《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《​大断面瓦斯隧道修建关键技术及应用》​

本期项目简介

完成单位: 中铁二院工程集团有限责任公司、 西南交通大学、 成贵铁路有限责任公司、 中铁五局集团第四工程有限责任公司、 四川省科源工程技术测试中心

主要完成人: 匡亮、 赵万强、 喻渝、 丁睿、张俊云、 李小兵、 熊建龙、 罗禄森、 郑长青、 黄泽、 戚明辉、 曹彧、 何昌国、 齐春、 杨东升

项目简介

　　(一)项目背景

　　随着高速铁路网向中西部山区进一步纵深拓展,高铁隧道不可避免地穿越大量煤系地层,尤其在云贵川渝煤系区,出现大量大断面煤系瓦斯隧道,防治瓦斯爆炸、燃烧等重大安全事故发生,保证建设和施工人员安全面临巨大技术挑战。

　　高铁大断面隧道相比煤矿井巷系统,断面大,围岩失稳危险度高,单位时间瓦斯涌出量大,瓦斯释放危险度高,破坏力强、波及面广,高铁隧道多工序交叉作业,设备及作业人员多,势必造成群死群伤的重大事故;交通隧道工程多与煤层斜交,瓦斯分布规律很难掌握,瓦斯特征复杂,给瓦斯预测预警造成很大难度,隧道工程工期紧张,瓦斯灾害威胁和隧道施工各环节紧密相扣,如果没有系统完善的瓦斯防治技术,极可能酿成重大安全事故。早期铁路建设瓦斯分级较粗放,措施针对性不强,常带来安全风险或投资浪费,突出危险的瓦斯隧道数量少,断面小,未形成成熟的大断面煤系瓦斯隧道揭煤防突理论、方法及技术。

　　为满足我国幅员辽阔、地质复杂、规模宏大的高铁建设需求,必须攻克瓦斯分级标准及突出危险性评价方法、大断面隧道瓦斯突出预测和防突揭煤方法及技术、瓦斯监测预测与施工安全管理三大核心技术难题,建立大断面煤系瓦斯隧道修建的设计理论、方法与技术体系。

　　(二)技术概况

　　本项目属技术开发类。随着国家交通基建的全面推进,西部地区含煤与瓦斯地层的高速铁路大断面隧道工程,瓦斯灾害防治保证建设安全面临巨大技术挑战。研究团队历时13年的课题攻关,成功攻克了瓦斯分级标准及突出危险性评价方法、大断面隧道瓦斯突出预测防治和揭煤方法及技术、瓦斯监测预测与施工安全管理三大关键技术难题,形成了系统的技术发明成果。

　　(三)获奖情况

　　本项目成果获得中国中铁科学技术一等奖和中国交通运输协会科学技术进步奖一等奖。

项目创新点

　　(1)发明了瓦斯隧道分级指数经验公式,建立了瓦斯隧道定量分级方法和评价指标系统,为选线阶段瓦斯隧道分级评价提供了系统可靠的方法。

　　(2)发明了瓦斯隧道定量分区指数公式,建立了安全分区指标体系,为勘察设计阶段不同瓦斯区段采取针对性措施提供依据。

　　(3)建立了适用于现场施工评判的瓦斯突出危险性评价体系,构建防突综合措施执行系统,综合配套应用突出危险性预测、防突措施、措施效果检验和安全防护措施,实现全面有效的瓦斯突出防治。

　　(4)研发“真三轴煤体压-渗试验系统冶,探明了地应力路径、应力状态和瓦斯压力耦合作用下煤岩瓦斯渗透性随瓦斯压力和应力的变化关系,获取了瓦斯突出预测指标的临界值。

　　(5)发明了大断面瓦斯隧道突出危险性三步预测方法,提出了揭煤预留岩柱厚度的计算模型和理论公式,建立了大断面瓦斯隧道“平导先行、多煤层集中抽放、正洞台阶法揭煤冶的近距离煤层群综合揭煤技术。

　　(6)探明了大断面瓦斯隧道掌子面气流运动特征及瓦斯变化规律,建立了基于模糊识别和疏系数自回归模型的施工期瓦斯监测数据分析模型,实现了瓦斯涌出规律的提前预测,建立了以“六大系统冶为基础的瓦斯隧道信息化、智能化施工安全管理系统。

同类项目比较

应用案例

　　本项目多项研究成果纳入《铁路瓦斯隧道技术规范》《铁路隧道设计规范》《川藏铁路勘察设计暂行规定》等铁路行业规范以及《公路瓦斯隧道技术规程》四川省地方行业标准,成果在成都至贵阳高铁40座瓦斯隧道(含多座瓦斯突出、高瓦斯隧道)、重庆至贵阳铁路2座瓦斯突出隧道、林歹至织金铁路2座瓦斯突出、高瓦斯隧道、成都至重庆高铁4座瓦斯隧道中得到广泛应用。

社会效益与经济效益

　　项目成果在成贵高铁、成渝客专、渝黔铁路、林织铁路等隧道工程中成功应用,共计节省工程投资2.134亿元。项目创建的隧道瓦斯分级标准及突出危险性评价方法、煤与瓦斯突出预测防治及揭煤成套技术体系和瓦斯监测预测与安全管理成套技术,解决了大断面瓦斯隧道修建关键难题,形成了具有自主知识产权的设计理论、施工方法与技术标准体系,成功应用于以世界首条山区高铁———成贵高铁、成渝高铁、渝黔铁路等为代表的多个国家级重大工程,推动了我国高速铁路建设的技术进步,也为我国正在实施的“一带一路冶国际合作和高铁技术“走出去冶奠定了技术基础,社会效益显著。