瓦斯隧道施工技術(shù)研究

王 巍

（中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司,重慶 400700）

隨著我國鐵路事業(yè)的發(fā)展，逢山開隧、雨水架橋成為施工中的常見做法。然而，我國幅員遼闊、地質(zhì)豐富，瓦斯隧道施工不斷增加。瓦斯隧道施工技術(shù)復(fù)雜，不安全因素多，容易引起安全生產(chǎn)事故，甚至威脅著施工人員的生命，因此，安全順利地通過瓦斯不良地段，成為隧道施工的主要技術(shù)問題。

一、工程概況

黔張常鐵路晏家堡二號隧道工程總長度為7081m,在施工前經(jīng)過一系列勘探調(diào)研，勘探結(jié)果顯示，該隧道工程Ⅱ級風(fēng)險隧道，為雙線鐵路隧道，隧道施工采用人工鉆爆法施工。DK123+868～DK124+150段隧道圍巖為二疊系下統(tǒng)棲霞組灰?guī)r夾炭質(zhì)頁巖，經(jīng)過油氣專項勘察，瓦斯溢出地層判斷，該隧道定性為低瓦斯隧道，為三級瓦斯地段。

二、瓦斯特性

根據(jù)勘探結(jié)果顯示，本隧道中主要的有害氣體為瓦斯，主要藏在多空隙的巖層中，大大增加了瓦斯清除的難度。試驗分析結(jié)果顯示，瓦斯的比重為0.65，其密度略小于空氣，具有普通瓦斯無色、無味、無毒、易燃燒的特性。主要集聚是坑道頂部，且滲透性比較強，擴(kuò)散速度大約是空氣擴(kuò)散速度的1.6～1.8倍，可滲透節(jié)理發(fā)育、結(jié)構(gòu)松散的圍巖，具有爆炸性、滲透性、不穩(wěn)定性、窒息性、水溶性特點。

三、瓦斯段隧道施工技術(shù)及安全保障措施

在隧道施工中，為降低瓦斯對爆破施工的影響，在施工前要先進(jìn)行通風(fēng)處理和有害氣體檢測，確認(rèn)無誤后，才能進(jìn)行施工。加強施工組織防止燃燒、爆炸等事故。

（一）施工通風(fēng)

隧道施工通風(fēng)是排煙除塵和稀釋有害氣體的主要手段，是確保整個隧道施工得以順利開展的前提條件，需要按照相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連續(xù)不間斷的通風(fēng)，才能有效保證施工的安全性。

瓦斯隧道工區(qū)施工采用壓入式通風(fēng)方式，通風(fēng)注意以下幾點：

1.通風(fēng)設(shè)計按爆破排煙、掌子面作業(yè)要求、瓦斯涌出量進(jìn)行設(shè)計。

2.隧道內(nèi)防止瓦斯積聚的最小風(fēng)速不宜小于1m/s。

3.通風(fēng)管采用螺旋形，具有抗靜電、抗阻燃的性能，百米漏風(fēng)率不大于1%，并且風(fēng)管口距離掌子面的距離不得大于5m。

4.通風(fēng)設(shè)備采用雙風(fēng)機、雙電源。

5.根據(jù)洞內(nèi)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測情況，在襯砌臺車等易減緩風(fēng)速地段可增設(shè)沿程增壓風(fēng)機；在洞室等瓦斯易積聚的地方，增設(shè)小型風(fēng)扇。

（二）瓦斯監(jiān)測

瓦斯監(jiān)測是防止瓦斯事故的主要技術(shù)措施之一，為了保證隧道施工安全，我部聘請有資質(zhì)、有業(yè)績的第三方瓦斯監(jiān)控隊伍進(jìn)行施工期間全程監(jiān)控。

1.采用遙控自動化檢測系統(tǒng)和人工現(xiàn)場檢測相互結(jié)合方法，確保監(jiān)控系統(tǒng)正常運行，同時還要建立風(fēng)、瓦斯、電連鎖系統(tǒng)以及聲光報警系統(tǒng)，發(fā)生瓦斯超標(biāo)報警后，及時通知現(xiàn)場人員進(jìn)行疏散，確保人員安全。

