圖山寺高瓦斯隧道施工中重難點(diǎn)分析及技術(shù)措施

侯超華

摘要：本文以蘭渝鐵路圖山寺高瓦斯隧道為依托，從高瓦斯隧道施工中的特點(diǎn)，分析高瓦斯隧道施工中重難點(diǎn)分析，保證高瓦斯隧道安全貫通，從瓦斯監(jiān)控、隧道通風(fēng)、監(jiān)控量測(cè)方面改進(jìn)，并在高瓦斯隧道施工中實(shí)施，收到了較好的效果。

關(guān)鍵詞：高瓦斯 瓦斯監(jiān)控 通風(fēng) 監(jiān)控量測(cè)

1 概述

國(guó)內(nèi)瓦斯隧道施工，從1965年修建的貴昆線巖腳寨瓦斯隧道，為國(guó)內(nèi)第一條瓦斯隧道，該隧道采用礦山法施工，1994年、1996年分別修建的侯月線云臺(tái)山Ⅰ、Ⅱ線瓦斯隧道為國(guó)內(nèi)第一條采用新奧法施工的瓦斯隧道，2005年修建的都汶高速公路董家山隧道，2009年修建的湖北恩施野三河電站一號(hào)低瓦斯隧道均不同程度發(fā)生了瓦斯燃燒和爆炸事故，引發(fā)了業(yè)界的普遍關(guān)注。

而一定濃度的瓦斯、足夠的氧氣和一定溫度的火源是瓦斯燃燒及爆炸的充要條件，切實(shí)掌握隧道內(nèi)實(shí)時(shí)瓦斯?jié)舛?、提高隧道及掌子面通風(fēng)、掌握隧道圍巖變形情況，對(duì)高瓦斯隧道施工隧道內(nèi)各類(lèi)情況實(shí)時(shí)監(jiān)控是確保施工安全的有效手段。

2 工程概況

圖山寺隧道是蘭渝鐵路高風(fēng)險(xiǎn)隧道之一，單線隧道，長(zhǎng)3216m，斷面面積為64.36m2，進(jìn)出口各設(shè)800m的平導(dǎo)，平導(dǎo)與正洞線間距為30m。隧道位于侵蝕-剝蝕低山區(qū)，水平狀巖層迭嶺地貌，地面高程307～542m，相對(duì)高差約235m，最大埋深160m，最小埋深77m。隧道位于西山向斜的西北翼，穿過(guò)兩套地層，分別為第四系土層和侏羅系泥巖夾砂巖，圍巖基本分級(jí)為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)，地下水發(fā)育。隧道位于川東淺層天然氣發(fā)育地區(qū)，鉆孔測(cè)試結(jié)果

顯示單孔天然氣最高濃度9500ppm，計(jì)算隧道天然氣

含量6087m3，瓦斯壓力0.2KPa，天然氣絕對(duì)涌出量3.03m3/min，為高瓦斯隧道。施工揭示天然氣瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)6.4%。

3 工程特點(diǎn)

3.1 地質(zhì)情況差，遇水易風(fēng)化，施工難度大

隧道洞身地質(zhì)情況為第四系土層和侏羅系泥巖夾砂巖，泥巖遇水極易風(fēng)化，易坍塌，坍塌后容易造成瓦斯積聚，給隧道正常施工造成很大的安全隱患。

3.2 施工風(fēng)險(xiǎn)大

瓦斯爆炸是高瓦斯隧道施工中的最大風(fēng)險(xiǎn)，高瓦斯隧道與一般隧道最大區(qū)別就是無(wú)形的瓦斯，本工程設(shè)計(jì)全隧為高瓦斯隧道，瓦斯具有突發(fā)性及不可預(yù)見(jiàn)性，稍有不慎，很有可能在隧道施工中發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸，如稍有措施處理不當(dāng)將對(duì)施工人員及機(jī)械設(shè)備造成極大的威脅，甚至造成無(wú)可挽回的損失。

