2.工法文本-瓦斯隧道雙u型管水氣分離裝置施工工法

1、<p>　　瓦斯隧道雙U型管水氣分離裝置施工工法</p><p>　　中鐵十二局集團(tuán)有限公司 中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司</p><p>　　王萬(wàn)通 王琪 胡曙峰 黎建華 李飛</p><p><b>　　1.前言</b></p><p>　　隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，國(guó)內(nèi)的公路、鐵路建設(shè)迅猛發(fā)

2、展，因西部地區(qū)多山的特性，決定了在公路、鐵路建設(shè)中，不可避免的要建設(shè)大量隧道工程，近年來(lái)，穿越煤層或采空區(qū)等的隧道工程越來(lái)越多，大大增加了工程建設(shè)的難度和危險(xiǎn)性，對(duì)于涌水瓦斯隧道，瓦斯氣體隨水溢出的問(wèn)題一直危及施工及運(yùn)營(yíng)的安全。針對(duì)瓦斯隨水游離的難題，中鐵十二局集團(tuán)有限公司在總結(jié)金竹山隧道瓦斯隧道關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成本工法。該工法在質(zhì)量控制上達(dá)到公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采取雙U型管原理，達(dá)到了水氣分離的效果，既保證安全施工，又環(huán)保，取得了顯

3、著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。經(jīng)山西省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所查新結(jié)果：國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)在瓦斯隧道施工中應(yīng)用水氣分離裝置的公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。2011年8月31日，包含該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的科技成果《金竹山瓦斯隧道關(guān)鍵技術(shù)研究》通過(guò)了科技成果鑒定，鑒定意見(jiàn)：總體達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。該工法分別應(yīng)用于達(dá)陜高速公路金竹山瓦斯隧道，達(dá)陜高速公路獅子寨瓦斯隧道，取得了較好的效果，推廣應(yīng)用成績(jī)顯著。</p><p><b>　　2.工法特點(diǎn)&l

4、t;/b></p><p>　　2.1本工法工序科學(xué)合理，安全可靠。與隧道結(jié)構(gòu)防排水共同使用，只是在縱向排水管內(nèi)增加一個(gè)雙U型管。</p><p>　　2.2經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。投入機(jī)具設(shè)備少、人員少、材料易購(gòu)買，只在市場(chǎng)上購(gòu)買部分三通管，及定做要求的雙U型管就可完成，材料來(lái)源廣泛。</p><p>　　2.3操作簡(jiǎn)單。只需將三通管將各種管件相連，即可完成任務(wù)，不需增

5、加防排水施工人員。</p><p><b>　　3.適用范圍</b></p><p>　　本工法適用于有涌水且富含瓦斯氣體的公路、鐵路隧道，特別適用于圍巖裂隙發(fā)育、涌水量較大，瓦斯氣體含量高的隧道。</p><p><b>　　4.工藝原理</b></p><p>　　本工法采用雙U型管與隧道防排水

6、系統(tǒng)結(jié)合使用，將雙U型管安裝在隧道縱向排水管中，根據(jù)雙U型管的功能：當(dāng)墻背水通過(guò)環(huán)向盲管進(jìn)入縱向排水管時(shí)，如水量較小，則主要通過(guò)縱向排水管排水，當(dāng)水量較大超過(guò)縱向排水管排水能力時(shí)，橫向泄水管才進(jìn)行分流將多余的水導(dǎo)入中央排水管（或排水邊溝）內(nèi)。當(dāng)有瓦斯氣體通過(guò)環(huán)向盲管隨水進(jìn)入縱向排水管后，因雙U型管的設(shè)置及阻止了帶瓦斯氣體水流的通過(guò)，瓦斯氣體通過(guò)縱向排水管與排氣管的連通管進(jìn)入縱向排氣管，在通過(guò)縱向排氣管引出隧道10m，直接排入空氣中。水氣

7、分離裝置縱向布置如圖4所示。</p><p>　　圖4 水氣分離裝置沿隧道縱向布置圖</p><p>　　5.施工工藝流程及操作要點(diǎn)</p><p><b>　　5.1裝置組成</b></p><p>　　水氣分離裝置由雙U型管、灌水管道、三通管、縱向排氣管組成，與隧道排水系統(tǒng)縱向排水管、環(huán)向排水管、橫向泄水管、中央

