新高坡隧道斜井高瓦斯段落初期支護不動火作業施工工藝

張龍飛

（中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇無錫657215）

1 工程概括

新高坡隧道斜井為高瓦斯工區，進入DK303+380后掌子面出現多層煤層，煤層厚度大多40～50cm，最厚煤層達到2.8m厚；且煤層為斜向上走向，煤層走至隧底后隧底多處有局部裂隙瓦斯涌出，濃度超過允許瓦斯濃度0.5%，在掌子面進行動火作業可能會導致掌子面瓦斯燃燒甚至產生爆炸。

現場立即聯系業主、監理、施工方的多位瓦斯專家進行專項瓦斯處理安全會議，經會議協商后同時采取3種方法處理隧底裂隙瓦斯：①在掌子面加設多部局散風機，稀釋隧底裂隙瓦斯；②在隧底裂隙瓦斯涌出處采取覆蓋鋼板形式，將瓦斯由點擴散至面，降低局部瓦斯濃度；③對隧底進行灑水，將瓦斯部分溶于水，減少瓦斯涌出量。

采取以上三種方法后，現場開挖15～30min后扔多次出現瓦斯超限現象（風流中瓦斯濃度大于等于0.5%），為確保現場施工人員安全，減少瓦斯燃燒爆炸風險，經瓦斯專家們同意后，決定從解決現場火源入手，現場實施初期支護不動火作業。

2 洞外準備工作

（1）鋼架制作：在洞外鋼筋加工場按設計圖紙制作鋼拱架，制作完成后在現場進行預拼接，確保鋼架可以順利拼接，保證鋼架的連接順暢，受力均勻。

（2）超前小導管導向管：將φ57無縫鋼管按0.4m/根均勻地切割完成，再將切割后的無縫鋼管按環向間距0.4m排列以外插角5°～10°焊接在鋼拱架上方。根據隧道設計及圍巖情況可調整導向管的數量、間距以及外插角角度。

（3）鋼架連接筋：現場鋼架間距為80cm，在洞外鋼筋加工場將鋼架連接筋預制完成。將φ22鋼架連接筋兩側預彎90°預留20cm，中間直線段保留78cm。鋼架連接筋長度根據鋼架間距可自行調整，確保鋼架連接后間距符合要求即可。

（4）鋼架連接筋套筒：在洞外鋼筋加工場將φ42無縫鋼管按0.1m/根均勻切割完成，將切割后的φ42無縫鋼管在鋼架外環（貼巖壁側）兩邊上按1m間距（鋼架連接筋間距）橫向焊接牢固。

（5）鋼筋網片：鋼筋網片按設計圖紙要求在加工場焊接成型，預留搭接長度。

（6）鎖腳錨桿：將φ22鎖腳錨桿制作為L型，直線段長4m，彎頭部分預留15cm。根據鎖腳錨桿/管設計長度可自行調整，彎頭部分確保與鋼架連接長度即可。

（7）鎖腳錨桿固定鋼板：在鋼拱架預定鎖腳錨桿位置焊接14mm鋼板并預留鎖腳錨桿孔洞，鋼板尺寸：長×寬=30cm×20cm。根預留孔洞根據鎖腳錨桿/管尺寸可自行調整，確保錨桿/管與鋼架連接緊密不脫落即可。

3 消防安全管理

3.1 洞內火源管理

（1）必須嚴格執行“嚴禁煙火進入隧道”的安全規定，作業人員進洞前須經洞口值班人員檢查，嚴禁攜帶煙草、點火物品和穿化纖衣服入洞。

（2）洞內嚴禁使用燈泡和電爐等，不得從事電、氣焊等工作。

（3）洞口值班房、通風機房等洞口附近20m范圍內不得有火源。

（4）進洞作業車輛要安裝尾氣排放凈化器，防止排放尾氣帶有火花，進行高瓦斯改造作業，洞內瓦斯濃度大于等于0.5%時自動報警并停止車輛作業，無法對車輛進行二次發動，車輛因瓦斯超限停止作業后司機立即下車撤離至洞外。