4 工程重難點(diǎn)及技術(shù)措施

圖山寺高瓦斯隧道洞身穿越第四系土層和侏羅系泥巖夾砂巖，其中泥巖夾砂巖遇水易風(fēng)化，如何防止圖山寺高瓦斯隧道施工中遇水坍塌是本工程的重點(diǎn)。

隧道位于川東淺層天然氣發(fā)育地區(qū)，鉆孔測(cè)試結(jié)果顯示單孔天然氣最高濃度9500ppm，計(jì)算隧道天然氣含量6087m3，瓦斯壓力0.2KPa，天然氣絕對(duì)涌出量3.03m3/min，為高瓦斯隧道。如何在施工工程中對(duì)瓦斯?jié)舛裙芾砼c控制是本工程的難點(diǎn)。

4.1 超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

圖山寺高瓦斯隧道地質(zhì)復(fù)雜及瓦斯有不可預(yù)見(jiàn)性，最關(guān)鍵的技術(shù)就是做好施工期前的綜合超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，信息化指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。本工程通過(guò)地質(zhì)素描、TSP地震波法、地質(zhì)雷達(dá)、超前地質(zhì)水平鉆孔及5m超長(zhǎng)炮孔方法對(duì)圍巖及瓦斯情況進(jìn)行超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，根據(jù)幾種不同方法得出的結(jié)果相互對(duì)照、相互補(bǔ)充以提高地質(zhì)預(yù)報(bào)精度。將最終結(jié)果做為勘察地質(zhì)資料的補(bǔ)充，在基本掌握前方施工的地質(zhì)及瓦斯情況后，安排合理的施工方案及措施。

4.2 隧道監(jiān)控量測(cè)

圖山寺高瓦斯隧道洞身穿越第四系土層和侏羅系泥巖夾砂巖，該類(lèi)圍巖遇水極易坍塌而造成瓦斯積聚。施工中必須做好隧道監(jiān)控量測(cè)與信息化管理，本工程根據(jù)實(shí)際情況及結(jié)合公司內(nèi)部發(fā)明的隧道多功能監(jiān)控量測(cè)樁，準(zhǔn)確測(cè)量出隧道圍巖變化數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握圍巖在開(kāi)挖過(guò)程中的動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整開(kāi)挖方式及支護(hù)參數(shù)。

4.3 高瓦斯隧道監(jiān)控

圖山寺高瓦斯隧道瓦斯有不可預(yù)見(jiàn)性，最關(guān)鍵的技術(shù)是實(shí)時(shí)掌握洞內(nèi)瓦斯?jié)舛?，信息化指?dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。本工程根據(jù)以往高瓦斯隧道施工經(jīng)驗(yàn)及結(jié)合實(shí)地，瓦斯監(jiān)控采取“人工和自動(dòng)監(jiān)測(cè)”相結(jié)合的原則測(cè)量瓦斯?jié)舛?，人工采用光干涉式瓦檢儀、便攜式瓦檢儀檢測(cè)；自動(dòng)監(jiān)測(cè)采用礦用KJ90自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。

4.4 高瓦斯隧道通風(fēng)

圖山寺高瓦斯隧道施工降低瓦斯?jié)舛?，主要采取加?qiáng)通風(fēng)稀釋瓦斯后排出洞外。本工程根據(jù)獨(dú)頭壓入式、巷道式及混合式進(jìn)行比較綜合設(shè)計(jì)，圖山寺高瓦斯隧道在平導(dǎo)與正洞未貫通前采用獨(dú)頭壓入式，使用雙風(fēng)機(jī)（2臺(tái)SDF（C）-NO13軸流式風(fēng)機(jī)，2*132KW）雙管路（φ150cm）供風(fēng)，平導(dǎo)貫通后采用（2臺(tái)SDF（C）-NO13軸流式風(fēng)機(jī)，2*132KW）巷道式通風(fēng)雙風(fēng)機(jī)雙管路（φ120cm）供風(fēng)。

5 施工關(guān)鍵技術(shù)控制

5.1 超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

用3臺(tái)ф100HQF110全風(fēng)動(dòng)水平鉆鉆孔在開(kāi)挖隧道正洞前進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)并進(jìn)行驗(yàn)證，孔長(zhǎng)度為30m，搭接長(zhǎng)度超過(guò)5m，超前地質(zhì)鉆孔每25m進(jìn)行一次循環(huán)。按照?qǐng)D一布置超前地質(zhì)鉆孔，且必須按照鉆孔末端在開(kāi)挖線外3m，并將檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置在超前地質(zhì)鉆孔處，對(duì)有害氣體的涌出情況下進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)瓦斯的涌出濃度及壓力是否超標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于每個(gè)循環(huán)工序來(lái)說(shuō)，需要做好記錄，并且保存好地質(zhì)素描和影像資料。

