公路工程瓦斯隧道施工技術研究

孫飛

摘要 文章以公路工程瓦斯隧道施工技術為研究對象，針對瓦斯隧道施工中的關鍵技術和質量控制問題展開深入研究。首先，梳理了瓦斯隧道施工的特點和常用方法。其次，結合實際工程案例，對瓦斯隧道鉆爆法施工方法、工藝和施工關鍵技術環節進行了詳細剖析，并提出了相應的施工工藝和質量控制要點。研究成果將為瓦斯隧道施工技術和質量控制提供有益的參考，對類似項目施工具有一定的參考和借鑒意義。

關鍵詞 公路工程；瓦斯隧道；鉆爆法；技術方法；質量控制

中圖分類號 U458.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）06-0058-04

0 引言

隨著我國公路建設的快速發展和復雜地質條件的日益凸顯，瓦斯隧道的建設已成為公路工程中的一項重要任務。瓦斯隧道施工涉及復雜的環境因素和高風險因素，需要采取有效的技術措施和管理手段來保障施工安全和質量。瓦斯隧道的施工技術直接關系到隧道的安全性、耐久性和經濟性，因此對瓦斯隧道施工技術進行深入研究具有重要的理論和實踐意義。該文重點圍繞瓦斯隧道施工中的關鍵技術環節展開研究，包括隧道開挖方法、瓦斯監測與管理等方面的問題，并提出相應的施工工藝和質量控制要點，為瓦斯隧道施工技術的實際應用提供參考。

1 瓦斯隧道施工概述

1.1 瓦斯隧道的定義與分類

瓦斯隧道是指在施工過程中，隧道內存在較高濃度的瓦斯氣體，對施工安全和工程質量構成一定威脅的隧道。瓦斯是一種無色、無味、無毒的氣體，主要成分是甲烷，其化學性質穩定，不易與其他物質發生反應。瓦斯氣體的燃點較低，容易發生燃燒和爆炸，因此在瓦斯隧道施工過程中，必須采取有效的安全措施和技術手段，確保施工安全和質量。

根據瓦斯含量的不同，瓦斯隧道可分為高瓦斯隧道、低瓦斯隧道和一般瓦斯隧道。其中，高瓦斯隧道是指瓦斯含量較高，對施工安全和工程質量構成較大威脅的隧道；低瓦斯隧道是指瓦斯含量較低，但仍需采取必要的安全措施的隧道；一般瓦斯隧道則是指瓦斯含量較低，對施工安全和質量影響較小的隧道。此外，根據瓦斯來源的不同，瓦斯隧道還可分為煤系地層瓦斯隧道和碳酸鹽地層瓦斯隧道。煤系地層瓦斯隧道是指瓦斯氣體主要來源于煤層中的甲烷氣體，而碳酸鹽地層瓦斯隧道則是指瓦斯氣體主要來源于石灰巖等碳酸鹽巖層中的甲烷氣體[1]。

1.2 瓦斯隧道施工的特點與挑戰

瓦斯隧道施工具有以下特點與挑戰[1]：

（1）瓦斯的不穩定性：瓦斯氣體的濃度、壓力和成分可能隨時間和空間發生變化，這給施工過程中的瓦斯檢測和評估帶來了很大的不確定性。同時，瓦斯的流動性強，容易擴散和滲漏，對通風和排風系統提出了更高的要求。

（2）高風險性：瓦斯隧道施工面臨的主要風險包括瓦斯爆炸、火災等安全事故。這些事故可能對人員、設備和環境造成重大損害。因此，施工過程中必須采取嚴格的安全管理措施和技術手段，以降低事故發生的概率。

（3）技術要求高：瓦斯隧道施工涉及一系列復雜的技術問題，如瓦斯檢測與監測、通風與排風、施工設備與工藝等。這些技術要求高，需要專業技術人員進行操作和管理，以確保施工安全和質量。

