馬嘴隧道頁(yè)巖氣段的瓦斯等級(jí)劃分及處治方案

袁鑫

摘 要：本文以南道高速公路馬嘴隧道頁(yè)巖氣段施工為實(shí)例。由于該工程在實(shí)際施工中瓦斯情況與原設(shè)計(jì)不符，經(jīng)中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司對(duì)涌出氣體的檢測(cè)、分析，對(duì)馬嘴隧道進(jìn)行瓦斯等級(jí)劃分，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行施工設(shè)計(jì)修改。

關(guān)鍵詞：瓦斯情況；等級(jí)劃分；信息化施工；處治方案

0 引言

本文的馬嘴隧道在施工過(guò)程中出現(xiàn)頁(yè)巖氣，經(jīng)檢測(cè)分析確認(rèn)為馬嘴隧道為瓦斯隧道。因此，如何安全有效地在瓦斯隧道內(nèi)施工成為一大難題，也成為提高高速公路施工質(zhì)量的重要評(píng)判。要有效地規(guī)避這些風(fēng)險(xiǎn)，并提高高速公路瓦斯隧道的施工質(zhì)量，就需要積極采取有效措施對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)與處理，同時(shí)需要采取科學(xué)合理的手段對(duì)高速公路瓦斯隧道的施工進(jìn)行合理的監(jiān)督與檢查 。

1 瓦斯等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)對(duì)方案規(guī)定

目前瓦斯隧道主要以預(yù)防為主，通常采取超前探測(cè)、綜合治理。同時(shí)對(duì)施工人員加強(qiáng)安全教育培訓(xùn)，設(shè)置專門的瓦斯檢測(cè)人員，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瓦斯，確認(rèn)其濃度在安全施工范圍內(nèi)。

2 工程概況

2.1 馬嘴隧道概況

重慶南川至貴州道真高速公路馬嘴隧道位于南川區(qū)三泉鎮(zhèn)馬嘴村，是一個(gè)雙向四車道高速公路隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h。隧道總長(zhǎng)3711.3185m（折算為左右洞平均值），為特長(zhǎng)隧道。隧道穿越金佛山向斜末端，隧道基本垂直穿越金佛山向斜。在K17+950處為金佛山向斜軸部，斷層不發(fā)育。向斜北西翼K17+000左側(cè)1450m發(fā)育一條壓性逆斷層——吳家灣斷層，該斷層未穿越隧道，對(duì)隧道無(wú)影響。隧道穿越的地層巖性主要為奧陶系下統(tǒng)湄潭組頁(yè)巖、奧陶系中上統(tǒng)灰?guī)r、志留系龍馬溪組頁(yè)巖以及第四系崩坡積層塊石土、粉質(zhì)粘土。隧址區(qū)受構(gòu)造影響，水文地質(zhì)較為復(fù)雜，地下水類型主要為：第四系松散土層孔隙水、碎屑巖類的基巖裂隙水和碳酸鹽類巖溶裂隙水。隧道單洞最大涌水量為9336m3/d。隧道圍巖以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)為主，其中Ⅲ級(jí)圍巖巖性為灰?guī)r；Ⅳ、Ⅴ級(jí)危巖巖性為頁(yè)巖。馬嘴隧道主洞建筑限界凈寬10.25m，凈高5m，凈空面積76.89m2，按新奧原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌。

