針對隧道施工中有害氣體檢測研究——以云霧山隧道為例

華緒

（四川久馬高速公路有限責任公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著國內基礎設施網絡的不斷發展與完善，工程建設已覆蓋全國各處，高速公路或高速鐵路在新興技術影響下成為重要交通工具[1-2]。由于云貴川渝地區山體較多，路網建設時常需要挖掘隧道。當隧道穿越一些氣田、含油氣構造時可能會發生天然氣爆炸或燃燒，給隧道施工安全帶來隱患，是隧道工程常見病害的主要類型之一[3-4]。從滇黔線巖腳塞隧道瓦斯爆炸到汶馬高速公路理縣段C18標米亞羅三號隧道瓦斯爆炸帶來的生命和財產損失十分巨大，因此，在工程建設初期加強有害氣體預測預報工作十分必要[5]。針對這一問題，本文以川渝地區云霧山隧道為例，對隧道施工中可能存在的有害氣體進行了專項研究。

1 隧道工程地質概況

1.1 隧道概況

云霧山隧道位于重慶市銅梁區及璧山區，穿越云霧山，隧道出口接路基及三魚石中橋，進口接路基及跨G93成渝環線高速特大橋。隧道進口里程DK38+790，出口里程DK44+390，隧道全長5600m，最大埋深約375.5m。隧道設計為15‰單面上坡。

1.2 隧道地層巖性

隧道穿越的主要巖性從上至下依次有侏羅系泥巖夾砂巖（J1z）、三疊系巖屑長石石英砂巖夾砂質泥頁巖、炭質頁巖及煤線（T3xj6）、泥巖、頁巖夾砂巖及薄煤層（T3xj5）、巖屑長石石英砂巖夾砂質泥頁巖、炭質頁巖及煤線（T3xj4）、泥巖、頁巖夾砂巖及薄煤層（T3xj3）、巖屑長石石英砂巖夾砂質泥頁巖、炭質頁巖及煤線（T3xj2）、泥巖、頁巖夾砂巖及薄煤層（T3xj1）、白云巖、灰巖夾石膏、鹽溶角礫巖（T2l）、白云巖、白云質灰巖、泥質灰巖、鹽溶角礫巖及灰巖（T1j4）。

1.3 隧道構造特征

云霧山隧道位于華鎣山斷裂以東的褶皺束，由一系列北東～北北東向近于平行的高背斜山脈組成，區內發育一條褶皺：云霧山背斜、柑子灣1#逆斷層、柑子灣2#逆斷層、黃石巖斷層。

2 野外測試和室內試驗結果

2.1 現場鉆孔有害氣體檢測

現場有害氣體檢測分為淺層天然氣檢測與煤層瓦斯檢測，淺層天然氣檢測成果見表1，煤層瓦斯檢測成果見表2。

表1 淺層天然氣檢測成果

表2 煤層瓦斯檢測成果

2.2 現場煤層測試

煤層氣測試方法是目前能夠準確獲取煤層參數的有效動態方法之一，它既可以定性也可以定量對煤層進行分析評價，它在確定煤儲量基本參數方面具有明顯的優勢，其主要目的是獲取儲層的評價參數。現場煤層測試壓力測試結果見表3。

表3 現場煤層測試壓力測試成果

3 隧道有害氣體危害性分析

3.1 隧道淺層天然氣危害性分析

雷口坡組、嘉陵江組灰巖中巖溶發育，深部地層的天然氣易沿著構造裂隙通道運移至砂巖層中，當受到上覆泥質巖的阻隔后，便在砂巖孔隙、裂隙中儲存起來。由此可見，云霧山背斜核部的雷口坡與嘉陵江組地層有良好的儲氣環境。

根據有害現場檢測結果可知，ZK-云霧山-10鉆孔內含有兩層煤層，由此檢測的甲烷濃度較高，而其余鉆孔內均含有少量的甲烷，與該隧道的有害氣體背景相符。此外，檢測發現鉆孔ZK-云霧山-3中CO濃度高達98.2ppm，鉆孔ZK-云霧山-2中CO2濃度達41400ppm。

3.2 隧道煤層瓦斯危害性分析

對3個鉆孔不同深度取煤樣12組進行室內試驗，并進行4次煤層瓦斯壓力測定。根據3孔有害氣體現場測試，4組煤樣品室內分析結果，依照《鐵路瓦斯隧道技術規范》附錄C絕對瓦斯涌出量計算方法對01煤1、01煤2、02煤1、04煤1進行絕對瓦斯涌出量計算。計算結果見表4。

表4 絕對瓦斯涌出量計算結果

隧道穿越含煤地層位于云霧山背斜兩翼，東翼地層平緩，煤層埋藏較淺，煤層頂、底板及整個煤系圍巖均為低空隙性、低滲透性的泥質巖，圍巖封閉性好，煤層瓦斯會相對聚集；西翼地層陡傾，煤層埋藏較淺，裂隙發育且連通性較好，瓦斯封閉條件較差，瓦斯大量聚集的可能性不大，存在煤與瓦斯突出的可能性不大。

綜合分析有害氣體儲集條件與試驗結果可知，穿越背斜核部雷口坡與嘉陵江組為低瓦斯段；須家河組煤層對縉云山隧道危害較大，為低瓦斯；須家河組非煤段為微瓦斯；進出口段埋深淺，且無良好的油氣儲集環境也無煤層，為無瓦斯。當然，施工中必須嚴格按照“煤礦安全規則”采取嚴密的安全措施，嚴格按相關規范設計、施工，做好應急預案并加強檢測、監測及通風，加強瓦斯等有害氣體超前地質預報確保施工安全。

4 結論

為檢測云霧山隧道施工中可能存在的有害氣體，對云霧山隧道進行野外測試和室內試驗分析，檢測分析結論如下：

（1）在ZK-云霧山-10鉆孔內檢測的甲烷濃度較高，而其余鉆孔內均含有少量的甲烷，鉆孔ZK-云霧山-3中檢測到濃度高達98.2ppm的CO，鉆孔ZK-云霧山-2中檢測到濃度高達41400ppm的CO2，需加強對有害氣體監測與通風。

（2）穿越背斜核部雷口坡與嘉陵江組為低瓦斯段；須家河組煤層對縉云山隧道危害較大，為低瓦斯；須家河組非煤段為微瓦斯；進出口段埋深淺，且無良好的油氣儲集環境也無煤層，為無瓦斯。隧道施工時應注意低瓦斯段，防止事故的發生。