专利名称：含沼气层盾构掘进的沼气安全控制方法
技术领域：
本发明属于隧道工程领域，具体是指对盾构隧道地层内的沼气进行安全控制的方 法。
背景技术：
为应对人口增长和城市自身发展带来的需求，城市地下空间被大规模开发和利 用，而隧道作为重要的地下建筑物发挥着交通运输、输水及供电等作用，而采用盾构法修建 隧道对地面交通影响小，机械化程度高，施工速度快，对环境污染小，且适用地层范围较大， 故被广泛地运用于城市隧道建设。目前我国经济较为发达的东南部沿海城市在含沼气层中 修建地下隧道的工程日益增多，且此类地层有害气体赋存特点呈现囊状不连通的特点，有 害气体的赋存特点不同于煤矿地区有害气体的赋存特点。通过对现有技术的文献检索发现，中铁一局集团有限公司发明专利(公开号 CN101571044)地铁盾构瓦斯隧道施工方法。该施工方法具体如下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，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，施工过程为计算极限瓦斯涌出量并相应判定瓦斯隧道等 级，对盾构机的防爆性能、通风系统的通风量及瓦斯监测控制系统进行改造，并有针对性地 对盾构掘进和管片拼装进行施工控制，该发明的主要目的是为解决穿越瓦斯储气层的盾构 瓦斯隧道的安全施工问题。中铁二局股份有限公司及中铁二局第四工程有限公司发明专利(公开号 CN101519979)一种隧道瓦斯监测系统。该监测系统具体如下地面中心站布设有计算机、 打印机、断电仪和分站，左线工作面、右线工作面、左线回风、右线回风和洞外分别布设传感 器，传感器分别用来检测工作面的瓦斯浓度、工作面的氧气浓度、回风瓦斯浓度和洞外风机 开停状况。本发明将煤炭瓦斯监测系统引入到穿越煤层隧道瓦斯监测中，该发明的主要目 的是通过瓦斯监测系统及时掌握隧道内瓦斯浓度情况，保障施工安全。前述已有发明较全面地提供了基于有害气体压力分区的隧道内瓦斯安全控制方 法及从煤炭瓦斯监测系统基础上改进的隧道瓦斯监测系统。但盾构隧道盾构机区域最易渗 漏沼气、机电设备多，是含气层盾构施工沼气控制的重点，进行重点沼气安全管理；且含沼 气层沼气有不同的赋存状态，囊状非连通的含沼气层中盾构掘进时可能会遇到未排放的囊 状气体，有害气体压力会产生突变，有害气体压力分区不适用于此类地层，而需进行及时有 效的沼气监测管理和通风管理。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处，提供一种含沼气层盾构掘进的沼 气安全控制方法，采用本发明的方法不需采用大规模的防爆设备，经济节约；且根据监测沼 气浓度级别采用对应的沼气管理方法进行动态控制，实施简单方便，且能及时有效降低沼 气浓度，保障含沼气层盾构施工的安全。
为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是一种含沼气层盾构掘进的沼气安全控制方法，其包括火源管理控制对隧道内易燃易爆物、机电设备及易产生火源的行为进行管理；沼气监测管理控制对沼气浓度进行监测，并对沼气浓度分级，建立相应的沼气监 测管理制度；通风管理控制根据沼气浓度变化采用不同的通风管理。所述通风管理控制为采用抽出式和压入式通风设备相结合的混合式通风方式，在 沼气含量小于等于0. 25%时，只采用压入式向隧道内输送新鲜空气和稀释隧道内少量沼 气，在沼气含量大于0. 25%时，在进行压入式通风时同时开启抽出式通风设备，进行混合式 通风。所述抽出式和压入式通风设备分别包括主风机、通风管道和局部防爆风扇，所述 抽出式通风设备所用主风机为防爆风机，所述压入式通风设备所用主风机为非防爆式风 机，所述通风管道采用柔性软管，所述局部防爆风扇安装在盾构机螺旋机出土口处及后配 套台车易引发火源的区域。所述易产生火源的行为包括隧道内焊接、切割的施工行为及隧道内施工人员携带 烟火、点火物及穿着易产生静电的衣服进入隧道的个人行为。