淺談思南縣沙壩水庫三洋溪取水隧洞出口段瓦斯治理措施

徐凱

摘? 要：在我省的中小型水利工程隧洞施工中，遇到瓦斯的情況并不多見，因此一旦遇到后可以提供借鑒的治理程序和方式也不充裕。通過沙壩水庫三洋溪隧洞從發現瓦斯到委托檢測、選定單位、實施治理、驗收合格的整個過程進行分析，不僅確保了程序合規，實施過程安全，并且還降低投資，給后期其它中小型水利工程遇到類似問題提供了較為完整的經驗。

關鍵詞：沙壩水庫;隧洞;瓦斯;檢測;治理

中圖分類號：TV554??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）02-0000-00

1工程概況

思南縣沙壩水庫壩址位于銅仁市思南縣馬河壩村境內，地處烏江中上游一級支流相思溪河上，是一座以城鎮供水為主的水利樞紐工程。壩址距思南縣城33km，遵義市182km，貴陽市318km。其中杭瑞高速思遵段通過壩址附近，工程附近有鄉村公路通過，工程對外交通較方便。工程任務是向思南縣雙塘工業園區供水。

工程主要由混凝土面板堆石壩、代家溝攔水壩、提水泵站、供水管道及取水隧洞等組成，最大壩高64.7m。本工程等別為IV等工程，工程規模為小（1）型。壩址以上流域面積8.5 km，多年平均流量為0.16m/s。水庫正常蓄水位為660.00m，興利庫容411萬m，校核洪水位662.52m，總庫容469萬m。

其中三洋溪取水隧洞全長2.867km，隧洞坡降為i=1/2000，隧洞斷面型式為門洞型，開挖斷面高3m、寬2.6m。

取水隧洞工程出口段位于思南縣雙龍鎮，雙龍鎮位于黔北高原東部，武陵山脈南西緣，地勢南西高北東低，以構造侵蝕地貌為主，總體為中低山溝谷地貌。取水隧洞東～西向穿越山體，從沙壩水庫工程區區域構造圖來看，取水隧洞位于英武溪背斜和紅坳向斜之間。

2瓦斯的發現及檢測結果

2016年5月13日，在隧洞出口段樁號K2+377（開挖進尺480m）處，鉆孔過程中施工人員發現有輕微的異常氣味從孔內溢出，于是暫停施工用礦泉水瓶將氣體裝至外面檢查，經在瓶口點火發現氣體能燃燒（見下圖1）。

隨即，施工方向監理、業主經匯報后，由思南縣水務局下達了停工通知，要求隧洞出口段停止一切施工作業，并保證洞內24h通風及安排專人24h在現場離洞口50m外地點值班，禁止無關人員進入。

2016年5月21日，受工程業主方的委托，貴州省煤礦設計研究院組織專業人員對隧洞內氣體進行現場采樣檢測，結果如下表1所示。

檢測結論：從氣體檢測結果來看，通過通風能夠稀釋隧洞掌子面的可燃氣體。但炮孔中的瓦斯濃度較高，均在瓦斯爆炸極限5-16%范圍內。在局部地點可能會造成瓦斯積聚，造成局部地點瓦斯燃燒、爆炸或窒息，在放炮掘進過程中瓦斯涌出可能性增大，極易造成瓦斯燃燒、爆炸或窒息，在今后的施工過程中必須加強瓦斯治理。

根據《思南縣沙壩水庫工程三洋溪取水隧洞設計圖》的地質情況描述：

樁號2+818.53～2+738.53段為隧洞洞身段，出露地層為二疊系上統（P）上部為淺灰、灰黑色中厚到厚層燧石灰巖，生物碎屑灰巖及瀝青灰巖;下部為灰、深灰黑色厚薄交錯的燧石灰巖，間夾黑色硅質巖及頁巖;底部粘土巖中含煤，巖層產狀95-110∠40-54，洞線走向與巖層走向的交角約70-90，隧洞埋深為22-86m，地下水位處于頂板附近，地下水活動中等，圍巖以Ⅲ類為主，遇巖溶段按V類考慮。建議物理力學參數：Ⅲ類圍巖石f=4～6、K=20～30MPa/cm，V類：f=0.5～1、K=1～2MPa/cm。

樁號2+738.53～2+239.92段為隧洞洞身段，出露地層為二疊系中下統（Pl-P）灰色灰巖，底部為粘土巖、炭質頁巖、石英砂巖，含少量煤，巖層產狀100-120∠30-34，洞線走向與巖層走向的交角約80-90，隧洞埋深為86-274m，地下水位較高，遠高于隧洞頂板，地下水活動強烈，圍巖以Ⅲ類為主，遇巖溶段按V類考慮。建議物理力學參數：Ⅲ類圍巖石f=4～6、K=20～30MPa/cm，V類：f=0.5～1、K=1～2MPa/cm。