8、排水溝結(jié)合構(gòu)成一個(gè)水氣分離系統(tǒng)。如圖5.1-1、5.1-2、5.1-3、5.1-4所示。</p><p>　　圖5.1-1水氣分離大樣圖（橫向排水管） 圖5.1-2 灌水管道</p><p>　　圖5.1-3 雙U型管 圖5.1-4連接大樣圖</p><p>　　5.2工藝流程（

9、詳見(jiàn)圖5.2）</p><p>　　圖5.2 雙U型管水氣分離裝置工藝流程圖</p><p><b>　　5.3 操作要點(diǎn)</b></p><p>　　5.3.1 預(yù)留橫向泄水管槽</p><p>　　橫向泄水管安裝前，首先要進(jìn)行隧道仰拱及填充的施工，仰拱及填充施工工藝在此不必贅述。一般橫向泄水管的安裝有兩種方法：一是提

10、前預(yù)留管槽，待以后安裝U型管時(shí)再安裝橫向泄水管。二是直接預(yù)埋橫向泄水管，以后安裝U型管時(shí)再與橫向排水管連接。第一種方法容易調(diào)整，施工規(guī)范。第二種方法不易調(diào)整，一旦不合適，鑿除混凝土比較費(fèi)事。金竹山隧道采用的是第一種方法。該道工序在填充施工完成時(shí)，將自制模具橫向放置在填充層頂面，并壓入一定深度，橫向坡度符合設(shè)計(jì)圖紙要求。在混凝土初凝后，再將模具拆除。這樣就為以后安裝橫向泄水管預(yù)留一個(gè)槽口，安裝和調(diào)整管道很容易。</p>&l

11、t;p>　　5.3.2 縱向排水管、排氣管定位</p><p>　　仰拱填充施工完成后，在安裝排水系統(tǒng)前，首先要對(duì)縱向排水管、排氣管進(jìn)行定位，這一步工作很重要，是縱向排水管按一定坡度順利排水的重要保證。用水平儀或水準(zhǔn)管測(cè)量幾個(gè)標(biāo)高點(diǎn)，并做好標(biāo)記。排水管與排氣管的間距根據(jù)三通管的長(zhǎng)度來(lái)確定，不宜過(guò)長(zhǎng)，以免縱向管道失穩(wěn)。金竹山隧道兩根管道間距設(shè)計(jì)為25cm。</p><p>　　5.3.

12、3 安裝縱向排水管及雙U型管</p><p>　　縱向排水管及雙U型管的安裝是本工法的核心，也是決定水氣分離裝置功能成敗的關(guān)鍵?？v向排水管根據(jù)隧道涌水量的大小，一般選用直徑10cm的波紋管，具體施工步驟如下：</p><p>　　1、 找出定位標(biāo)志，用沖擊鉆按縱向排水管的直徑上下各打一個(gè)孔。</p><p>　　2、 用自制的鋼筋卡套在縱向排水管上，并將兩頭插入孔洞

13、內(nèi)，這樣便能將排水管牢牢地固定在標(biāo)定位置處，該固定卡一般按每2m左右布置一個(gè)。</p><p>　　3、 縱向排水管在與環(huán)向盲管相接處安裝一個(gè)三通管便于與環(huán)向盲管連接?？v向排水管在指定位置與雙U型管連接，在雙U型管的進(jìn)水端（高端）安裝三通管與縱向排氣管相連接，這樣可又在瓦斯氣體隨水進(jìn)入雙U型管之前就可通過(guò)連通管進(jìn)入縱向排氣管。</p><p>　　4、 將預(yù)制好的雙U型管（PVC）安裝在指

14、定位置后，注意與橫向排水管的位置關(guān)系。雙U型管中部（兩個(gè)單U型管之間）設(shè)置連通接頭便于與橫向泄水管連接。接頭在管底偏上，原理是當(dāng)水量小時(shí)，涌水只通過(guò)縱向排水管排出，當(dāng)水量大時(shí)，縱向排水管不滿足要求時(shí)，涌水便可通過(guò)橫向排水管排至中央排水溝內(nèi)。當(dāng)管道連接完成后，調(diào)整好雙U型管的高度及角度，然后用鋼筋卡進(jìn)行固定。固定完成后用膠帶將接頭處密封，以避免發(fā)生漏水。最后往U型管內(nèi)注滿水（目的是阻止氣體流出）。雙U型管一般每10m安裝一個(gè)。</p

