驗孔的設定情況，地質勘探孔終孔可作為后期的水文地質試驗的觀測孔，若發現鉆探孔終孔含有大量地下水，應考慮進行專業的水文地質勘探，以獲得水文地質參數。對隧道內的主要含水層取樣進行水質分析，看是否滿足生活、工程、消防用水的要求，一般測試樣品為1－3組。綜合測井是配合鉆孔，利用聲波測井和放射測井的方法，從多個方面獲得隧道圍巖工程所需的地質、水文等各項參數。

三、總結語

公路隧道工程的施工需要科學的地質勘探，這是為后期工程的設計、施工、運行提供的基礎保障。在實際的勘探過程中，應根據具體的地質情況進行勘探方法的選擇及變通，確保勘探數據的準確性及有效性。

第二篇：工程地質勘探

工程地質勘察

百科名片

工程地質勘察是為查明影響工程建筑物的地質因素而進行的地質調查研究工作。所需勘察的地質因素包括地質結構或地質構造：地貌、水文地質條件、土和巖石的物理力學性質，自然（物理）地質現象和天然建筑材料等。這些通常稱為工程地質條件。查明工程地質條件后，需根據設計建筑物的結構和運行特點，預測工程建筑物與地質環境相互作用（即工程地質作用）的方式、特點和規模，并作出正確的評價，為確定保證建筑物穩定與正常使用的防護措施提供依據。

簡介

勘察內容

勘察工作量

勘察階段

工程地質勘察方法或手段 工程地質測繪

工程地質勘探

實驗室試驗及現場原位測試

長期觀測

展開 編輯本段簡介

工程地質勘察 engineering geological investigation研究、評價建設場地的工程地質條件所進行的地質測繪、勘探、室內實驗、原位測試等工作的統稱。為工程建設的規劃、設計、施工提供必要的依據及參數。工程地質條件通常是指建設場地的地形、地貌、地質構造、地層巖性、不良地質現象以及水文地質條件等。工程地質勘察是為查明影響工程建筑物的地質因素而進行的地質調查研究工作。所需勘察的地質因素包括地質結構或地質構造：地貌、水文地質條件、土和巖石的物理力學性質，自然（物理）地質現象和天然建筑材料等。這些通常稱為工程地質條件。查明工程地質條件后，需根據設計建筑物的結構和運行特點，預測工程建筑物與地質環境相互作用（即工程地質作用）的方式、特點和規模，并作出正確的評價，為確定保證建筑物穩定與正常使用的防護措施提供依據。

編輯本段勘察內容

主要有以下五項：①搜集研究區域地質、地形地貌、遙感照片、水文、氣象、水文地質、地震等已有資料，以及工程經驗和已有的勘察報告等;②工程地質調查與測繪；③工程地質勘探見工程地質測繪和勘探；④巖土測試和觀測見土工試驗和現場原型觀測、巖體力學試驗和測試；⑤資料整理和編寫工程地質勘察報告。工程地質勘察通常按工程設計階段分步進行。不同類別的工程，有不同的階段劃分。對于工程地質條件簡單和有一定工程資料的中小型工程，勘察階段也可適當合并。

編輯本段勘察工作量

主要根據工程類別與規模、勘察階段、場地工程地質的復雜程度和研究狀況、工程經驗、建筑物等級及其結構特點、地基基礎設計與施工的特殊要求等六個方面而定。

編輯本段勘察階段

按工程建設的階段，工程地質勘察一般分為規劃選點至選址的工程地質勘察、初步設計工程地質勘察和施工圖設計工程地質勘察。

編輯本段工程地質勘察方法或手段

工程地質勘察方法或手段，包括工程地質測繪、工程地質勘探、實驗室或現場試驗、長期觀測（或監測）等。

工程地質測繪

在一定范圍內調查研究與工程建設活動有關的各種工程地質條件，測制成一定比例尺的工程地質圖，分析可能產生的工程地質作用及其對設計建筑物的影響，并為勘探、試驗、觀測等工作的布置提供依據。它是工程地質勘察的一項基礎性工作。測繪范圍和比例尺的選擇，既取決于建筑區地質條件的復雜程度和已有研究程度，也取決于建筑物的類型、規模和設計階段。規劃選點階段，區域性工程地質測繪用小比例尺（1:10萬，1:5萬）；設計階段,水庫區測繪大多用中比例尺（1:2.5萬，1:1萬）,壩址、廠址則用大比例尺(1:5000，1:2000,1:1000,1:500)。工程地質測繪所需調研的內容有地層巖性、地質構造、地貌及第四紀地質、水文地質條件、天然建筑材料、自然（物理）地質現象及工程地質現象。對所有地質條件的研究，都必須以論證或預測工程活動與地質條件的相互作用或相互制約為目的，緊密結合該項工程活動的特點。當露頭不好或這些條件在深部分布不明時，需配合以試坑、探槽、鉆孔、平洞、豎井等勘探工作進行必要的揭露。工程地質測繪通常是以一定比例尺的地形圖為底圖，以儀器測量方法來測制。采用衛星像片、航空像片和陸地攝影像片，通過室內判讀調繪成草圖，到現場有目的地復查，與進一步的照片判讀反復驗證，可以測制出更精確的工程地質圖。并可提高測繪的精度和效率，減少地面調查的工作量。

