復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道綜合施工技術(shù)研究與應(yīng)用

張燕清

【摘要】高速公路隧道一由于其線形要求而導(dǎo)致隧道所處地質(zhì)條件復(fù)雜多變；另一方面其斷面面積大施工工序多，對圍巖穩(wěn)定性影響大，變形控制難度大，因此就復(fù)雜地層條件下高速公路隧道施工綜合技術(shù)進(jìn)行研究是一項(xiàng)尤為重要的工作。文章結(jié)合泉三公路項(xiàng)目，從多個(gè)施工技術(shù)方面進(jìn)行了探討和研究。通過實(shí)踐證明，這些施工技術(shù)的實(shí)施不僅取得了立竿見影的效果而且減小了工程的危險(xiǎn)指數(shù)，確保工程的實(shí)施，同時(shí)也為隧道施工提供了新的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地質(zhì)；隧道；施工技術(shù)；穩(wěn)定性

1、課題立項(xiàng)的背景

1.1高速公路發(fā)展概述

交通運(yùn)輸業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的重要產(chǎn)業(yè)部門，高速公路貫通我國東西南北、四通八達(dá)，由于其快速和交通量大的特點(diǎn)帶來的重大的經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，我國高速公路的發(fā)展經(jīng)歷了起步階段、快速發(fā)展期和大發(fā)展期三部分。隨著京滬、京沈、京石太、滬寧合、滬杭甬等一批長距離、跨省區(qū)的高速公路相繼貫通，我國主要高速公路運(yùn)輸狀況得到了緩解。高速公路的快速發(fā)展，大大縮短了區(qū)域運(yùn)輸?shù)木嚯x，加強(qiáng)各省市的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、勞動(dòng)力等資源的交流，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，加快各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步都起到了重要的作用。

1.2泉三公路項(xiàng)目簡介

中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司施工的下渡隧道是福建省泉州至三明高速公路是泉州至畢節(jié)、天津至汕頭尾國家重點(diǎn)干線公路的一部分，為該段的重點(diǎn)工程，不良地質(zhì)現(xiàn)象比較集中。隧道設(shè)計(jì)左洞長度為1750m，右洞長度為1765m，為分離式隧道，隧道區(qū)地下水主要為上部殘、坡積土層和強(qiáng)風(fēng)化層中的孔隙潛水及下部基巖裂隙水，主要由大氣降水垂向補(bǔ)給和地表水側(cè)向補(bǔ)給。洞身圍巖裂隙較發(fā)育，完整性較差，巖層具透水性，根據(jù)鉆孔簡易抽水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)及水位恢復(fù)觀測試驗(yàn)成果，經(jīng)估算滲透系數(shù)K=0.01-0.35m/d，巖層富水性較強(qiáng)，洞身開挖時(shí)在構(gòu)造破碎帶地下水相對較富集地段易發(fā)生地下水滲漏、涌水。

1.3.課題研究背景的提出

由于下渡隧道存在富水、低瓦斯、粉砂巖等多項(xiàng)安全不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)因素，為確保施工安全，保質(zhì)保量如期完成工程任務(wù)，中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司成立泉三項(xiàng)目部課題攻關(guān)小組，針對下渡隧道的工程特點(diǎn)與技術(shù)難點(diǎn)，科學(xué)組織施工，通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控量測手段，結(jié)合設(shè)計(jì)帷幕注漿工藝，適時(shí)監(jiān)控瓦斯含量，采取電力起爆等手段，在富水瓦斯等復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工中取得了進(jìn)度、質(zhì)量、安全等多方面的效益，為成功預(yù)防軟弱圍巖隧道產(chǎn)生安全事故提供了寶貴的施工、管理經(jīng)驗(yàn)，通過實(shí)施，形成了復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工綜合技術(shù)研究與應(yīng)用技術(shù)研究報(bào)告。

2、下渡隧道的施工特點(diǎn)與技術(shù)難點(diǎn)

