[發明專利]盾構施工隧道通風稀釋涌入瓦斯氣體的模擬實驗系統

有效

• 申請號: 201811062041.8
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109139083B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 高濤;岳豐田;魏京勝;孫猛;吳學慧;劉展;權曉甜
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F1/02
• 分類號: E21F1/02
• 代理公司: 32237 江蘇圣典律師事務所
• 代理人: 程化銘

本發明公開一種盾構施工隧道通風稀釋涌入瓦斯氣體模擬實驗系統，由模擬盾構施工隧道模塊和模擬通風模塊、測試模塊和模擬氣源裝置組成。可以實驗模擬研究不同的通風組織形式與瓦斯氣體的泄漏位置、泄露量、氣體監測部位，用以研究瓦斯氣體在盾構施工隧道內的積聚規律以及瓦斯濃度稀釋的演變特性。本發明具體可模擬盾尾刷拆換時涌入瓦斯氣體、管片密封泄露進入的瓦斯氣體、氣墊倉超壓排氣中帶入的瓦斯氣體、刀倉換刀排入的瓦斯氣體、泥漿管法蘭接口泄入的瓦斯氣體在不同通風氣流組織下的擴散速率、積聚的區域、及稀釋速率。

技術領域

本發明涉及盾構穿越瓦斯氣體地層施工隧道安全控制模擬實驗裝置，具體說是一種盾構施工隧道通風稀釋涌入瓦斯氣體的模擬實驗系統，用于穿越江河水下瓦斯氣體地層的盾構施工隧道通風稀釋驅散涌入隧道內瓦斯氣體的模擬實驗，特別針對泥水平衡式盾構機施工隧道。

背景技術

隨著國內經濟及交通行業的快速發展，穿越江河等水下地層的盾構施工隧道工程日益增多，江河水下含有瓦斯氣體分布的地層亦日漸增多，含瓦斯氣體地層內一定壓力的瓦斯氣體氣團通過隧道結構層及盾構機部件等進入盾構施工隧道內威脅施工的安全及人員的健康，嚴重者造成重大災害。盾構施工隧道的多個部位存在泄露地層內瓦斯氣體的風險，研究不同氣源壓力下、不同的泄露流量、不同部位的瓦斯氣體泄露時瓦斯氣體的積聚擴散規律，進一步研究通風組織形式對隧道內瓦斯氣體積聚的抑制作用及瓦斯氣體被動驅散稀釋的規律，以確定合理的通風組織形式高效驅散隧道內的瓦斯氣體。目前施工隧道內通風驅散稀釋瓦斯氣體的規律僅能通過數值模擬計算研究，尚未建立相應的模擬實驗平臺，無法采用實驗手段輔助驗證數值計算結果。根據相似理論與盾構實際施工工藝及隧道實際尺寸搭建與原型同尺寸或一定比例的試驗平臺，模擬不同通風量及通風組織形式下各泄露部位不同泄露速率與突涌量下的瓦斯氣體稀釋擴散規律，同時模擬瓦斯氣體在施工隧道內積聚特性以及不同壓力下的地層瓦斯氣體氣團泄露規律，為盾構施工隧道安全通風方案的制定、通風的氣流組織的設計、隧道內空氣環境的預測以及應急通風預案的制定提供可靠的理論與實驗數據支持。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明提出了一種盾構施工隧道通風稀釋涌入瓦斯氣體的模擬實驗系統，可模擬測試不同盾構隧道不同部位發生瓦斯氣體涌入時，瓦斯氣體濃度在不同通風方案下的流動規律及稀釋過程。

為實現發明目的，本發明采用的技術方案是：一種盾構施工隧道通風稀釋涌入瓦斯氣體的模擬實驗系統， 包括盾構施工隧道通風模擬試驗裝置和用于控制所述模擬試驗裝置產生瓦斯氣體的模擬氣源裝置。

其特征是：所述盾構施工隧道通風模擬試驗裝置包括模擬盾構施工隧道模塊和模擬通風模塊、測試模塊。

所述模擬盾構施工隧道模塊，包括模擬盾構施工隧道以及用于模擬瓦斯氣體泄露的管片漏氣模型、泥漿管漏氣模型、氣墊倉排氣模型、刀倉排氣模型、盾尾刷漏氣模型。

所述模擬盾構施工隧道按設定的與實物的比例制作。

所述管片漏氣模型，是在模擬盾構施工隧道壁面分別制作的貫穿隧道壁的縱向縫隙和環向縫隙，縫隙寬度按照盾構隧道管片的技術標準為0-2mm，模擬盾構施工隧道外壁的縱向縫隙處罩扣半圓柱形容器，半圓柱形容器與模擬盾構施工隧道外壁密封結合，模擬盾構施工隧道外壁的環向縫隙處罩扣環形容器，環形容器的橫截面為矩形或半圓形，環形容器與模擬盾構施工隧道外壁密封結合，半圓柱形容器和環形容器分別通過管路與模擬氣源裝置相連。

所述泥漿管漏氣模型，采用無縫鋼管，其直徑按設定的與實物的比例制作，無縫鋼管在隧道內的管道末端采用法蘭盤封堵，另一端與隧道外的模擬氣源裝置連接。

所述氣墊倉排氣模型，為氣墊倉超壓自動排氣下的瓦斯涌入模擬裝置，其原型為設在盾構機頭部開挖倉、氣墊倉之后的尾部自動排氣管路，氣墊倉排氣模型是采取無縫鋼管按設定的與實物的比例制作的氣墊倉自動排氣管路，管路末端安裝安全閥，模擬超壓自動排氣裝置，氣墊倉自動排氣管路在隧道外的一端與模擬氣源裝置連接。