铁路运营隧道

铁路运营隧道（精选10篇）

铁路运营隧道 篇1

0 引言

随着国家经济的迅猛发展,铁路隧道建设掀起了新的高潮。相比于其他行业,隧道工程在建设尤其运营过程中面临着更多的风险与不确定性,因此隧道运营期的安全评估工作具有十分重要的现实意义。

目前广泛采用的风险评价方法主要有层次分析法(AHP)、模糊评价法和蒙特卡罗方法(MC)等,这些方法各有其特点和侧重点,也都有其局限性。可拓评判方法是基于物元理论、可拓集合和关联函数理论而提出的一种多指标综合评价方法,其评判结果能较完整地反映实际待评事物的水平。

1 可拓综合评判基础模型的建立

可拓评判法的基本思想是:根据日常管理中积累的数据资料,把评价对象的优劣划分为若干等级,由数据库或专家意见给出各等级的数据范围即节域物元,再将评价对象即待评物元的指标代入各等级的集合中进行多指标评定。评定结果按它与各等级集合的综合关联度大小进行比较,综合关联度越大,就说明评价对象与该等级集合的符合程度越佳[1]。

可拓学理论[2]将事物记作M,事物M的特征记作c,P关于c的量值记作v,则称有序三元组R=(M,c,v)为物元。在物元中,v=c(N)反映了事物的特征和量的关系。定义M(c,v)为特征元,特征的名称c和相应的量值v组成。

1.1 确定经典域和节域物元

由事物的特征及其标准量值范围组成的物元矩根阵称为经典域。据统计分析及相关评判方法,将铁路隧道运营风险分为j个标准模式或等级,建立经典域:

其中Mj为所划分的n个等级,ci为等级Mj的特征,vij为Mj关于ci所规定的量值范围,即评价对象各优劣等级关于对应的特征所取的数据范围。

由经典物元加上可以转化为经典物元的事物及其特征和此特征相应拓广了的量值范围组成的物元矩阵称为节域。铁路隧道运营风险各评价指标的允许取值范围形成的物元模型即节域为:

其中,Mp为所划分全部等级;ci为M的各特征参数,即影响铁路隧道运营风险的因素;vip为对应ci所取的量值范围,即影响因素的变化范围[3]。

1.2 确定待评物元

对评价对象Ri,将所得隧道运营风险各指标的取值用物元表示,称为评价对象的待评物元。

式中vit为第i个一级评价指标第t个二级指标的量值,即评价对象的评价指标值。

1.3 建立关联函数

将用以刻画可拓集合的、其取值为整个实数轴的代数式称为可拓集合的关联函数。初等关联函数的表达式为[4,5]:

1.4 确定权重

多层次可拓评价法求取综合关联度需要确定各指标的权重,各二级指标量值范围的确定可在充分考虑各指标相对重要度的基础上由主观AHP结合基于熵值的客观赋权法[1]的方法得出。

1.5 计算评价对象的综合关联度

考虑铁路隧道运营风险各评价指标的权重,将其关联度和相应的权重合成为评价对象关于各等级的综合关联度。

称kj(Ri)为待评单元Ri的关联度。

1.6 等级评定

本文把铁路隧道运营风险等级划分为五级[6],若kj=max[kj(Ri)],j=1,2…n,则评价对象Ri的优劣属于等级j。

2 实证分析

案例:本文以郑西客运专线的黄龙村隧道为例进行分析。黄龙村隧道进口位于上陈东村附近,有便道与外界的310国道及209省道相连。洞身地形平坦开阔,进口黄土冲刷切割强烈,地形起伏较大,横坡地形为台阶状。不良地质为窑洞分布,地层有第四系上更新统(Q3)砂质黄土、中更新统(Q2)黏质黄土。本段地震动峰值加速度为0.15g。段内地表水不发育,地下水主要为第四系黄土孔隙潜水,受大气降水级黄河水补给。隧道进出口均采用1:1.25斜切帽檐洞门。全隧初期支护与二次衬砌之间拱部及边墙部位铺设EVA防水板加无纺布防水。全隧拱部系统锚杆均采用ф22药包锚杆,边墙及临时支护锚杆采用ф22砂浆锚杆,锚杆应填充饱满,保证工程质量。砼强度要求:洞身拱部,边墙,仰拱C30砼或C35钢筋砼,沟槽身,仰拱填充及喷砼C25砼。该隧道主要环境作用类别为碳化环境,环境作用等级为T1。隧道照明根据相关要求设置固定式照明设备,每隔200m设图像文字标记,指示两个方向到洞口的整百米数。

2.1

Q表示待评隧道施工总风险物元,R为基本的风险空间,包含三种风险因素,即技术风险(R1),管理风险(R2),地质风险(R3)。本例进行风险的多级可拓评判,用可拓评判模型表示为:

根据隧道运营风险发生的概率和后果等级,将风险等级分为五级,即U={u1,u2,u3,u4,u5}={极大,很大,一般,较小,极小},规定各级别的记分标准分别为8~9.5、6~8、4~6、2~4和0.5~2。评判因素C={c1,c2,c3,c4}包括风险发生的可能性,后果的严重性,转移的难易性,风险承受能力四个方面,由式(1),(2)可得风险类别的经典域和节域如下[3,8]:

式中:当j分别取1,2,3,4,5时,c1,c2,c3,c4的取值分别为〈8,9.5〉,〈6,8〉〈4,6〉,〈2,4〉,〈0.5,2〉。c1,c2,c3,c4这四个指标均用0到10分值来表示其中对于c1分值越高表示风险发生的可能性越大,则风险越大;对于c2分值越高表示后果越严重,则风险越大;对于c3分值越高表示越难转移,则风险越大;对于c4分值越高表示风险承受能力越小,则风险越大。

对评判因素标准细化,结合隧道运营现场情况确定每一待评风险对应于各评判因素的量值,由式(3)确定待评风险物元如下:

其他待评风险物元中评判因素对应量值分别为:(3,4,5,4),(5,7,4,6),(5,6,7,4);(5,8,3,2),(3,6,7,5),(4,6,4,4);(3,6,6,5),(4,6,6,4),(1,9,9,8),(3,6,6,4)。

采用AHP法结合熵权理论确定各评判因素权重为:

2.2 单一风险评判

以物元Q11即风险R11为例说明待评风险关于各风险级别的各个特征的关联度的计算过程。k1(v111)表示R11的评判因素c1量值关于风险级别u1的关联度。由式(4)得:

同理可计算出其他三个评判因素关于u1的关联度和的各评判因素量值关于u2,u3,u4,u5的关联度分别如下:

确定R11分别关于5个风险级别的关联度,k1(R11)表示R11关于风险级别u1的关联度。由式(5)得:

。同理求得k2(R11)=0.034,k3(R11)=0,k4(R11)=-0.166,k5(R11)=-0.196。

进行风险级别评定。由等级评定准则得:

2.3 综合风险评估

类似地还可以计算出洞口段设计(R12)、隧道衬砌(R13)、材料耐久性(R14)风险关于各风险级别的最终评判结果,可得关联评判变换矩阵:

采用层次分析法确定各风险因素R11,R12,R13,R14,的权重分别如下:

则B1=A1*KR1=(-0.547,-0.037,0.002,-0.108,-0.276),可知

所得技术风险为一般。类似可得B2=(-0.404,-0.2074,-0.1125,0.0055,-0.3932),B3=(-0.355,-0.1797,-0.19,-0.062,-0.3542)

由B1,B2,B3构成上一层风险即R—︳(R1,R2,R3),通过AHP法结合熵权理论确定R1,R2,R3的权重A=(α1,α2,α3)=(0.435,0.307,0.258),进而可得铁路隧道运营的总体风险级别B=A*K(R)=(0.435,0.307,0.258)

由得出该铁路隧道运营期的综合风险级别为较小。

3 结语

可拓综合评判是建立在可拓集合论基础上的评价方法,利用物元的可拓性,可以准确而全面地找到对象的评价目标,通过关联函数建立事物之间、因素之间关联程度和数量的有机联系,这可以比较客观地反映对象的实际情况。另外多层次可拓评价能够有效解决多级评价问题,并且能够针对某个指标进行重点分析评价,应用范围更广。该法不仅能得出铁路隧道运营期项目整体评价的优劣性定位,而且可以分析出各级因素本身所属的风险级别,进而能为铁路隧道运营期间细部因素的正常维护提供一个参考。

参考文献

[1]王卫东,杜香刚,钟晟.城市轨道交通评价指标权重模糊决策方法[J].中国铁道科学,2009,30(1):118-121.

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[7]王岩,黄宏伟.地铁区间隧道安全评估的层次-模糊综合评判法[J].地下空间,2004,24(3):0301-305.

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公路隧道运营安全管理技术研究 篇2

【摘 要】本文从公路隧道运营安全现状出发，应用系统工程和安全评价理论与方法，对影响公路隧道运营安全的因素进行了深入的研究，提出了隧道运营安全设防等级的划分方法，最后详细分析了运营安全预防对策，最后简介了公路隧道运营安全管理技术的系统开发。

【关键字】公路隧道、运营管理、安全评价、预防对策

【中图分类号】U459.2 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0234-02

1 绪论

随着我国国民经济的迅速发展，近年来公路隧道有了很大发展。通过大量的工程实践和科学研究，我国的公路隧道建设技术在不断提高和成熟，并在隧道的设计、施工、管理、通风、照明、监控、防灾、维护等许多领域均取得了许多成果。但从总体上说，与国外先进水平相比，还存在较大的差距。我国公路隧道建设技术还适应不了我国隧道发展的要求，公路隧道的管理远远落后于建设，隧道运营中影响安全的问题经常发生。例如隧道衬砌开裂、渗漏水，寒区隧道发生冻害，路面破损、磨损，通风、照明不良，交通事故、火灾事故、危险品事故频发，监控、救援不力等。然而目前为止我国并没有一部完整的公路隧道运营管理行业标准。

必须通过对现有公路隧道运营现状的分析和评价才能发现高速公路隧道运营安全存在的安全隐患和管理部门需要采取的措施，从而保证隧道运营安全。对高速公路隧道运营安全进行综合评价，是以实现系统运营安全为目的，通过改善公路隧道运营管理条件，减少事故隐患，防止隧道内安全事故的发生。因此，开展高速公路隧道运营安全评价及管理技术的研究，具有十分重要的现实意义。