工程地質勘探

包括工程地球物理勘探、鉆探和坑探工程等內容。①工程地球物理勘探。簡稱工程物探，其目的是利用專門儀器，測定各類巖、土體或地質體的密度、導電性、彈性、磁性、放射性等物理性質的差別，通過分析解釋判斷地面下的工程地質條件。它是在測繪工作的基礎上探測地下工程地質條件的一種間接勘探方法。按工作條件分為地面物探和井下物探（測井）；按被探測的物理性質可分為電法、地震、聲波、重力、磁法、放射性等方法。工程地質勘察中最常用的地面物探為電法中的視電阻率法，地震勘探中的淺層折射法，聲波勘探等；測井則多采用綜合測井。物探的優點在于能經濟而迅速地探測較大范圍，且通過不同方向的多個剖面獲得的資料是三維的。以這些資料為基礎，在控制點和異常點上布置勘探、試驗工作，既可減少盲目性，又可提高精度。測井則可增補鉆探工作所得資料并提高其質量。開展多種方法綜合物探，根據綜合成果進行對比分析，可以顯著提高地質解釋的質量，擴大物探解決問題的范圍，縮短工程地質勘探周期并降低其成本。由于物探需要間接解釋，所以只有地質體之間的物理狀態（如破碎程度、含水率、喀斯特化程度）或某種物理性質有顯著差異，才能取得良好效果。②鉆探和坑探。采用鉆探機械鉆進或礦山掘進法，直接揭露建筑物布置范圍和影響深度內的工程地質條件，為工程設計提供準確的工程地質剖面的勘察方法。其任務是：查明建筑物影響范圍內的地質構造，了解巖層的完整性或破壞情況，為建筑物探尋良好的持力層（承受建筑物附加荷載的主要部分的巖土層）和查明對建筑物穩定性有不利影響的巖體結構或結構面（如軟弱夾層、斷層與裂隙）;揭露地下水并觀測其動態;采取試驗用的巖土試樣；為現場測試或長期觀測提供鉆孔或坑道。鉆探比坑探工效高，受地面水、地下水及探測深度的影響較小，故廣為采用。但不易取得軟弱夾層巖心和河床卵礫石層樣品，鉆孔也不能用來進行大型現場試驗。因此,有時需采用大孔徑鉆探技術,或在鉆孔中運用鉆孔攝影，孔內電視或采用綜合物探測井以彌補其不足。但在關鍵部位還需采用便于直接觀察和測試目的層的平洞、斜井、豎井等坑探工程。鉆探和坑探的工作成本高，故應在工程地質測繪和物探工作的基礎上，根據不同工程地質勘探階段需要查明的問題，合理設計洞、坑、孔的數量、位置、深度、方向和結構，以盡可能少的工作量取得盡可能多的地質資料，并保證必要的精度。

實驗室試驗及現場原位測試

獲得工程地質設計和施工參數，定量評價工程地質條件和工程地質問題的手段，是工程地質勘察的組成部分。室內試驗包括：巖、土體樣品的物理性質、水理性質和力學性質參數的測定。現場原位測試包括：觸探試驗、承壓板載荷試驗、原位直剪試驗以及地應力量測等

（見巖土試驗、工程地質力學模擬）。設計建筑物規模較小，或大型建筑物的早期設計階段，且易于取得巖、土體試樣的情況下，往往采用實驗室試驗。但室內試驗試樣小，缺乏代表性，且難以保持天然結構。所以，為重要建筑物的初步設計至施工圖設計提供上述各種參數，必須在現場對有代表性的天然結構的大型試樣或對含水層進行測試。要獲取液態軟粘土、疏松含水細砂、強裂隙化巖體之類的、不能得到原狀結構試樣的巖土體的物理力學參數，必須進行現場原位測試。

長期觀測

用專門的觀測儀器對建筑區工程地質條件各要素或對工程建筑活動有重要影響的自然(物理)地質作用和某些重要的工程地質作用隨時間的發展變化，進行長時期的重復測量的工作。觀測的主要內容有：巖、土體位移范圍、速度、方向；巖、土體內地下水位變化；巖體內破壞面上的壓力；爆破引起的質點速度；峰值質點加速度；人工加固系統的載荷變化等。此項工作主要是在論證建筑物的施工設計的詳細勘察階段進行，工程地質作用的觀測則往往在施工和建筑物使用期間進行。長期觀測取得的資料經整理分析，可直接用于工程地質評價，檢驗工程地質預測的準確性，對不良地質作用及時采取防治措施，確保工程安全。

第三篇：鐵路隧道施工風險管理技術研究論文

摘要：開展鐵路隧道風險管理技術及應用研究，有利于施工時進行科學的決策、規范化的管理，最大限度地降低施工風險帶來的嚴重后果。文章以烏巖山鐵路隧道施工為例，借鑒國內外先進的風險管理經驗，分別從風險識別、風險評估、機制建立、控制措施等方面對鐵路隧道施工風險管理進行了研究。

關鍵詞：鐵路工程；隧道施工；風險評估；風險控制；施工風險管理技術

自國家進入新世紀以來，在各領域中的技術水平正在不斷提升，而細化到鐵路隧道施工領域中也呈現出施工技術的不斷優化和施工難度不斷提高的態勢。針對這一局面，在當今的鐵路隧道施工過程中使用更為科學的風險管理技術，最大程度降低施工中產生風險的可能性，是工程施工順利進行的關鍵，也是施工單位完成工程目標，同時達到最大化經濟利益的重要措施。