15、><p>　　5.3.4 安裝環(huán)向盲管、縱向排氣管及橫向泄水管</p><p>　　縱向排水管及雙U型管安裝完成后，其余管道的位置也就相應(yīng)的確定了。</p><p>　　1、 環(huán)向盲管選用直徑5cm的波紋管，周圍預(yù)先打孔。環(huán)向盲管間距一般為10m，根據(jù)隧道涌水量的大小及涌水位置設(shè)置，涌水量大的地段可以適當(dāng)加密，間距可縮小至3-5m，有集中涌水部位，可單獨(dú)設(shè)置一條。環(huán)向盲

16、管與縱向排水管通過(guò)三通連接，安裝完成后，采用鋼筋卡固定。</p><p>　　2、 縱向排氣管與排水管材料直徑相同，選用直徑10cm的波紋管，通過(guò)三通管與縱向排水管連接，排氣管與排水管間距25cm，排氣管在上，排水管在下。同樣采用鋼筋卡固定。</p><p>　　3、 橫向排水管選用直徑10cm的波紋管，一端與雙U型管連接，另一端直接伸到中巖排水溝內(nèi)。放置在事先預(yù)留好的管槽內(nèi)，安裝完成后用

17、混凝土澆筑掩埋。</p><p>　　5.3.5 防水層鋪裝</p><p>　　在各種管道安裝并固定完成后，要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，例如連接處的密封性，管道有無(wú)破損，管道順直度及坡度。如有問(wèn)題，重新調(diào)整，調(diào)整完成并確認(rèn)無(wú)誤后方可進(jìn)行防水層鋪裝工作。防水層施工工藝是一項(xiàng)比較成熟的施工工工藝，在此不必贅述，主要注意接縫的處理、松鋪度、有無(wú)破損及安裝的牢固程度。</p><p

18、>　　5.3.6 灌水管道安裝</p><p>　　灌水管道采用直徑5cm的可折金屬管，管道應(yīng)從檢修道上方引出。通過(guò)三通管與縱向排水管連接。隧道建成后應(yīng)定期通過(guò)灌水管道向墻背縱向排水管內(nèi)灌水，以保證雙U型管內(nèi)一直都有水。管道位置在隧道中部?jī)蓚?cè)各設(shè)置一根，也可多設(shè)幾組，以方便灌水。</p><p>　　5.3.7 澆筑混凝土</p><p>　　管道及防水層安裝

19、完成后，經(jīng)質(zhì)量檢查確認(rèn)無(wú)誤后，方可進(jìn)行矮邊墻及二次襯砌混凝土澆筑施工?；炷翝仓┕すに囋诖瞬槐刭樖觥?lt;/p><p>　　5.3.8 注意事項(xiàng)</p><p>　　1、 務(wù)必保證管道接頭連接密實(shí)，為防止意外，可以用膠水及膠帶補(bǔ)粘一下。</p><p>　　2、 保證縱向排水管及排氣管沿隧道縱坡度穩(wěn)定，切忌安裝彎曲影響排水效果。</p><p&g

20、t;　　3、 排水管及排氣管加固穩(wěn)定，免避混凝土澆筑過(guò)程中管道脫落或彎曲。</p><p>　　4、 各排水管道注意外裹透水無(wú)紡布，避免泥沙進(jìn)入管道內(nèi)，堵塞管道。</p><p>　　5、 灌水管道不使用時(shí)應(yīng)把管口封堵密實(shí)，以防瓦斯氣體順管排出。</p><p>　　6、 引出洞外的縱向排氣管應(yīng)妥善接地，防止雷擊，其周圍20m內(nèi)禁止有明火火源及易燃易爆物品。<

21、/p><p><b>　　6.材料與設(shè)備</b></p><p><b>　　6.1材料</b></p><p>　　水氣分離裝置施工工法所需材料見(jiàn)表6.1</p><p>　　表6.1 主要材料</p><p><b>　　6.2設(shè)備</b></p