2 影响公路隧道安全等级的因素

公路隧道的安全等级，是指根据隧道在区域交通网中的重要性和灾害对隧道的危害程度，将公路隧道按一定的安全标准进行划分的等级制度。不同安全等级的公路隧道，其设施和防灾救灾对策也不同。因此，确定公路隧道的安全等级，是进行公路隧道设计和防灾救灾预案研究的基础性工作。影响公路隧道安全等级的因素如下：

（1）基础因素。隧道技术标准（隧道长度、车道数、交通形式），隧道所在路网的位置，隧道沿线的社会、经济、人文、资源状况。

（2）交通因素。交通量的大小、高峰交通量、近远期预测交通量、交通量增长的速率、运输货物的种类、危险品的比例等。

（3）灾害因素。隧道灾害的种类、不同灾害的频率、不同灾害的危害程度。

（4）社会因素。司乘人员的安全意识与心理素质、社会治安与恐怖活动等。

（5）其他因素。隧道的战略价值、军事打击的可能性、地震等。

除了以上影响因素外，还必须考虑到安全等级与安全成本间的关系，即进行安全风险评估。因此，在进行公路隧道安全等级划分时，应妥善处理好以下4种关系。

（1）安全等级和隧道规模的关系。一般地，规模越大、长度越长的隧道，隧道灾害、特别是火灾对其危害性越大，因此对安全度的要求越高。

（2）安全等级和隧道交通量的关系。隧道内交通量越大，运输货物种类越多，发生交通事故和火灾的几率就越大，其安全等级也就越高。

（3）安全等级和社会经济的关系。隧道在社会、军事、经济建设中发挥的作用越大，发生灾害后带来的经济损失也越大，因此，其要求的安全等级也越高。

（4）安全等级与设施的关系。隧道安全等级越高，用于安全设施的费用也越大。

国外关于公路隧道安全问题的研究，已有几十年的历史，但先前都比较零散，近几年来才有系统研究。

3 公路隧道安全评价及等级划分

3.1公路隧道安全等级

隧道的运营安全状况因隧道的重要度不同其评定标准也应有所不同，以往对隧道设防等级不加区分的做法难以得出准确的、与实际相符的结论，因此也难以正确地指导实践活动。结合国内外研究成果，并经过大量的调研，我们制定了隧道运营安全状况评价指标体系和隧道运营安全设防等级分级标准。同时，针对不同设防等级的隧道推荐了参与评定的“匹配指标”。隧道运营安全状况评估思路如下：

根据隧道安全设防等级的分级标准，将隧道运营安全设防划分为5个等级。对每一设防等级从评价指标体系库中选择相应的“匹配指标”，将其运营安全状况划分为五个等级：优、良、中、次、差。所得评估结果用于指导实际的运营安全管理工作，并提出如何改善的方法。流程如图

为了规范和指导公路隧道的设计和施工，我国交通部先后颁布了《公路隧道设规范》、《公路隧道施工技术规范》等这些规范对公路隧道的建设质量以及正常运营，无疑提供了法律性的基本保障。随着运营隧道和特长隧道的逐年增多，公路隧道的安全问题日显突出。国内外资料显示，在运营过程中，由各种安全原因引起的公路隧道交通事故屡见不鲜。如由于施工质量不好、隧道内支护结构塌落而造成交通阻断；隧道漏水引起路面湿滑或结冰，造成洞内撞车；隧道内发生火灾，造成人员伤亡和财产损失等。对这些安全问题的预防，虽然可通过设计、施工、运营各个环节来实现，但必须事先进行安全等级的研究，有了公路隧道安全等级标准，设计才能有据可依，安全设施的布设才能做到有的放矢。

3.2 我国公路隧道安全等级的划分

目前国内外对公路隧道安全等级的划分都进行了深入的研究，结合实际情况，通常对公路安全等级的划分参照隧道重要度、长度和设计交通量3项指标来划分。

3.2.1 欧洲划分标准

铁路运营隧道 篇3

1 工程概况

民大隧道位于兰州市城关区五泉山下, 处于南山路市政公路中段, 民大隧道为左、右线分幅并行箱体明挖框架结构, 左线长1 216 m, 右线长1 278 m。隧道结构上方2 m处为并行的辅道工程, 主道与辅道上下并行。

空间最不利的地形如下:隧道进口320 m范围内, 隧道一侧为高边坡, 坡顶高出隧道顶面最大为12 m;另一侧为既有陇海铁路路堑, 隧道上方辅路路面高出铁路轨面13~14 m, 最大高差为14.14 m, 见图1。隧道结构外缘距离陇海铁路线下行线横向距离最小处工程关系见图2。

随后100 m长度范围内, 隧道上方辅路路面与铁路路基面高差逐渐减小至8 m左右, 最后858 m段, 隧道主体结构逐渐埋入铁路路肩面高程以下。民大隧道主体结构沿隧道纵向呈现出由明式框架逐渐过渡为回填式框架结构, 隧道一直并行于陇海铁路下行线[1,2]。

