一种隧道的瓦斯抽放系统及隧道结构的制作方法

【技术领域】

本发明涉及隧道施工领域，特别涉及瓦斯隧道的瓦斯抽放系统及隧道结构。

背景技术：

瓦斯是指从煤(岩)层内溢出的各种有害气体的总称，其主要成分是甲烷、二氧化碳，有时还有少量的二氧化硫、硫化氢、一氧化碳等气体。瓦斯是一种无色无味无嗅的气体，但有时由于伴生着碳氢化合物和微量硫化氢，会发出类似苹果香的特殊气味，其相对密度为0.554，瓦斯微溶于水，有很强的扩散性和渗透性，瓦斯具有燃烧性和爆炸性。根据《铁路瓦斯隧道技术规范》规定，瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种，瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级别确定。瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区供四类。低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出去量进行判定。当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m³/min时，为低瓦斯工区，大于或等于0.5m³/min时，为高瓦斯工区。瓦斯隧道只要有一处突出危险，该处所在的工区即为瓦斯突出工区。

目前，瓦斯隧道内瓦斯的防治主要采用封堵结合隧道内通风的方式进行，其主要措施包括：一、隧道衬砌采用防水层等卷材全环封闭止水、气；二、提高衬砌混凝土抗渗性能；三、在隧道内根据瓦斯浓度实施强制通风。由于现有隧道主要采用堵的方式进行瓦斯防治，衬砌背后的瓦斯气体，仅有极其微量的部分通过渗透以及现有隧道的排水结构引出，而大量的瓦斯实际在衬砌背后集聚，引起衬砌背后水压和瓦斯压力回升，侵入隧道正常运营空间产生安全隐患甚至事故。而通过现有隧道排水结构引出的瓦斯，在排水结构中水气混合，在隧道底部全纵向进行流通，虽然仅为微量，但也实际增加了瓦斯逸出的风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种瓦斯隧道中水、气分离的清除瓦斯工区内瓦斯的瓦斯抽放系统，以解决隧道掘进和营运后的瓦斯防治问题。

本发明的又一目的在于提供一种应用于瓦斯聚集的山体中的隧道结构。

为实现该目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道的瓦斯抽放系统，其包括导通隧道掘进终点前方位置与外界的瓦斯抽放孔道，设置在隧道外并且与所述瓦斯抽放孔道连接的抽气装置和将所述瓦斯抽放孔道与抽气装置在连接处实现密封的密封装置。

进一步的，所述瓦斯抽放孔道的隧道端口位于所述隧道掘进终点的前方，山表端口位于距离所述隧道掘进终点最近的山表。

具体的，所述抽气装置在所述瓦斯抽放孔道的所述山表端口处连接。

可选的，所述密封装置由水泥砂浆、胶圈封孔器或聚氨酯封孔中的至少一种材料制成。

进一步的，所述瓦斯抽放孔道四个一组，定义隧道的掘进方向为纵向，同一组所述瓦斯抽放孔在相对于隧道的同一横截面中。

可选的，同一组瓦斯抽放系统的所述瓦斯抽放孔道之间相互平行。

可选的，同一组瓦斯抽放系统的所述瓦斯抽放孔道呈自隧道掘进终点前方位置向山表发散的扇形布设。

具体的，所述抽气装置包括瓦斯抽放泵、插入所述瓦斯抽放孔道的山表端口的抽放钢管以及连接所述抽放钢管和所述瓦斯抽放泵的抽放管路。

可选的，所述瓦斯抽放孔道的隧道端口位于所述隧道掘进终点前方3米-5米。

一种隧道结构，其采用上述技术方案中瓦斯抽放系统。

进一步的，还包括布设在所述隧道的仰拱两侧的排水管道。

具体的，还包括阵列排列的环向盲沟，所述环向盲沟的两端与所述排水管道连通。

现对于现有技术，本发明的有益效果是：在瓦斯聚集区域，通过从距离隧道掘进终点最近的山表位置钻取隧道端口位于所述隧道掘进终点前方的瓦斯抽放孔道，并利用抽气装置对瓦斯聚集区域的瓦斯进行抽放，在隧道掘进至瓦斯聚集区域前，将瓦斯提前排出，有效防治因瓦斯引起的安全事故。

同时，瓦斯抽放孔道从山表位置钻取，其抽放的瓦斯可直接排放到隧道外部的环境中，不会对施工现场造成影响。

另外，通过初期支护，二次衬砌和位于隧道掘进终点的瓦斯抽放系统，实现了隧道掘进过程中瓦斯抽放问题和积水排放问题，实现了水气的分离处理。因此，能有效避免瓦斯及地下水在衬砌背后的集聚，避免由于衬砌背后水压和瓦斯压力回升而引起的安全隐患甚至事故；其次，瓦斯经瓦斯排放管排出，能有效降低衬砌背后的瓦斯浓度，避免瓦斯气体进入排水结构，有效降低瓦斯的逸出风险，因而，能够有效保证隧道掘进及建成营运后的瓦斯防治。

