含有瓦斯的水工隧洞開(kāi)挖施工監(jiān)理

沈樹(shù)華

(四川二灘建設(shè)咨詢有限公司，四川成都 610051)

1 工程概況

昆明市清水海引水工程是云南省和昆明市的重點(diǎn)工程，工程(一期)位于昆明市尋甸縣、嵩明縣及官渡區(qū)境內(nèi)，由水源工程、引水工程、輸水工程等組成，引水線路總長(zhǎng)74.555 km。引水工程分成18個(gè)標(biāo)段進(jìn)行施工。

四川二灘建設(shè)咨詢有限公司清水海項(xiàng)目監(jiān)理部承擔(dān)了清水海引水工程土建5、6、7、8標(biāo)共四個(gè)標(biāo)段的施工監(jiān)理。其中土建6標(biāo)恩甲隧洞長(zhǎng)度為4 755.128 m，進(jìn)口底板高程為2 187.888 m，出口底板高程為2 183.133 m，開(kāi)挖斷面為城門(mén)洞形。斷面尺寸根據(jù)圍巖類別不同而不同，最大開(kāi)挖斷面為4.82 m×4.87 m(寬×高)，襯砌后的斷面尺寸為3.5 m×3.51 m。該隧洞只有進(jìn)出口兩個(gè)工作面施工，無(wú)施工支洞。筆者僅對(duì)土建6標(biāo)恩甲隧洞瓦斯段的施工與監(jiān)理情況作一簡(jiǎn)要總結(jié)和分析。

2 基本地質(zhì)情況

該工程區(qū)域位于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶與云南山字型構(gòu)造前弧東翼的交接部位，處于小江斷裂帶東西兩支所挾持的斷塊內(nèi)。出露地層主要有中寒武統(tǒng)至上第三系各時(shí)代地層，除缺失白堊系地層外，其余各時(shí)代地層比較齊全。其中下二迭統(tǒng)梁山組(P1L)夾不穩(wěn)定煤層。根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的地質(zhì)剖面圖，恩甲隧洞在樁號(hào)E3+942～E3+843段與下二迭統(tǒng)梁山組(P1L)不穩(wěn)定煤層斜交，該段范圍內(nèi)巖性為頁(yè)巖、粘土巖、鋁土巖夾煤層，揭穿煤層可能有瓦斯和水涌出，開(kāi)挖時(shí)可能會(huì)遇到氯、硫等有害氣體。E3+722～E3+658段長(zhǎng)64 m范圍內(nèi)為 F3斷層，與隧洞軸線斜交，交角60°，因此，隧洞穿越斷層時(shí)也可能會(huì)遇到有害氣體。鑒于以上地質(zhì)資料，監(jiān)理工程師在隧洞開(kāi)挖至E3+942前，已要求施工單位提前配置了瓦斯檢測(cè)設(shè)備對(duì)洞內(nèi)瓦斯情況不斷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。直到隧洞開(kāi)挖至E3+868時(shí)(距洞口971.2 m)，瓦斯檢測(cè)儀檢測(cè)出瓦斯最大濃度達(dá)到4.15%，證實(shí)隧洞進(jìn)入瓦斯洞段。此后，按瓦斯隧洞專項(xiàng)施工方案組織施工。

3 瓦斯特性

瓦斯(gas)是從煤(巖)層中逸出的各種有害氣體的總稱。地層中含有瓦斯的隧洞施工區(qū)段稱為瓦斯工區(qū)。當(dāng)全工區(qū)的瓦斯涌出量小于0.5 m3/min時(shí)為低瓦斯工區(qū)，大于或等于0.5 m3/min時(shí)為高瓦斯工區(qū)。瓦斯與氧氣適當(dāng)混合具有燃燒和爆炸性，當(dāng)空氣中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5% ～16%時(shí)，即達(dá)到爆炸濃度，遇高溫(650℃ ～750℃)能發(fā)生爆炸。因此，瓦斯爆炸應(yīng)同時(shí)具備三個(gè)條件:一定的瓦斯?jié)舛?＞5%);一定的引火溫度(650℃ ～750℃);一定的氧氣濃度(＞12%)。氧氣是助燃劑，隧洞施工時(shí)正常通風(fēng)風(fēng)流中氧氣的濃度通常大于20%，因此，氧氣濃度條件一般均能滿足。據(jù)此，瓦斯隧洞施工過(guò)程中預(yù)防瓦斯爆炸事故的最根本的兩點(diǎn)就是設(shè)法降低瓦斯?jié)舛?，使之不超過(guò)安全濃度(＜0.5%);阻斷火源，如明火、爆破、電焊、氣割、電器火花等。