1工程情況簡介

烏巖山隧道位于浙江省溫嶺市大溪鎮境內，隧道總長度為6208m，根據列車行駛速度200km/h的規格開展單洞雙線鐵路隧道施工。隧道通過的地質情況較為復雜，斷層破碎帶較多，裂隙水發育，軟弱圍巖所占比例較大，造成施工的難度及風險巨大。該鐵路隧道穿過丘陵低山區，斷裂構造十分發育，輔有平緩的褶皺構造，主要巖體有凝灰巖、泥巖和花崗巖等，隧道最大埋深為480m。除斷層帶外隧道進出口各300m范圍圍巖等級較差。隧道施工過程中，嚴格按“新奧法”作業，該方法從巖石力學的觀點出發，以維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時進行支護，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護體系的組成部分，并通過對圍巖和支護的量測、監控來指導隧道施工的方法和原則。為了保障隧道施工過程的安全，施工方建立了一套較為全面的安全生產管理辦法，并指派相關人員開展了安全管理工作，最大限度地降低該隧道工程在施工過程中可能出現的風險。

2該鐵路隧道工程施工中使用的風險管理辦法

2.1鐵路隧道工程風險的識別導致風險發生的原因是促使風險事件發生概率和損失幅度增加的因素，風險識別是對工程項目中的風險進行確認和分類，工作中應以收集各工序的風險作為主要途徑，以相關經驗及資料整理作為輔助途徑。根據工程開工前展開的施工調查揭示，在該工程當中，主要存在以下較突出的問題。

2.1.1該鐵路隧道洞身橫穿了多條地域性斷層巖層并受此影響，在隧道內施工過程中，隧道巖體非常容易發生碎裂現象，并且該種巖層十分易于水的貯存，所以在施工過程中，有發生坍塌和突水突泥事故的可能。

2.1.2因為該工程當中最大深度為480m，按照相關理論公式進行推算，在隧道最深處的溫度可能達到34℃以上，在高溫高濕的條件下，給技術人員的施工帶來了很大的困難。

2.1.3相關勘察人員分析，在此工程中存在有泥巖地質結構，含硫化氫地層，因此在隧道洞身可能存在有天然氣氣體的聚集，對施工人員的生命安全構成威脅。

2.2采取的風險評估辦法按照《鐵路隧道風險判定和管理辦法》當中建議使用的風險評估辦法，并結合該鐵路隧道工程的實際情況，使用了下列風險評估辦法：2.2.1風險打分。風險打分是按照鐵路隧道設計、施工過程中的實際狀況，把鐵路隧道在施工過程中可能發生的潛在風險歸納成設計類、地質類、施工方法類等多個部分，對這些部分中可能發生的風險以評分的方式進行風險判定，最后根據總的評分結果，對該隧道的整體風險進行全方位評定。

2.2.2專家分析法。專家分析法是施工方和相關工程方面的專家取得聯系，并對該工程中可能發生的安全問題向專家進行詢問，并讓專家對工程中的風險給出判定的方法。這種方法是使用歸納統計的辦法把多數人的意見和少數人的意見全部進行考慮，很好的避免了其他風險評估辦法中涵蓋面不全的弱點。使用此辦法的流程有以下四個方面：（1）把該項目工程的基本狀況和施工方所提出的問題提供給專家；（2）以成立調查組的方式提出個人意見，分析時對各方的意見進行整合；（3）將整合的結果返還給專家，專家就所整合的意見再提出自己的看法；（4）重復以上過程多次之后，意見就會趨于統一，這便是施工范圍在后續施工作業中進行決策的根據。

2.3鐵路隧道的風險評估程序

2.3.1針對起始風險進行判定，相關技術地質勘探人員列出該工程當中的潛在風險表，并在此基礎上創建工程層次模型。

2.3.2使用層次分析與專家調查的方式對潛在風險表中可能存在的風險進行分析，并對風險系數進行判定。2.3.3由專家對起始風險中所指出的風險產生的可能性進行評定，并分析這些風險發生后可能出現的后果，最終得出各大起始風險的等級。

2.3.4施工單位根據收集獲取的可能發生的風險與后果，商討出與之匹配的施工方式和解決方法。

2.3.5施工方還需要針對該項工程開展一次再評估，分析可能出現的其他潛在風險。

2.4工程中主要風險等級認定

2.4.1隧道起始階段的風險。在起始施工階段，重點要求做好各項檢查準備工作，針對此次風險判定的核心內容也正是關于安全風險方面，并將產生安全事故的可能性作為最重要的風險判定目標。在對該工程風險判定的過程中，考慮到巖層極為破碎，巖層自穩能力極差，所以在對周圍環境影響的風險判定上，等級為極高風險。

2.4.2隧道入口處的風險。在該鐵路隧道的入口處，山體是剝蝕中低山型地質，這種地質存在風蝕斷裂的地層，在自然環境中，該地勢的坡度大約在50°～60°，并且因為植被的發育，導致這些地區的巖層較為松散，覆蓋層薄弱，圍巖變形大，施工安全極為不利，所以該段落風險等級定為高度。

