【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及隧道施工領(lǐng)域，特別涉及瓦斯隧道的瓦斯抽放系統(tǒng)及隧道結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

瓦斯是指從煤(巖)層內(nèi)溢出的各種有害氣體的總稱，其主要成分是甲烷、二氧化碳，有時(shí)還有少量的二氧化硫、硫化氫、一氧化碳等氣體。瓦斯是一種無色無味無嗅的氣體，但有時(shí)由于伴生著碳?xì)浠衔锖臀⒘苛蚧瘹?，?huì)發(fā)出類似蘋果香的特殊氣味，其相對(duì)密度為0.554，瓦斯微溶于水，有很強(qiáng)的擴(kuò)散性和滲透性，瓦斯具有燃燒性和爆炸性。根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，瓦斯隧道分為低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三種，瓦斯隧道的類型按隧道內(nèi)瓦斯工區(qū)的最高級(jí)別確定。瓦斯隧道工區(qū)分為非瓦斯工區(qū)、低瓦斯工區(qū)、高瓦斯工區(qū)、瓦斯突出工區(qū)供四類。低瓦斯工區(qū)和高瓦斯工區(qū)可按絕對(duì)瓦斯涌出去量進(jìn)行判定。當(dāng)全工區(qū)的瓦斯涌出量小于0.5m³/min時(shí)，為低瓦斯工區(qū)，大于或等于0.5m³/min時(shí)，為高瓦斯工區(qū)。瓦斯隧道只要有一處突出危險(xiǎn)，該處所在的工區(qū)即為瓦斯突出工區(qū)。

目前，瓦斯隧道內(nèi)瓦斯的防治主要采用封堵結(jié)合隧道內(nèi)通風(fēng)的方式進(jìn)行，其主要措施包括：一、隧道襯砌采用防水層等卷材全環(huán)封閉止水、氣；二、提高襯砌混凝土抗?jié)B性能；三、在隧道內(nèi)根據(jù)瓦斯?jié)舛葘?shí)施強(qiáng)制通風(fēng)。由于現(xiàn)有隧道主要采用堵的方式進(jìn)行瓦斯防治，襯砌背后的瓦斯氣體，僅有極其微量的部分通過滲透以及現(xiàn)有隧道的排水結(jié)構(gòu)引出，而大量的瓦斯實(shí)際在襯砌背后集聚，引起襯砌背后水壓和瓦斯壓力回升，侵入隧道正常運(yùn)營(yíng)空間產(chǎn)生安全隱患甚至事故。而通過現(xiàn)有隧道排水結(jié)構(gòu)引出的瓦斯，在排水結(jié)構(gòu)中水氣混合，在隧道底部全縱向進(jìn)行流通，雖然僅為微量，但也實(shí)際增加了瓦斯逸出的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種瓦斯隧道中水、氣分離的清除瓦斯工區(qū)內(nèi)瓦斯的瓦斯抽放系統(tǒng)，以解決隧道掘進(jìn)和營(yíng)運(yùn)后的瓦斯防治問題。

本發(fā)明的又一目的在于提供一種應(yīng)用于瓦斯聚集的山體中的隧道結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種隧道的瓦斯抽放系統(tǒng)，其包括導(dǎo)通隧道掘進(jìn)終點(diǎn)前方位置與外界的瓦斯抽放孔道，設(shè)置在隧道外并且與所述瓦斯抽放孔道連接的抽氣裝置和將所述瓦斯抽放孔道與抽氣裝置在連接處實(shí)現(xiàn)密封的密封裝置。

進(jìn)一步的，所述瓦斯抽放孔道的隧道端口位于所述隧道掘進(jìn)終點(diǎn)的前方，山表端口位于距離所述隧道掘進(jìn)終點(diǎn)最近的山表。