2.隧道工作面瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測部位：選定隧道風(fēng)流的上部進(jìn)行，每次測定不少于3點；隧道工作面放炮后測定濃度，選定江風(fēng)流中監(jiān)測；各種作業(yè)臺車和機械附近20m的風(fēng)流中；隧道開挖超挖、凹陷、塌方區(qū)、裂隙處、洞室、風(fēng)流死角以及低風(fēng)速地段等。

3.瓦斯專業(yè)檢測人員，需要全程對瓦斯的濃度進(jìn)行檢測（如附表1），為后期爆破操作和隧道施工提供數(shù)據(jù)支撐。特別注意施工打眼后、放炮前、放炮后三個時間段的瓦斯?jié)舛葯z測。注意放炮作業(yè)要求班長或安全員、放炮員及瓦檢員三人要同時在場方能放炮作業(yè)。瓦斯檢測要求在其余時間每小時測定一次瓦斯?jié)舛龋惶厥獾攸c經(jīng)常進(jìn)行瓦斯監(jiān)測。

（三）超前地質(zhì)預(yù)報

我部根據(jù)前期探測地質(zhì)條件，選用地質(zhì)素描、TSP探測全貫通，預(yù)測前方灰?guī)r夾炭質(zhì)頁巖的厚度、產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育情況。DK123+868～DK124+150段掌子面增加布置水平鉆孔4孔，加深炮孔13孔配合瓦斯監(jiān)測儀進(jìn)行瓦斯?jié)舛取毫ΡO(jiān)測（詳見圖1：4孔超前水平鉆孔布置圖、圖2：臺階法施工13孔加深炮孔布置圖）。

圖1 4孔超前水平鉆孔布置圖

圖2 臺階法施工13孔加深炮孔布置圖

超前水平鉆孔及加深炮孔實施要求：

1.鉆孔施鉆必須采用濕鉆，嚴(yán)禁干鉆。

2.超前鉆探孔口應(yīng)安設(shè)孔口管和止水閘閥且必須安設(shè)牢固，防止水壓孔口管沖出傷人。

3.施鉆完成后需對鉆孔封孔進(jìn)行瓦斯壓力監(jiān)測。

4.加深炮孔分兩循環(huán)向前布置，每掘進(jìn)循環(huán)均應(yīng)施作。

（四）隧道開挖鉆爆施工

考慮到隧道斷面尺寸及瓦斯隧道施工要求，III、IV圍巖地段采用三臺階法施工，V級圍巖采用三臺階臨時橫撐法施工。施工過程中控制開挖進(jìn)尺，保證開挖斷面較小，開挖輪廓能迅速得到支護(hù)，減短有害氣體溢出時間，減少溢出量，工序間距盡量縮短，盡快施作二次襯砌。

（五）鉆爆作業(yè)要求

就案例工程而言，在瓦斯區(qū)域進(jìn)行鉆爆作業(yè)時，要根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)范和要求進(jìn)行操作，為最大限度上保證鉆爆的安全性，要嚴(yán)格遵循“多打眼、少裝藥、短進(jìn)尺、快噴錨、強支護(hù)、勤檢測”的原則。該隧道工程施工中，對鉆爆作業(yè)的要求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.在鉆爆作業(yè)時，各項操作必須最大限度上滿足：開挖工作區(qū)域20m范圍中，風(fēng)流中瓦斯的濃度在1.0%以下。為在保證安全的基礎(chǔ)上，提高鉆爆作業(yè)效率，必須采用是濕式鉆孔的方法進(jìn)行鉆爆操作，炮眼鉆孔深度控制在0.6m以上，且炮眼必須封滿炮泥。

2.在鉆爆區(qū)域20m以內(nèi)的范圍內(nèi)進(jìn)行撒水降塵、通風(fēng)、檢測瓦斯?jié)舛龋L(fēng)流中瓦斯的濃度要控制在1.0%以下，且通風(fēng)要充足、風(fēng)向要穩(wěn)定，及時清除炮眼中的巖粉，避免影響爆破效果。在炮眼不足或者深度不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、瓦斯?jié)舛瘸^標(biāo)準(zhǔn)要求時，不能進(jìn)行爆破操作。

