川西北某在建鐵路隧道瓦斯涌出分析研究

陶玉敬, 袁傳保

(中鐵二院工程集團有限責任公司, 四川成都 610031)

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川西北某在建鐵路隧道瓦斯涌出分析研究

陶玉敬, 袁傳保

(中鐵二院工程集團有限責任公司, 四川成都 610031)

【摘要】文章通過分析柿子園隧道1橫工區地層巖性、地質構造等地質條件，觀測隧道瓦斯涌出特點，判定隧道瓦斯溢出為構造導氣富氣型，嚴格受構造及巖性控制，預測前方高瓦斯段落分布在斷層帶灰巖段，提出可先掘進30 m，預留6 m巖盤再進行下一步探測的針對性工程措施，并對類似地區的工程勘察、施工提出建議。

【關鍵詞】鐵路；隧道；瓦斯涌出；成因分析；措施和建議

2015年8月9日，川西北某在建鐵路隧道柿子園隧道1號橫洞工區在掌子面D2K78+699施作超前水平鉆孔鉆至41m時，孔內突然有氣體涌出。突發的氣體壓力將鉆孔內的水以脈沖式向孔口頂涌，且涌出氣體有汽油味道。經測試，氣體成分主要為瓦斯，鉆孔孔口甲烷含量超過6%。由于施工單位應急措施處理得當，未發生人員傷亡事故。

1地質概況

柿子園隧道處于川西北龍門山構造帶，該構造帶規模宏大、結構復雜的巨型推覆構造帶，總體走向為北東45°，傾向北西，綿延500km，寬達25～50km。自東向西主要有3條主干斷裂：即龍門前山斷裂、龍門主山中央斷裂、龍門后山斷裂；構造運動方向為由北西向南東仰沖，形成3個疊瓦狀的逆沖帶，在地形上成北西-南東呈階梯式下降，相對高差達600～700m。其中1號橫洞工區位于龍門山前山斷裂帶構造區，龍門山前山斷裂在隧道穿越段表現為曉壩場1#、2#、3#三條疊瓦式斷層，發生瓦斯涌出段就處于曉壩場3#斷層構造帶上(圖1、圖2)。

(斷層左側為T1f+t紫紅色砂泥巖，右側為T2j+l灰巖)圖1　曉壩場3號斷層地表出露

曉壩場3#斷層上盤為三疊系中統嘉陵江組和雷口坡組(T2j+l)灰巖、白云質灰巖、白云巖，下盤為下統的飛仙關組和銅街子組(T1f+t)紫紅色泥巖夾砂巖，斷層破碎帶寬度1～2m。

經超前水平鉆探揭示，目前掌子面D2K78+699處三疊系下統的飛仙關組和銅街子組(T1f+t)紫紅色泥巖夾砂巖，D2K78+736處穿越曉壩場3#斷層，進入三疊系中統嘉陵江組和雷口坡組(T2j+l)灰巖、白云質灰巖、白云巖；D2K78+736～+748為灰白色灰巖，D2K78+748～+790為泥質白云巖；超前水平鉆探揭示地質情況與地表出露相吻合。

隧道穿越T1f+t、T2j+l兩套地層均非烴源巖，但附近下伏有二疊系、寒武系等含烴源巖。該處埋深180～200m，地下水弱發育，呈潮濕～滴水狀。

2瓦斯溢出特點

通過監控瓦斯涌出，具有以下特點。

(1)瓦斯涌出經初期鉆孔揭示呈脈沖狀噴涌，具有一定壓力，能把鉆孔水頂出1～2m，1～2d后未再見明顯壓力，且后期約1個月后實施兩超前水平鉆孔，均未出現明顯有壓現象。

(2)瓦斯是從3個超前水平鉆孔中涌出的，在鉆探至前方38～42m處開始出現瓦斯氣體。

(3)通過后期布設監測斷面顯示瓦斯最高涌出量可達0.91m3/min。

(4)瓦斯持續涌出，鉆孔從8月份揭示出氣至今仍然持續出氣，鉆孔孔口瓦斯濃度目前為4%～10%。

(5)鉆孔涌氣量在雨后明顯減小，天晴后逐漸恢復。

3瓦斯來源成因分析

(1)隧道穿越地層非烴源巖，但在該區域內下伏地層有烴源巖，如二疊系地層，為含煤地層，且瓦斯含量較高，在附近煤礦開采過程中曾經發生瓦斯爆炸(左側2km外雎水井煤礦)。

