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煤系地層隧道施工瓦斯爆炸與采空區(qū)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

文檔作者：晏啟祥王璐石段景川耿萍文檔來(lái)源：西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月17日
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- 隧道／地下工程·
煤系地層隧道施工瓦斯爆炸與采空區(qū)
失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
晏啟祥，王璐石，段景川，耿 萍
(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610031)
摘要：在對(duì)滬昆高速公路煤系地層某隧道線路沿線煤層和采空區(qū)分布位置、分布規(guī)模綜合分析的基礎(chǔ)上，將該隧
道瓦斯爆炸和采空區(qū)失穩(wěn)界定為施工典型風(fēng)險(xiǎn)，其中采空區(qū)失穩(wěn)以不均勻沉降和上覆頂部塌陷為主。采用層次分
析法，分別對(duì)隧道瓦斯爆炸和采空區(qū)失穩(wěn)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別。其中：瓦斯爆炸包括煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含
量、地質(zhì)構(gòu)造、施工通風(fēng)以及施工組織管理等1O項(xiàng)三級(jí)因素；采空區(qū)失穩(wěn)包括采空區(qū)距隧道距離、采空區(qū)大小、超
前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前支護(hù)等7項(xiàng)二級(jí)因素。研究表明：煤層瓦斯含量，施工通風(fēng)和組織管理對(duì)瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)影響較
大，而采空區(qū)距隧道距離、采空區(qū)大小對(duì)采空區(qū)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)影響較大。
關(guān)鍵詞：煤系地層；隧道施工； 瓦斯爆炸；采空區(qū)失穩(wěn)；風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別
中圈分類號(hào)：U458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—2954(2013)03—0080—05
Risk Identification of Gas Explosion and Goaf Instability Induced by
Tunnel C0nstructiOn in Coal M easure Strata
YAN Qi—xiang，WANG Lu—shi，DUAN Jing—chuan，GENG Ping
(MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 61003 1，China)
Abstract：Based on comprehensive analysis for distribution locations and distribution scales of both the
coal seam and goaf zone along a highway tunnel line with coal measure strata in Shanghai—Kunming
Highway，the gas explosion and the goaf instability were confirmed as the typical risks in tunnel
construction，and then the goaf instability mainly shows up as uneven settlement and top collapse． By
using analytic hierarchy process，the risk factors of both the gas explosion and goaf instability were
identified respectively． The identification result reveals that， the gas explosion contains 1 0 factors
belonging to the third class，such as the gas pressure of coal seam ，gas content of coal seam ，geological
structure， construction ventilation， construction organization management etc； while goaf instability
contains 7 factors belonging to the second class，such as the distance from the goaf to the tunnel，size of
goaf，geological prediction，advance support etc． This study also reveals that，the gas content of coal
seam ， construction ventilation and the organization management have a greater influence on gas
explosion，while the distance from the goaf to the tunnel，the size of the goaf have a greater influence on
goaf instability．
Key words：coal measure strata；tunnel construction；gas explosion；goaf instability；risk factor identifi—
cat on
1 概述
近年來(lái)，我國(guó)公路隧道建設(shè)勢(shì)頭迅猛，有很多隧道
穿越煤系地層。在煤系地層中進(jìn)行隧道施工，通常會(huì)
收稿日期：2012—07—28；修回日期：2012—08—28
基金項(xiàng)目：教育部新世紀(jì)人才支持項(xiàng)目(NCET一11—0713)；中央高?；?