樁號2+239.92～1+262.09段為隧洞洞身段，出露地層為志留系中上統韓家店群（Shn）雜質泥頁巖，巖層產狀90-100∠23-34，洞線走向與巖層走向的交角約65-85，隧洞埋深為123-387m，地下水位較高，遠高于隧洞頂板，地下水活動強烈，圍巖類別屬Ⅳ類。建議物理力學參數：Ⅳ類圍巖石f=1.5～2、K=2～5MPa/cm。

同時，貴州省煤礦設計院根據貴州省水利水電勘測設計院提供的《貴州省思南縣沙壩水庫工程取水隧洞綜合地質圖》提出如下建議：現輸水隧洞出口段施工至樁號K2+337，開挖進尺480m，正好穿過紅坳向斜軸部附近的二疊系中下統梁山組、棲霞組和茅口組（Pl-Pq+m），在施工過程中瓦斯涌出異常。紅坳向斜軸部附近的二疊系中下統梁山組、棲霞組和茅口組（Pl-Pq+m）為含煤地層，為瓦斯災害治理的重點區域，在該段進行施工時，必須充分掌握隧洞前方巖（煤）層性質、產狀、斷層褶皺等地質構造和巖溶發育情況及地層、地質構造和瓦斯參數等資料。根據地質資料顯示，現隧洞出口段施工還剩余170m左右穿過紅坳向斜軸部附近的二疊系中下統梁山組、棲霞組和茅口組（Pl-Pq+m）。因此，治理的重點區域為這170m，建議治理過程中采用先地勘鉆孔探明前方地質情況后再實施洞挖的方式，方案中的地勘鉆孔確定為沿隧洞樁號不小于200m，不僅可以勘測前方地質情況，也對前方瓦斯賦存情況進行探明。省煤礦設計院編制了《思南縣沙壩水庫三洋溪取水隧洞瓦斯治理專項方案》，作為后續瓦斯治理專業隊伍競爭性談判方案比選及實施過程中的指導文件。

3治理過程

3.1選擇有資質的專業隊伍

根據煤礦設計院的瓦斯治理專項方案的建議，結合政府相關主管部門的安全要求，由于原中標施工單位無瓦斯治理的資質，經業主方請示上級主管部門后，同意以原中標施工方為主體通過競爭性談判的方式選擇一家有瓦斯隧洞施工資質的專業隊伍，作為原中標施工方的合作方共同承擔瓦斯段的勘察、洞挖工作。

3.2設備、系統的改裝

在施工方選定有資質的專業隊伍后，根據煤礦院專項方案的相關要求建立了瓦斯監控系統（瓦檢員還配備了便攜式瓦檢儀實行“一炮三檢”）、人員定位系統、視頻監控系統、通訊聯絡系統等安全系統，同時對通風系統進行了改造完善，對洞內所使用的電纜、鉆、裝、運機械設備進行了防爆改裝。

3.2.1瓦斯監控系統

選用KJ90NB煤礦一體化安全監控系統一套，配備相應的監控分站和傳感器。該系統包括以下主要功能：數據采集功能、報警及控制功能、存儲和查詢功能等，能對甲烷、風速、溫度、硫化氫、CO濃度等采集、顯示及報警功能。

3.2.2人員定位系統

選用KJ251型人員定位管理系統一套，配備相應的識別卡、讀卡器、人員定位分站、電源箱及人員定位管理系統等。該系統包括以下主要功能：對洞內人員可實時跟蹤監測;位置自動顯示、能準確地統計洞內及某個區域的人員數量;可實時跟蹤查詢、打印當前及某時間段洞內人員數量、活動軌跡及分布情況等。

3.2.3視頻監控系統

為實時掌握洞內外的工作狀態，配備一套視頻監控系統，直觀的掌握洞內各監控點的工作狀態。

3.2.4通訊聯絡系統

為方便洞內外人員聯系，安裝一套耦合電話，配備2臺電話機、一臺耦合、400m傳輸電纜，電話機分別安裝在洞口值班室和洞內回車硐室中。

全部設備安（改）裝完成后，施工方向原下達停工通知的縣水務局提出復工申請。經縣水務局組織縣安監局、項目業主、設計單位（包括省水利設計院及省煤礦設計院）、監理、施工（包括合作方）共同召開復工驗收會議。經現場共同檢查，認為施工方準備工作充分，改裝的設備及增加的監控系統等滿足瓦斯隧洞的施工要求，同意恢復施工。

