淺析頁巖氣地段隧道快速施工技術

李艷玲等

摘要：南方頁巖地區隧道施工工藝與其他地區要進行區別，重點解決施工過程中的重點和難點，然后對頁巖氣地段隧道施工技術進行分析探討，為類似工程提供參考。

關鍵詞：頁巖氣隧道施工工法 工法效益

1 頁巖氣地段隧道施工工法比選

頁巖氣地段頁巖氣隧道施工中備選的工法有“加強通風方案”和“防爆設置改裝方案”兩種方案，在確定頁巖氣地段頁巖氣隧道施工工法時，借鑒相似工況頁巖氣隧道進行工法比選。綜合經濟、安全和工期等多角度的分析對比，確定適合頁巖氣地段隧道施工的工法。

2 頁巖氣地段隧道施工工法技術要點

2.1 頁巖氣隧道施工工藝流程

頁巖氣隧道施工管理的重點是防止甲烷燃燒和爆炸的災害性事故的發生，頁巖氣地段隧道的防治手段主要從4個方面考慮，即：隧道頁巖氣的超前預測、通風設備的選定及管理、確定檢測和監控系統、施工用機械和電氣設備的選用和管理。施工中采取超前鉆孔探測預測隧道前方頁巖氣的發育情況，通過加強通風降低頁巖氣的濃度，采用有效的頁巖氣檢測監控系統監控頁巖氣的濃度，控制隧道各個不同作業面內的頁巖氣濃度在安全作業許可條件內，選用防爆的電氣設備控制火源等手段，確保了隧道的安全施工。頁巖氣隧道施工工藝流程如圖1所示。

2.2 隧道開挖

2.2.1 洞身開挖

頁巖氣地段隧道施工根據地質情況選擇施工工藝。

2.2.2 鉆爆設計

根據隧道地質條件，Ⅲ級圍巖段可采用中深孔光面爆破，Ⅳ、Ⅴ級圍巖段可采用淺孔微振動控制爆破。根據圍巖條件選用不同的炸藥，頁巖氣隧道爆破作業必須采用煤礦許用炸藥。

2.2.3 出渣運輸

出渣采用無軌運輸方式，在出碴過程中必須加強頁巖氣濃度檢測，當頁巖氣濃度超過規定值時停止出碴作業。隧道出渣棄于指定棄土場。

2.2.4 不良地質段防坍塌措施

根據超前地質預報的反饋情況，對有可能發生塌方的地段的施工遵循：“管超前、短開挖、弱爆破、快襯砌、勤檢查、勤量測”的原則施工。

2.3 隧道支護

2.3.1 噴射混凝土支護

掌子面開挖后，為減少工作面頁巖氣溢出，必須立即進行噴射混凝土支護，及時封閉頁巖氣。噴射采用濕噴施工，分初噴、復噴和終噴（保護層）三階段進行，噴射機選用濕噴機。

2.3.2 小導管徑向注漿支護

在圍巖較破碎，頁巖氣溢出較多，易風化段落，為防止圍巖坍塌，提高圍巖密實性，減少頁巖氣排放，采用小導管徑向注漿。

2.3.3 氣密性混凝土襯砌支護

頁巖氣地段襯砌采用C35氣密性混凝土，混凝土摻加氣密劑，其氣密性混凝土透氣系數不應大于10-11cm/s，氣密劑摻量為水泥用量的10%，氣密性混凝土的配合比應根據取樣化驗結果和采用外加劑的技術要求進行調整配置。低頁巖氣地段采用C35普通砼進行襯砌施工。