本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專題項(xiàng)目(SWJTU11ZT33)與創(chuàng)新項(xiàng)目(SWJTU11CX016)
作者簡(jiǎn)介：晏啟祥(1971一)，男，副教授，博士，E-mail：837455759@
qq·COB 。
80
面對(duì)揭煤施工風(fēng)險(xiǎn)、瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)、采空區(qū)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)、
圍巖大變形風(fēng)險(xiǎn)、塌方風(fēng)險(xiǎn)以及邊仰坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)
等 。其中，尤以瓦斯爆炸與采空區(qū)塌陷風(fēng)險(xiǎn)最為
典型。近年來(lái)，針對(duì)煤系地層隧道施工過程中出現(xiàn)的
瓦斯風(fēng)險(xiǎn)和采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)開展了大量研究工作，如
陳炳祥 結(jié)合渝懷鐵路金洞隧道進(jìn)口瓦斯煤系地層
施工技術(shù)，總結(jié)了隧道瓦斯工區(qū)設(shè)置等級(jí)、煤層位置確
定、瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)及判別、防突技術(shù)與措施、石
鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)RAILWAY STANDARD DESIGN 2013(03)
晏啟祥，王璐石，段景川，等一煤系地層隧道施工瓦斯爆炸與采空區(qū)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
門揭煤等施工要點(diǎn)；徐建平 等也針對(duì)蛟嶺瓦斯隧道
具體特點(diǎn)提出了施工防治措施；李生杰 根據(jù)烏鞘嶺
隧道穿越煤系地層的特點(diǎn)，開展了施工通風(fēng)設(shè)計(jì)，獲得
了烏鞘嶺隧道通風(fēng)機(jī)的指標(biāo)要求；宋南濤 研究了采
空區(qū)不同大小尺寸和離隧道頂部不同距離對(duì)隧道施工
安全性的影響，建立了采空區(qū)與隧道安全性之間的關(guān)
系；李治國(guó) 針對(duì)巴彭公路鐵山隧道采空區(qū)，開展了
采空區(qū)頂板變形及破壞機(jī)理分析，并提出了采空區(qū)治
理技術(shù)；李曉紅等 對(duì)西山坪隧道初期支護(hù)條件下
隧道左線穿煤及采空區(qū)圍巖的變形特征以及采空區(qū)圍
巖的位移和應(yīng)力特性進(jìn)行了施工動(dòng)態(tài)有限元數(shù)值模擬
分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出了采空區(qū)處治措施。諸如
以上的大量研究工作基本都是基于瓦斯和采空區(qū)分布
狀態(tài)確定的情況下進(jìn)行的。由于瓦斯和采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)的
不確定性和復(fù)雜性，基于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的煤系
地層施工典型風(fēng)險(xiǎn)對(duì)于隧道施工實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理、降低、
觀察和控制風(fēng)險(xiǎn)同樣具有重要意義 。煤系地層隧
道施工典型風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別就是要研究施工過程中瓦
斯爆炸與采空區(qū)塌陷的風(fēng)險(xiǎn)本質(zhì)及其隨機(jī)性規(guī)律，并
通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，掌握煤系地層施工瓦斯風(fēng)險(xiǎn)和采空區(qū)
風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度，分析導(dǎo)致此類風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，從而
為瓦斯和采空區(qū)等不良工程地質(zhì)隧道施工制定施工預(yù)
案和施工處治措施提供科學(xué)依據(jù)。
滬昆高速公路某隧道為雙向6車道連拱隧道，隧
道起訖樁號(hào)為K4+150～K4+430，全長(zhǎng)280 m，最大埋
深約為79 m。隧址區(qū)為背斜構(gòu)造山地，地勢(shì)較高，地
表水不發(fā)育，僅在雨季于沖溝中形成短暫水流。區(qū)內(nèi)
地下水沿背斜軸及兩翼展開，屬基巖裂隙水，主要賦存
在基巖節(jié)理裂隙帶內(nèi)。
隧道區(qū)內(nèi)上覆地層為第四系殘坡積層(Qel+d1)，