2.2 頁(yè)巖氣出現(xiàn)的過(guò)程

馬嘴隧道在進(jìn)口右線施工到K17+324.5時(shí)，掌子面出現(xiàn)不明氣體，經(jīng)監(jiān)測(cè)，氣體CH4濃度10%～20%，半小時(shí)后達(dá)到40%～50%，并出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象。根據(jù)地質(zhì)情況，初步認(rèn)性為頁(yè)巖氣。施工單位立即停止了施工，切斷電源，在洞口設(shè)立警示牌，嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員入內(nèi)。經(jīng)業(yè)主單位委托中煤科工集團(tuán)重慶研究院瓦斯人員對(duì)其進(jìn)出口掌子面取氣、檢測(cè)，確定不明氣體為頁(yè)巖氣，得出如下結(jié)論：進(jìn)口雙線、左線出口頁(yè)巖氣中CH4絕對(duì)涌出量為0.7～0.9m3/min，大于0.5m3/min，初步定義為高瓦斯隧道。右線出口，頁(yè)巖氣中CH4絕對(duì)涌出量小于0.5m3/min，初步定義為低瓦斯隧道。為避免盲目施工，工區(qū)進(jìn)行停工處理，待明確瓦斯等級(jí)，對(duì)頁(yè)巖氣段處置方案進(jìn)行改善優(yōu)化。

3 頁(yè)巖氣成分檢測(cè)、來(lái)源分析及瓦斯等級(jí)劃分

頁(yè)巖氣出現(xiàn)之后，業(yè)主單位委托了煤科院對(duì)馬嘴隧道施工溢出氣體成分進(jìn)行檢測(cè)，并在2015年1月出具了其溢出氣體的成分分析報(bào)告并明確了瓦斯等級(jí)。

3.1 溢出氣體成分

隧道進(jìn)、出口端超前鉆孔溢出氣體主要由甲烷（CH4）和氮?dú)猓∟2）組成，其中含有少量的乙烷（C2H6）和二氧化碳（CO2），為典型的瓦斯氣體。因此，可以認(rèn)定馬嘴隧道進(jìn)、出口端圍巖溢出氣為瓦斯，隧道屬瓦斯隧道。

3.2 氣體來(lái)源分析

根據(jù)地勘資料及隧道掘進(jìn)時(shí)的地質(zhì)素描資料，隧道進(jìn)口端自K17+325.6里程開(kāi)始，進(jìn)入志留系龍馬溪組頁(yè)巖地層，該地層為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，而K17+320里程之前的奧陶系灰?guī)r中掘進(jìn)時(shí)未出現(xiàn)瓦斯涌出。因此，可確定馬嘴隧道圍巖溢出的瓦斯氣體來(lái)源于龍馬溪組頁(yè)巖地層。

3.3 瓦斯測(cè)定結(jié)果等級(jí)劃分

根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》（TB10120-2002）相關(guān)要求，瓦斯隧道類型按隧道內(nèi)瓦斯工區(qū)的最高級(jí)確定，因馬嘴隧道進(jìn)、出口均存在高瓦斯工區(qū)，因此，確定馬嘴隧道進(jìn)、出口為高瓦斯隧道。

4 穿越頁(yè)巖氣段處治方案

4.1 處治總體原則

按照動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工的原則，以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)施工中的通風(fēng)、瓦斯監(jiān)測(cè)，依據(jù)瓦斯的絕對(duì)涌出量對(duì)瓦斯工區(qū)進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)不同的分級(jí)，采取不同的防治措施。

4.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

超前鉆孔布置步驟：超深炮眼中探測(cè)出頁(yè)巖氣時(shí)，必須進(jìn)行超前探測(cè)；超前探測(cè)布置為5個(gè)，孔徑為80mm，鉆孔外偏角為10°；每次鉆孔段長(zhǎng)為30m，開(kāi)挖25m，保留5m進(jìn)行下一次探孔。應(yīng)注意超前地質(zhì)鉆采用防爆型鉆機(jī)，鉆孔應(yīng)采用濕鉆，嚴(yán)禁干鉆；鉆孔作業(yè)時(shí)，距拱頂20cm內(nèi)懸掛一臺(tái)便攜式瓦斯監(jiān)測(cè)報(bào)警儀或自動(dòng)監(jiān)測(cè)甲烷傳感器，且僅可在瓦斯?jié)舛鹊陀?%才可進(jìn)行鉆孔工作；觀察記錄瓦斯頂、噴等動(dòng)力現(xiàn)象，如有明顯頂、噴現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行瓦斯突出檢查。