2 问题分析

本工程与既有电气化铁路运营线长距离并行, 隧道处于高边坡和铁路路堑之间, 大间距避开铁路既有设施, 将对高边坡坡脚开挖过大, 造成边坡基坑侧压力过大, 边坡永久防护强度需提高;过近于既有铁路路基, 施工和公路运营对既有铁路的运营会造成一定的风险。另外, 部分隧道结构和公路辅道高出既有铁路轨面10 m以上, 需重点考虑保证明挖隧道结构的施工及运营铁路的安全;隧道与既有铁路的最小安全距离, 同时应确定最小间距采用的设计依据及铁路和公路双方管理部门各能承受的安全风险。

3 铁路方对本工程提出的设计要求

上跨既有铁路和下穿既有铁路这类工程均会遵循铁路部门的相关规定来实施, 并且根据铁路接触网防范高度来确定桥梁的最低高度以及下穿构筑物顶面的最小埋深。这类工程每年都在大量建设, 已经形成了较为完善的设计依据和施工经验。铁路部门施工天窗时间的安排或降速慢行均能配合施工部门完成相关工程[3,4]。

陇海线本段为繁忙干线, 行车密度平均为1列车/5 min, 民大隧道与该线并行段落过长, 超过1 km, 非点状交叉, 平行并行, 隧道构筑物已经侵入铁路基本用地。在隧道工期内, 铁路部门无法提供与隧道工期一样长、影响陇海线正常运营的天窗时间或慢速通过措施。因此本工程的前提条件是在繁忙干线铁路正常运行的情况下施工该隧道。

公路构筑物近距离、长段落施工与铁路侧相邻, 相关规定和管理办法未有专项内容, 所能依据的是:《铁路安全管理条例》 (国务院2013年第639号) ;《铁路营业线施工安全管理办法》 (铁运 (2012) 280号) ;以及《兰州铁路局营业线施工安全管理补充办法实施细则》 (兰铁办 (2010) 46号) 相关内容[5,6]。兰州铁路局的补充细则与上述两个文件内容基本一致, 针对的都是点状工程, 无长距离并行工程的明确内容。

依据上述3个管理办法编制宗旨和接触网的防范要求来延伸对外界工程的制约条件, 并结合构筑物施工中出现的问题来确定最小间距及相应的防范要求。

陇海铁路该段落设有电气化铁路接触网及供电设备, 接触网的电压为27 500 V, 在此高压电作用下, 许多正常情况下作为绝缘体的物体都能够变成导体而导电, 人靠近接触网即被触电, 一旦触及将被击穿而亡并跳闸中断列车的运行。铁道部《电气化铁路有关人员电气安全规则》规定, 人体及其所携带的任何物体与接触网带电部分必须保持2 m以上的安全距离。

在接触网附近做好安全防护措施, 是民大隧道工程顺利实施的关键。根据3个管理办法和牵引供电设计规范总结出以下设计要求:

(1) 需严格按照《铁路营业线施工安全管理办法》 (铁运 (2012) 280号) 及其补充办法和兰州铁路局《兰州铁路营业线施工安全管理补充办法实施细则》相关内容执行;

(2) 陇海线为繁忙干线, 民大隧道与该线并行段落过长, 非点状交叉, 施工不得长时间影响陇海线的正常运营;

(3) 《铁路电力牵引供电设计规范》 (TB10009—2005) 中规定, 结构及施工操作空间需在接触网带电体以外2 m设置, 永久建筑物保持在2.5 m以外;

(4) 下锚关节段内的接触网杆顶部的下锚线为带电体, 电压同为27 500 V, 应按2 m外要求处置;

(5) 在阴雨潮湿天气, 接触网周围空气湿度较大, 增加了导电的几率, 按规定:施工作业在阴雨潮湿天气时, 与接触网中带电线体的安全距离扩大为3 m, 即阴雨天气任何人员及其所携带的任何物体与接触网的距离保持在3 m以上。

4 接触网设施现状

本隧道工程范围内共有24根接触网杆, 间距为60 m, 接触网杆中线距陇海线下行线线路中线3.1 m。其中有一处下锚关结段, 长186 m, 位于隧道进口段内。接触网杆上布有带电线体下锚线, 电压同为27 500 V。全段落内无回流线, 接触网杆外侧挂有一根架空地线, 见图3。该段下锚线的存在使得接触网杆中心线外侧2 m范围内不得有吊装作业、结构物侵入;非下锚段内的接触网杆内的瓷瓶为绝缘体, 瓷瓶长度为0.5 m, 则接触网杆中心线外侧1.5 m范围内为禁区。架空地线可改移至地下埋设, 改移后对工程无防护距离的要求。

186 m长的下锚关结段内, 外侧安全区域边线为接触网杆外2 m, 见图4。其余段落, 外侧安全区域边线为接触网杆外1.4 m, 见图5。本工程隧道进口段以下锚关节段为控制段落, 即以接触网杆外2 m作为防护最低标准。如图4、图5所示, 虚线包裹的范围内为《铁路电力牵引供电设计规范》要求防范的危险区, 将此危险区域边线标在路基面、接触网杆上, 做出明显标记, 可作为施工范围警戒线。