3.3實施情況

根據煤礦設計院方案的要求，在洞挖施工前必須先進行鉆孔勘探工作。按每循環鉆探60m后再開挖40m 再鉆探的程序進行，勘探孔每循環在掌子面上布置5個孔，正中孔（圖中的探測鉆孔1）并取芯，鉆孔孔徑Φ75。見下圖2所示。

每循環鉆孔完成后對施工方提出勘察報告，對孔內是否需要進行專門的瓦斯排放措施、是否具備洞挖鉆爆條件提出建議。每循環探測鉆孔結束后開始洞挖前，監理均組織業主、施工三方進入掌子面實測瓦斯濃度，當掌子面瓦斯濃度小于0.5%時方可同意進行洞挖作業。按專項方案的要求，需在隧洞出口樁號K2+377～K2+177段進行六輪地質勘察工作，每輪施工地質勘察鉆孔5個，控制掌子面前方60m范圍，確定無較大瓦斯隱患后保留20m向前開挖40m，以此類推。

2017年12月5日～9日，在樁號K2+377處進行了第一輪地質補勘工作，共施工勘察鉆孔5個，其中取芯鉆孔1個、不取芯鉆孔4個，總進尺300m，鉆孔過程中孔內僅有少量瓦斯涌出;

2018年1月6日～9日，在樁號K2+337處進行了第二輪地質補勘工作，共施工勘察鉆孔5個，其中取芯鉆孔1個、不取芯鉆孔4個，鉆孔工程量總進尺300m，鉆孔過程中孔內瓦斯最大涌出量為2.9%;

2018年1月26日～29日，在樁號K2+297處進行了第三輪地質補勘工作，共施工勘察鉆孔5個，其中取芯鉆孔1個、不取芯鉆孔4個，鉆孔工程量總進尺300m，鉆孔過程中孔內瓦斯最大涌出量為5.3%，掌子面瓦斯最高達3.6%;

2018年3月10日～13日，在樁號K2+257處進行了第四輪地質補勘工作，共施工勘察鉆孔5個，其中取芯鉆孔1個、不取芯鉆孔4個，鉆孔工程量總進尺300m，鉆孔過程中孔內瓦斯最大涌出量為1.4%，掌子面瓦斯最高達1.35%;

2018年3月29日～31日，在樁號K2+217處進行了第五輪地質補勘工作，共施工勘察鉆孔5個，其中取芯鉆孔1個、不取芯鉆孔4個，鉆孔工程量總進尺300m，鉆孔過程中孔內瓦斯最大涌出量為2.1%，掌子面瓦斯濃度最高達0.75%;

2018年4月12日～15日，在樁號K2+177處進行了第六輪地質補勘工作，共施工勘察鉆孔5個，其中取芯鉆孔1個、不取芯鉆孔4個，鉆孔工程量總進尺300m，鉆孔過程中孔內基本無瓦斯涌出，掌子面瓦斯降至0.2%;

2018年4月18日，經確認洞挖已穿越原推測的含煤地層后，由縣水務局再次組織縣安監局、項目業主、設計單位、監理單位、施工單位共同進行瓦斯段治理工作的驗收，驗收組一致認為治理工作取了明顯的效果，在施工過程中未發生安全事故。后續的洞挖施工雖然已穿越含煤段地層，但治理過程中所使用的瓦斯監控系統仍然繼續使用，并要求施工方繼續加強監測，確保工程剩余的洞挖工作安全可控。

4結語

思南縣沙壩水庫三洋溪隧洞的瓦斯段治理工作從發現瓦斯到最后治理結束，經歷了較長的時間。期間為了慎重起見，業主方多次咨詢各級主管部門并帶領參建各方到類似項目進行交流學習，確保工程建設程序合規和實施治理過程的安全，并力求降低投資，這也為以后其它項目在實施過程中遇到類似的問題提供了經驗。

參考文獻

Discussion on Gas Control Measures in the Outlet Section of Sanyangxi Water Intake Tunnel of Shaba Reservoir in Sinan County

XU Kai

（Guizhou Qianshui Engineering Supervision Co.， Ltd.， Guiyang Guizhou? 550002）

Abstract： In the construction of tunnels of small and medium water conservancy projects in our province， it is rare to encounter gas. Therefore， once encountered， there are not enough treatment procedures and methods that can be used for reference. Through the analysis of the entire process from the discovery of gas to the commissioned inspection， the selection of units， the implementation of treatment， and the acceptance of the Sanyangxi Tunnel of the Shaba Reservoir， it not only ensures the compliance of the procedures， the safety of the implementation process， but also reduces the investment. Water conservancy projects encountered similar problems and provided a relatively complete experience.

Keywords： Shaba Reservoir; tunnel; gas; detection; treatment