【附图说明】

图1为本发明所提供的瓦斯抽放系统以及隧道结构的横截面示意图；

图2为本发明所提供的掘进施工中的隧道结构的立体示意图；

图3为本发明所提供的隧道结构的纵向剖视示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

如图1所示，本发明提供的隧道结构的其中一种实施例，包括：瓦斯抽放系统、排水管道4、环向盲沟5、初期支护6、二次衬砌7、仰拱9和隧道空腔10；所述瓦斯抽放系统包括抽气装置1、瓦斯抽放孔道2和密封装置3；所述初期支护6为钢架支护，位于隧道外层；所述二次衬砌7为气密性的混凝土浇筑，位于所述初期支护6的内侧；所述仰拱9与所述二次衬砌7相对布设，并与所述二次衬砌7共同围出所述隧道空腔10；隧道的掘进方向相对于水平面具有千分之五度的倾角。所述排水管道4布设在隧道的仰拱9的两侧，并沿隧道掘进方向贯穿整条隧道；所述环向盲沟5阵列排列的布设在所述二次衬砌7与所述初期支护6的交界一侧，其两端与所述排水管道4连通。在掘进施工和隧道运营期间，山体8中的积水通过所述环向盲沟5在所述排水管道4中汇聚，并排出隧道。

参阅图1和图2，本发明提供的瓦斯抽放系统的其中一种实施例中，其包括抽气装置1、瓦斯抽放孔道2和密封装置3，所述抽气装置1包括瓦斯抽放泵11、抽放管路12和抽放钢管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位于隧道掘进终点的前方，所述山表端口11位于距离所述隧道掘进终点最近的山表81。所述密封装置3由水泥砂浆、胶圈封孔器和聚氨酯封孔材料中的至少一种制成。其中，所述隧道掘进终点是随着掘进施工的进行而动态变化的。

隧道掘进过程中，探测到瓦斯涌出量或遇到瓦斯突出工区域时，停止掘进施工，进行瓦斯抽放施工；在距离掘进终点最近的山表钻孔，钻出瓦斯抽放孔道2，钻出的所述瓦斯抽放孔道2的隧道端口22位于所述隧道掘进终点的前方大约3米到5米，数量一般为4个；接着将靠近山表端口11的孔身直径扩大到100-120mm，插入直径70-80mm的抽放钢管13，用密封装置3封孔，所述密封装置3可以用水泥砂浆也可以用胶圈封孔器或聚胺脂封孔，封口深度视山表端口附近围岩性质而定，围岩坚固时2-3m，围岩松软时6-7m，甚至10m左右，封孔后，必须在抽放前用弯管、自动放水器、流量计、铠装软管(或抗静电塑料软管)、闸门等组成的抽放管路12将所述瓦斯抽放孔道2和所述瓦斯抽放泵11连接起来；最后，根据所铺设的管道计算选择出合适的瓦斯抽放泵11。进行瓦斯的抽放工作，每隔10分钟检测一次所抽放瓦斯的浓度，当浓度持续20分钟低于1.0％后可以停止抽采，并继续掘进施工。

利用所述瓦斯抽放孔道2抽放山体8内的瓦斯时，瓦斯抽放孔道2的孔径、孔的深度、抽放管路长度、抽放管路的摩擦阻力、孔内瓦斯流量等均会影响瓦斯抽放系统的抽放阻力，进而影响抽放效率和效果。因此，瓦斯抽放系统中，瓦斯抽放孔道的深度和孔内直径一般需要结合具体使用环境、需求并通过计算获取。一般情况下，所述瓦斯抽放孔道的深度不应大于60m。因此其主要适用于上方山体厚度较小的浅埋隧道。山体中瓦斯的聚集规律与山体结构、地质等因素相关，同一山体的结构、地质等影响瓦斯聚集区域位置的因素不变，因此隧道掘进过程中遇到的瓦斯聚集区域，将仍为隧道运营期间瓦斯容易发生聚集的区域。

图3示出了所述隧道结构的纵向剖视图。瓦斯聚集区域钻取的所述瓦斯抽放孔道2随着隧道的继续掘进，而变为自山表延伸至隧道初期支护外侧的孔道，并继续保留在山体中。若隧道运营期间瓦斯再次在钻孔位置发生聚集，还可以再次通过所述瓦斯抽放孔道2对这些区域的瓦斯进行抽放，以防止隧道运营期间山体内的瓦斯在隧道外侧聚集。

虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。