5 隧道与运营线中线距离的确定

隧道进口段300 m范围内, 隧道顶面和上部辅路高于陇海铁路运营线的路基面, 高差在13~14 m, 是两构筑物最制约的段落。同时此段内还包含了长度186 m的下锚关结段, 其为该段最不利的制约条件。在最不利的情况下, 隧道主体结构与铁路间各类距离数值如下:

(1) 数值1:接触网网杆中心线与铁路中心线间距3.1 m (本段铁路测量出来的固定值) ;

(2) 数值2:网杆外侧防护距离为2.0 m (固定值) ;

(3) 数值3:接触网防护禁区距施工构筑物之间的距离1.0 m (可调节值, 铁路方和公路隧道施工方共同能够接受的安全隔离区, 同时也可满足雨天带电体3 m以外活动的最小距离) ;

(4) 数值4:施工方可接受的施工宽度1.8 m (可调节值, 施工方需要的最大宽度, 可向小调节) 。

则在最不利的情况下, 隧道结构距铁路下行线中心线最小距离3.1+2.0+1.0+1.8=7.9 m。以此值为控制要素重新布置隧道的线路走向, 最终将隧道结构外缘距陇海铁路下行线中心线距离控制在8.01~9.08 m, 见图6。

上述“数值3”属于铁路方必将争取的一个隔离空间, 该值越大对铁路的干扰就越小, 风险越低。风险包括如下几个方面: (1) 施工用水洒落到接触网带电体上; (2) 高空坠物如钢管等物触及接触网带电体; (3) 施工人员容易进入2 m危险区内; (4) 吊装设备吊臂进入2 m危险区内; (5) 吊装设备、临时围挡结构倒塌砸向轨道或触及接触网带电体; (6) 运营期间高空抛物进入2 m禁区内; (7) 运营期间隧道上方辅路车辆冲入2 m禁区内和轨道上等。

本工程这个数值铁路方确认为1 m, 是本着对隧道工程的理解:民大隧道再往外布置, 带来的拆迁面积和防测压工程数量巨大, 认可了隧道是在一个狭小空间内修建, 不得不近距离靠近既有运营线。但同时对于这1 m的隔离空间又提出了相关约束条件, 如施工脚手架的架设方式、隔挡措施、防施工用水措施、施工人员的控制、基坑开挖方式、吊装设备的位置设定、永久档护设置的设置、铁路方参与公路隧道工程的管理等。

“数值4”是在隧道主体混凝土浇筑施工工艺和围挡明确后确定的施工宽度。民大隧道铁路施工侧围挡采用工程中常用的绿色密目棉质防护网及防水板, 架设在临侧脚手架上, 随施工工作平面的升高而续接升高, 并保持防护网高度高于施工工作平面2 m。直接在脚手架边侧搭设密目防护网及防水板, 节省了施工空间, 围挡属轻式设备, 对铁路运营相对比较安全。在靠近接触网位置施工, 务必将人员的各种可能操作以及各种材料的可能摆动范围限制在防护网内, 机械、人员均不得越过防护设施。施工方根据施工组织方案确定了“数值4”。

6 铁路对民大隧道工程的施工类别判定

临近陇海线进行可能因翻塌、坠落等意外而危及行车安全的工程施工, 以下作业应被列为B类施工:

(1) 使用高度 (结构高度) 大于吊车至营业线设备安全限界之间距离的吊车吊装作业;

(2) 临近陇海线进行现浇梁、钢板桩、钢管桩、搭设脚手架、膺架等施工的设备和材料翻落后侵入接触网杆2 m范围内的施工;

(3) 营业线路堑地段有可能发生物体坠落, 翻落侵入接触网2 m范围内的施工。

按远离带电线体外2 m施工的原则, 民大隧道的施工应属于铁路指定的B类工程。

7 铁路对民大隧道工程管理总则

依据《铁路营业线施工安全管理办法》及其补充办法:B类施工应设置防护设施并经铁路局有关部门审批, 却不能设置防护设施时纳入铁路局施工计划。影响营业线设备稳定、使用和行车安全的防护设施设置必须纳入铁路局施工计划。

8 铁路方对本隧道提出的施工管理措施

(1) 建立安全管理体系, 并提高体系内所有成员的安全防护素质

①选拔具有多年铁路施工安全管理工作经验的优秀安全员担任本工程安全工程师。

②通过考核选拔优秀的安全防护员, 对施工中的各环节进行安全防护管理。建立系统、完善的安全管理体系。

③对参与施工的全体工作人员及各工种操作人员进行铁路既有线施工安全和接触网安全的教育。学习的主要内容有《电气安全规则》、《职工“两纪一代”》、《关于防止电气化区段职工触电伤亡事故的措施》以及车站特殊环境下的安全防护应注意的事项等。

(2) 所有工人需掌握如何正确地测量自身与接触网的距离

一般人无法直接测量出自身与接触网的距离, 需通过相对参照物和地表上、接触网杆上的标示来判断。

(3) 施工中用水监控

①阴雨天气, 接触网周围空气湿度较大, 增加了导电的几率。按规定, 在阴雨潮湿天气, 与接触网中带电线体的安全距离扩大为3 m, 即阴雨天气任何人员及其所携带的任何物体与接触网的距离保持在3 m以上。同时, 加派防护人员, 加强对接触网临边施工作业的监护。尽量停止施工, 撤出一切作业人员。