下渡隧道洞身圍巖裂隙較發(fā)育，完整性較差，巖層具透水性，巖層富水性較強(qiáng)，洞身開挖時(shí)在構(gòu)造破碎帶地下水相對較富集地段易發(fā)生地下水滲漏、涌水。隧道為裂隙發(fā)育異常地段，地下水埋深淺，多地下水富水及導(dǎo)水帶，開挖洞身時(shí)可能出現(xiàn)涌流現(xiàn)象。洞身圍巖石強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，洞內(nèi)可能出現(xiàn)涌流。施工時(shí)應(yīng)注意加強(qiáng)通風(fēng)措施，并做好瓦斯超前預(yù)報(bào)工作，為確保施工安全，采用中管棚搭接短管棚雙液注漿超前支護(hù)，還對該段落采取超前帷幕注漿措施以封堵地下水涌流。

3、下渡隧道施工開展的主要研究工作

1）通過施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測，進(jìn)行信息反饋及處理，進(jìn)一步確認(rèn)和詳細(xì)劃分圍巖級(jí)別，指導(dǎo)設(shè)計(jì)參數(shù)以及施工方案。2）掌握隧道施工不同工況下圍巖動(dòng)態(tài)，并及時(shí)對圍巖穩(wěn)定性作出評價(jià)，以導(dǎo)現(xiàn)場施工，如：隧道收斂與拱頂沉降放大值，仰拱與二次襯砌施作時(shí)間；避免因隧道收斂與拱頂沉降引起的換拱等現(xiàn)象發(fā)生。3）為及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)、修改設(shè)計(jì)和施工方法等提供科學(xué)參考依據(jù)，才能有效的避免塌方等工程事故。

4、研究工作完成情況及創(chuàng)新點(diǎn)

1）采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控量測相結(jié)合手段，有效提供了富水、低瓦斯、軟弱圍巖施工安全報(bào)警依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了超前預(yù)警的目標(biāo)；2）采取超前圍帷幕注漿與“引、排、堵”相結(jié)合的施工工藝，有效防御了突泥、突水事故的發(fā)生；3）采取管超前施工方法，杜絕了炭質(zhì)泥巖引起的掉拱、偏幫、塌方等現(xiàn)象的發(fā)生，確保了隧道安全掘進(jìn)。

第一章 下渡隧道工程狀況

1、地形地貌

該隧道區(qū)屬低山丘陵地貌，隧道穿越東西向的低山區(qū)，地形起伏較大，軸線處最高海拔約425m，山脊狹窄，溝谷窄、深，進(jìn)口段地形較平緩，山坡自然坡度約15o-25o。

2、地質(zhì)構(gòu)造特征

隧道區(qū)上覆薄層殘、坡積粘性土，下部巖層以二疊系童子巖組（P1t）煤系地層為主，巖性主要為泥炭質(zhì)膠結(jié)的粉砂巖、砂巖及炭質(zhì)泥巖，局部夾薄煤層、煤線。受區(qū)域構(gòu)造影響及地層巖性特點(diǎn)，圍巖完整性較差。

3、地下水概況

隧道區(qū)地下水主要為上部殘、坡積土層和強(qiáng)風(fēng)化層中的孔隙潛水及下部基巖裂隙水，主要由大氣降水垂向補(bǔ)給和地表水側(cè)向補(bǔ)給。洞身地下水主要聚集在裂隙密集帶中，地下水位標(biāo)高均高于路面設(shè)計(jì)高程，洞身圍巖裂隙較發(fā)育，完整性較差，巖層具透水性。

第二章 隧道軟弱圍巖超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控量測技術(shù)研究與應(yīng)用

1、下渡隧道采用預(yù)報(bào)方法簡介

1）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采取的方法。①下渡隧道主要采用TGP、紅外探水與地質(zhì)雷達(dá)等手段進(jìn)行監(jiān)測，洞口段IV、V級(jí)圍巖主要采用地質(zhì)雷達(dá)與紅外探水技術(shù)進(jìn)行預(yù)報(bào)與監(jiān)測。②在富水隧道施工中，根據(jù)紅外探水預(yù)報(bào)情況，輔以超前地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行探水試驗(yàn)。③隧道中間段落，采取TGP輔以紅外探水技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)。④平常施工中，指定有地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)地質(zhì)工程師輔以地質(zhì)編錄進(jìn)行圍巖預(yù)測。