3.2 易燃品管理

（1）瓦斯隧道洞內及洞口附近不得存放各種油類，廢油及時運出洞外。

（2）加強油料運輸管理，嚴禁在瓦斯隧道洞內及洞口附近發生油料的“滴、漏、跑、冒”現象，留下安全隱患。

（3）瓦斯隧道采用煤許炸藥進行爆破，爆破作業采用洞外爆破，使用煤許炸藥，爆破過程中洞內無施工人員，全部撤出洞外。工班長、瓦檢員、安全員在現場執行“一炮三檢制”和“三人連鎖放炮制”[1]。“一炮三檢制”是掌子面裝藥前、放炮前、放炮后，工班長、瓦檢員、安全員必須在現場，三人檢查放炮地點20m以內風流中的瓦斯，瓦斯濃度達到1%時不準裝藥、放炮；放炮后瓦斯濃度達到1%時立即處理；“三人連鎖爆破制”是工班長、瓦檢員、安全員三人必須同時自始至終參加爆破工作的全過程。

4 施工人員管理

①爆破工、焊工、電工和特種設備司機等特業人員和安全員、瓦斯檢測員、倉庫保管員必須經過正規安全培訓，懂得瓦斯隧道施工安全知識，保證100%持證上崗；②所有參與瓦斯隧道施工的作業人員上崗前必須經專門的瓦斯隧道施工安全知識培訓，考核合格后方可上崗作業；③進入瓦斯隧道的人員在洞口進行登記，并攜帶個人自救器；④嚴禁穿易產生靜電的服裝進入含有瓦斯的工區；⑤鉆工必須穿棉質服裝、雨衣和膠鞋，佩戴防塵口罩。

5 洞內作業

5.1 測量放線與開挖

測量放線：將掌子面開挖面拱頂部位擴大10cm（放大尺寸可根據現場預留變形量自行調整，預留超前小導管導向管位置即可）。

開挖：開挖班按測量放置點位進行打鉆裝藥，將洞內人員全部撤離洞內后經瓦檢員、安全員、技術員同意后在洞外起爆。

5.2 通風、出渣

起爆后立即進行通風，在洞外通過洞內瓦斯自動監控儀檢測洞內瓦斯濃度。通風半小時后如若風流中瓦斯濃度達到施工要求（小于0.5%），則開展出渣作業；如果瓦斯濃度超限（大于等于0.5%），則繼續通風，將瓦斯濃度降至0.5%以下后方可進行出渣作業。

5.3 排險與封閉巖面

排險：出渣完成后使用挖機進行掌子面機械排險，機械排險后進行人工排險。

封閉巖面：在立架前對開挖面及掌子面噴射4cm的混凝土，固結巖石防止掉塊及阻止瓦斯釋放。

5.4 鋼架的運輸、安裝和連接

封閉巖面后將洞外加工好的鋼架材料運輸洞內，在開挖臺架上拼接鋼架，接頭板連接必須保證螺栓全部穿入對應孔內并擰緊。鋼架底腳必須堅實，不準有虛渣，底腳懸空時用鋼板或槽鋼墊至設計高度。鋼架間距80cm（根據設計鋼架間距自行調整），鋼架橫向允許偏差±20mm，垂直度允許偏差±1°。安裝時要求嚴格控制在允許偏差范圍內，不符合要求時及時調整。仰拱鋼架采用螺栓與下臺階鋼架進行連接。