所述对易产生火源的行为的管理为隧道内不得进行电焊、气焊、喷灯焊接、切割 工作，若因施工要求必须进行焊接施工时，工作地点前后20m范围内，沼气浓度不得大于 0.5%，并在两端临时设置供水阀门和灭火器，且施工人员进入隧道不得携带烟火、穿着易 产生静电的衣服；所述对机电设备的管理为对电气设备采用防短路保护装置，并加强对机电设备及 供电线路的管理，完善机电设备的保护措施，定期进行检查维修。所述沼气监测管理控制为盾构机内布置固定式沼气监测装置，盾构机操作室安装 沼气报警装置，固定式监测设备与沼气报警装置相连，沼气报警装置能根据固定式监测设 备所测的沼气浓度大小进行不同级别的报警提示；同时通过手持移动式沼气监测装置进行 监测，对沼气易泄露部位进行重点监测，盾构、螺旋输送机出土口和管片漏水地段，每池检 查一次；当沼气浓度上升时，上报并详细寻找沼气渗出泄露原因、部位，浓度在0. 25%以下 时，每4h检查一次，浓度在0. 25% 0. 5%时，每池检查一次，浓度在0. 5% 时，每Ih 检查一次。所述沼气浓度分级是沼气浓度0 0. 25%为正常作业范围；0. 25 0. 5%开始 一级报警，加强通风和沼气监测；0. 5 开始二级报警，且中止作业，加强通风和沼气监 测；1 1. 5%开始三级报警，且疏散作业人员，切断电源，禁止人员入内，并加强通风和沼 气监测，隧道内开启防爆应急灯；若施工人员重新进入施工现场，必须经监测人员监测，沼 气浓度小于0. 25%。由于采用了上述方案，本发明具有以下特点本发明从隧道沼气浓度及火源对含 沼气层盾构掘进施工的隧道内沼气安全进行控制管理，使用盾构机内合理布设的固定式沼 气监测设备配合移动式沼气监测设备根据沼气监测管理制度对隧道内沼气浓度进行监测， 并采用与固定式沼气监测设备相接的盾构操作室沼气报警装置报警与人工报警相结合，根 据实测沼气浓度进行分级报警后采取对应的沼气管理制度，本发明在含沼气层施工时未大规模采用盾构防爆设备，经济节约，并能有效解决含沼气地层盾构掘进隧道内安全施工问 题。
图1为本发明的施工方法流程图。图2为盾构机内沼气监测设备布置纵断面图。图3为盾构机内沼气监测设备布置平面图。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。一种含沼气层盾构掘进的沼气安全控制方法，其包括火源管理、沼气监测管理及
通风管理。火源管理控制不论盾构工作面及成型隧道内是否能监测到沼气，对隧道内易燃 易爆物、机电设备及易产生火源的行为进行全天候管理。所述易产生火源的行为管理为隧 道内不得进行电焊、气焊、喷灯焊接、切割工作，若因施工要求必须进行焊接施工时，工作地 点前后20m范围内，沼气浓度不得大于0.5%，并在两端临时设置供水阀门和灭火器，且施 工人员进入隧道不得携带烟火、穿着易产生静电的衣服；所述机电设备管理为对电气设备 采用防短路保护装置，并加强对机电设备及供电线路的管理，完善机电设备的保护措施，定 期进行检查维修。沼气监测管理控制在盾构机(包含后配套系统)沼气易泄露区域安装固定式 沼气监测装置进行监测，盾构机操作室安装沼气报警装置，固定式监测设备与沼气报警装 置相连，沼气报警装置能根据固定式监测设备所测的沼气浓度大小进行不同级别的报警提 示，报警提示级别与沼气浓度级别对应，使沼气安全负责人员能根据不同的沼气浓度级别 进行相应的管理。并由专人对盾构机区域和后部成型隧道采用移动式沼气监测设备进行监 测，对沼气浓度进行分级，沼气浓度0. 25%以下不报警，采用压入式通风，正常施工，沼气浓 度0. 25%以上划分三级报警，采用混合式通风，并根据报警严重程度根据沼气浓度级别采 用对应的混合式通风及其他沼气管理制度，沼气浓度在0. 25 0. 5%内时开始报警，加强 通风和沼气监测，沼气浓度在0. 5 1 %内时中止作业，加强通风和沼气监测，沼气浓度在 1 1. 5 %内时疏散作业人员，切断电源，禁止人员入内，并加强通风和沼气监测，隧道内开 启防爆应急灯，若施工人员重新进入施工现场，必须经监测人员监测，沼气浓度小于0. 25% 时，方可恢复施工。