[发明专利]地铁盾构瓦斯隧道施工方法

权利要求书

1.一种地铁盾构瓦斯隧道施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、通过对地质勘察所测定的所施工瓦斯隧道的瓦斯压力值与孔隙气压力值进行比较，将所施工的瓦斯隧道从头至尾分为一个或多个有害气体压力区段，所述有害气体压力区段包括瓦斯压力大于孔隙气压力区段和瓦斯压力小于孔隙气压力区段两种类型；

步骤二、按照所施工瓦斯隧道的施工工序依次对各有害气体压力区段分别进行施工，对一有害气体压力区段而言，其施工过程包括以下步骤：

(1)施工前的准备工作，其准备过程如下：

101、根据公式

计算所施工有害气体压力区段的极限瓦斯涌出量Q，即单位时间内涌进采掘空间的瓦斯量，并相应建立盾构机的掘进速度v与极限瓦斯涌出量Q间的对应关系；

式中：v——盾构机的掘进速度，mm/min；S——所施工瓦斯隧道的掘进断面面积，m²；ξ——所施工瓦斯隧道穿越的所有土层类型中孔隙率最大的土层的孔隙率最大值即极值，％；P——实测所施工瓦斯隧道最大的瓦斯压力值，MPa；Pst——标准大气压，MPa；A——考虑所述盾构机盾尾及掘进后的成型隧道逸出有害气体的安全系数，K——考虑到所施工瓦斯隧道穿越的地层中土体瓦斯释放系数的不同及瓦斯释放的不均匀性而设置的瓦斯涌出系数，且A×K＝1.2；

102、判定所施工有害气体压力区段的瓦斯隧道等级：以极限瓦斯涌出量Q＝Q₀＝0.5±0.02m³/min为判定标准，根据式(1-1)计算得出Q₀对应的盾构机的掘进速度v₀：当盾构机的掘进速度v＜v₀时，所施工的有害气体压力区段为低瓦斯隧道；当盾构机的掘进速度v＞v₀时，所施工的有害气体压力区段为高瓦斯隧道； 

103、根据所判定出的所施工有害气体压力区段的瓦斯隧道等级，并结合《铁路瓦斯隧道技术规范》，相应对所采用盾构机的防爆性能、通风系统的通风量以及瓦斯监测控制系统进行改造，同时严格控制施工时可能出现的火源，最终通过提高设备防爆性能、降低瓦斯气体浓度和控制火源达到防止瓦斯灾害事故发生的目的；

104、设定盾构机的掘进速度v，将所施工的有害气体压力区段有条件地界定为低瓦斯隧道，具体是将盾构机的掘进速度v限定为小于v₀，从而达到进一步防止瓦斯灾害事故发生的目的；

(2)盾构掘进施工：采用步骤103中改造后的盾构机、通风系统和瓦斯监测控制系统且以步骤104中所设定的盾构机掘进速度v，按照常规盾构掘进施工工艺对所施工的有害气体压力区段进行施工；掘进施工过程中，严格控制盾构螺旋出土、盾尾密封、同步注浆及二次注浆的质量，以防止瓦斯大量泄露入隧道，降低施工风险；

(3)管片拼装衬砌施工：盾构掘进施工完成一环后，再按照常规管片拼装衬砌施工工艺进行管片拼装衬砌施工；不断循环，直至完成所施工有害气体压力区段的整体施工；管片拼装衬砌施工过程中，需严格保证管片拼装的质量；

步骤三、按照步骤二施工完成所施工瓦斯隧道的所有有害气体压力区段，直至实现所施工瓦斯隧道的贯通。

2.按照权利要求1所述的地铁盾构瓦斯隧道施工方法，其特征在于：步骤103中所述的对所述盾构机进行改造时，直接采用防爆性能等级相对高的盾构机，或者通过对现有非防爆型的盾构机进行局部改造后再投入使用；对现有非防爆型的盾构机进行的局部改造，主要包括对所述盾构机的所有电气接头进行密封处理、对电气控制箱进行防爆处理和在盾构机的出土口处设置排风系统。

3.按照权利要求1或2所述的地铁盾构瓦斯隧道施工方法，其特征在于：步骤103中所述的对所述通风系统的通风量进行改造时，所采用通风 系统的通风方式为压入式通风方式，且所采用的通风设备包括增大所施工有害气体压力区段内部通风量的主风机和多个局部防爆风扇；所述主风机为大风量风机或两台相串接的风机；所述局部防爆风扇安装在所述盾构机及后配套台车内部的经实地勘查后发现可能发生瓦斯气体聚集的地方。