②每一个阶段的用水需将水龙头直接接到用水点, 尽量少用软管接水, 混凝土养护等必须用软管喷射时由专人负责养护, 明确接触网的位置, 背向接触网喷水。因为一旦水柱射向接触网, 电流将通过水柱传向洒水人, 洒水人将立即触电身亡。洒水作业全程均由接触网临边防护员进行监控, 防止任何水流、水柱向接触网方向喷射。

③铁路原有路基内的既有土建设施, 如水沟、路堑边坡、地下通讯信号管线等可挖除或改移。

④施工期间排水不得进入铁路路基内, 已挖毁的路堑排水系统, 需设临时排水系统。

(4) 外墙脚手架的安全防护

结构外缘脚手架是伸出外墙的悬挑脚手架, 为外墙装修等工序而搭设, 由于其处于接触网上方, 因此, 安全防护工作尤为重要, 必须做好接地、防水、防坠落措施。

①为防止出现意外而使人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害及保障电力系统正常运行, 外墙脚手架在使用过程必须做好接地处理, 在脚手架每个节点处用准12圆钢做跨接线, 并与避雷网重复接地保证接地电阻小于4Ω (用摇表测量) 。其它靠近接触网5 m范围的各设备均参照以上方法焊接接地线与接地极可靠连接, 以确保安全。

②在接触网上方, 脚手架需做防水处理, 以防止施工用水、雨水等聚集后汇成一股向下滴水成线滴向接触网, 造成触电。在脚手架底层脚手板上铺防水卷材做防水层, 靠近接触网端部分稍高, 将水引向结构端排走。

③在脚手架外围, 加密防护栏杆间距, 并满铺密目安全网, 以防人员及各种材料坠落, 发生触电或损坏接触网设备等安全事故。

9 公路运营期间对铁路的安全防范措施

运营期间隧道上方辅路的人行道要高于行车道40 cm设置脚墙, 作为第1道防撞设施;外边墙设置s级防撞墙, 高94 cm, 高于铁路路基面的公路均设置防抛网, 见图7。通过设置两级防护措施, 可确保运营安全。

1 0 结语

公路或市政等项目在既有电气化铁路运营线旁近距离大段落并行施工之前, 有一个与铁路管理部门协商的过程, 对于了解铁路方承担的风险和风险的起因, 项目的重新审视和对外谈判具有指导作用。本项目具有一定的特殊性, 有条件的情况下, 类似工程应尽量远离铁路。

参考文献

[1]铁道第一勘察设计院有限公司 (兰州院) .兰州市南山路工程五泉天桥至工林路段初步设计[R].2009.

[2]铁道第一勘察设计院有限公司 (兰州院) .兰州市南山路工程五泉天桥至工林路段民大隧道涉陇海铁路工程设计说明[R].2010.

[3]TB10009—2005铁路电力牵引供电设计规范[S].

[4]TB10301—2009铁路工程基本作业施工安全技术规程[S].

[5]兰州铁路局.兰铁办 (2010) 46号兰州铁路局营业线施工安全管理补充办法实施细则[R].2010.

铁路隧道微弱控制爆破价格分析 篇4

关键词：隧道微弱控制爆破 施工循环时间 进度指标 价格分析

1 工程概况

某新建铁路双线隧道全长503m，断面尺寸为133m3/延米。隧道出口线路右侧山体存在大量危岩落石，为保证山脚居民生命及财产安全，防止由于隧道爆破开挖导致的危岩落石下落，隧道里程DK415+450～DK415+645段195m开挖采用控制爆破，爆破振动传到线路右侧300m处山体时，爆破振速不得大于0.5cm/s。以目前铁路工程预算定额的消耗量为依据，以该段隧道开挖为例，对隧道控制爆破价格进行分析。

2 微弱控制爆破最大单段装药量控制

根据萨道夫斯基公式进行单段装药量计算：

对上述公式进行调整为：Q=R3（V/K）3/α

Q——最大单段装药量kg；R——爆源中心至被保护建筑物的最小距离m；V——保护对象所在地质点振动安全允许速度cm/s；K、α——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。爆区不同岩性的K，α值。

最大单段装药量：

爆源中心距离最近砼结构R取为300m。

R=300m，V=0.5cm/s

石灰岩地质为中硬岩石，K、α取值：K=150、α=1.5

由此得出最大单段装药量Q为：

Q=R3（V/K）3/α

=3003×（0.5/150）3/1.5

=300Kg根据计算出的最大单段装药量及台阶法施工上导开挖设计量（取上导坑断面为80m3/延米）计算出炸药消耗量，并根据专业爆破监测单位现场监测，保证隧道右侧300m处的震速控制在允许范围内，根据所测各项数据修正钻爆施工方案，调整最大装药量。最终确定钻爆施工方案为台阶法施工，上下台阶分次爆破，每循环进尺不超过1.5m，装药量按正常爆破进行，每天平均施工1.85循环。