2.4.3隧道洞身段的風險。經相關地質人員進行勘察，在該工程鐵路隧道洞身當中，巖層因為受到風化現象十分嚴重，因此不具有較高的完整性，施工環境較差。同時，在隧道中含有水，一旦操作不慎，很有可能造成安全事故。該段落中斷層破碎帶以及可能的天然氣涌出地段定為極高風險，其他段落定為中度風險。因此做好超前地質預報尤為重要，重點做好鉆爆施工、支護方式、襯砌類型、通風排水等方面的工作。

2.4.4隧道出口處的風險。該鐵路隧道的出口處位置在斜坡之上，地形極為陡峭，并且斜坡之上覆蓋有厚度為0.5m左右的粉狀黏性土壤，在粉狀黏性土壤之下為砂巖性巖層。因此在隧道出口處，地質環境增加了施工難度，整體施工安全形式嚴峻，該段落風險等級定為高度。

2.5構建完善的風險管理體制

開展鐵路隧道施工的前期，建立完善的風險管理體制，是工程管理當中一項十分重要的部分，因此在項目開展前，應建立一套完善的風險管理條例，對該工程開展現代化的風險管理。針對鐵路隧道施工過程中的每個部門管理人員，開展對應的責任劃分，以求提高管理人員對于風險管理的主動性。

3減少該鐵路隧道工程風險采取的控制措施

3.1總體措施

3.1.1在施工過程中，安排相關技術人員對周圍環境進行實時監測，并針對之后開展施工的區域進行地質環境的預報工作。對該鐵路隧道工程中可能發生坍塌、突水突泥、危險氣體過高的區域，施工方在開展施工之前需要進行風險評估，并在此基礎上，制定完善的處理預案，以保證工程施工人員的生命安全。

3.1.2工程施工技術人員在開展正式施工前，一定要進行全面的安全教育和發生事故之后的自救應急教育。同時在施工過程中，施工方需要為工程施工人員添置相關的安全設備，保障施工的安全開展。

3.1.3在該工程的高危地段，提高一級支護等級，進行不間斷監測，及時調整施工工藝，力求最大程度降低工程施工中可能存在的潛在風險。

3.2具體辦法

3.2.1對全體施工及管理人員進行各專業針對性的崗前培訓并進行考核，考核合格后才能進入崗位工作，堅持特種作業人員持證上崗，作業設備運行保養良好，建立完備的人員考核、設備登記保養制度。

3.2.2該工程的鐵路隧道出口位置由于地理環境較差，施工較為困難。因此在開展施工之前，在該地段的臨時邊坡處進行了相關防護施工，同時增強坡頂處的排水作業，以求保障施工人員的生命安全。

3.2.3在隧道出口和入口處進行開挖的過程中，為了保證圍巖的整體穩定性，并未使用強爆破手段，而是加強管棚支護及預注漿處理，避免了發生隧道坍塌的可能。3.2.4指派了專業勘探人員對施工隧道的地質情況進行全方位預報，全過程建立預警機制，在斷層破碎帶、節理發育巖體破碎地段進行綜合超前地質預報，加強圍巖量測，實行信息化施工，通過對數據的分析和處理，及時反饋指導施工，防止坍塌等事故。

3.2.5富水地段采用“以排為主”，“防、排、堵、截”相結合，“因地制宜，綜合治理”的原則；裂隙水發育和水環境要求嚴格的地段，采用“以堵為主、限量排放”的原則組織施工。3.2.6在施工過程中發生事故的先期預兆時，果斷采取相應的應急措施，并立即停止施工，將作業人員組織撤出。

4結語

綜上所述，在鐵路隧道施工的過程中，進行安全風險管理對于保證施工人員的生命安全，保障建設各方的綜合利益有著顯著的意義。因此鐵路隧道施工時，應準確地分析與評估出各類風險問題，編制切實有效的防控計劃，并將風險監測、監督管控、查漏糾偏等工作進行循環改進，以完善的管理機制作為保證，并始終貫穿于隧道施工的整個過程，才能使工程安全質量得到較好的保障。

參考文獻:

[1]夏潤禾，邊玉良．山嶺地區鐵路隧道施工安全風險評估及管理研究——以貴廣鐵路客運專線金寶頂隧道為例[J]．中國安全生產科學技術，2012，（10）.[2]賀志軍．山嶺鐵路隧道工程施工風險評估及其應用研究[D]．中南大學，2009.[3]李明，王占龍．高速鐵路隧道施工風險管理技術探索[J]．鐵道標準設計，2010，（S1）.[4]李明．高速鐵路隧道施工風險管理技術探索[J]．隧道建設，2010，（2）.

