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原文传递穿越煤系地层公路隧道瓦斯运移规律及施工技术研究

论文题名：	穿越煤系地层公路隧道瓦斯运移规律及施工技术研究
关键词：	公路隧道;煤系地层;瓦斯运移;围岩注浆;灾害防治
摘要：	从改革开放以来我国经济发展速度日新月异，公共交通建设规模需求不断增大，公路隧道的需求也随之增长。但隧道建设地质情况复杂，对与之相应的施工技术及安全控制也提出了更高的要求。在隧道的实际施工过程中，各类事故层出不穷，这其中瓦斯灾害带来的安全事故最为严重，一旦发生对施工人员造成的伤害不可估量。截止至目前为止，已经有大量的研究工作者针对隧道中瓦斯涌出的问题通过各种方式进行了研究分析，得出了大量的研究成果。然而，大多学者都是针对穿越煤系地层的隧道进行瓦斯灾害防治措施的研究，缺乏对瓦斯运移和渗流规律的研究。但只有从源头上对瓦斯进行治理才能保证施工过程的安全性。我国西南地区地质情况复杂多变，穿越煤系地层的隧道数量众多。这些隧道在施工过程中极易发生瓦斯渗入从而导致瓦斯灾害的发生。　　本文以我国西南地区某穿越煤系地层的公路隧道为研究背景，在通过资料收集、理论分析的基础上，对隧道施工过程中瓦斯的运移规律、注浆前后隧道瓦斯渗入浓度分布变化和通风后对瓦斯处置效果的数值模拟进行分析计算。提出了针对穿越煤系地层的公路隧道瓦斯的综合处置措施，主要进行的研究内容有如下几点: 　　(1)通过查阅国内外专家学者对于穿越煤系地层的公路隧道的研究成果，结合本文选取的公路隧道的实际工况，分析研究了瓦斯气体在隧道围岩中的赋存形式及运移情况，通过Fluents数值模拟软件对瓦斯气体在围岩中的运移进行模拟，得出了隧道开挖后围岩中赋存瓦斯的运移扩散规律:在隧道无通风处于密闭的情况下随着时间的推移很快瓦斯会蔓延至整个隧道，尤其是掌子面附近的瓦斯浓度非常高。在隧道施工过程中，围岩受到扰动，裂隙发育扩大使得围岩中的瓦斯渗流路径增多，瓦斯会以更快的速度蔓延。　　(2)通过对围岩中赋存瓦斯的运移规律合理的提出施工处置措施，在隧道内布设风管进行通风处置，在1m/s的通风风速下，隧道1h后恢复到正常施工标准要求，说明通风可以有效改善隧道环境。同时在通风的基础上对隧道围岩进行注浆加固改变围岩的力学性能，围岩孔隙减少，渗透系数也随之减小。基于数值模拟，分析研究围岩注浆前后瓦斯浓度的变化。模拟结果表明，在围岩进行注浆以后，瓦斯浓度稳定后大约在0.69％，远低于最高安全范围，对比注浆前隧道内瓦斯浓度的13％，大大改善了隧道内瓦斯的浓度。在对围岩进行注浆加固后，可以保证隧道进行正常施工。对隧道在施工期间的瓦斯灾害预防治理提供一定的指导作用。　　(3)基于FLAC3D有限差分软件，建立隧道三维模型。通过对比分析注浆加固和不注浆加固两种情况下，选用全断面法和台阶法开挖隧道支护体系的稳定性和受力特征，阐明了地层注浆对隧道支护体系的影响; 　　(4)通过阅读国内外大量瓦斯隧道的防治措施文献资料，本文采用超前地质预报，围岩注浆加固及隧道通风处置等手段，对隧道中存在的瓦斯气体综合治理。并根据现场监测瓦斯浓度的方式对综合治理措施的可行性进行验证。
作者：	俞秀
专业：	交通工程
导师：	赵光明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	安徽理工大学
学位年度：	2022