下伏三疊系下統(tǒng)夜郎組沙堡灣段(T1s)泥巖、二疊系
上統(tǒng)長(zhǎng)興組(P2c)燧石灰?guī)r、龍?zhí)督M(P21)泥質(zhì)粉砂
巖、泥巖、砂巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r及煤層。其中，煤系地層
主要含有5層煤，1號(hào)煤層厚2～3 m，2號(hào)厚1～2 in，
3號(hào)和4號(hào)厚0～1 II1，5號(hào)厚0～0．5 m，煤層地段隧道
頂板埋深3O～55 m。根據(jù)地勘資料，該隧道為瓦斯
隧道。
隧道煤層和采空區(qū)分布見圖1。從圖1可知：隧
道軸部無(wú)煤層及采空區(qū)分布，而兩翼隧道進(jìn)出口地段
有煤層(1號(hào)、2號(hào))和大量煤洞存在。大部分采空區(qū)
為民采小煤窯，煤礦采掘自20世紀(jì)30年代起，至
2002年陸續(xù)停止開采。隧道進(jìn)、出口附近可見廢棄煤
洞約50個(gè)，掘進(jìn)巷道長(zhǎng)多為50—200 113，寬1．5～
3．0 m，高2～5 m，分布密集；廢棄煤洞多為私采，開采
方向雜亂，開采巷道基本未進(jìn)行處理。煤層開采相互
連接、貫通，于地下形成了較大面積的采空區(qū)；采空區(qū)
鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)RAILWAY STANDARD DESIGN 2013(03)
交相疊置，埋深10～60 m。
l 40o
舂 o
扯叵
l 30o
· 隧道／地下工程·
圖1 隧道煤層與采空區(qū)分布縱斷面示意
2 隧道瓦斯風(fēng)險(xiǎn)分析
該隧道穿越煤系地層地段，瓦斯分布隨著隧道埋
深、圍巖等級(jí)及煤層分布不同而變化。根據(jù)該隧道進(jìn)
出洞口段埋深、圍巖等級(jí)、特殊地質(zhì)構(gòu)造及煤層分布可
將瓦斯對(duì)隧道的影響劃分為2段。
(1)K4+150～K4+225段，長(zhǎng)75 m，該段為隧道進(jìn)
口段，隧道頂板埋深30．67～55．54 m。洞身圍巖為泥
質(zhì)粉砂巖、泥巖、砂巖、硅質(zhì)巖和灰?guī)r及1號(hào)、2號(hào)煤
層，煤層厚2～3 m，為主采煤層，圍巖為Ⅵ 級(jí)，如圖
2所示。
81
／ 2 ==、圖
-
隧道／地下工程· 晏啟祥，王璐石，段景川，等一煤系地層隧道施工瓦斯爆炸與采空區(qū)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
由于隧道進(jìn)口段和出口段都將穿越2號(hào)及1號(hào)煤
層，在隧道掘進(jìn)穿越煤層時(shí)，瓦斯將以緩慢涌出的形式
向隧道釋放，造成隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛仍龃?，由于瓦斯比?
氣輕，從圍巖裂隙滲漏出的瓦斯多聚集在隧道頂部工
作臺(tái)面附近，形成瓦斯積聚區(qū)，但在隧道掘進(jìn)工程中，
往往由于風(fēng)機(jī)較工作面較遠(yuǎn)或漏風(fēng)問題，新鮮風(fēng)流達(dá)
不到工作面，造成渦流，不能稀釋和帶走隧道頂部的瓦
斯，使得瓦斯?jié)舛仍龃?，易達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》所規(guī)
定的上限1．5％ 。此時(shí)當(dāng)瓦斯達(dá)到一定的壓力、溫度
條件時(shí)，有可能發(fā)生瓦斯爆炸。
清鎮(zhèn)
端洞口樁號(hào)
4號(hào)煤層
l隧道洞口
3 隧道采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)分析 4 煤系地層隧道施工典型風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別
采空區(qū)主要分布在隧道進(jìn)口及出口段，大部分采
空區(qū)為民采小煤窯，隧道進(jìn)、出口附近可見廢棄煤洞約
50個(gè)，煤層開采相互連接、貫通，于地下形成了較大面
積的采空區(qū)；采空區(qū)交相疊置，埋深10～60 m。采空
區(qū)有上覆采空區(qū)、側(cè)壁旁采空區(qū)、下伏采空區(qū)。上覆采
空區(qū)離隧道的距離10～15 m，下伏采空區(qū)離隧道的距
離10～20 m，側(cè)壁采空區(qū)距離隧道在3～20 m。
(1)隧道進(jìn)口段，隧道的頂板埋深30～55 nl，沿煤
層走向，斜交隧道軸線分布有眾多廢棄煤洞，直徑2～
5 m，深30～120 m。洞口進(jìn)口段煤洞和采空區(qū)縱剖面
如圖4所示。
進(jìn)一口端洞口樁號(hào) l煤層 l ／
4號(hào)煤層 l 2號(hào)煤層
圖4 隧道進(jìn)口段采空區(qū)縱剖面
(2)隧道出口段長(zhǎng)約62 m，隧道的頂板埋深23～
48 m，沿煤層走向，斜交隧道軸線分布有眾多廢棄煤
洞，直徑2～4 in，深20～110 m。洞口出口段煤洞和采
空區(qū)的縱剖面如圖5所示。
隧道在進(jìn)口段和出口段，上覆采空區(qū)離隧道的距