第四篇：瓦斯隧道運營通風技術研究

瓦斯隧道運營通風技術研究

王明年，鐘新樵，張開鑫，滕兆民

摘 要：

由于瓦斯隧道混凝土襯砌本體中的細小孔隙和“三縫”等缺陷的存在，建成后的瓦斯隧道必然受瓦斯侵襲，這對運營安全危害極大，為此，本文對瓦斯隧道運營通風技術進行了認真研究，提出了經濟、安全、有效的通風方案，為未來瓦斯隧道的通風設計提供了理論依據。

關鍵詞： 瓦斯隧道;運營通風;通風設計

分類號： U4

51文獻標識碼： A

Study on Operation Ventilation Technology in Gas Tunnel

WANG Mingnian1，ZHONG Xiqiao1，ZHANG Kaixing2，TENG Zhaomin2

(1Dept.of Underground Eng.and Geotechnical Eng.,Southwest Jiaotong

University,Chengdu 610031,China；

2The Second Survey and Design Institute,Chengdu 610031,China)

Abstract: Because there are small openings and the “three cracks”in the

concrete lining of gas tunnel,the gas should intrude into the gas tunnel

built.This effect will endanger the transport safety.The authors study on

the operation ventilation technology in the gas tunnel and put forward an

economical,safety and effective ventilation plan,and therefore furnish a

theoretical basis for the gas tunnel ventilation design in the future.Keywords: gas tunnel;operation ventilation;ventilation design

0 前言

穿過煤層(或含瓦斯氣體地層)的隧道常常受到瓦斯的侵襲，因此，通常稱這類隧道為瓦斯隧道。瓦斯隧道在開挖時，瓦斯壓力被釋放，但建成后，瓦斯被隧道支護結構所封閉，使原來已卸壓的瓦斯壓力又得以回升，這樣瓦斯在滲透壓力的作用下將向隧道內滲透。瓦斯滲入隧道后，對隧道的運營安全危害極大，它不但容易使人窒息，給司乘人員和維修人員帶來危險，而且在電氣和機械明火下容易發生爆炸，因此，“鐵路瓦斯隧道技術暫行規定”要求［1］：“瓦斯隧道運營期間，隧道內的瓦斯濃度不得大于0.3%”。要達到這一控制指標，有兩種措施：一是減少瓦斯的滲入量；二是加強機械通風。目前，減少瓦斯的滲入量有兩種方法：一是使用氣密性混凝土襯砌，二是增加襯砌厚度，而增加襯砌厚度就是增加投資，為此，使用氣密性混凝土襯砌將是投資所希望的。但即使使用了氣密性混凝土襯砌，也不能完全隔斷瓦斯的滲透，因此，瓦斯隧道必需設置機械通風。本文結合家竹箐隧道，對瓦斯隧道的運營通風技術進行了研究。家竹箐高瓦斯隧道情況

家竹箐隧道在南昆線南寧到紅果段，長4 980 m，其中瓦斯段長1 084 m(圖1)，占隧道總長的21.8%，現場實測瓦斯壓力0.2

MPa～1.34 MPa。瓦斯段隧道支護體系采用全封閉(帶仰拱)復合式襯砌，初期支護有0.04 m厚的噴射混凝土和0.15 m～0.20

m厚的模注混凝土組成；二次襯砌采用0.25 m～0.35 m厚模注混凝土，因此，家竹箐隧道總的模注混凝土襯砌厚度為0.40 m～0.55

m。為了封閉瓦斯，支護結構材料選用摻有硅灰和粉煤灰的雙摻氣密性混凝土，并在二次模注混凝土與初期支護間設置了HDPE板，以減少瓦斯滲漏。

圖1 家竹箐隧道概況

家竹箐隧道斷面積F=31.15 m2，斷面濕周S=21.51 m，斷面當量直徑d=5.79 m。隧道接縫寬度按每縫寬0.005

m計，每8m設一道橫向接縫，則瓦斯段內接縫總的長度為0.685 m。

為了運營通風，家竹箐隧道在距進口2 785 m處設有一個斜井(圖1)，斜井斷面形式為直墻圓拱型，長度為383.83

m，斷面積F=8.51 m2，斷面濕周S=11.27 m，斷面當量直徑d=3.02 m。

隧道內運行列車長度LT=350

m，列車斷面積fT=12.6 m2，列車車速v上T=43.26 km/h(12.02 m/s),v下T=44.55 km/h(12.38 m/s)。家竹箐隧道瓦斯滲入量確定

2.1 瓦斯滲入量的計算方法

地層中的瓦斯主要通過襯砌本體的細微裂隙和“三縫”等缺陷滲入隧道內。瓦斯滲入量不僅與煤層(或地層)中瓦斯含量、壓差(即瓦斯壓力和隧道內空氣壓力之差)有關，而且與襯砌材料、接縫材料的滲透性質有關，同時也與隧道內空氣的流動速度等因素有關。因此，對于瓦斯隧道，常用滲透系數法來確定瓦斯滲入量［2］，即

qCH4=［kA(P21-P22)］105/(2hγP2)

(m3/s)(1)

式中，k為襯砌或接縫的滲透系數，由試驗測定(m/s)；P1為滲透壓力，封閉后地層內的瓦斯壓力值(MPa)；P2為隧道內空氣壓力(MPa)，因隧道內氣流與外界大氣相通，故取P2=0.1 MPa；h為滲透厚度，取襯砌厚度(m)；γ為瓦斯的容重(kg/m3)；A為透氣面積(m2)，其值為

A=L1S(2)

