煤系地層隧洞施工技術實例探析

楊學定

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

1 工程概況

黔中水利樞紐一期工程界于貴州省中部長弧形區域內，地處株六鐵路經濟帶的核心地帶。工程建設的主要功能是農田灌溉以及城市供水，同時還兼顧發電、鄉鎮供水、人畜飲水等功能，并為改善當地生態環境創造條件。工程煤地層隧洞段施工中，嚴格瓦斯濃度監測并采用特殊開挖及支護方法成功地解決了隧洞煤系地層中的技術難題。

2 地質條件

隧洞穿越侵蝕溝谷地貌，埋深一般為39～185 m，位于地下水位以下。隧洞穿越地層巖性為P2L泥頁巖、砂巖、灰巖、燧石灰巖及煤層，P2c+d薄至中厚層燧石灰巖夾砂巖、泥巖及T1y中厚層至厚層狀灰巖。主要為軟質巖，薄至中厚層狀結構。煤層厚度0.3～1.2 m。

3 工程中瓦斯濃度的檢測以及處理

3.1 檢測瓦斯濃度

3.1.1 瓦斯濃度檢測程序

成立相關瓦斯安全檢測和監督的小組，對施工隧洞中的瓦斯進行濃度的檢查以及安全監督，對隧洞中瓦斯的相關情況進行全面、詳細的了解，并且對施工中的儀器和設備進行及時的保養以及檢修[1]。3.1.2 瓦斯檢測步驟

瓦斯的檢測步驟如下表示:

檢查儀器→對儀器進行必要的調整→對隧洞中瓦斯含量進行檢測→對檢測數據進行處理并且記錄。

3.2 將瓦斯稀釋并且排出隧洞

1)在隧洞施工中，只要進行一次爆破作業之后就立即對隧洞進行通風工作，并且與此同時利用利用混凝土將其噴射在巖面上對其進行封閉，噴射的厚度控制在5 cm左右，采取這樣的做法主要是不僅可以避免瓦斯從縫隙中逃出，將瓦斯的含量進行降低，還能夠加強隧洞圍巖的穩定性能[2]。

2)在隧洞通風過程中，必須保證通風機不同的運轉，不能夠產生停止現象，這樣才能夠保證洞內的瓦斯被稀釋，洞內的瓦斯被排出洞外。此外，局部通風機不得隨意停風，必須使用抗靜電阻燃風筒，風筒吊掛平直，縫環必掛，確保接頭不漏風。

4 隧洞開挖與安全支護

在進行隧洞的開挖時，必須選擇適用于隧洞開挖的炸藥，并且在開挖過程中遵守相關開挖原則以及相關規范要求。可以歸納以下3點:①短進尺:每次造孔孔深和孔位以及裝藥嚴格控制，周邊孔與崩落孔孔深為1 m，掏槽孔為1.5 m。②弱爆破:布孔時孔距嚴格按試驗孔距布孔，裝藥也要采用試驗數據。③強支護:超前支護在拱頂部位打超前錨桿，錨桿采用Φ25 mm，L=4.5 m，間距為20 cm。錨桿與頂拱巖面夾角5°～10°。每進尺1 m，立即素噴C 20混凝土5 cm，先封閉圍巖面，防止圍巖風化、變形以及危石墜落。為加快施工進度，減少洞內焊接作業，鋼拱架采用Ι16工字鋼，榀間距0.5～0.8 m，榀間采用Φ25鋼筋進行焊接，間距0.8 m;頂拱系統錨Φ25L=3 m，4根;側壁鎖腳錨桿Φ25，L=3 m，8根;鋼拱架與巖面支撐牢固、緊密。鋼拱架間設置φ6@200×200 mm鋼筋網。噴C20混凝土封閉，用人工撬除危石及松動石塊，剔除圍巖面上懸掛的碎石，用高壓風吹巖面附著的巖屑以及其它污物，經驗收后進行噴混凝土。干噴15cm厚C20混凝土封閉。按側墻底角、頂拱、邊墻的順序施工。噴射時噴槍應垂直巖面，噴嘴距圍巖面0.8～1.0 m，先噴凹處再逐層加厚至設計厚度，噴混凝土達到終凝時間兩小時及時噴水養護，并且必須要保證噴射的混凝土在進行施工的期間內養護的時間≥14 d[3]。