①頁巖氣隧道結構襯砌復合防水施工要點。②頁巖氣施工縫施工要點。由于頁巖氣工區頁巖氣濃度大，施工縫是襯砌滲漏的關鍵，施工縫必須嚴格按照設計要求施工，施工完成必須對施工縫進行氣密處理。③隧道洞內頁巖氣排放施工要點。在排水管終點處設置氣水分離裝置-窨井，井身和井蓋采用氣密性混凝土，井蓋周圍縫隙采用玻璃膠密封，分離出的頁巖氣氣體用金屬管道引出洞外在山坡高處放散。④氣密性混凝土施工。⑤隧道空隙回填施工方法。頁巖氣工區頁巖氣段均采用復合式襯砌，在二次襯砌拱頂剎尖部位常有大量空隙，為防止頁巖氣聚積，確保拱頂密實，在二次襯砌需預埋注漿管，待二次襯砌混凝土施工完畢后，用壓注水泥漿充填拱頂板后的空隙。⑥隧道仰拱氣密性混凝土施工方法。仰拱氣密性混凝土原材料要求與二襯氣密性混凝土原材料相同，仰拱必須盡早開挖，盡量確保邊墻與仰拱能同步施工防止底部頁巖氣溢出。⑦材料與設備。頁巖氣隧道頁巖氣溢出濃度較大，且頁巖氣需向洞外排放，電氣設備和作業機械以及固定設備和照明也必須采用防爆型。⑧質量控制。頁巖氣隧道施工的防爆通風和氣密性質量是關鍵。頁巖氣隧道施工通風采用材料的品種、規格、性能和等級，應符合設計要求及國家產品標準和工程技術規范的規定。防水板、施工縫、氣密性混凝土施工質量必須嚴格控制。

2.4 其他施工要點

2.4.1 防排水施工

頁巖氣工區鋪設全封閉防水板，低頁巖氣工區鋪設防水板。防水板在具備條件時均采用熱熔焊接工藝。

2.4.2 施工用電

頁巖氣地段隧道施工可采用雙路供電：其一洞內洞外用電相分離；其二洞內施工用電與照明用電相分離。洞內洞外相分離可保證任何一處有問題不影響其他電路，洞內施工用電與照明用電相分離有利于洞內電路標準化管理。在使用過程中可按照頁巖氣濃度<0.4%時，正常供電；頁巖氣濃度≥0.4%且<0.5%時，通過加強通風降低頁巖氣濃度；頁巖氣濃度≥0.5%時，停止施工供電，關閉機械，撤離人員，查找隱患，加強通風。

2.4.3 施工防火

①頁巖氣隧道洞內施工中可能產生高溫、明火的電氣焊、防水板焊接等工序界定為特殊工序，實行動火管理制度。其它特殊工序的界定由項目分部總工程師根據施工具體情況組織相關部門予以確定。②特殊工序施工確定后，由項目分部工程部編制特殊工序的作業指導書，制定出切實可行的安全保證措施及操作細則，經項目分部總工程師批準后實施。③特殊工序施工前，首先由技術主管根據施工計劃提前一天提出計劃，經架子隊隊長審核后，報項目分部總工程師審批，并由分部項目副經理下達操作指令，架子隊隊長監督按計劃實施，實施過程中必須嚴格按作業指導書進行。④特殊工序施工時，瓦檢員必須全過程監測頁巖氣濃度，同時作業地點采用局部通風措施，保證該范圍內頁巖氣濃度不超標。⑤特種工序施工現場無專職瓦檢員監控和消防設施不齊不得實施作業。

3 頁巖氣地段隧道施工工法效益分析

①本工法在頁巖氣地段頁巖氣隧道施工可進行推廣和運用，可為以后在頁巖氣隧道施工中積累了經驗，具有指導意義。②在施工過程采用的頁巖氣隧道綜合施工技術很好地規避了頁巖氣突出、爆炸造成的人財損失。③施工過程鍛煉了施工隊伍，培養了一批頁巖氣隧道施工的技術人才。

4 小結

本文淺析了頁巖氣隧道施工工法，總結如下：①分析了頁巖氣地段隧道快速施工的總體技術思路，把握好洞口施工、洞身施工、監測、通風、運輸、防排水、支護等各個隧道施工的流程關鍵技術，為施工安全、穩定、快速地進行打下了基礎。②綜合經濟、安全、工期等多角度的對比，頁巖氣地段頁巖氣隧道宜采用加強通風型工法，不配置防爆型設備，在保證隧道頁巖氣施工安全、質量的前提下，更能實現資源合理的配置，用最少的資源投入，獲得最大的經濟效益。

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