4 瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)的測(cè)定

當(dāng)恩甲隧洞出口工作面開(kāi)挖至E3+868時(shí)，檢測(cè)出瓦斯最大濃度達(dá)到4.15%，非常接近5%的爆炸濃度。監(jiān)理機(jī)構(gòu)根據(jù)《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例》和《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文》的有關(guān)規(guī)定，由總監(jiān)理工程師向施工單位下發(fā)了《暫時(shí)停工通知》，并向業(yè)主和當(dāng)?shù)卣踩O(jiān)督部門(mén)報(bào)告。《通知》要求施工單位上報(bào)瓦斯隧洞專項(xiàng)施工方案并配置瓦斯隧洞施工專用設(shè)備，《專項(xiàng)方案》經(jīng)監(jiān)理工程師審批并對(duì)專用設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收合格后方可恢復(fù)施工。及時(shí)獲取隧洞瓦斯賦存情況和瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，為制定瓦斯隧洞專項(xiàng)施工方案提供依據(jù)，在對(duì)掌子面噴射15 cm厚混凝土進(jìn)行封閉后對(duì)前方穿越煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行了專業(yè)測(cè)定。測(cè)試時(shí)，在掌子面水平方向鉆兩個(gè)超前探孔，孔深分別為60 m和61 m。通過(guò)探孔檢測(cè)煤層瓦斯壓力和其他參數(shù)。瓦斯壓力測(cè)定采用的是M－II型瓦斯壓力測(cè)定儀。瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 測(cè)壓鉆孔施工參數(shù)及測(cè)壓結(jié)果表

瓦斯壓力取所測(cè)壓力的最大值，故恩甲隧洞煤層瓦斯壓力為0.07 MPa。煤層瓦斯壓力是瓦斯涌出和突出的動(dòng)力，也是煤層瓦斯含量多少的標(biāo)志。準(zhǔn)確測(cè)定的瓦斯壓力對(duì)瓦斯隧洞開(kāi)挖施工中合理的制定防治瓦斯的措施、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)、合理制定專項(xiàng)施工方案具有十分重要的意義。瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 恩甲隧洞煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定結(jié)果表

根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》TB10120－2002中的規(guī)定，恩甲隧洞瓦斯工區(qū)瓦斯涌出量達(dá)到0.57 m3/min，超過(guò)規(guī)范規(guī)定的 0.5 m3/min 的標(biāo)準(zhǔn)，故可判定恩甲隧洞出口工區(qū)為高瓦斯工區(qū)。恩甲隧洞所檢測(cè)的瓦斯壓力P=0.07 MPa，瓦斯放散初速度ΔP=12.455，煤的 堅(jiān) 固 性 系 數(shù)f=0.358，煤的破壞類型為Ⅲ類。按規(guī)范規(guī)定，以上四項(xiàng)參數(shù)必須同時(shí)滿足規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，煤層瓦斯才有突出危險(xiǎn)。所測(cè)以上四項(xiàng)參數(shù)中瓦斯壓力為0.07 MPa，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值(P≥0.74 MPa)，其余三項(xiàng)參數(shù)雖大于或等于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，但仍可判定該工區(qū)不存在瓦斯突出的危險(xiǎn)。

5 監(jiān)理機(jī)構(gòu)對(duì)瓦斯工區(qū)專項(xiàng)施工方案的審核

根據(jù)恩甲隧洞煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定結(jié)果和據(jù)此得出的結(jié)論，為制定合理、經(jīng)濟(jì)、安全的瓦斯工區(qū)專項(xiàng)施工方案提供了依據(jù)。施工單位據(jù)此向監(jiān)理機(jī)構(gòu)提交了恩甲隧洞瓦斯工區(qū)專項(xiàng)施工方案。