22、><p>　　水氣分離裝置所用機(jī)具設(shè)備比較簡(jiǎn)單，大部分構(gòu)件為購(gòu)買成品，主要機(jī)具見(jiàn)表6.2</p><p>　　表6.2 主要機(jī)具設(shè)備</p><p><b>　　7.質(zhì)量控制</b></p><p>　　7.1本工法嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工，執(zhí)行《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2003）、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JT

23、G F80-1-2004)、《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》TB10120-2002、《給水用聚乙烯（PE）管材》（GB/T 13663-2000 ）的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)實(shí)際情況，還應(yīng)遵守以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1、因管材接口較多，易出現(xiàn)漏水漏氣現(xiàn)象，要求所有接口都采用三通或多通管件相連。如有密封不嚴(yán)的，可采用膠水或膠帶緾裹。</p><p>　　2、主要管道如有破損，立即更換，不得

24、使用。</p><p>　　3、管道線型及坡度盡量與隧道縱坡一致。</p><p>　　7.2成立專門的質(zhì)量檢查小組，設(shè)專職質(zhì)檢工程師，嚴(yán)格質(zhì)檢程序，對(duì)施工的每道工序進(jìn)行嚴(yán)格的檢查驗(yàn)收，嚴(yán)格“自檢、互檢、專檢”三檢制，質(zhì)量不合格者堅(jiān)決予以返工。</p><p>　　7.3科學(xué)合理組織制定工藝標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)和工序質(zhì)量預(yù)控。加強(qiáng)對(duì)工作人員的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)教育，將質(zhì)量控

25、制落實(shí)到施工過(guò)程中去。</p><p>　　7.4嚴(yán)格崗位質(zhì)量責(zé)任制和質(zhì)量目標(biāo)考核制度。各級(jí)落實(shí)質(zhì)量包保責(zé)任和質(zhì)量終身負(fù)責(zé)制，每項(xiàng)工程明確質(zhì)量具體責(zé)任人，真正使質(zhì)量責(zé)任落到實(shí)處。</p><p><b>　　8.安全措施</b></p><p>　　根據(jù)瓦斯隧道施工特點(diǎn)，安全措施主要體現(xiàn)瓦斯、混凝土澆筑、用電、用火、塌方等方面，本工法除嚴(yán)格遵守

26、《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程》（JTJ 076-1995）各有關(guān)規(guī)定外，還在安全管理、技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理等方面采取了如下措施：</p><p><b>　　8.1安全管理措施</b></p><p>　　8.1.1 使用鋼筋加工設(shè)備時(shí)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作。</p><p>　　8.1.2 洞內(nèi)操作時(shí)，注意高空墜物，所有作業(yè)人員戴安全帽，穿防滑鞋

27、。</p><p>　　8.1.3洞內(nèi)用電時(shí)，嚴(yán)格按瓦斯隧道接線方式使用，由專職電工操作。</p><p>　　8.1.4 施工作業(yè)地點(diǎn)安放醒目裝置，提示過(guò)往車量的通行注意車速及安全。</p><p>　　8.1.5 施工作業(yè)人員注意穿防水防靜電衣物。</p><p>　　8.2 安全技術(shù)措施</p><p>　　8.

28、2.1 對(duì)工序施工進(jìn)行嚴(yán)格技術(shù)交底，寫明對(duì)施工安全有影響的各種因素。</p><p>　　8.2.2制定瓦斯隧道施工相應(yīng)的專項(xiàng)安全技術(shù)方案，</p><p>　　8.2.2遵守瓦斯隧道施工各種安全規(guī)程，定期組織學(xué)習(xí)瓦斯隧道施工相關(guān)安全知識(shí)。</p><p>　　8.3 應(yīng)急處理措施</p><p>　　8.3.1 編制“應(yīng)急救援預(yù)案”，施工中

29、遇到險(xiǎn)情，確定響應(yīng)級(jí)別，起動(dòng)應(yīng)急救援預(yù)案。</p><p>　　8.3.2 施工中一旦發(fā)生火情，應(yīng)立即斷電，并通知現(xiàn)場(chǎng)管理人員。</p><p>　　8.3.3 如發(fā)現(xiàn)隧道初期有掉塊，開(kāi)裂現(xiàn)象，通知現(xiàn)場(chǎng)管理及技術(shù)人員，又便快速啟動(dòng)防塌預(yù)案。</p><p><b>　　9.環(huán)保措施</b></p><p>　　為確保工程