其中，L1為隧道穿過瓦斯地層的長度(m)；S為隧道斷面周長(m)。

當隧道混凝土襯砌本體和接縫的滲透系數不相同時，要分別計算出襯砌本體和接縫的瓦斯滲入量qCH4，而后相加作為該隧道瓦斯總的滲入量。

2.2 滲透系數k的確定

滲透系數k用壓氣法測定，實際各種材料的滲透系數可按表1選取。

表1 各種材料的滲透系數

材

料k體/m*s-1k縫/m*s-1

普通混凝土1.66×10-121.66×10-11

氣密性混凝土1.66×10-131.66×10-12

2.3 家竹箐隧道瓦斯滲入量計算

對于家竹箐隧道，取P2=0.1 MPa,γ=0.716 kg/m3,h=0.40 m,k體和k縫按表1選取。襯砌本體的瓦斯滲透總面積：A1=S×L=21.51×(1 084-0.685)=23 302.105 65(m2)

施工縫的瓦斯滲透總面積：A2=S×b=21.51×0.685=14.734 35(m2)

由此得到當襯砌為氣密性混凝土時，瓦斯的滲入量 q=q1+q2=0.006 795 755 166(P21-0.01)(m3/s)（3)

當襯砌為普通混凝土時，瓦斯的滲入量

q=q1+q2=0.067 957 551 66(P21-0.01)(m3/s)(4)

由此可計算出在不同瓦斯滲透壓力(P1)下滲入隧道的瓦斯量q，見表2。

表2 不同滲透壓力(P1)下的瓦斯滲漏量

瓦斯壓力

P1/MPa氣密性混凝土瓦斯滲漏總量

/m3*s-1普通混凝土瓦斯滲漏總量

/m3*s-1

0.20.000 203 870.002 038 7

0.60.002 378 510.023 785 1

1.00.006 727 800.067 278 0

1.340.012 134 500.121 345 0

由表2可以看出，普通混凝土襯砌的瓦斯滲入量是氣密性混凝土襯砌瓦斯滲入量的10倍，所以氣密性混凝土襯砌對封閉瓦斯是非常有效的，為此，在家竹箐隧道的施工中采用了氣密性混凝土襯砌。同時可以看出，經氣密性混凝土襯砌封閉后，隧道內仍有瓦斯滲入，當瓦斯壓力為1.34 MPa時，瓦斯滲漏量達0.012

50 m3/s，因此，為安全計，仍需機械通風。家竹箐隧道瓦斯污染模型

3.1 瓦斯污染模型的建立

假設瓦斯濃度沿隧道是一維分布，根據質量守衡原理可得到瓦斯污染模型為［3］(5)

式中，C(x,t)為x位置在t時刻的瓦斯濃度；v是隧道風速；Dt綜合擴散系數，亦稱混合系數，Dt=D1+D2,D1為分子擴散和紊動擴散系數，與隧道內風速分布和濃度分布不均等因素有關，對于層流，D1僅為分子擴散系數Dm；D2為移流離散系數，一般情況下，D2D1Dm，故常忽略D1和Dm，以離散為主時取Dt=D2；q(x,t)是瓦斯源項，即單位時間單位體積里瓦斯的產生量，隨時間而變化。上式為一個變源項的對流-擴散方程，一般用數值方法求解，將隧道長度L離散成M個長度為Δx的小段，時間步長取Δt，采用逆風隱式差分格式，將式（5)離散為

(Cn+1j-Cnj)/Δt+v(Cn+1j-Cn+1j-1)/Δx=Dt(Cn+1j+1-2Cn+1j+Cn+1j-1)/(Δx)2+qn+1j()

式中，上標n表示第n時間段，下標表示隧道的第j小段(j=1,M)，將式(6)整理成 ACn+1j-1+BCn+1j+ECn+1j+1=Sj(7)

式中，A=-(H1+H2);B=1+H1+2H2;E=-H2;Sj=Cnj+qn+1jΔt。

其中，H1=vΔt/Δx;H2=DtΔt/(Δx)2。

式(7)是一個三對角矩陣，可用追趕法求解。由于斜井左右段隧道的風速不同(圖1)，因此，計算瓦斯濃度要分別對左右段隧道進行，由于左右段隧道的瓦斯濃度是相關的，所以當氣流由左段向右段流動時，左右段的連接點可作為右段計算的瓦斯源點，同樣，當氣流由右段向左段流動時，左右段的連接點可作為左段計算的瓦斯源點，斜井內瓦斯濃度同理計算。對于隧道的進口和出口以及斜井的出口作為邊界點處理，這些點的瓦斯濃度始終為0。

3.2瓦斯源q(x,t)的確定

家竹箐隧道瓦斯壓力P1=1.34 MPa，隧道襯砌為氣密性混凝土，由表2可得瓦斯總滲入量

q=0.012 134 50 m3/s

由此可得瓦斯段任一點單位時間單位體積里瓦斯的產生量q(x,t)為

q(x,t)=q/(31.15×108 4)=3.593 639 868×10-7

m3/(m3.s)

3.3 單元劃分

家竹箐隧道單元劃分如下：斜井左段隧道取558個節點，右段取440個節點，斜井取78個節點，單元長度都為5 m。時間劃分為每1 s輸出一個結果。家竹箐隧道活塞風速計算

家竹箐隧道和斜井組成一個三通系統，因此，斜井左右兩側隧道的活塞風速應按三通系統進行計算［4］。

取自然風速為1.5 m/s，并按自然風與列車運行方向相反、與列車運行方向相同、無自然風三種情況分別計算列車活塞風，同時考慮列車出洞后活塞風的衰減，計算結果列于表3。