監(jiān)理機(jī)構(gòu)對(duì)專項(xiàng)施工方案進(jìn)行了認(rèn)真審核。審核的重點(diǎn)包括以下內(nèi)容:

(1)瓦斯工區(qū)工程概況。應(yīng)附有瓦斯地層的局部詳細(xì)平縱斷面圖。

(2)瓦斯賦存情況及參數(shù)。包括煤層產(chǎn)狀、厚度、物理力學(xué)等參數(shù)。

(3)瓦斯隧洞施工專用機(jī)械設(shè)備和電器設(shè)備的配置。包括防爆型的開(kāi)挖設(shè)備、出渣及運(yùn)輸設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、抗靜電阻燃通風(fēng)管、銅芯不延燃橡套電纜、防爆型開(kāi)關(guān)柜及燈具、避雷設(shè)施等。以上設(shè)備設(shè)施的配置和安裝必須符合規(guī)范要求。

(4)瓦斯監(jiān)測(cè)儀器和檢測(cè)人員的配置。監(jiān)測(cè)儀器應(yīng)同時(shí)配有固定式和移動(dòng)式兩種。瓦斯檢測(cè)人員須持有相應(yīng)資質(zhì)。

(5)瓦斯隧洞的通風(fēng)設(shè)計(jì)。通風(fēng)量按瓦斯絕對(duì)涌出量、爆破排煙、最多工作人數(shù)分別計(jì)算，取最大值。應(yīng)保證將洞內(nèi)開(kāi)挖工作面瓦斯?jié)舛认♂尩?.5%以下，風(fēng)速不宜小于1 m/s。瓦斯工區(qū)的通風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)兩路電源，并應(yīng)裝設(shè)風(fēng)電閉鎖裝置。當(dāng)一路電源停電時(shí)，另一路應(yīng)在15 min內(nèi)接通，以保證通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(6)瓦斯監(jiān)測(cè)方案。瓦斯監(jiān)測(cè)應(yīng)采用雙保險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即自動(dòng)報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與人工檢測(cè)相結(jié)合。瓦斯檢測(cè)一定要堅(jiān)持“一炮三檢制”的原則，即造孔、爆破前、爆破后進(jìn)行瓦斯檢測(cè)，對(duì)掌子面、錯(cuò)車道、圍巖縫隙等瓦斯容易聚集的地方尤其要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。檢測(cè)人員應(yīng)將檢測(cè)數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄，并在洞口告示牌上告知工作面瓦斯?jié)舛取０l(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛犬惓r(shí)應(yīng)立即報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)施工帶班人員，做好人員撤離工作和其他保護(hù)工作。

(7)鉆爆施工方案。瓦斯工區(qū)鉆爆作業(yè)的總體原則是“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”，以保證每次開(kāi)挖體積小，瓦斯溢出量不大，開(kāi)挖輪廓能夠迅速得到封閉支護(hù)。施工作業(yè)期間需堅(jiān)持“勤檢測(cè)、強(qiáng)通風(fēng)”，確保瓦斯?jié)舛仍诎踩笜?biāo)范圍內(nèi)。瓦斯工區(qū)的爆破作業(yè)必須采用煤礦許用炸藥和煤礦許用電雷管。

(8)初期支護(hù)方案。初期支護(hù)采用系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)+噴射混凝土+鋼支撐，其中噴射混凝土厚度為15 cm，鋼支撐采用16號(hào)工字鋼制作，間距80 cm。鋼支撐之間的連接采用螺栓連接而不采用焊接。

(9)揭煤方案。根據(jù)恩甲隧洞瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定結(jié)果，該隧洞瓦斯段不存在瓦斯突出危險(xiǎn)。石門(mén)揭煤工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但仍需制定相應(yīng)的安全措施。石門(mén)揭煤采用微震動(dòng)爆破法，裝藥量應(yīng)按松動(dòng)爆破計(jì)算。