3 隧道施工循环时间、进度指标

3.1 隧道Ⅲ级围岩一般台阶法与微弱控制爆破每循环进尺及时间对比（表1、2）

3.2 开挖进度指标综合分析

隧道施工中地质超前预报根据不同隧道地质情况拟采用TSP203超前预报、超前水平钻探、全断面地质素描等不同手段进行检测，将超前地质预报所用的时间纳入到隧道各级围岩开挖循环中，根据实施性施工组织设计其开挖进度指标对比见表3。

表3 隧道开挖进度指标对比表

■

4 隧道Ⅲ级围岩微弱控制爆破与一般开挖预算费用比较

4.1 根据隧道不同施工循环时间、进度指标对比，分析控制爆破定额消耗调整系数（如表4）。

表4

■

4.2 依据现有隧道开挖预算定额分析隧道微弱控制爆破定额消耗

一般隧道开挖施工与微弱控制爆破施工工料机消耗量对比（如表5）。

表5

■

4.3 增加费用对比

根据铁建设[2004]47号文《铁路工程预算定额隧道工程》及 铁建设[2006]113号文“关于发布《铁路基本建设工程设计概（预）算编制办法》的通知，分析不同方式开挖价格（如表6）。

表6

■

经以上费用分析，一般隧长小于1km的隧道开挖及出碴施工约9947元/m，从该隧道看，微弱控制爆破施工约17298元/m，增加费用约7351元/m。

5 结束语

在隧道施工中山体如存在大量危岩落石，关系到保证居民生命及财产安全，施工前做好严密的施工安排，施工方案的选择要切合实际，依据施工方案及安全措施，合理调整预算投入。

参考文献

[1]铁建设[2004]47号文，《铁路工程预算定额隧道工程》.

[2]铁建设[2006]113号文，《铁路基本建设工程设计概（预）算编制办法》.

[3]Q/ZTG21400-2006，《客运专线铁路隧道工程施工技术规范》[S].endprint

摘要：根据工程实例，介绍某新建隧道工程概况，并以该隧道出口段195m范围为例，介绍其施工方法，每循环施工时间及进尺要求，通过对施工循环时间、进度指标对比，依据现有隧道开挖定额分析隧道微弱控制爆破定额消耗调整系数及对费用进行分析比较。

关键词：隧道微弱控制爆破 施工循环时间 进度指标 价格分析

1 工程概况

某新建铁路双线隧道全长503m，断面尺寸为133m3/延米。隧道出口线路右侧山体存在大量危岩落石，为保证山脚居民生命及财产安全，防止由于隧道爆破开挖导致的危岩落石下落，隧道里程DK415+450～DK415+645段195m开挖采用控制爆破，爆破振动传到线路右侧300m处山体时，爆破振速不得大于0.5cm/s。以目前铁路工程预算定额的消耗量为依据，以该段隧道开挖为例，对隧道控制爆破价格进行分析。

2 微弱控制爆破最大单段装药量控制

根据萨道夫斯基公式进行单段装药量计算：

对上述公式进行调整为：Q=R3（V/K）3/α

Q——最大单段装药量kg；R——爆源中心至被保护建筑物的最小距离m；V——保护对象所在地质点振动安全允许速度cm/s；K、α——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。爆区不同岩性的K，α值。

最大单段装药量：

爆源中心距离最近砼结构R取为300m。

R=300m，V=0.5cm/s

石灰岩地质为中硬岩石，K、α取值：K=150、α=1.5

由此得出最大单段装药量Q为：

Q=R3（V/K）3/α

=3003×（0.5/150）3/1.5

=300Kg根据计算出的最大单段装药量及台阶法施工上导开挖设计量（取上导坑断面为80m3/延米）计算出炸药消耗量，并根据专业爆破监测单位现场监测，保证隧道右侧300m处的震速控制在允许范围内，根据所测各项数据修正钻爆施工方案，调整最大装药量。最终确定钻爆施工方案为台阶法施工，上下台阶分次爆破，每循环进尺不超过1.5m，装药量按正常爆破进行，每天平均施工1.85循环。

3 隧道施工循环时间、进度指标

3.1 隧道Ⅲ级围岩一般台阶法与微弱控制爆破每循环进尺及时间对比（表1、2）

3.2 开挖进度指标综合分析

隧道施工中地质超前预报根据不同隧道地质情况拟采用TSP203超前预报、超前水平钻探、全断面地质素描等不同手段进行检测，将超前地质预报所用的时间纳入到隧道各级围岩开挖循环中，根据实施性施工组织设计其开挖进度指标对比见表3。

表3 隧道开挖进度指标对比表

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4 隧道Ⅲ级围岩微弱控制爆破与一般开挖预算费用比较

4.1 根据隧道不同施工循环时间、进度指标对比，分析控制爆破定额消耗调整系数（如表4）。

表4

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4.2 依据现有隧道开挖预算定额分析隧道微弱控制爆破定额消耗

一般隧道开挖施工与微弱控制爆破施工工料机消耗量对比（如表5）。

表5

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4.3 增加费用对比

根据铁建设[2004]47号文《铁路工程预算定额隧道工程》及 铁建设[2006]113号文“关于发布《铁路基本建设工程设计概（预）算编制办法》的通知，分析不同方式开挖价格（如表6）。

表6

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经以上费用分析，一般隧长小于1km的隧道开挖及出碴施工约9947元/m，从该隧道看，微弱控制爆破施工约17298元/m，增加费用约7351元/m。

5 结束语

在隧道施工中山体如存在大量危岩落石，关系到保证居民生命及财产安全，施工前做好严密的施工安排，施工方案的选择要切合实际，依据施工方案及安全措施，合理调整预算投入。

参考文献

[1]铁建设[2004]47号文，《铁路工程预算定额隧道工程》.