具體的，所述抽氣裝置在所述瓦斯抽放孔道的所述山表端口處連接。

可選的，所述密封裝置由水泥砂漿、膠圈封孔器或聚氨酯封孔中的至少一種材料制成。

進(jìn)一步的，所述瓦斯抽放孔道四個(gè)一組，定義隧道的掘進(jìn)方向?yàn)榭v向，同一組所述瓦斯抽放孔在相對(duì)于隧道的同一橫截面中。

可選的，同一組瓦斯抽放系統(tǒng)的所述瓦斯抽放孔道之間相互平行。

可選的，同一組瓦斯抽放系統(tǒng)的所述瓦斯抽放孔道呈自隧道掘進(jìn)終點(diǎn)前方位置向山表發(fā)散的扇形布設(shè)。

具體的，所述抽氣裝置包括瓦斯抽放泵、插入所述瓦斯抽放孔道的山表端口的抽放鋼管以及連接所述抽放鋼管和所述瓦斯抽放泵的抽放管路。

可選的，所述瓦斯抽放孔道的隧道端口位于所述隧道掘進(jìn)終點(diǎn)前方3米-5米。

一種隧道結(jié)構(gòu)，其采用上述技術(shù)方案中瓦斯抽放系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，還包括布設(shè)在所述隧道的仰拱兩側(cè)的排水管道。

具體的，還包括陣列排列的環(huán)向盲溝，所述環(huán)向盲溝的兩端與所述排水管道連通。

現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：在瓦斯聚集區(qū)域，通過從距離隧道掘進(jìn)終點(diǎn)最近的山表位置鉆取隧道端口位于所述隧道掘進(jìn)終點(diǎn)前方的瓦斯抽放孔道，并利用抽氣裝置對(duì)瓦斯聚集區(qū)域的瓦斯進(jìn)行抽放，在隧道掘進(jìn)至瓦斯聚集區(qū)域前，將瓦斯提前排出，有效防治因瓦斯引起的安全事故。

同時(shí)，瓦斯抽放孔道從山表位置鉆取，其抽放的瓦斯可直接排放到隧道外部的環(huán)境中，不會(huì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)造成影響。

另外，通過初期支護(hù)，二次襯砌和位于隧道掘進(jìn)終點(diǎn)的瓦斯抽放系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了隧道掘進(jìn)過程中瓦斯抽放問題和積水排放問題，實(shí)現(xiàn)了水氣的分離處理。因此，能有效避免瓦斯及地下水在襯砌背后的集聚，避免由于襯砌背后水壓和瓦斯壓力回升而引起的安全隱患甚至事故；其次，瓦斯經(jīng)瓦斯排放管排出，能有效降低襯砌背后的瓦斯?jié)舛?，避免瓦斯氣體進(jìn)入排水結(jié)構(gòu)，有效降低瓦斯的逸出風(fēng)險(xiǎn)，因而，能夠有效保證隧道掘進(jìn)及建成營(yíng)運(yùn)后的瓦斯防治。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明所提供的瓦斯抽放系統(tǒng)以及隧道結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；

圖2為本發(fā)明所提供的掘進(jìn)施工中的隧道結(jié)構(gòu)的立體示意圖；

圖3為本發(fā)明所提供的隧道結(jié)構(gòu)的縱向剖視示意圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖和示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述，其中附圖中相同的標(biāo)號(hào)全部指的是相同的部件。此外，如果已知技術(shù)的詳細(xì)描述對(duì)于示出本發(fā)明的特征是不必要的，則將其省略。

如圖1所示，本發(fā)明提供的隧道結(jié)構(gòu)的其中一種實(shí)施例，包括：瓦斯抽放系統(tǒng)、排水管道4、環(huán)向盲溝5、初期支護(hù)6、二次襯砌7、仰拱9和隧道空腔10；所述瓦斯抽放系統(tǒng)包括抽氣裝置1、瓦斯抽放孔道2和密封裝置3；所述初期支護(hù)6為鋼架支護(hù)，位于隧道外層；所述二次襯砌7為氣密性的混凝土澆筑，位于所述初期支護(hù)6的內(nèi)側(cè)；所述仰拱9與所述二次襯砌7相對(duì)布設(shè)，并與所述二次襯砌7共同圍出所述隧道空腔10；隧道的掘進(jìn)方向相對(duì)于水平面具有千分之五度的傾角。所述排水管道4布設(shè)在隧道的仰拱9的兩側(cè)，并沿隧道掘進(jìn)方向貫穿整條隧道；所述環(huán)向盲溝5陣列排列的布設(shè)在所述二次襯砌7與所述初期支護(hù)6的交界一側(cè)，其兩端與所述排水管道4連通。在掘進(jìn)施工和隧道運(yùn)營(yíng)期間，山體8中的積水通過所述環(huán)向盲溝5在所述排水管道4中匯聚，并排出隧道。

