瓦斯隧道施工期隐患监测预报技术.ppt
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1、,瓦斯隧道施工期监控量测预报技术,贵州省公路开发总公司授课讲义,田代亮 总 工 ( 中大检测) 陈沅江 副教授 ( 中南大学、中大检测),2010年5月,湖南中大建设工程检测技术有限公司 地址:湖南省长沙市雷锋大道青山花卉市场内 邮编:410205 网址: 电话:0731-8137792 传真:0731-8137791,公司名片,目 录 一、引言 二、瓦斯隧道围岩量测监控 三、瓦斯隧道瓦斯检测监控,一、引言,瓦斯 地下工程开挖过程中从煤 (岩 )层内逸出的各种有害气体的总称,其主要成分为甲烷(CH4)。 瓦斯隧道 若在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,此隧道应定为
2、瓦斯隧道。,1)基本概念,2000年以来我国修建的部分瓦斯隧道,当前贵州省内在建高速存在众多瓦斯隧道!,如水-盘高速发耳瓦斯隧道、,一般隧道的监控量测问题,瓦斯隧道的监控量测问题,瓦斯隧道最大的问题之一: 瓦斯气体中毒和瓦斯爆炸事故,国内外隧道重大瓦斯事故,都汶高速董家山隧道瓦斯爆炸,国道213都汶段龙眼睛隧道在塌方维修时发生瓦斯爆炸事故,K47+540山坡的局部裂,K47+550山坡的局部裂,7,某隧道山顶开裂,某隧道塌陷冒顶,上述隧道冒顶塌方洞内坍塌体,某隧道衬砌开裂,隧道漏水,如何有效保证施工质量,最大限度地保障安全生产?,2)瓦斯隧道施工监测实施的依据,瓦斯隧道变形监测,公路隧道施工技
3、术规范(JTG F60-2009) 铁路隧道监控量测技术规程(TB10121-2007),瓦斯隧道瓦斯监测,煤矿安全规程(2005年版,2010年条款修订) 铁路瓦斯隧道技术规范(TB10121-2007) 防治煤与瓦斯突出细则(1995年版),公路隧道一些主要的常规监测项目,必须实施、 可以实施、 必要时实施,变形监控量测信息化施工设计流程图,瓦斯监控预测项目目前无公路瓦斯隧道行业规范,突出危险性监控预测,区域突出危险性预测,石门揭门突出危险性预测,瓦斯超限监控检测,施工期全过程日常监测,异常情况瓦斯监测,人工监测,人工监测与自动监测相结合,二、瓦斯隧道施工变形监测项目,1)洞内、外观察 a
4、)监测目的 预测开挖面前方的地质条件; 为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据; 根据喷层表面状态及锚杆的工作状态,分析支护结构的可靠程度。,b)观察内容 (i)掌子面地质水文条件、岩性、结构面产状、有无断层,是否偏压、围岩类别,掌子面自稳情况,地下水的影响情况等,并做好记录。 (ii)对初期支护效果观察包括:锚杆的锚固效果、喷层的光洁度、喷层有无裂缝,裂缝的部位、长度、宽度、深度,喷层是否把钢支撑全部覆盖。,c)方法和工具,主要方法和工具为:现场观察、数码相机、地质罗盘仪、地质锤等。,常见岩石的识别,常见沉积岩识别,常见岩浆岩识别,常见变质岩识别,2)周边收敛量测,收敛:隧道围岩周边各点趋向隧
5、道中心的变形。 周边收敛量测:主要是隧道内壁面两点连线方向的距离的变形量的量测。收敛值为两次量测的距离之差。,根据变位速度判断围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机; 指导现场的施工,根据喷层表面状态及锚杆的工作状态,分析支护结构的可靠程度。 判断隧道空间的稳定性;,a)量测目的,b)量测设计(一),必测项目的量测断面间距和每断面测点数量表,(i)收敛量测的间距与测线,(ii)量测频率 量测频率可根据位移速度和量测断面距开挖面距离,按位移速度确定,按距开挖面距离(注:b为隧道开挖宽度),b)量测设计(二),常用有机械式的收敛计和数显式收敛计两种。 如:QJ-85型坑道周边收敛计;JSS30A型数