離小于30 m，側(cè)壁采空區(qū)離隧道的距離在隧道開挖的
影響范圍內(nèi)(小于3倍洞徑)，下伏采空區(qū)的斷面也較
大。在煤系地層中開鑿采煤巷道，勢(shì)必造成地層地應(yīng)
力場(chǎng)的改變，形成采空區(qū)。當(dāng)隧道周圍采空區(qū)受到隧
道開挖擾動(dòng)時(shí)，采空區(qū)將發(fā)生不均勻沉降，導(dǎo)致上覆采
空區(qū)底板和下覆采空區(qū)頂板塌落，威脅隧道施工安全，
所以隧道采空區(qū)的穩(wěn)定性存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。
煤系地層隧道施工典型風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別可采用層次分
析法。層次分析法能把定性因素定量化，并能在一定
程度上檢驗(yàn)和減少主觀影響，使評(píng)價(jià)更趨科學(xué)。該方
法對(duì)同層風(fēng)險(xiǎn)因素實(shí)施兩兩比較，形成判斷矩陣，從而
計(jì)算同層風(fēng)險(xiǎn)因素的相對(duì)權(quán)重。其評(píng)估方法如下。
(1)確定判斷矩陣
首先明確分析問題，劃分和選定有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素，然
后建立風(fēng)險(xiǎn)因素分層結(jié)構(gòu)，假設(shè)同層共有n個(gè)因素
， ，
?
，M ，將n個(gè)因素中 和 ，任意兩個(gè)因素
進(jìn)行比較，使用比例標(biāo)度q ，反映二者的相對(duì)重要性，
比例標(biāo)度的含義參見表1。若 與 ，相比得q 則
與 相比的判斷為q， =1／q 從而可以得到1個(gè)
nxn的判斷矩陣M=(q )? 。
表1 標(biāo)度及其含義
因素間關(guān)系
表示M 與M 相比，M 與 同等重要
表示 與 相比， 比M 稍微重要
表示』lf 與M．相比，M 比 明顯重要
表示M 與 ，相比，M 比M 強(qiáng)烈重要
表示 與M 相比， 比M．極端重要
2、4、6、8為上述相鄰判斷的中值
(2)計(jì)算矩陣 特征值及特征向量
運(yùn)用數(shù)學(xué)工具計(jì)算矩陣式MW=Y? 的特征值
Y? 和特征向量 ， 各分量即對(duì)應(yīng)n個(gè)因素的權(quán)重。
(3)一致性檢驗(yàn)
因?yàn)榕袛嗑仃?采用兩兩比較獲得，未必滿足等
式qijq =q 因此，為了衡量由于 矩陣不相容所造
成的Ymax和 誤差，需要采用一個(gè)一致性指標(biāo)C，進(jìn)行
檢驗(yàn)。
CI= —_ (1)
當(dāng)CI：0時(shí)，表明判斷完全一致，通常認(rèn)為CI<
0．1時(shí)判斷就基本成立。
根據(jù)該隧道瓦斯和采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)分析，可基本判斷
82 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)RAILWAY STANDARD DESIGN 2013(03)
晏啟祥，王璐石，段景川，等一煤系地層隧道施工瓦斯爆炸與采空區(qū)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
隧道施工的典型風(fēng)險(xiǎn)為瓦斯爆炸和采空區(qū)失穩(wěn)。利用
上述層次結(jié)構(gòu)模型可分別建立各個(gè)層次的比較矩陣，
并用MATHEMATIC求解，計(jì)算各個(gè)比較矩陣的權(quán)值。
A—Bi層重要度排序見表2，表中重要度排序統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
來(lái)自專家判斷，下同。
表2 A—Bi層重要度識(shí)別
得該矩陣的最大特征值A(chǔ)? =2，求得特征值對(duì)應(yīng)
歸一化特征向量W =[0．666 7 0．333 3】 。
4．1 瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
能夠誘發(fā)或者直接導(dǎo)致隧道瓦斯爆炸的因素很
多，除了自然因素以及隧道的地質(zhì)情況之外，還有勘察
設(shè)計(jì)因素和施工因素等。瓦斯爆炸的根本原因是由于
瓦斯隧道在開挖過程中，瓦斯壓力被釋放，遇到明火或
高溫發(fā)生爆炸。如果支護(hù)結(jié)構(gòu)不密封或者通風(fēng)風(fēng)量選
擇不當(dāng)，就有可能導(dǎo)致瓦斯爆炸的發(fā)生。結(jié)合國(guó)內(nèi)外
隧道施工經(jīng)驗(yàn)，分析可能引起該隧道發(fā)生瓦斯爆炸的
基本事件，可得出瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)源主要是瓦斯
狀態(tài)、施工因素和人員因素，Bi—c層重要度排序見
表3。
表3 Bi—C層重要度排序
得該矩陣的最大特征值A(chǔ)? =3，求得特征值對(duì)應(yīng)