(10)安全保證措施。根據(jù)國(guó)務(wù)院《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例》第十四條規(guī)定:“工程監(jiān)理單位應(yīng)當(dāng)審查施工組織設(shè)計(jì)中的安全技術(shù)措施或者專項(xiàng)施工方案是否符合工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)”。因此，該專項(xiàng)方案中的安全保證措施是監(jiān)理工程師審核的重點(diǎn)。安全保證措施應(yīng)包括組織保證措施、技術(shù)保證措施及經(jīng)濟(jì)保證措施。

①組織保證措施:監(jiān)理工程師的審核內(nèi)容包括瓦斯工區(qū)施工期間施工單位的安全指揮系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、安全管理人員的分工及職責(zé)、特種作業(yè)人員資質(zhì)審查、進(jìn)洞人員登記與火種檢查制度、對(duì)施工作業(yè)及管理人員的安全技術(shù)培訓(xùn)情況等。施工作業(yè)過(guò)程中堅(jiān)決杜絕“三違”(違章指揮、違章操作、違反勞動(dòng)紀(jì)律)現(xiàn)象，切實(shí)做到“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”。

②技術(shù)保證措施:監(jiān)理工程師的審核內(nèi)容包括通風(fēng)系統(tǒng)安全技術(shù)措施、機(jī)電設(shè)備安全技術(shù)措施、供配電系統(tǒng)安全技術(shù)措施、瓦斯檢測(cè)與監(jiān)控技術(shù)措施、進(jìn)洞管理安全規(guī)則、工程質(zhì)量保證措施、消防安全技術(shù)措施、環(huán)保水保技術(shù)措施、突發(fā)事件應(yīng)急救援預(yù)案。各項(xiàng)技術(shù)措施必須符合工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求和相關(guān)規(guī)范要求。

③經(jīng)濟(jì)保證措施:監(jiān)理工程師的審核內(nèi)容包括瓦斯隧洞施工專用機(jī)械設(shè)備和專用電器設(shè)備、專用材料、檢測(cè)儀器是否按規(guī)定配置，安全設(shè)施、安全防護(hù)、作業(yè)人員的勞動(dòng)保護(hù)措施是否完善、安全費(fèi)用的投入是否滿足瓦斯隧洞施工要求、應(yīng)急救援預(yù)案中需儲(chǔ)備的救援物資是否滿足應(yīng)急救援需要。

6 施工過(guò)程監(jiān)理

監(jiān)理工程師對(duì)施工單位上報(bào)的恩甲隧洞瓦斯工區(qū)專項(xiàng)施工方案參照《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》TB10120－2002和《煤礦安全規(guī)程》進(jìn)行了認(rèn)真仔細(xì)的審核。監(jiān)理工程師在審核時(shí)也聽(tīng)取了部分專家的意見(jiàn)。在此基礎(chǔ)上，監(jiān)理機(jī)構(gòu)簽發(fā)了監(jiān)理審核意見(jiàn)，該審核意見(jiàn)連同施工單位上報(bào)的《專項(xiàng)施工方案》報(bào)業(yè)主單位和當(dāng)?shù)卣踩O(jiān)督部門(mén)備案?！秾ｍ?xiàng)方案》獲監(jiān)理機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)后，監(jiān)理工程師對(duì)恩甲隧洞瓦斯工區(qū)恢復(fù)施工的條件進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查。檢查內(nèi)容包括硬件和軟件兩個(gè)方面。硬件主要是瓦斯隧洞施工專用設(shè)備、專用材料、檢測(cè)儀器是否按經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的《專項(xiàng)方案》中的要求全部配置，包括數(shù)量、性能和完好狀況。軟件主要是組織保證措施中的內(nèi)容及各項(xiàng)規(guī)章制度是否建立并完善，重點(diǎn)檢查安全指揮系統(tǒng)和作業(yè)人員的安全技術(shù)培訓(xùn)情況。在監(jiān)理檢查合格的基礎(chǔ)上，邀請(qǐng)業(yè)主單位安全管理部門(mén)和當(dāng)?shù)卣踩O(jiān)督部門(mén)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收審查。驗(yàn)收審查合格后，監(jiān)理工程師簽發(fā)了瓦斯隧洞《復(fù)工通知》。施工單位恢復(fù)了恩甲隧洞瓦斯工區(qū)施工。