表3 列車活塞風速計算結果

列車運行方向南寧→紅果南寧←紅果

列車運行區段A→CC→BA←CC←B

自然反風AC段風速5.273.59-5.23-3.82

vn=-1.5CB段風速3.935.37-3.59-5.26

/m*s-1CD段風速4.90-6.50-6.025.27

自然順風AC段風速5.594.07-5.46-4.06

vn=1.5CB段風速4.175.63-4.10-5.60

/m*s-1CD段風速5.29-5.70-5.015.61

無自然風AC段風速5.433.83-5.35-3.94

vn=0CB段風速4.055.50-3.84-5.53

/m*s-1CD段風速5.05-6.10-5.535.44 家竹箐隧道通風計算

5.1 通風工況

按自然風方向與列車運行方向的最不利組合，計算了7種工況，即：第一種工況，有列車運行，自然風由南寧→紅果，且vn=1.5 m/s；第二種工況，有列車運行，自然風由南寧←紅果，且vn=1.5 m/s；第三種工況，有列車運行，自然風始終與列車運行方向相反，且vn=1.5 m/s；第四種工況，有列車運行，無自然風，vn=0 m/s；第五種工況，無列車運行，自然風由南寧→紅果，且vn=1.5 m/s；第六種工況，無列車運行，自然風由南寧←紅果，且vn=1.5 m/s；第七種工況，無列車運行，無自然風，vn=0 m/s。

5.2 列車運行組織情況

本區段行車對數為：近期6對，遠期8.5對；所以列車運行間隔時間為：南寧→紅果方向列車出洞后300

s，南寧←紅果方向列車進洞，南寧←紅果方向列車出洞后300 s，南寧→紅果方向列車進洞，??，如此往復。

5.3 有列車運行時隧道內瓦斯分布情況

有列車運行情況共計算了4種工況，計算結果比較發現自然風始終與列車運行方向相反時最為不利，現以此為例進行分析。

此時列車受逆向自然風作用，每對列車運行情況分為7個階段，第一階段，列車由南寧→紅果方向，列車在斜井左側運行，運行時間為232

s。第二階段，列車由南寧→紅果方向，列車在斜井右側運行，運行時間為183 s。第三階段，列車出洞，活塞風速衰減，時間為300

s。第四階段，列車由南寧←紅果方向，列車在斜井右側運行，運行時間為177 s。第五階段，列車由南寧←紅果方向，列車在斜井左側運行，運行時間為225

s。第六階段，列車出洞，活塞風速衰減，時間為401 s。第七階段，自然風由南寧→紅果方向，時間為499 s。

每對列車按上述7個階段組合進行計算，共計算了57對，發現列車運行7對后，隧道內瓦斯總量基本保持不變，每對列車各個階段的瓦斯濃度分布曲線基本保持不變，這說明，列車運行7對以后，隧道內瓦斯的滲入總量與隧道洞口和斜井口排出的瓦斯總量相當，圖2給出了各個階段下瓦斯分布曲線。

由第一階段瓦斯分布曲線圖可以看出，因為列車由南寧→紅果方向運行，所以活塞風速也是南寧→紅果方向，因此整個瓦斯分布曲線右移，由于斜井的存在，有一部分瓦斯從斜井排出，因而斜井左側的瓦斯濃度高于右側瓦斯濃度。由第二階段瓦斯分布曲線圖顯示，隨著時間的增加，斜井繼續排出瓦斯，斜井右側瓦斯濃度逐漸高于斜井左側的瓦斯濃度，斜井右側瓦斯開始從隧道出口排出。由第三階段瓦斯分布曲線圖可以看出，隨著活塞風速的衰減，斜井右側瓦斯繼續從隧道出口排出，且斜井右側瓦斯濃度仍高于左側瓦斯濃度。至此，南寧→紅果方向運行的列車對隧道瓦斯濃度分布的影響計算結束。

圖2 第三種工況各階段瓦斯分布曲線

由第四階段瓦斯分布曲線圖可以看出，由于活塞風由南寧←紅果方向，所以隧道瓦斯濃度分布曲線開始左移，有一部分瓦斯從斜井排出，斜井左側由于瓦斯不斷滲入，瓦斯濃度不斷增加。由第五階段瓦斯分布曲線圖可見，斜井左側瓦斯開始從洞口排出，右側瓦斯仍有部分從斜井排出。

第六階段瓦斯分布曲線圖顯示，隨著活塞風速的衰減，斜井右側瓦斯濃度降至0，斜井左側瓦斯大量從洞口排出。由第七階段瓦斯分布曲線圖可以看出，在自然風作用下，隧道瓦斯濃度分布曲線開始右移。至此，一對列車運行結束。下一對列車通過隧道，隧道內瓦斯變化又重復圖2過程。

由上述分析過程可以看出，隧道內的瓦斯濃度最大值沒有超過0.06?，與控制標準0.3%相差很多。前已述及，此工況為有列車運行情況的4種工況中最為不利工況。所以可得，在自然風速為1.5

m/s，列車運行速度為v上T＞43.26 km/h,v下T＞44.55 km/h；列車運行組織為：南寧→紅果方向列車出洞后300

s，南寧←紅果方向列車進洞，南寧←紅果方向列車出洞后900 s，南寧→紅果方向列車進洞，家竹箐隧道不需要設計機械通風。

5.4 無列車運行時隧道內瓦斯分布情況

無列車運行時共計算了3種工況，計算結果比較發現，無自然風時最為不利。這種工況下，隧道內瓦斯聚積最快，2個半小時，隧道內瓦斯濃度將超過0.3%，即超過控制指標(圖3)。