歸一化的特征向量
= 『0．571 4 0．285 7 0．142 9
代入一致性指標(biāo)公式得
CI=(A? 一n)／(12—1)=(3—3)／(3—1)=0，而
CR=CI／RI=0／0．52=0<0．1，因此，矩陣滿足一致性
判斷。
由計(jì)算結(jié)果得瓦斯風(fēng)險(xiǎn)因素的第二層風(fēng)險(xiǎn)源排序
為：瓦斯?fàn)顟B(tài)>施工因素>人員因素。
Ci—D層重要度排序需根據(jù)Ci與Di之間的相互
關(guān)系分別列出。其中B1一ci排序見表4。
表4 B1一Ci層重要度排序
瓦斯?fàn)顟B(tài) 一。i 地質(zhì)D構(gòu)2 囂蠆 鬈薹
DI 一一 形式D3涌出量D4 D5
煤層瓦斯壓力D1 1
地質(zhì)構(gòu)造D2 1／2
煤層瓦斯涌出形式D3 1／3
煤層相對(duì)瓦斯涌出量D4 2
煤層瓦斯含量D5 3
1／2
1／3
1／4
l
2
1／3
1／4
l／5
1／2
l
鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)RAILWAY STANDARD DESIGN 2013(03)
· 隧道／地下工程·
由表4得該矩陣的最大特征值A(chǔ)? =5．068 1，求
得特征值對(duì)應(yīng)歸一化的特征向量
WB1=
『0．159 9 0．097 3 0．061 8 0．262 5 0．418 5]
代人一致性指標(biāo)公式得
CI=(A? 一n)／(n一1)=(5．068 1—5)／
(5—1)=0．017 025
而CR=CI／RI=0．O17 025／1．12=0．015 2<0．1，因此，
矩陣滿足一致性判斷。
由計(jì)算結(jié)果得瓦斯風(fēng)險(xiǎn)因素的第三層B1風(fēng)險(xiǎn)源
排序?yàn)椋好簩油咚购?gt;煤層相對(duì)瓦斯涌出量>煤層瓦
斯壓力>地質(zhì)構(gòu)造>煤層瓦斯涌出形式。
C2一Di排序見表5。
表5 (32一Di層重要度排序
得該矩陣的最大特征值A(chǔ)? =3．009 2，求得特征
值對(duì)應(yīng)歸一化的特征向量
W 2=[0．539 6 0．297 0 0．163 4]
代入一致性指標(biāo)公式得
CI=(A? 一n)／(n一1)=(3．009 2—3)／(3—1)=
0．004 6。而CR=CI／RI=0．004 6／0．52=0．008 85<
0．1成立，因此，矩陣滿足一致性判斷。
由計(jì)算結(jié)果得瓦斯風(fēng)險(xiǎn)因素的第三層B2風(fēng)險(xiǎn)源
排序?yàn)椋菏┕ねL(fēng)>安全監(jiān)測(cè)>瓦斯抽放。
c3一Di層重要度排序見表6。
表6 G3一Di層重要度排序
得該矩陣的最大特征值A(chǔ)? =2，求得特征值對(duì)應(yīng)
歸一化的特征向量
W =[0．200 0 0．800 0]
由計(jì)算結(jié)果得瓦斯風(fēng)險(xiǎn)的第三層B3風(fēng)險(xiǎn)源排序
為：組織管理>職工文化素質(zhì)。
4．2 采空區(qū)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
隧道施工中對(duì)采空區(qū)的影響主要體現(xiàn)在隧道上部
采空區(qū)頂板的穩(wěn)定性和下覆采空區(qū)的穩(wěn)定性2個(gè)方
面。隧道穿越上覆采空區(qū)，隧道的開挖引起周圍應(yīng)力
場(chǎng)的變化，進(jìn)而引起上覆采空區(qū)周圍應(yīng)力場(chǎng)的變化，最
終導(dǎo)致上覆采空區(qū)底板塌落影響隧道施工。隧道下部
存在采空區(qū)不僅受到隧道開挖的影響，此外采空區(qū)的
存在也影響了隧道的基底承載力，引起下伏采空區(qū)頂
板塌落，發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致隧道底板板變形，
83
·
隧道／地下工程· 晏啟祥，王璐石，段景川，等一煤系地層隧道施工瓦斯爆炸與采空區(qū)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
甚至塌落。隧道開挖對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性的主要影響因素
是采空區(qū)狀態(tài)和施工因素，采空區(qū)狀態(tài)又分地質(zhì)構(gòu)造、
采空區(qū)距隧道距離、采空區(qū)大小3個(gè)因素，施工因素分
超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、開挖預(yù)處理方案、開挖方法以及超前支
護(hù)等4個(gè)因素，B2一ci重要性排序見表7。
表7 B2一Ci重要性排序
得該矩陣的最大特征值A(chǔ)? =2，求得特征值對(duì)應(yīng)
歸一化的特征向量
1VB2：[0．25 0．75]
由計(jì)算結(jié)果得采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)因素的第二層風(fēng)險(xiǎn)源排