3.在瓦斯區(qū)域中爆破操作時，采用2號煤礦許用炸藥，電雷管起爆的方法操作確保安全。

4.在進(jìn)行爆破作業(yè)時，當(dāng)爆破作業(yè)完成15min以后，派遣專業(yè)人員檢查通風(fēng)、瓦斯、瞎炮和殘炮的實際情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題必須及時處理。當(dāng)瓦斯的濃度在1.0%以下，CO2濃度在1.5%以下時，才能解除警戒，隧道施工作業(yè)方能繼續(xù)進(jìn)行。

（六）瓦斯段襯砌施工

根據(jù)油氣專項勘察結(jié)果，定性晏家堡二號隧道DK123+868-DK124+150段為低瓦斯隧道。考慮到瓦斯具有滲透性，設(shè)計院針對此段進(jìn)行襯砌設(shè)計加強。結(jié)構(gòu)設(shè)計段落向瓦斯段落兩端延伸50m，本次對隧道DK123+818-DK124+200段襯砌進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強。

1.在進(jìn)行瓦斯地段混凝土噴射時，每次噴射的厚度不能低于15cm，模筑混凝土襯砌厚度不能低于40cm，混凝土中需摻加氣密劑，以提高混凝土的耐久性。具體支護(hù)參數(shù)見附表2。

2.此段隧道襯砌環(huán)、縱向施工縫處使用中埋止水帶、背貼止水帶并增加雙組分聚硫密封膏嵌縫氣密性處理。

3.為防止有害氣體溢出及向非瓦斯段擴(kuò)散滲透，隧道開挖后要進(jìn)行全斷面徑向注漿，封閉處理；在進(jìn)行瓦斯段和非瓦斯段交界處施工時，初期支護(hù)與二次襯砌之間要設(shè)置20cm寬的聚硫密封膠嵌縫處理。

（七）電氣設(shè)備和作業(yè)機械

1.照明系統(tǒng)是隧道工程施工的主要電氣設(shè)備。就案例工程中，在開挖區(qū)域設(shè)置了固定照明工具，為避免發(fā)生瓦斯爆炸，采用了防爆照明燈，移動照明采用礦燈。

2.晏家堡二號隧道為低瓦斯工區(qū)，電氣設(shè)備與機械設(shè)備選擇非防爆型，而運輸車輛、裝載車等行走的機械設(shè)備上，需要安裝瓦斯檢測報警儀器，但應(yīng)具有瓦斯超限報警時停止運行并熄火功能。

3.在瓦斯區(qū)域施工中，要嚴(yán)禁明火操作。因此，襯砌鋼筋施工不能進(jìn)行焊接作業(yè)，只能采用綁扎的方法連接鋼筋，主受力筋采用套管連接的方法；初期支護(hù)鋼拱架鎖腳錨桿施工采用螺栓固定。

（八）防火安全規(guī)定

1.瓦斯隧道工區(qū)洞口20m范圍內(nèi)不得有火源，進(jìn)洞人員不允許攜帶火源。

2.瓦斯隧道工區(qū)內(nèi)不得存放各類易燃品，廢油、用過的棉紗、布頭、紙張等應(yīng)存放在鐵桶內(nèi)專人送出洞外。

四、結(jié)束語

通過合理的施工組織，上述方案的貫徹執(zhí)行，我部安全順利地通過了晏家堡二號隧道瓦斯不良地質(zhì)段。在瓦斯隧道施工過程中，合理的施工組織安排、機械配置是瓦斯隧道施工的必要前提；不間斷通風(fēng)是降低瓦斯?jié)舛鹊闹饕緩剑煌咚節(jié)舛缺O(jiān)測、超前地質(zhì)預(yù)報是施工的重要保障；高度的責(zé)任感及安全意識、安全操作是保障人民生命財產(chǎn)的安全的重要堅石。

表1 有害氣體濃度標(biāo)準(zhǔn)表

附表2 瓦斯隧道襯砌支護(hù)參數(shù)表