通风管理控制根据沼气浓度大小进行不同通风方式管理。在沼气含量小于等于 沼气浓度起始报警值0. 25 %时，只采用压入式通风向隧道内输送新鲜空气和稀释隧道内少 量沼气；在沼气含量大于0. 25%时，在进行压入式通风时同时开启抽出式通风设备，进行 混合式通风，根据沼气报警的严重程度，调节通风量的大小，当沼气浓度较大时，在进行混 合式通风时，开启局扇加强通风，所述抽出式通风设备的风机采用防爆式风机，压入式通风 设备距离工作面较远，采用非防爆式风机，压入式及抽出式通风设备的通风管道采用柔性 软管，局扇采用防爆式设计。本发明的施工方法流程如图1所示，盾构机内沼气监测设备布置如图2、图3所示，对盾构机内易发生沼气泄露部位及易产生火源的区域布设固定式沼气监测设备，第一沼气 监测设备1布设在盾构机人形间上部H钢上、第二沼气监测设备2布设在螺旋机出土口上 方、第三沼气监测设备3布设在螺旋机出土口前上方、第四沼气监测设备4布设在盾构机后 配套系统第一节右车架(盾构操作室)前部、第五沼气监测设备5布设在第一节左车架(同 步注浆系统)前部、第六沼气监测设备6布设在第二节右车架(集中润滑系统)上部、第七 沼气监测设备7布设在第三节左车架(电器柜)前部、第八沼气监测设备8布设在第三节 左车架(电器柜)后部。前述沼气监测设备均为固定式沼气监测设备，除使用固定式沼气 监测设备外，隧道内有专人使用移动式沼气监测设备进行巡检，重点监测盾构机内螺旋输 送机、盾尾以及成型隧道内漏水部位。其中，图2-图3中标号9 20代表的是盾壳9、土仓 室10、人行闸11、千斤顶12、螺旋输送机13、螺旋输送机出土口 14、盾尾密封刷15、皮带输 送机16、管片17、第一节车架18、第二节车架19、第三节车架20。在第一节右车架盾构操作室内设置沼气报警装置，所述沼气报警装置连接固定式 沼气监测设备，根据沼气浓度分级，固定式沼气监测设备所测沼气浓度达到警戒值后，盾构 操作室内的沼气报警装置报警，报警值分三级，盾构操作室施工人员立即通知隧道其他施 工区域施工人员，并根据报警严重程度，采取相应对策；并由专人手持移动式沼气监测设备 定时在以盾构掘进施工区域及成型隧道内进行巡检，沼气浓度达到报警值后，巡检人员使 用对讲机对盾构操作室和其他施工区域内的施工人员进行通知，并根据报警严重程度采取 相应对策；由专人使用移动式沼气监测设备定期检查固定式沼气监测设备区域位置沼气浓 度，若固定式和移动式沼气监测设备所测浓度差值大于允许误差，且使用其他移动式沼气 监测设备复检以后与固定式沼气监测设备的差值仍大于允许误差，立即通知安全监测部门 处理。所述采用移动式沼气监测设备监测主要对沼气易泄露部位进行重点监测，盾构、 螺旋输送机出土 口和管片漏水特殊地段，每池检查一次。当沼气浓度上升时，上报并详 细寻找沼气渗出泄露原因、部位，浓度在0. 25%以下时，每4h检查一次，浓度在0. 25% 0. 5%时，每浊检查一次，浓度在0.5% 时，每Ih检查一次。所述根据沼气报警严重程度采取的相应对策为沼气浓度0 0. 25%为正常作 业范围，隧道内采用压入式通风方式；沼气浓度0. 25%为起始报警值，沼气浓度0. 25% 0.5%为一次报警范围，达到此报警值时向隧道内施工人员明示监测结果，使用监测设备调 查发生源，并在进行压入式通风时同时开启抽出式通风设备，进行混合式通风，增加隧道换 气量；沼气浓度0. 5 % 1 %为二次报警范围，采取安全控制措施与一次报警范围内的安全 措施相同；沼气浓度 1. 5%为三次报警范围，达到此报警值时在隧道内发布紧急撤退 警报联络信号通知隧道内所有施工人员，采用混合式通风方式增加换气量，当隧道内沼气 浓度下降至0. 25%以下后，沼气安全监测人员进入隧道调查发生源；沼气浓度为1. 5%以 上为最大报警范围，达到此报警值范围时在隧道内发布紧急撤退警报联络信号通知隧道内 所有施工人员，在隧道入口处设置禁止入内标识和围栏，截断通行，立即停止隧道内除通风 系统以外的其他所有供电，并采用混合式通风方式增加换气量，当隧道内沼气浓度下降至 0. 