（4）環境保護要求：瓦斯隧道施工可能涉及環境保護問題，如水土保持、植被恢復等。施工過程中需采取有效的環保措施，降低對周圍環境的影響，確保施工的可持續性。

（5）安全管理難度大：由于瓦斯隧道施工的高風險性，安全管理難度較大。需要建立健全的安全管理體系和規章制度，加強人員培訓和教育，增強安全意識，確保施工安全。

綜上所述，瓦斯隧道施工具有技術要求高、風險性大、安全管理難度大等特點與挑戰。為確保施工安全和質量，必須采取有效的技術措施和管理手段，加強人員培訓和教育，增強安全意識，降低事故發生的概率。同時，還需關注環境保護問題，確保施工的可持續性。

1.3 瓦斯隧道施工的常用方法

瓦斯隧道施工常用方法如下[2]：

（1）鉆爆法：鉆爆法是瓦斯隧道施工中最常用的一種方法，它主要包括鉆孔、裝藥、起爆和出渣等步驟。在瓦斯隧道中，鉆爆法需要特別注意瓦斯濃度的監測和控制，以防止瓦斯積聚和爆炸。此外，還需要采用防爆電氣設備和專用炸藥，以降低爆破過程中的安全風險。

（2）盾構法：盾構法是一種通過使用大型盾構機在地下挖掘隧道的施工方法。在瓦斯隧道中，盾構法可以有效地避免直接接觸富含瓦斯的地層或煤層，降低安全風險。然而，盾構機的操作和維護需要高度的技術水平和經驗，同時盾構機的尺寸和重量也限制了其在某些復雜地質條件下的應用。

（3）掘進機法：掘進機法是一種通過使用掘進機在地下挖掘隧道的施工方法。在瓦斯隧道中，掘進機法可以實現連續的掘進和支護作業，提高施工效率。然而，掘進機的操作和維護也需要極高的技術水平和豐富的經驗，同時掘進機的適應性和靈活性不如鉆爆法和盾構法。

（4）明挖法和蓋挖法：在一些地質條件較好、瓦斯含量較低的地區，也可以采用明挖法或蓋挖法進行瓦斯隧道施工。這些方法通常適用于地表條件允許開挖、交通干擾較小的地段，但需要注意瓦斯的監測和控制，以及施工過程中產生的廢氣、廢水和廢棄物的處理。

（5）注漿加固法：注漿加固法是一種通過向隧道周圍地層注入漿液，以提高地層穩定性和承載能力的施工方法。在瓦斯隧道中，注漿加固法可以有效地防止瓦斯從地層中逸出，降低安全風險。然而，注漿加固法需要精確的地質探測和設計，以及高質量的漿液材料和設備。

2 瓦斯隧道鉆爆施工方法及工藝

2.1 項目概況

鎮巴（川陜界）至廣安高速公路通江至廣安段，位于巴中市通江縣廣納鎮蒙子埡村至構花坪村境內，主線起于廣納鎮蒙子埡村樁號K110+500，止于廣納鎮構花坪村樁號K117+471。廣納隧道左洞為ZK111+341～ZK114+767段，左洞長3 426 m；右洞為K111+345～K114+769段，右洞長3 424 m；瓦斯工區劃分：ZK111+341～ZK114+767段、K111+345～K114+769段為高瓦斯段落（全隧道都屬于高瓦斯工區）。

2.2 鉆爆施工方法

在施工高瓦斯工區時，均采用相應安全等級的瓦斯專用炸藥及雷管。隧道開挖必須盡可能減少對圍巖的振動，充分發揮圍巖的自穩能力。鉆爆作業是保證開挖斷面輪廓平整準確、減少超欠挖、降低爆破振動、維護圍巖自穩能力的關鍵。采用光面爆破作業，根據圍巖情況及時修正爆破參數，以達到最佳爆破效果，形成整齊準確的開挖斷面。

光面爆破的特點：炮孔布置除周邊眼和掏槽孔外都是線形，炮孔布置簡單，炮孔間距比傳統炮孔間距大，節約鉆孔時間，炮孔參數準確；對圍巖的擾動小，最適合采用“新奧法”施工；炮孔都是平行的，便于鉆孔，可提高鉆孔效率；易于采用光面爆破，控制開挖輪廓；可以控制爆破塊度，提高裝運效率。此外，還可減輕對周圍地層的振動[3]。