施工過(guò)程中，監(jiān)理工程師嚴(yán)格按照《專項(xiàng)方案》中的要求和規(guī)范規(guī)定對(duì)工程質(zhì)量、施工安全和工程進(jìn)度進(jìn)行控制。監(jiān)理工程師對(duì)洞內(nèi)瓦斯檢測(cè)記錄隨時(shí)檢查，并不定時(shí)的跟隨瓦斯檢測(cè)員同時(shí)進(jìn)洞檢測(cè)瓦斯?jié)舛?，?duì)通風(fēng)效果進(jìn)行檢查，在確認(rèn)瓦斯?jié)舛仍诎踩珴舛纫韵路皆试S施工。習(xí)慣性違章往往是安全事故引發(fā)的重要根源，監(jiān)理工程師在糾正“三違”現(xiàn)象中發(fā)揮了積極作用。質(zhì)量和安全是兩個(gè)不可分割的共同體，開(kāi)挖支護(hù)質(zhì)量是安全施工的可靠保證。監(jiān)理工程師高度重視支護(hù)質(zhì)量，切實(shí)做到“早封閉、強(qiáng)支護(hù)”，從而保證了混凝土噴射厚度，減少了瓦斯泄漏，使質(zhì)量和安全取得了雙贏的效果。

恩甲隧洞通過(guò)煤層和F3斷層后，瓦斯?jié)舛戎饾u衰減，至E3+542時(shí)，炮后檢測(cè) 瓦 斯 濃 度 為0.3%，通風(fēng)30 min后檢測(cè)瓦斯?jié)舛葹?.02%，已完全處于安全濃度以下，監(jiān)理機(jī)構(gòu)在征得地方政府安全監(jiān)督部門(mén)同意后，簽發(fā)了恢復(fù)隧洞正常施工通知書(shū)。至此，恩甲隧洞安全通過(guò)了瓦斯洞段，施工過(guò)程中未發(fā)生任何安全和質(zhì)量事故。

7 含有瓦斯的水工隧洞施工監(jiān)理實(shí)踐的體會(huì)

(1)對(duì)瓦斯特性和瓦斯爆炸條件的充分認(rèn)知是瓦斯隧洞施工和監(jiān)理的先導(dǎo)，提前監(jiān)測(cè)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)瓦斯、避免發(fā)生安全事故的有力措施。恩甲隧洞在開(kāi)挖施工過(guò)程中由于施工單位和監(jiān)理單位對(duì)瓦斯的危害性有充分認(rèn)知，提前配置了便攜式瓦斯檢測(cè)儀，經(jīng)常性地對(duì)隧洞內(nèi)的空氣進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)瓦斯氣體，及時(shí)停工，避免了未知情況下瓦斯爆炸事故的發(fā)生。

(2)對(duì)瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)定是制定防治瓦斯的措施、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)、合理制定專項(xiàng)施工方案的重要依據(jù)。專項(xiàng)施工方案既要安全可靠，又要經(jīng)濟(jì)合理。

(3)瓦斯隧洞施工監(jiān)理控制必須做到事前控制和事中控制相結(jié)合，以事前控制為主。監(jiān)理工程師對(duì)《專項(xiàng)施工方案》的審核以及對(duì)瓦斯隧洞專用設(shè)備、器材、人員配置和資質(zhì)、安全培訓(xùn)、規(guī)章制度等硬軟件的檢查驗(yàn)收是事前控制的重要內(nèi)容，事前控制好了，可以起到事半功倍的效果。

(4)確保瓦斯隧洞施工不發(fā)生瓦斯爆炸事故最關(guān)鍵的兩點(diǎn)是“強(qiáng)通風(fēng)、勤檢測(cè)”。按通風(fēng)量設(shè)計(jì)不間斷送風(fēng)，完全可以將洞內(nèi)瓦斯?jié)舛认♂屩涟踩珴舛纫韵?。按“一炮三檢制”要求及時(shí)檢測(cè)瓦斯?jié)舛龋_保作業(yè)面瓦斯?jié)舛忍幱诎踩珴舛纫韵?，安全生產(chǎn)就能得到保證。