圖2　柿子園隧道1號橫洞工區地質剖面圖

(2)龍門山前山斷裂為深大斷裂，總長約500km，為區域性深大斷裂，具備溝通下伏含氣地層的條件。

(3)柿子園1#橫工區瓦斯涌出，其氣體來源于沿斷層構造帶導來的含煤地層中的有害氣體，主要在構造裂隙中存儲運移。

(4)區域內構造發育，隧道前方以向斜構造(漢旺倒轉復向斜)為主，沒有大面積低滲透性地層覆蓋(泥巖、頁巖等)，不具備儲氣條件，隧道前方施工大段落發生有害氣體問題可能性較小。

綜上根據隧道揭示地質條件分析，柿子園1#橫洞地層為非煤系地層，瓦斯等有害氣體賦存與斷裂構造密切相關，應為構造導氣富氣型，分布段落嚴格受構造及巖性控制。

4瓦斯涌出段落預測分析

根據超前探測及出露地質剖面等資料綜合分析，預測瓦斯氣體主要涌出段位于D2K78+736～+748段灰巖中，在該段施工開挖過程出現高瓦斯風險極高，且局部可能存在集中大量噴涌出現象；考慮砂泥巖及泥質白云巖滲透性差異，預測瓦斯分布段落見表1。

表1　瓦斯分布段落預測表

5結論及建議處理措施

(1)柿子園隧道1#橫洞地層為非煤系地層，有害氣體成因極為復雜，其賦存與斷裂構造密切相關，為構造導氣富氣型，分布段落嚴格受構造及巖性控制。

(2)柿子園隧道1#橫工區瓦斯涌出段與構造裂隙的發育程度緊密聯系，鉆孔孔內檢測表明從8月份揭示出氣至今仍然持續出氣，顯示氣體持續性較強。

(3)柿子園隧道1#橫工區瓦斯逸出具有隨機性強，強度變化大，脈沖式等特征，局部封閉裂隙帶內有害氣體可能存在一定壓力會出現集中大量噴涌出現象，施工過程中需嚴格遵守瓦斯隧道技術規范，加強超前鉆孔和超前炮眼工作，達到提前排放的目的。

(4)根據本工區瓦斯涌出規律，以及超前地質預報揭示前方巖性條件，前方至D2K78+736為三疊系下統飛仙關組和銅街子組(T1f+t)砂泥巖地層，建議先按低瓦斯工區向前方施工掘進約30m至D2K78+730，留約6m巖盤，再做進一步的超前探測，并加強監測，根據超前探測和瓦斯監測數據實施針對性處理措施。

(5)現場需加強通風，做好安全監測與檢測，做好安全施工措施。

6結束語

在構造極其發育的地區，一般不利于瓦斯等氣體的聚集，但在特殊巖性、構造結構條件組合下，也可以產生瓦斯聚集，集中排放的情況。在此情況下，瓦斯涌出具有不可預測性，在前期勘察設計過程中不易準確查明其分布段落和性質，需要在施工中做好災害應急預案，加強超前探測工作，特別是超前水平鉆探、超前炮眼等，其能夠有效揭示前方的圍巖強度、涌水突泥、有害氣體等重要工程問題；其次是加強隧道施工中的“一炮三檢”制度，降低風險。

參考文獻

[1]TB10120-2002 鐵路瓦斯隧道技術規范[S].

[2]國家安全生產監督總局.煤礦安全規程(2011年版)[S].

[3]康小兵.非煤系地層瓦斯隧道形成機制研究[J].現代隧道技術，2011,48(3): 35-39.

[作者簡介]陶玉敬(1982～)，男，碩士研究生，工程師，主要從事鐵路工程勘察及研究。

【中圖分類號】U458.1

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2016-03-01