2.3 光面爆破施工工藝流程

該隧道周邊采用光面爆破，以確保開挖輪廓平整圓順，其光面爆破施工工藝流程如圖1所示

2.3.1 光面爆破參數設計

根據統計的各段落圍巖等級及設計爆破參數，結合圍巖地質條件，選擇合理的光爆層厚度和周邊孔間距。爆破采用斜眼掏槽，并適當加深加大掏槽眼（比其他眼深約20 cm），以保障掏槽效果。根據“新奧法”施工要求，隧道開挖必須盡可能減輕對圍巖的振動，充分發揮圍巖的自穩能力。故在鉆爆作業中采用微震控制爆破技術，實施光面爆破，并根據圍巖情況，及時修正爆破參數，達到最佳爆破效果，形成整齊準確的開挖斷面，減少超欠挖[4]。

2.3.2 放樣開挖輪廓線及爆破孔位放樣

在隧道鉆孔前，應先測量放樣出開挖輪廓線，再標識出各爆破孔位置。

2.3.3 爆破孔位鉆孔

采用YT28型鉆機鉆孔，鉆孔時控制好鉆進方向，所有炮孔的孔底應位于道軸線，垂直同一平面內，鉆孔后用高壓風槍清孔。

2.3.4 連線起爆

完成裝藥后用炮泥堵塞孔口。在完成全部爆破孔鉆孔、清孔和裝藥后，連接引爆網絡，隧道開挖時按照“掏槽眼T輔助眼—周邊眼”的順序起爆。

2.3.5 爆破安全排查

爆破后，通風排煙30 min，然后班組長和爆破員進洞檢查有毒有害氣體濃度，經檢查在合格范圍內后，進洞查看有無盲炮及是否存在其他安全隱患，確認無其他安全隱患后，機械方可進入洞內進行出渣作業。

2.3.6 上臺階爆破參數及爆破斷面設計

隧道上臺階掘進爆破主要參數如表1所示：

炮孔堵塞采用配比為1∶3的黏土與細沙的混合物，或黏性較好的黏土堵塞，堵塞所用的炮棍采用木質或竹質材料制作，光面爆破炮孔的堵塞長度40～50 cm。光面爆孔的裝藥結構形式如圖2所示：

圖2 周邊光面爆破孔裝藥結構示意圖

采用數碼電子雷管起爆時，每段之間設置間隔10～

20 ms，最后一圈掘進孔與周邊孔的間隔時間可設置為60 ms，總時間間隔不大于130 ms，如圖3所示。如果需進一步控制爆破振動強度，則一架和二架區域的掏槽孔可以先后起爆。所有周邊孔的安全導爆索在孔外連接時，應采用T形連接，以保證整個周邊光爆孔安全可靠地傳爆。

2.3.7 下臺階爆破參數及爆破斷面設計

周邊孔光面爆破參數與上臺階掘進爆破基本相同，考慮設計循環進尺以及利于布孔，炮孔間距為0.45 m，最小抵抗線為0.7 m，線裝藥密度為0.12～0.14 kg/m。由于上臺階鉆孔及開挖爆破的影響（上臺階底板孔需下插一定角度爆破，且鉆孔過程中大量施工用水浸入下臺階），使得下臺階上部出現一定厚度的浮渣層，造成主爆孔和周邊光爆孔難以按照設計要求鉆鑿。因此，可根據下臺階上部浮渣層的現場情況，適當地調整炮孔參數。

下臺階的起爆順序：采用斜線逐排微差起爆，最后起爆周邊光爆孔，同排炮孔同時起爆。為了取得較好的光面爆破效果減少超欠挖和保證圍巖的穩定，瓦斯隧道的開挖爆破宜采用數碼電子雷管起爆，這樣可使得最后一排掘進炮孔與周邊光爆孔的延遲時間增大到60～70 ms，而且可以增加起爆段別，減小爆破地震效應，削弱爆破作用對小凈距隧道中隔墻的擾動作用。