5.2 隧道監(jiān)控量測(cè)

本工程借鑒本單位發(fā)明的《多功能監(jiān)控量測(cè)樁》，監(jiān)控過(guò)程中將有尺量測(cè)（收斂?jī)x）和無(wú)尺量測(cè)（全站儀）兩種方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)兩種方法的合理運(yùn)用，使得量測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性得到了相互驗(yàn)證。同時(shí)對(duì)于采用不同的施工工法（如臺(tái)階法、CD法、CRD法等半幅施工），在有尺量測(cè)受限制無(wú)法進(jìn)行時(shí)，可在第一時(shí)間利用此設(shè)備進(jìn)行無(wú)尺量測(cè)，既能保證量測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確，又能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工提供真實(shí)、可靠的依據(jù)。

5.3 高瓦斯隧道監(jiān)控

①在施工期間，對(duì)于瓦斯隧道來(lái)說(shuō)，為了確保施工的安全性，需要成立專(zhuān)門(mén)的瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括自動(dòng)監(jiān)控與人工監(jiān)控系統(tǒng)兩部分，同時(shí)將其作為施工工序進(jìn)行管理，并且由現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)。對(duì)于氣象參數(shù)、瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、風(fēng)量等參數(shù)，通常情況下，通過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定。

②在洞外或洞內(nèi)新鮮風(fēng)流中裝設(shè)壓入式通風(fēng)機(jī)，進(jìn)一步防止污風(fēng)循環(huán)。對(duì)于瓦斯工區(qū)的通風(fēng)機(jī)通常需要設(shè)置兩路電源，同時(shí)裝設(shè)風(fēng)電閉鎖裝置。當(dāng)一路電源停止供電時(shí)，另一路應(yīng)在15min內(nèi)接通，保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

③瓦斯隧道每班應(yīng)對(duì)開(kāi)挖掌子面按規(guī)定檢查，平常按1次/1小時(shí)頻率檢查，如有異常情況時(shí)應(yīng)隨時(shí)檢測(cè)。

④瓦斯隧道在開(kāi)挖時(shí)必須遵循 “一炮三檢制”和“三人連鎖放炮制”，即裝藥前、放炮前、放炮后和放炮員、班組長(zhǎng)、瓦檢員。

5.4 高瓦斯隧道通風(fēng)

高瓦斯隧道有良好的通風(fēng)是防止瓦斯積聚及降低瓦斯?jié)舛鹊淖钣行Х椒?，根?jù)高瓦斯隧道施工要求，通風(fēng)口距離掌子面不大于5m及不間斷供風(fēng)，結(jié)合實(shí)地項(xiàng)目部發(fā)明《可伸縮式通風(fēng)裝置》及借鑒公司發(fā)明的《新型的網(wǎng)圈托掛形式》，很好地控制了風(fēng)筒布距掌子面距離及降低了風(fēng)阻，提高了洞內(nèi)通風(fēng)效果。

6 效果檢驗(yàn)

隧道于2009年11月10日進(jìn)入暗洞施工，2011年6月30日貫通，歷時(shí)18個(gè)月，隧道施工采用進(jìn)出口兩頭掘進(jìn)，無(wú)軌運(yùn)輸方式，通風(fēng)采用壓入式及巷道式相結(jié)合的方式，檢測(cè)采用人工及智能雙控，施工過(guò)程中瓦斯?jié)舛燃盎仫L(fēng)風(fēng)速均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，由于高速鐵路線路線形的需要，存在有毒、有害氣體鐵路的隧道無(wú)法避免，而高瓦斯隧道施工如何確保施工工程中的安全重難點(diǎn)，本隧道在施工高瓦斯隧道過(guò)程控制中的相關(guān)施工措施可有效地降低安全風(fēng)險(xiǎn)，從而為以后的施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為同類(lèi)工程的處理積累了經(jīng)驗(yàn)，具有一定的借鑒作用。

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