立架后將鋼架連接筋彎鉤部分插入套筒中，套筒與連接筋間的空隙使用錨固劑進行充填，并使用扎絲將連接筋外露部分與鋼架綁扎固定。

5.5 錨桿施工

鉆孔使用風動鑿巖機鉆孔，鉆孔前根據設計要求定出孔位，鉆孔保證錨桿的方向、深度和間距，孔位偏差±150mm。系統錨桿的鉆孔孔徑大于桿體直徑15mm以上；鉆孔應圓而直，孔口巖石整平，并使巖面與鉆孔方向垂直。鉆完孔后用高壓風吹凈孔內巖屑并檢查鉆孔深度，孔深偏差為±50mm。安裝錨桿時應先用注漿管插至孔底50～100mm處，隨砂漿的注入緩慢勻速撥出，并將錨桿體送入孔內（錨桿表面應干凈，無污跡、破損和銹蝕等），直達孔底并注意轉動桿體，錨桿尾端外露孔口18cm，以便和鋼筋網進行焊接。如桿體插入后，若孔口無砂漿溢出應及時補注。錨桿注漿后，在砂漿凝固前不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿，噴錨后不得有錨桿頭出露。

5.6 鋼筋網片、鎖腳錨桿、超前小導管施工

鋼筋網片：現場配備扎絲，將鋼筋網片固定在錨桿和鋼架連接筋上，綁扎牢固。鋼筋網搭接長度為1～2個網格。

鎖腳錨桿/管：鋼架安裝連接筋及網片后，在鎖腳錨桿孔洞處打設并安裝鎖腳錨桿，注漿完成后使用扎絲將兩側鎖腳錨桿綁扎牢固。

超前小導管：在鋼架上方預留的超前小導管導向管處按外插角5°～10°打設安裝φ42超前小導管，環向間距0.4m，每環23根，單長3.5m，2.4m/環，安裝完成后進行注漿（超前小導管的數量、間距、長度按設計施做）。

5.7 噴混凝土

C25噴射氣密性混凝土，混合料要隨拌隨用，不摻速凝劑時，存放時間不得超過2h；摻速凝劑時，存放時間不得超過20min。混合料在運輸、存放過程中，應嚴防雨淋、滴水及大塊石等雜物混入，噴射前首先要對巖面進行修整，清除松動巖塊，對個別欠挖突出部分進行鑿除并用高壓水將巖面沖洗干凈，對遇水易潮解的巖層則用高壓風清掃巖面；噴射混凝土應分段、分片、分層進行，由下向上，從無水、少水向有水、多水地段集中，多水處安放導管將水排出。噴射開始時應先送風，后開機，再給料；結束時，應待料噴完后再關機。向噴射機供料時應連續均勻，機器正常運輸時，料斗內應保持足夠的存料。

噴射開始后，減少噴頭至受噴坡面的距離，距離保持1.5～2.0m之間，并調節噴射角度直至噴頭與受噴面基本垂直，以保證鋼筋網與巖面間混凝土的密實性。鋼架與巖面之間的間隙用鋼楔或混凝土塊每隔2m楔緊再噴射混凝土充填密實，噴射順序先下后上對稱進行，先噴鋼架與圍巖之間空隙，后噴鋼架之間，鋼架應被噴射混凝土所覆蓋。噴射中先找平受噴面的凹處，再將噴頭成螺旋形緩慢均勻移動，每圈壓前面半圈，繞圈直徑約30cm，力求噴出的混凝土表面平整，呈濕潤光澤、無干斑或滑移流淌現象。每次噴射厚度控制在6cm以下，噴射回彈物不得重新用作噴射混凝土材料。噴射后的混凝土表面要平整、平順、密實、無脫落現象，無鋼筋外露現象。新噴射的混凝土灑水養護時間不少于14d。

6 施工效果

該種施工工藝適用于瓦斯隧道內初期支護不動火作業，洞外加工簡易，洞內施工操作方便，不需焊接、切割，管控消除了瓦斯隧道初期支護施工中的火源，避免瓦斯因火源引發爆炸或燃燒，極大程度地降低了瓦斯隧道施工安全風險。

7 結語

高瓦斯隧道采取初期支護不動火作業可以有效降低瓦斯隧道施工安全風險，給瓦斯隧道施工創造良好的安全環境，確保現場施工人員的生命安全。希望該工藝可為類似工程提供借鑒和參考，將瓦斯隧道的施工風險降到最低，確保施工人員生命財產安全和施工有序運行。