6、显收敛计;SWJIV型隧道隧道收敛计。,c)量测仪器 收敛计,t时刻的周边收敛值 Ut 即为的两次读数差。其公式为: UtL0LtXt1Xt0 式中:L0 初读数时所用尺孔刻度值; Lt t时刻时所用尺孔刻度值; Xt1 t时刻时经温度修正后的读数值,Xt1Xtt Xt0 初读数时经温度修正后的读数值,Xt0X0t Xt t时刻量测时读数值; X0 初始时刻读数值; t 温度修正值;t(T0T)L 钢尺线膨胀系数; T0 鉴定钢尺的标准温度, T0 =20 T 每次量测时的平均气温; L 钢尺长度。,d)测试原理,对埋深较浅、固结程度低的地层或水平成层的场合,该项量测比收敛量测更为重要。 a)
7、量测目的 量测数据是确认围岩的稳定性,判断支护效果,指导施工工序,预防拱顶崩塌,保证施工质量和安全的最基本的资料。,3)拱顶下沉量测,b)量测仪器 精密水准仪,c)量测原理(一),设第一次读数后视点读数为A1,前视读数为B1;第二次后视点读数为A2,前视读数为B2。 则拱顶变位可采用如下两种计算方法: (i)差值计算法 钢尺和标尺均正立(即读数上小下大)。 后视读数差:A=A2-A1 前视读数差:B=B2-B1 拱顶变位值:C=B-A,结论:C0 拱顶上移; C0 拱顶下沉。,(ii)水准计算法 通过计算前后两次拱顶测点的高程差来求拱顶的变位值。钢尺读数上小下大,标尺读数下小上大,标尺基准点标
8、高假定为K0。 第一次拱顶标高 Kd1=K0+A1+B1 第二次拱顶标高 Kd2=K0+A2+B2 拱顶变位值 C=Kd2-Kd1=A2-A1+B2-B1 结论:C0 拱顶上移;C0 拱顶下沉。,c)量测原理(二),该项量测在新规范中已列为必测项目 a)量测目的 对因隧洞施工影响可能引起的地面建(构)筑物及地表沉降量、沉降速度进行观测。通过量测了解地表下沉的范围、量值、地表及地中下沉随工作面推进的规律、地表及地中下沉稳定的时间。,4)地表下沉量测,其测点布置为每550m一个断面,每断面至少7个测点,每隧道至少2个断面。中线每520m一个测点。,b)量测频率,观测间隔时间: 开挖面距量测断面前后
9、小于2倍隧道宽度时12次/d; 开挖面距量测断面前后小于5倍隧道宽度时1次/2d; 开挖面距量测断面前后大于5倍隧道宽度时1次/周。,c)量测方法,根据开挖断面、埋深及岩性情况,一般在级围岩中且覆盖层厚度小于40m的段落,应进行地表沉降观测。 观测点间距510m,采用钻孔钢筋混凝土埋设。如有建筑物,沉降观测点则应埋在基础上或墙脚;地面沉降点尽可能埋入基岩中。若因表土层太厚,无法埋入,则按建筑变形测量规范要求采用混凝土墩方式埋设。,在距隧道两侧80m以外稳固、不易受到破坏、且通视条件较好的地方埋设基准点。 基准点的埋设采用8钢筋混凝土钻孔灌注,埋入基岩的深度不小于0.3m,同时上设保护盖。每组基
10、准点由23个基准点组成,各基准点之间的距离大于50m。 采用精密水准仪和铟钢尺进行量测,仪器精度为0.1mm,观测精度按二级变形测量的精度要求进行,即允许观测误差为0.5mm。,三、瓦斯隧道施工期瓦斯监测项目,1)瓦斯隧道等级划分,低瓦斯隧道 高瓦斯隧道 瓦斯突出隧道 注意:瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。 瓦斯工区:地层含有瓦斯的隧道施工区段。,瓦斯工区的等级 按绝对瓦斯涌出量来划分,非瓦斯工区 低瓦斯工区:全工区的瓦斯涌出量小于0.5m3/ min; 高瓦斯工区:全工区的瓦斯涌出量大于或等于0.5m 3/m in; 煤与瓦斯突出工区:满足瓦斯突出判断的四个条件。 (i)瓦斯压力
11、P0.74MPa; (ii)瓦斯放散初速度P10; (iii)煤的坚固性系数f0.5; (iv)煤的破坏类型为类及以上。,四个指标的意义,瓦斯压力指标P是指瓦斯煤层中用压力表测得的瓦斯压力,单位是MP; 瓦斯放散初速度指标P是指用P测定仪测量时其U形管汞柱计在间隔50s时两次读出的汞柱高度差P1、P2之差,单位为mm; 煤的坚固性系数指标f按公式计算 f = 20 n/ L 其中: 煤的破坏类型见下表,煤的破坏类型分类表,注意: 瓦斯隧道只要有一处有突出危险,该处所在的工区即为瓦斯突出工区。,煤与瓦斯突出: 在地 应 力 和瓦斯压力共同作用下,破碎的煤(岩)与大量瓦斯从煤体内突然喷向开挖空间的
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