序?yàn)椋菏┕ひ蛩?gt;采空區(qū)狀態(tài)。
C1一D．排序見表8。
表8 (31一Di層重要度排序
得該矩陣的最大特征值A(chǔ)? =3．018 3，求得特征
值對(duì)應(yīng)歸一化的特征向量
W 。：[0．136 5 0．625 0 0．238 5]
代人一致性指標(biāo)公式得
CI=(A? 一n)／(n一1)=(3．018 3—3)／(3—1)=
0．009 15，而CR=C／／尺，=0．009 15／0．52=0．017 6<
0．1成立，因此，矩陣滿足一致性判斷。
由計(jì)算結(jié)果得采空區(qū)狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因素的第三層
C1風(fēng)險(xiǎn)源排序?yàn)椋翰煽諈^(qū)距隧道距離>采空區(qū)大小>
地質(zhì)構(gòu)造。
C2一Di排序見表9。
表9 (32一Di層重要度排序
得該矩陣的最大特征值A(chǔ)?=4．259 9，求得特征
值對(duì)應(yīng)歸一化的特征向量
c2= [0．192 8 0．113 5 0．255 2 0．438 5]
代人一致性指標(biāo)公式得
CI=(A? 一n)／(n一1)=(4．259 9—4)／(4—1)=
0．086 6，而CR=CI／RI=0．086 6／0．89=0．097 3<
0．1成立，因此，矩陣滿足一致性判斷。
84
由計(jì)算結(jié)果得采空區(qū)狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因素的第三層
C2風(fēng)險(xiǎn)源排序?yàn)椋撼爸ёo(hù)>開挖方法>超前地質(zhì)預(yù)
報(bào)>預(yù)處理方案。
4．3 煤系地層隧道施工風(fēng)險(xiǎn)權(quán)值
綜合各個(gè)比較矩陣，建立了每一指標(biāo)相對(duì)于總目
標(biāo)的權(quán)值，如圖6所示。
5 結(jié)語(yǔ)
采空區(qū)狀態(tài)
C1
f0 251
地質(zhì)構(gòu)造Dl fO 159 91
『煤層瓦斯相對(duì)涌出量D2(o．097 3)1
= = = = = = = = = = = = = = = = = = = =
1 星墾塹 堂 苧 !!： !! J
—
— —
rl 1f 施工通風(fēng)D1 f0 539 611
． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．
匡 叵二二
L 磊 — —
I 三 些耋墾 ! 蘭 J
L — — —
地質(zhì)構(gòu)造DI (0 136 5)
r【墨——蘭— 里墮— ——里—墮— ———————! _、j
—
l
． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．：．．．．．．．．．．，．．．．．．．
， 【超前地質(zhì)預(yù)報(bào)D1 (o192 8、
r
施工因素1 I預(yù)處理方案D2 (0．113 51
C2 卜< f開挖方法D3 (0．
(O 75) J 255 2)
、I超前支護(hù)D4 (0．438 5)
圖6 煤系隧道施工風(fēng)險(xiǎn)權(quán)值圖
以滬昆高速公路某煤系地層隧道為例，對(duì)其進(jìn)行
了瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)和采空區(qū)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的分析，分析了該
隧道煤層和采空區(qū)地質(zhì)分布狀態(tài)，規(guī)模及其對(duì)隧道施
工的影響，得出該隧道施工過程中的典型風(fēng)險(xiǎn)是瓦斯
爆炸和采空區(qū)失穩(wěn)。根據(jù)層次分析法，將誘發(fā)瓦斯爆
炸的風(fēng)險(xiǎn)因素分解為瓦斯?fàn)顟B(tài)、施工因素以及人員因
素三大類，并識(shí)別了三類風(fēng)險(xiǎn)因素各自的下一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)
源，其中瓦斯?fàn)顟B(tài)包括煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量、
地質(zhì)構(gòu)造、煤層相對(duì)瓦斯涌出量、煤層瓦斯涌出形式；
施工因素包括施工通風(fēng)、安全監(jiān)測(cè)以及瓦斯抽放；人員
因素包括組織管理和職工文化素質(zhì)。上述三類因素中
權(quán)重最大的因素分別為煤層瓦斯含量，施工通風(fēng)和組
織管理。采空區(qū)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)源只設(shè)置了兩級(jí)指
標(biāo)，主要包括：地質(zhì)構(gòu)造、采空區(qū)距隧道距離、采空區(qū)大
小、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、預(yù)處理方案、超前支護(hù)、隧道開挖方