圖3 2小時30分鐘隧道內瓦斯分布曲線圖4 第五種工況隧道內瓦斯分布曲線圖5 第六種工況隧道內瓦斯分布曲線

由此可以看出，在無自然風，無列車運行時，家竹箐隧道需要機械通風。

無列車運行時的另外2種工況計算結果見圖

4、圖5。

由圖

4、圖5可以看出，無列車運行，且自然風vn=1.5 m/s，不需要機械通風。

5.5 家竹箐隧道通風情況

上述7種工況中，只有無自然風，無列車運行時，需要機械通風，現按此種工況進行通風計算，假定無自然風，無列車運行已有2小時30分鐘，計算通風如下：

按斜井吸出式通風，考慮瓦斯不聚積的最小風速為1.5 m/s；按這一風速配風，風機風量為141

m3/s，此時，通風10分鐘，15分鐘，20分鐘，25分鐘后，隧道內瓦斯分布見圖6～圖9。

圖6 通風10分鐘瓦斯分布曲線圖7 通風15分鐘瓦斯分布曲線圖8 通風20分鐘瓦斯分布曲線圖9 通風25分鐘瓦斯分布曲線

由圖6～圖9可以看出，按斜井吸出式通風，且風機風量為141 m3/s時，通風25分鐘，可基本上將隧道內全部瓦斯排出。結論

由以上分析可得出如下結論：

(1)

對于瓦斯隧道，普通混凝土襯砌的瓦斯滲入量是氣密性混凝土襯砌瓦斯滲入量的10倍，所以氣密性混凝土襯砌對封閉瓦斯是非常有效的，因此，建議在瓦斯隧道的施工中采用氣密性混凝土襯砌。

(2)經氣密性混凝土襯砌封閉后，隧道內仍有瓦斯滲入，因此，為安全計，仍需設計機械通風。

(3)

家竹箐隧道，在列車運行速度為v上T＞43.26 km/h,v下T＞44.55 km/h；列車運行組織為：南寧→紅果方向列車出洞后300

s，南寧←紅果方向列車進洞，南寧←紅果方向列車出洞后900 s，南寧→紅果方向列車進洞，不需要機械通風。即列車運行密度大時，不需要機械通風。

(4)家竹箐隧道，無列車運行，但有自然風，且vn＞1.5 m/s，不需要設計機械通風。

(5)

家竹箐隧道，在無自然風，無列車運行時最為不利，此時瓦斯積累最快。在2小時30分鐘時，隧道內瓦斯濃度將超過0.3%，即超過控制指標，因此，需要設計機械通風。

(6)家竹箐隧道按斜井吸出式通風，當風機風量為141

m3/s時，在無自然風，無列車運行最不利工況下，通風25分鐘，可基本上將隧道內瓦斯全部排出。

(7)家竹箐隧道，在無自然風，無列車運行時的最不利工況下，每隔2小時30分鐘，需通風25分鐘。

基金項目：鐵道部重點科研項目資助(鐵科工科字N6)

作者簡介：王明年(1965—)，男，副教授，博士

作者單位：王明年，鐘新樵 西南交通大學 地下工程及巖土工程系，四川 成都 610031；

張開鑫，滕兆民 鐵道部第二勘測設計院，四川 成都 610031

參考文獻

［1］ 鐵道部鐵建函［1994］344號文.鐵路瓦斯隧道技術暫行規定［S］.北京，1994.［2］ 鐵道部第二勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊［M］.北京：中國鐵道出版社，1995.［3］ 周雪漪.計算水力學［M］.北京：清華大學出版社，1995.［4］ 鐵道部第二勘測設計院.鐵路隧道運營通風［M］.北京：中國鐵道出版社，1983.

第五篇：隧道工程課程設計及論文

《隧道工程》課程設計及論文

1、以青島擬建第二條海底隧道為例，對隧道選址、線路走向、長度、埋深，斷面及坡道形式及功能進行設計及研究

2、以山東科技大學日益增多的校園汽車所帶來的問題為研究背景，擬規劃校園交通隧道，對隧道選址、線路走向、長度、埋深，斷面及坡道形式及功能進行設計及研究（可以包括地下停車場）

3、以更好的發展西海岸經濟新區、加強各地域之間的聯系為例，來規劃小珠山隧道，對隧道選址、線路走向、長度、埋深，斷面及坡道形式及功能進行設計及研究

4、從各個方面比較青島海底隧道和廈門翔安海底隧道的異同點（包括選址、地質情況、埋深、施工方法、造價、施工工期、斷面形式、路面形式、通風形式、照明、內裝、以及通車及收費系統情況等），并且要寫出你自己的體會，要求：

1、每人一題，可以是一個題目的某一個方面，也可以是多個方面；

2、可以是設計，也可以是研究；

3、字數：3000字以上；

4、格式：以科技論文的格式，具體見附錄