《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第三部分隧道《?大斷面瓦斯隧道修建關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》?

本期項(xiàng)目簡(jiǎn)介

完成單位: 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司、 西南交通大學(xué)、 成貴鐵路有限責(zé)任公司、 中鐵五局集團(tuán)第四工程有限責(zé)任公司、 四川省科源工程技術(shù)測(cè)試中心

主要完成人: 匡亮、 趙萬(wàn)強(qiáng)、 喻渝、 丁睿、張俊云、 李小兵、 熊建龍、 羅祿森、 鄭長(zhǎng)青、 黃澤、 戚明輝、 曹彧、 何昌國(guó)、 齊春、 楊東升

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　(一)項(xiàng)目背景

　　隨著高速鐵路網(wǎng)向中西部山區(qū)進(jìn)一步縱深拓展,高鐵隧道不可避免地穿越大量煤系地層,尤其在云貴川渝煤系區(qū),出現(xiàn)大量大斷面煤系瓦斯隧道,防治瓦斯爆炸、燃燒等重大安全事故發(fā)生,保證建設(shè)和施工人員安全面臨巨大技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　高鐵大斷面隧道相比煤礦井巷系統(tǒng),斷面大,圍巖失穩(wěn)危險(xiǎn)度高,單位時(shí)間瓦斯涌出量大,瓦斯釋放危險(xiǎn)度高,破壞力強(qiáng)、波及面廣,高鐵隧道多工序交叉作業(yè),設(shè)備及作業(yè)人員多,勢(shì)必造成群死群傷的重大事故;交通隧道工程多與煤層斜交,瓦斯分布規(guī)律很難掌握,瓦斯特征復(fù)雜,給瓦斯預(yù)測(cè)預(yù)警造成很大難度,隧道工程工期緊張,瓦斯災(zāi)害威脅和隧道施工各環(huán)節(jié)緊密相扣,如果沒(méi)有系統(tǒng)完善的瓦斯防治技術(shù),極可能釀成重大安全事故。早期鐵路建設(shè)瓦斯分級(jí)較粗放,措施針對(duì)性不強(qiáng),常帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)或投資浪費(fèi),突出危險(xiǎn)的瓦斯隧道數(shù)量少,斷面小,未形成成熟的大斷面煤系瓦斯隧道揭煤防突理論、方法及技術(shù)。

　　為滿(mǎn)足我國(guó)幅員遼闊、地質(zhì)復(fù)雜、規(guī)模宏大的高鐵建設(shè)需求,必須攻克瓦斯分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法、大斷面隧道瓦斯突出預(yù)測(cè)和防突揭煤方法及技術(shù)、瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)與施工安全管理三大核心技術(shù)難題,建立大斷面煤系瓦斯隧道修建的設(shè)計(jì)理論、方法與技術(shù)體系。

　　(二)技術(shù)概況

　　本項(xiàng)目屬技術(shù)開(kāi)發(fā)類(lèi)。隨著國(guó)家交通基建的全面推進(jìn),西部地區(qū)含煤與瓦斯地層的高速鐵路大斷面隧道工程,瓦斯災(zāi)害防治保證建設(shè)安全面臨巨大技術(shù)挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)13年的課題攻關(guān),成功攻克了瓦斯分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法、大斷面隧道瓦斯突出預(yù)測(cè)防治和揭煤方法及技術(shù)、瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)與施工安全管理三大關(guān)鍵技術(shù)難題,形成了系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)明成果。

　　(三)獲獎(jiǎng)情況

　　本項(xiàng)目成果獲得中國(guó)中鐵科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)和中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　　(1)發(fā)明了瓦斯隧道分級(jí)指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式,建立了瓦斯隧道定量分級(jí)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng),為選線(xiàn)階段瓦斯隧道分級(jí)評(píng)價(jià)提供了系統(tǒng)可靠的方法。

　　(2)發(fā)明了瓦斯隧道定量分區(qū)指數(shù)公式,建立了安全分區(qū)指標(biāo)體系,為勘察設(shè)計(jì)階段不同瓦斯區(qū)段采取針對(duì)性措施提供依據(jù)。

　　(3)建立了適用于現(xiàn)場(chǎng)施工評(píng)判的瓦斯突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系,構(gòu)建防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng),綜合配套應(yīng)用突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、防突措施、措施效果檢驗(yàn)和安全防護(hù)措施,實(shí)現(xiàn)全面有效的瓦斯突出防治。

　　(4)研發(fā)“真三軸煤體壓-滲試驗(yàn)系統(tǒng)冶,探明了地應(yīng)力路徑、應(yīng)力狀態(tài)和瓦斯壓力耦合作用下煤巖瓦斯?jié)B透性隨瓦斯壓力和應(yīng)力的變化關(guān)系,獲取了瓦斯突出預(yù)測(cè)指標(biāo)的臨界值。

　　(5)發(fā)明了大斷面瓦斯隧道突出危險(xiǎn)性三步預(yù)測(cè)方法,提出了揭煤預(yù)留巖柱厚度的計(jì)算模型和理論公式,建立了大斷面瓦斯隧道“平導(dǎo)先行、多煤層集中抽放、正洞臺(tái)階法揭煤冶的近距離煤層群綜合揭煤技術(shù)。

　　(6)探明了大斷面瓦斯隧道掌子面氣流運(yùn)動(dòng)特征及瓦斯變化規(guī)律,建立了基于模糊識(shí)別和疏系數(shù)自回歸模型的施工期瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析模型,實(shí)現(xiàn)了瓦斯涌出規(guī)律的提前預(yù)測(cè),建立了以“六大系統(tǒng)冶為基礎(chǔ)的瓦斯隧道信息化、智能化施工安全管理系統(tǒng)。

同類(lèi)項(xiàng)目比較

應(yīng)用案例

　　本項(xiàng)目多項(xiàng)研究成果納入《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》《川藏鐵路勘察設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》等鐵路行業(yè)規(guī)范以及《公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程》四川省地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),成果在成都至貴陽(yáng)高鐵40座瓦斯隧道(含多座瓦斯突出、高瓦斯隧道)、重慶至貴陽(yáng)鐵路2座瓦斯突出隧道、林歹至織金鐵路2座瓦斯突出、高瓦斯隧道、成都至重慶高鐵4座瓦斯隧道中得到廣泛應(yīng)用。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　項(xiàng)目成果在成貴高鐵、成渝客專(zhuān)、渝黔鐵路、林織鐵路等隧道工程中成功應(yīng)用,共計(jì)節(jié)省工程投資2.134億元。項(xiàng)目創(chuàng)建的隧道瓦斯分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法、煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)防治及揭煤成套技術(shù)體系和瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)與安全管理成套技術(shù),解決了大斷面瓦斯隧道修建關(guān)鍵難題,形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)理論、施工方法與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,成功應(yīng)用于以世界首條山區(qū)高鐵———成貴高鐵、成渝高鐵、渝黔鐵路等為代表的多個(gè)國(guó)家級(jí)重大工程,推動(dòng)了我國(guó)高速鐵路建設(shè)的技術(shù)進(jìn)步,也為我國(guó)正在實(shí)施的“一帶一路冶國(guó)際合作和高鐵技術(shù)“走出去冶奠定了技術(shù)基礎(chǔ),社會(huì)效益顯著。