4.3 瓦斯工區(qū)施工通風(fēng)

瓦斯隧道施工應(yīng)采用機(jī)械通風(fēng)，隧道施工時(shí)要求不間斷通風(fēng)。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，瓦斯工區(qū)所需風(fēng)量，應(yīng)按照爆破排煙、同時(shí)工作的最多人數(shù)、作業(yè)機(jī)械及瓦斯絕對(duì)涌出量計(jì)算，并按照允許風(fēng)速進(jìn)行檢驗(yàn)，采用其中的最大值。經(jīng)計(jì)算，進(jìn)口施工需風(fēng)量為5036m3/min，風(fēng)壓為3622.2Pa，采用巷道式通風(fēng)；出口施工通風(fēng)需風(fēng)量為5259m3/min，風(fēng)壓為4226.7Pa，采用壓入式通風(fēng)。

同時(shí)，瓦斯工區(qū)施工中風(fēng)速不宜小于1m/s。全隧道最低風(fēng)速不低于0.25m/s；對(duì)瓦斯易積聚的空間（橫通道、通風(fēng)斷面通突處等）和襯砌模板臺(tái)車附近區(qū)域，應(yīng)采取用空氣引射器、氣動(dòng)風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)等設(shè)備，實(shí)施局部通風(fēng)方法，消除瓦斯積聚。

4.4瓦斯檢測(cè)及洞內(nèi)環(huán)境監(jiān)控

為了確保隧道施工安全，在隧道內(nèi)布置有毒有害氣體傳感器，通過(guò)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，檢測(cè)其濃度，確保濃度不超標(biāo)。通過(guò)人工檢測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式，達(dá)到對(duì)各作業(yè)面和回流風(fēng)中的甲烷等有毒有害氣體濃度的連續(xù)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，瓦斯自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備甲烷斷電儀和甲烷風(fēng)電閉鎖設(shè)置的全部功能，必須有切斷狀態(tài)和饋電狀態(tài)監(jiān)測(cè)、報(bào)警、顯示、存儲(chǔ)和打印報(bào)表功能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)、瓦斯、電閉鎖和聲光報(bào)警。應(yīng)確保瓦斯監(jiān)測(cè)和檢測(cè)記錄的連續(xù)性、完整性，并進(jìn)行分類建檔。

5 結(jié)語(yǔ)

瓦斯隧道施工的最大風(fēng)險(xiǎn)是瓦斯爆炸，防止瓦斯爆炸就是要阻止瓦斯爆炸條件的形成，就要控制瓦斯的濃度和杜絕火源。出現(xiàn)頁(yè)巖氣后，依據(jù)設(shè)計(jì)單位的施工設(shè)計(jì)整改方案，施工單位也對(duì)施工方法進(jìn)行了嚴(yán)格要求并進(jìn)行了安全培訓(xùn)，通過(guò)采取積極有效措施，確保隧道頁(yè)巖氣段施工的安全。在馬嘴隧道出口恢復(fù)施工5個(gè)月期間，通過(guò)施工隧道超前探孔，其瓦斯檢測(cè)濃度在0.1%～3.5%，探測(cè)的最高濃度達(dá)到10%。在采取壓入式通風(fēng)方式之后，通過(guò)人工檢測(cè)，施工作業(yè)面瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定時(shí)間內(nèi)濃度降至安全范圍；同時(shí)，結(jié)合洞內(nèi)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，隧道瓦斯?jié)舛染幱谡Ｋ?，說(shuō)明馬嘴隧道頁(yè)巖氣段的瓦斯處治方案是很有效的。同時(shí)，按照信息化施工的原則，也為隧道安全施工提供了重要依據(jù)，避免局部瓦斯積聚造成的安全隱患。除此之外，業(yè)主單位、建設(shè)單位和監(jiān)理單位等必須進(jìn)行協(xié)同配合，采取有效措施對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制或規(guī)避，從而提高馬嘴隧道的施工質(zhì)量，提升高速公路建設(shè)的整體水平。

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