整個掌子面內的所有炮孔采用同次起爆、孔內分段延遲的起爆網絡。同排炮孔用同段數碼電子雷管起爆，每孔內裝1發起爆雷管。

3 瓦斯隧道施工質量控制要點

瓦斯隧道施工因其特殊的地質條件和高風險性，對施工質量控制提出了極高的要求。瓦斯隧道施工質量控制的要點主要包括以下幾個方面[5]：

（1）瓦斯濃度監測與控制：瓦斯隧道施工中，瓦斯濃度的監測和控制是最重要的質量控制環節之一。需要在施工過程中持續進行瓦斯濃度的監測，并根據監測結果及時調整通風系統和施工方案，確保瓦斯濃度始終保持在安全范圍內。

（2）通風系統設計與運行：通風系統的設計和運行是保證瓦斯隧道施工安全和質量的關鍵因素。需要根據瓦斯隧道的具體地質條件、施工方法和安全要求，合理設計通風系統，并在施工過程中保持其穩定、高效和安全運行。

（3）支護結構設計與施工：支護結構的設計和施工是保障瓦斯隧道穩定性的重要措施。需要根據瓦斯隧道的地質條件、施工方法和安全要求，合理選擇支護結構類型和參數，并在施工過程中嚴格控制支護結構的質量和穩定性。

（4）爆破作業控制：在采用鉆爆法進行瓦斯隧道施工時，爆破作業的質量控制至關重要。需要根據瓦斯隧道的地質條件、施工方法和安全要求，合理選擇炸藥類型和裝藥量，并在施工過程中嚴格控制爆破作業的質量和安全。

（5）材料質量控制：瓦斯隧道施工中使用的各種材料（混凝土、鋼材、注漿材料等）的質量直接影響工程的安全性和耐久性。因此，需要對所有施工材料進行嚴格的檢驗和驗收，確保其符合相關標準和規范的要求。

（6）施工工藝控制：瓦斯隧道施工中的每一道工序都需要嚴格按照規定的工藝流程和操作規程進行，以確保施工質量和安全。需要對施工過程進行全程監控和記錄，及時發現和糾正施工中存在的問題和隱患。

（7）環保與安全措施：瓦斯隧道施工過程中產生的廢氣、廢水和廢棄物對環境和人體健康可能產生影響，需要采取有效的環保和安全措施，包括設置廢氣處理設備、廢水回收系統和廢棄物處理設施等。

4 結語

公路工程瓦斯隧道施工技術是公路工程建設中的重要部分，需要采取科學的技術措施和管理手段，加強質量控制和安全管理，確保施工安全和質量。該文對公路工程瓦斯隧道施工技術進行了深入探討和系統分析，重點闡述了瓦斯隧道鉆爆施工方法和工藝，提出了瓦斯隧道施工質量控制要點，為瓦斯隧道施工提供了科學的理論指導和實踐參考。瓦斯隧道施工技術仍是一個不斷發展和進步的領域，未來還需要進一步地研究和探索，以適應不斷變化的地質條件和工程技術要求，推動我國公路建設事業的持續發展和技術創新。

參考文獻

[1]張偉. 高速公路低瓦斯隧道施工技術研究[J]. 四川建材， 2022（5）： 133-134.

[2]李盼. 低瓦斯隧道施工瓦斯防治技術與措施[J]. 科技資訊， 2020（36）： 41-43.

[3]賈澤龍. 探究煤炭溝低瓦斯隧道施工技術及防治對策[J]. 中國化工貿易， 2019（14）： 167.

[4]王軍. 聚能水壓光面爆破技術在崤山隧道施工中的應用研究[J]. 鐵道建筑技術， 2017（5）： 81-84.

[5]萬東東. 鉆爆施工技術在隧道工程中的應用控制策略[J]. 交通世界， 2019（13）： 102-103.