[2]铁建设[2006]113号文，《铁路基本建设工程设计概（预）算编制办法》.

[3]Q/ZTG21400-2006，《客运专线铁路隧道工程施工技术规范》[S].endprint

摘要：根据工程实例，介绍某新建隧道工程概况，并以该隧道出口段195m范围为例，介绍其施工方法，每循环施工时间及进尺要求，通过对施工循环时间、进度指标对比，依据现有隧道开挖定额分析隧道微弱控制爆破定额消耗调整系数及对费用进行分析比较。

关键词：隧道微弱控制爆破 施工循环时间 进度指标 价格分析

1 工程概况

某新建铁路双线隧道全长503m，断面尺寸为133m3/延米。隧道出口线路右侧山体存在大量危岩落石，为保证山脚居民生命及财产安全，防止由于隧道爆破开挖导致的危岩落石下落，隧道里程DK415+450～DK415+645段195m开挖采用控制爆破，爆破振动传到线路右侧300m处山体时，爆破振速不得大于0.5cm/s。以目前铁路工程预算定额的消耗量为依据，以该段隧道开挖为例，对隧道控制爆破价格进行分析。

2 微弱控制爆破最大单段装药量控制

根据萨道夫斯基公式进行单段装药量计算：

对上述公式进行调整为：Q=R3（V/K）3/α

Q——最大单段装药量kg；R——爆源中心至被保护建筑物的最小距离m；V——保护对象所在地质点振动安全允许速度cm/s；K、α——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。爆区不同岩性的K，α值。

最大单段装药量：

爆源中心距离最近砼结构R取为300m。

R=300m，V=0.5cm/s

石灰岩地质为中硬岩石，K、α取值：K=150、α=1.5

由此得出最大单段装药量Q为：

Q=R3（V/K）3/α

=3003×（0.5/150）3/1.5

=300Kg根据计算出的最大单段装药量及台阶法施工上导开挖设计量（取上导坑断面为80m3/延米）计算出炸药消耗量，并根据专业爆破监测单位现场监测，保证隧道右侧300m处的震速控制在允许范围内，根据所测各项数据修正钻爆施工方案，调整最大装药量。最终确定钻爆施工方案为台阶法施工，上下台阶分次爆破，每循环进尺不超过1.5m，装药量按正常爆破进行，每天平均施工1.85循环。

3 隧道施工循环时间、进度指标

3.1 隧道Ⅲ级围岩一般台阶法与微弱控制爆破每循环进尺及时间对比（表1、2）

3.2 开挖进度指标综合分析

隧道施工中地质超前预报根据不同隧道地质情况拟采用TSP203超前预报、超前水平钻探、全断面地质素描等不同手段进行检测，将超前地质预报所用的时间纳入到隧道各级围岩开挖循环中，根据实施性施工组织设计其开挖进度指标对比见表3。

表3 隧道开挖进度指标对比表

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4 隧道Ⅲ级围岩微弱控制爆破与一般开挖预算费用比较

4.1 根据隧道不同施工循环时间、进度指标对比，分析控制爆破定额消耗调整系数（如表4）。

表4

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4.2 依据现有隧道开挖预算定额分析隧道微弱控制爆破定额消耗

一般隧道开挖施工与微弱控制爆破施工工料机消耗量对比（如表5）。

表5

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4.3 增加费用对比

根据铁建设[2004]47号文《铁路工程预算定额隧道工程》及 铁建设[2006]113号文“关于发布《铁路基本建设工程设计概（预）算编制办法》的通知，分析不同方式开挖价格（如表6）。

表6

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经以上费用分析，一般隧长小于1km的隧道开挖及出碴施工约9947元/m，从该隧道看，微弱控制爆破施工约17298元/m，增加费用约7351元/m。

5 结束语

在隧道施工中山体如存在大量危岩落石，关系到保证居民生命及财产安全，施工前做好严密的施工安排，施工方案的选择要切合实际，依据施工方案及安全措施，合理调整预算投入。

参考文献

[1]铁建设[2004]47号文，《铁路工程预算定额隧道工程》.

[2]铁建设[2006]113号文，《铁路基本建设工程设计概（预）算编制办法》.

铁路隧道塌方处理 篇5

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].

[3]徐治中.隧道围岩差异性风化地段施工塌方原因及处治方法[J].铁道标准设计, 2010 (6) :96-8.

[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.

铁路运营隧道 篇6

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。

铁路运营隧道 篇7

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8

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

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探讨铁路高瓦斯隧道安全施工 篇9

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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

重载铁路隧道火灾特点分析 篇10

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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