30、所在地環(huán)境得到有效保護(hù)，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家和工程所在政府的環(huán)保政策、法律、法規(guī)，為了保持施工地區(qū)環(huán)境的清潔衛(wèi)生，本工法采取以下環(huán)境保護(hù)措施:</p><p>　　9.1使用完成后的廢舊材料，下腳料統(tǒng)一存放到項(xiàng)目部指定地點(diǎn)，不得隨意丟棄。</p><p>　　9.2因隧道內(nèi)水要排出洞外，要保證不在水里任意清洗油污或傾倒廢水或有污染的液體。</p><p>　　9.3教育施工

31、人員養(yǎng)成良好的衛(wèi)生習(xí)慣，不隨地亂丟垃圾、雜物，保持施工場(chǎng)地、生活區(qū)清潔衛(wèi)生。</p><p><b>　　10.資源節(jié)約</b></p><p>　　為切實(shí)保護(hù)和合理利用各種資源，提高資源利用率，本工法采取以下資源節(jié)約措施。</p><p>　　10.1 本工法采用的主要材料HDPE管與傳統(tǒng)的鑄鐵管和鍍鋅鋼管相比具有重量輕，耐腐蝕，水流阻力小，

32、節(jié)約能源，安裝簡(jiǎn)便迅速，造價(jià)較低等顯著優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　10.2 本工法管道之間的連接全部采用套管或三通形式，與傳統(tǒng)管道連接方法相比，不需要焊接，不需要大型切機(jī)具，節(jié)約電能，且不產(chǎn)生任何有害有毒氣體，能耗低，保護(hù)環(huán)境，資源節(jié)約效果明顯。</p><p><b>　　11.效益分析</b></p><p><b>　　11.1

33、經(jīng)濟(jì)效益</b></p><p>　　本工法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，投入材料、機(jī)具、人員少，不占用隧道內(nèi)正常工序，并且使隧道施工安全和運(yùn)營(yíng)安全得到了保證。但由于水氣分離裝置首次運(yùn)用于瓦斯隧道內(nèi)游離瓦斯的治理，暫沒(méi)有相關(guān)工法定量對(duì)比，但因其簡(jiǎn)單實(shí)用性，推廣應(yīng)用價(jià)值前景廣泛。</p><p><b>　　11.2社會(huì)效益</b></p><p>　　

34、在金竹山隧道的施工中，由于該裝置的成功運(yùn)用，保證了隧道施工防排水的安全和質(zhì)量，結(jié)合隧道在其它方面的成功管理，金竹山隧道的施工得到了交通部質(zhì)監(jiān)總站、四川省交通廳、川高集團(tuán)、達(dá)陜高速公路業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評(píng)；2009年和2010年連續(xù)兩年被四川川高集團(tuán)評(píng)為A級(jí)信用單位。為企業(yè)在施工領(lǐng)域的拓展樹(shù)立了信譽(yù)。</p><p>　　本工法材料來(lái)源廣泛，機(jī)具投入少，操作簡(jiǎn)單，有針對(duì)性的解決了瓦斯隨水游離的問(wèn)題，開(kāi)拓了思路，

35、為今后類似工程施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)，有良好的推廣應(yīng)用前景。</p><p><b>　　11.3環(huán)境效益</b></p><p>　　本工法與隧道防排水系統(tǒng)結(jié)合使用，材料機(jī)具使用少，耐腐蝕，不產(chǎn)生對(duì)人體有毒、有害氣體，對(duì)環(huán)境影響極小。</p><p><b>　　12.應(yīng)用實(shí)例</b></p><p>

36、;　　12.1達(dá)陜高速公路D10合同應(yīng)用實(shí)例</p><p>　　12.1.1工程概況</p><p>　　達(dá)陜高速公路D10合同段金竹山瓦斯隧道, 左線全長(zhǎng)2712m，右線全長(zhǎng)2689m。隧道設(shè)計(jì)按四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，雙洞單向行車。出口端1300米為瓦斯工區(qū)，場(chǎng)地有裂隙、巖溶水，巖溶水，隧道開(kāi)挖時(shí)呈滴水或細(xì)股狀滲出，在斷層破碎帶、巖溶發(fā)育帶會(huì)遇到股狀涌水或突水。</p>