法等，其中采空區(qū)距隧道距離影響最大。
鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)RAILWAY STANDARD DESIGN 2013(03)
菡 圄
· 隧道／地下工程·
深圳地鐵5號(hào)線暗挖段風(fēng)化花崗巖的組構(gòu)特征分析
李 濤 ，劉繼強(qiáng) ，尹文平
(1． 北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京100044；2． 中鐵南方投資發(fā)展有限公司，廣東深圳518055)
摘 要：室內(nèi)采用顆粒分析試驗(yàn)、壓汞試驗(yàn)、比表面及孔隙度分析儀、x射線衍射和熒光光譜儀、透射和掃描電子顯
微鏡等多種儀器和方法對(duì)取自深圳地鐵5號(hào)線暗挖段地層的典型風(fēng)化花崗巖試樣進(jìn)行分析，獲得試樣的顆粒組成
與級(jí)配、孔隙組成及分布、化學(xué)元素及礦物組成、微觀結(jié)構(gòu)特征等信息，同時(shí)對(duì)這些組構(gòu)特征與風(fēng)化花崗巖工程特
性的關(guān)系作了簡(jiǎn)要探討。研究成果有助于深入了解深圳地區(qū)風(fēng)化花崗巖的工程特性及預(yù)測(cè)和控制地鐵隧道開挖
時(shí)引起的地層變形和地表沉降。
關(guān)鍵詞：礦物成分；孔徑；微觀結(jié)構(gòu)；風(fēng)化花崗巖；工程性質(zhì)
中圖分類號(hào)：TU452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—2954(2013)03—0085—04
Feature Analysis on Rock Fabric of W eathered Granite in
Undermining Section of Shenzhen M etro Line 5
LI Tao ，LIU ji—qiang ，YIN Wen—ping
(1．School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；
2．Nanfang Investment and Development Co．，Ltd．，CRECG，Shenzhen 518055，China)
Abstract：By means of the specific surface and porosity analyzer，the X·ray diffractometer，the X—ray
fluorescence spectrometer，the transmission electron microscope(TEM)，and with the screen analysis
test and the mercury intrusion porosimetry，the weathered granite samples taken from the undermining
section of Shenzhen Metro Line 5 were analyzed in laboratory ． Thus the granulometric composition and
graduation， pore constitution and distribution， chemical elements， mineral contents， microstructure
characteristics of the typical specimens were obtained．Afterwards，the relationship between those features
of rock fabric obtained and engineering properties of weathered granite was briefly discussed． The
research results can help to understand engineering properties of weathered granite in Shenzhen district as
well as to predict and control ground deformations and ground settlements induced by the excavation of
metro tunne1．
Key words：mineral content；pore radius；microstructure；weathered granite；engineering properties
收稿日期：2012一O7—27；修回日期：2012—09—21
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)50878019)
作者簡(jiǎn)介：李濤(1960一)，男，教授，博士，E-mail：taolit@ bjtu
edu1．cn。
1 概述
深圳全區(qū)面積約50％ 的地區(qū)分布著燕山期侵人
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