參閱圖1和圖2，本發(fā)明提供的瓦斯抽放系統(tǒng)的其中一種實(shí)施例中，其包括抽氣裝置1、瓦斯抽放孔道2和密封裝置3，所述抽氣裝置1包括瓦斯抽放泵11、抽放管路12和抽放鋼管13，所述瓦斯抽放孔道2包括孔身、山表端口21和隧道端口22，并且所述瓦斯抽放孔道2的隧道端口22位于隧道掘進(jìn)終點(diǎn)的前方，所述山表端口11位于距離所述隧道掘進(jìn)終點(diǎn)最近的山表81。所述密封裝置3由水泥砂漿、膠圈封孔器和聚氨酯封孔材料中的至少一種制成。其中，所述隧道掘進(jìn)終點(diǎn)是隨著掘進(jìn)施工的進(jìn)行而動(dòng)態(tài)變化的。

隧道掘進(jìn)過程中，探測(cè)到瓦斯涌出量或遇到瓦斯突出工區(qū)域時(shí)，停止掘進(jìn)施工，進(jìn)行瓦斯抽放施工；在距離掘進(jìn)終點(diǎn)最近的山表鉆孔，鉆出瓦斯抽放孔道2，鉆出的所述瓦斯抽放孔道2的隧道端口22位于所述隧道掘進(jìn)終點(diǎn)的前方大約3米到5米，數(shù)量一般為4個(gè)；接著將靠近山表端口11的孔身直徑擴(kuò)大到100-120mm，插入直徑70-80mm的抽放鋼管13，用密封裝置3封孔，所述密封裝置3可以用水泥砂漿也可以用膠圈封孔器或聚胺脂封孔，封口深度視山表端口附近圍巖性質(zhì)而定，圍巖堅(jiān)固時(shí)2-3m，圍巖松軟時(shí)6-7m，甚至10m左右，封孔后，必須在抽放前用彎管、自動(dòng)放水器、流量計(jì)、鎧裝軟管(或抗靜電塑料軟管)、閘門等組成的抽放管路12將所述瓦斯抽放孔道2和所述瓦斯抽放泵11連接起來；最后，根據(jù)所鋪設(shè)的管道計(jì)算選擇出合適的瓦斯抽放泵11。進(jìn)行瓦斯的抽放工作，每隔10分鐘檢測(cè)一次所抽放瓦斯的濃度，當(dāng)濃度持續(xù)20分鐘低于1.0％后可以停止抽采，并繼續(xù)掘進(jìn)施工。

利用所述瓦斯抽放孔道2抽放山體8內(nèi)的瓦斯時(shí)，瓦斯抽放孔道2的孔徑、孔的深度、抽放管路長(zhǎng)度、抽放管路的摩擦阻力、孔內(nèi)瓦斯流量等均會(huì)影響瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放阻力，進(jìn)而影響抽放效率和效果。因此，瓦斯抽放系統(tǒng)中，瓦斯抽放孔道的深度和孔內(nèi)直徑一般需要結(jié)合具體使用環(huán)境、需求并通過計(jì)算獲取。一般情況下，所述瓦斯抽放孔道的深度不應(yīng)大于60m。因此其主要適用于上方山體厚度較小的淺埋隧道。山體中瓦斯的聚集規(guī)律與山體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)等因素相關(guān)，同一山體的結(jié)構(gòu)、地質(zhì)等影響瓦斯聚集區(qū)域位置的因素不變，因此隧道掘進(jìn)過程中遇到的瓦斯聚集區(qū)域，將仍為隧道運(yùn)營(yíng)期間瓦斯容易發(fā)生聚集的區(qū)域。

圖3示出了所述隧道結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖。瓦斯聚集區(qū)域鉆取的所述瓦斯抽放孔道2隨著隧道的繼續(xù)掘進(jìn)，而變?yōu)樽陨奖硌由熘了淼莱跗谥ёo(hù)外側(cè)的孔道，并繼續(xù)保留在山體中。若隧道運(yùn)營(yíng)期間瓦斯再次在鉆孔位置發(fā)生聚集，還可以再次通過所述瓦斯抽放孔道2對(duì)這些區(qū)域的瓦斯進(jìn)行抽放，以防止隧道運(yùn)營(yíng)期間山體內(nèi)的瓦斯在隧道外側(cè)聚集。

雖然上面已經(jīng)示出了本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的原理或精神的情況下，可以對(duì)這些示例性實(shí)施例做出改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。