5 煤系地層施工防突、防爆安全技術措施

技術措施包括以下21點:①當掌子面揭煤后，即轉入煤系地層施工，仍采用前探鉆孔方法，用鉆機沿工作面中部打一個控制煤層層位和瓦斯情況的前探鉆孔，孔徑Φ=75 mm。②在對煤系地層進行施工時，首先應采用輕便防突鉆機在掌子工作面打一個平行于掌子面掘進方向，直徑為42 mm、孔深為6 m的預測鉆孔，當前方工作面無突出危險性時，在確保前方留有2 m預測超前距的基礎上可以按照原施工組織設計進行正常施工。反之，前方工作面煤層具有煤與瓦斯突出危險性，則應采取前述揭煤方法中的排放措施，經效果檢驗，措施有效，并直至消除突出危險性后，方可正常施工。③放炮地點在洞口地面外，距離洞口50 m以外。④在進行爆破施工時，必須要將施工現場的所有電源進行切斷，并且將施工現場人員撤離到安全的地點，并且在施工處掛牌警戒。⑤裝填炸藥時，為了避免差錯，應按設計將孔編號掛牌，憑牌取藥，記錄員檢查對照，記錄校核數據。⑥每次裝藥放炮由安全員統一指揮，并由救護隊隊員在洞口外值班，放炮后通風≥30 min，才由兩安全員及檢測員進入掌子面，對其瓦斯含量、通風情況、支護情況以及煤層相關情況進行全面的檢查和了解。并且根據相關檢查結果，來對是否進行送電進行考慮。⑦按照施工組織設計要求必須及時加強支護。⑧在距離掌子面迎頭10 m范圍內配備至少6臺隔離式自救器。⑨在施工過程中，加強敲幫問頂，強化自主保安意識，有安全隱患必須先處理后作業，發現突出預兆及其它異常情況，必須立即停止作業，撤出人員，并向安全員匯報。⑩進行震動爆破時，應一次性全斷面揭穿或一次全斷面揭入煤層的深度≥1.2 m。?在進行爆破作業中，如何出現掌子面全斷面的巖柱以及煤層沒有被崩開時，需要繼續放炮對其進行崩開，并且在施工中仍然要根據相關施工要求進行，同時必須做好相關支護措施，還要在施工中加強瓦斯含量的檢測，保證施工安全。?震動放炮只準一次裝藥，一次放炮，打眼與裝藥不得平行作業，全部炮眼必須填滿炮泥，嚴禁使用無炮泥爆破。?放炮母線在洞壁懸掛好，有水的地方應進行必要的保護。?瓦斯檢查員必須嚴格執行“一炮三檢”與“三人聯鎖”放炮制。?在工程施工中，必須保證每一個掌子工作面都設置了一個瓦斯的檢測人員。?在施工過程中，要加強施工中的用電檢查，以防漏電等現象造成電氣爆炸。?在隧洞中放炮所使用的母線應該全部采用放炮電纜，并且在爆破過程中堅持正向爆破，放炮母線與雷管腳線必須采用絕緣膠布包扎，嚴禁出現明接頭。?每班必須有一名救護隊員值班，救護隊員必須并隨身攜帶便攜式瓦斯檢測報警儀與氧氣呼吸器，隨時檢查洞內瓦斯情況，所有救護隊員必須隨時處于戰斗應備狀態。?掌子面迎頭與回風流必須24 h掛兩臺便攜式瓦斯檢測報警儀。?工程師必須24 h值班，對隧洞“一通三防”與電器防爆工作負全面責任，對掌子面防突與防爆技術工作負責，對瓦斯檢查員、救護隊員、電工負有管理責任。[21]加強洞口檢身工作，安排專人洞口檢身，嚴禁煙火進洞，洞口20 m范圍內嚴禁煙火，進洞人員不得穿化纖衣服。

6 結語

施工中必須嚴格按設計程序進行施工，加強監測并對超濃度瓦斯采取稀釋、排出措施，采取特殊的開挖及支護措施，確保工程及施工人員安全。

[1]牛連華.淺談水利水電工程施工組織設計[J].山東水利，2002(02):12－13.

[2]潘留生.正陽瓦斯隧道安全施工防護技術[J].鐵道標準設計，2003(S1):34－35.

[3]王渝培，李勇.北碚隧道煤系地層施工技術[J].地下空間，2003(03):56－57.