25%以下后，沼气安全监测人员进入隧道调查发生源。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施 例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1.一种含沼气层盾构掘进的沼气安全控制方法，其特征在于其包括火源管理控制对隧道内易燃易爆物、机电设备及易产生火源的行为进行管理；沼气监测管理控制对沼气浓度进行监测，并对沼气浓度分级，建立相应的沼气监测管 理制度；通风管理控制根据沼气浓度变化采用不同的通风管理。
2.如权利要求1所述的沼气安全控制方法，其特征在于所述通风管理控制为采用抽 出式和压入式通风设备相结合的混合式通风方式，在沼气含量小于等于0. 25%时，只采用 压入式向隧道内输送新鲜空气和稀释隧道内少量沼气，在沼气含量大于0. 25%时，在进行 压入式通风时同时开启抽出式通风设备，进行混合式通风。
3.如权利要求2所述的沼气安全控制方法，其特征在于所述抽出式和压入式通风设 备分别包括主风机、通风管道和局部防爆风扇，所述抽出式通风设备所用主风机为防爆风 机，所述压入式通风设备所用主风机为非防爆式风机，所述通风管道采用柔性软管，所述局 部防爆风扇安装在盾构机螺旋机出土口处及后配套台车易引发火源的区域。
4.如权利要求1所述的沼气安全控制方法，其特征在于所述易产生火源的行为包括 隧道内焊接、切割的施工行为及隧道内施工人员携带烟火、点火物及穿着易产生静电的衣 服进入隧道的个人行为。
5.如权利要求1所述的沼气安全控制方法，其特征在于所述对易产生火源的行为的 管理为隧道内不得进行电焊、气焊、喷灯焊接、切割工作，若因施工要求必须进行焊接施工 时，工作地点前后20m范围内，沼气浓度不得大于0.5%，并在两端临时设置供水阀门和灭 火器，且施工人员进入隧道不得携带烟火、穿着易产生静电的衣服；
6.如权利要求1所述的沼气安全控制方法，其特征在于所述对机电设备的管理为对 电气设备采用防短路保护装置，并加强对机电设备及供电线路的管理，完善机电设备的保 护措施，定期进行检查维修。
7.如权利要求1所述的沼气安全控制方法，其特征在于所述沼气监测管理控制为盾 构机内布置固定式沼气监测装置，盾构机操作室安装沼气报警装置，固定式监测设备与沼 气报警装置相连，沼气报警装置能根据固定式监测设备所测的沼气浓度大小进行不同级别 的报警提示；同时通过手持移动式沼气监测装置进行监测，对沼气易泄露部位进行重点监 测，盾构、螺旋输送机出土口和管片漏水地段，每池检查一次；当沼气浓度上升时，上报并 详细寻找沼气渗出泄露原因、部位，浓度在0. 25%以下时，每4h检查一次，浓度在0. 25% 0. 5%时，每浊检查一次，浓度在0. 5% 时，每Ih检查一次。
8.如权利要求1所述的沼气安全控制方法，其特征在于所述沼气浓度分级是沼气浓 度0 0. 25%为正常作业范围；0. 25 0. 5%开始一级报警，加强通风和沼气监测；0. 5 开始二级报警，且中止作业，加强通风和沼气监测；1 1.5%开始三级报警，且疏散作 业人员，切断电源，禁止人员入内，并加强通风和沼气监测，隧道内开启防爆应急灯；若施工 人员重新进入施工现场，必须经监测人员监测，沼气浓度小于0. 25%。
全文摘要
本发明属于盾构隧道工程领域，公开了一种含沼气层盾构掘进的沼气安全控制方法，其包括火源管理控制对隧道内易燃易爆物、机电设备及易产生火源的行为进行管理；沼气监测管理控制对沼气浓度进行监测，并对沼气浓度分级，建立相应的沼气监测管理制度；通风管理控制根据沼气浓度变化采用不同的通风管理。本发明的方法实施方便、操作简单且在含沼气层施工时未大规模采用盾构防爆设备，经济节约。采用本发明能有效解决含沼气地层盾构掘进隧道内安全施工问题。
文档编号E21F17/18GK102128034SQ20111002958
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者代仁平, 周顺华, 季昌, 李博 申请人:同济大学