2）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施技術(shù)方式。①長期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。長期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是對一座隧道的宏觀超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，目的在于確定整座隧道的難點(diǎn)、疑點(diǎn)，重點(diǎn)地段和不良地質(zhì)作用類型和分布里程，為科學(xué)施工提供地質(zhì)依據(jù)。預(yù)報(bào)過程中常采用的方法有：地質(zhì)復(fù)查法、地質(zhì)綜合分析法、地質(zhì)投射法等。②中期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。中期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是指對隧道掌子面前方30-200m范圍內(nèi)做出的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，其任務(wù)是對長期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)確定的重點(diǎn)地段進(jìn)一步確認(rèn)和完善，以期發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)災(zāi)害地段，為短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)確定目標(biāo)。③短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是指對隧道掌子面前方30m范圍內(nèi)，做出的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，它是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的攻堅(jiān)階段，做好該階段的預(yù)報(bào)對于提高超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率具有決定性意義。下渡隧道采用的方法有地質(zhì)法（掌子面素描、地質(zhì)編錄法）、物探法（瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法）、水平鉆探法。④臨兆預(yù)報(bào)。在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前都有一定的預(yù)兆，當(dāng)發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶、巖溶、突水突泥、塌方、煤系地層有害氣體、瓦斯、硬巖巖爆等的預(yù)兆反映時(shí)及時(shí)果斷的做出臨兆預(yù)報(bào)，以便避免更大地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，確保施工安全。

3）收斂觀測與拱頂沉降。隧道開挖并支護(hù)完成后，采用水平收斂儀對隧道水平收斂設(shè)上下兩個(gè)斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，支護(hù)完成后24小時(shí)內(nèi)取得每一組原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初始讀數(shù)，監(jiān)測儀器采用隧道收斂計(jì)。監(jiān)測方法采用精度較高的水平基線監(jiān)測方法，并進(jìn)行溫度修正，然后按監(jiān)測頻率適時(shí)觀測，定期分析數(shù)據(jù)。

拱頂沉降采用水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺、鋼尺或測桿定期進(jìn)行測量，在確定監(jiān)測的斷面隧道開挖或初噴后24小時(shí)內(nèi)，在隧道拱頂部位埋設(shè)1個(gè)帶掛鉤的測樁，并進(jìn)行初始讀數(shù)。監(jiān)測儀器采用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺。監(jiān)測方法采用水準(zhǔn)抄平方法，基準(zhǔn)點(diǎn)分別設(shè)置在洞內(nèi)和洞外（用于校核），可以采用冗余觀測方法來提高監(jiān)測精度，并按二次回歸曲線參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，分析成果。

2、下渡隧道總體性能指標(biāo)

1）下渡隧道監(jiān)測頻率。洞口段和V級(jí)圍巖采用地質(zhì)雷達(dá)每30m監(jiān)測一次，考慮搭接圍巖長度5m；富水洞段采用紅外探水每20m監(jiān)測一次，考慮搭接長度5m；地質(zhì)編錄每開挖循環(huán)編錄一次；周邊收斂和拱頂下沉監(jiān)測斷面布設(shè)Ⅴ級(jí)圍巖（含Ⅴ級(jí)和Ⅳ級(jí)過渡段）10m一個(gè)斷面，隧道洞口Ⅴ級(jí)圍巖加強(qiáng)段5m一個(gè)斷面；Ⅳ級(jí)圍巖10m一個(gè)斷面，超前水平鉆孔按30m一個(gè)循環(huán)監(jiān)測鉆孔。

2）下渡隧道監(jiān)測結(jié)論。通過對下渡隧道F03、F04、F05斷層的監(jiān)測，結(jié)果體現(xiàn)F03斷層沒有斷層出現(xiàn)，更沒有富水現(xiàn)象發(fā)生，從而調(diào)整了原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，但F03斷層比地質(zhì)縱斷圖的位置滯后約50m，從而更有效的調(diào)整了實(shí)時(shí)支護(hù)參數(shù)，從而減少了工程不必要的損失。F04斷層通過預(yù)報(bào)顯示，圍巖主要為中風(fēng)化粉砂巖，破碎、強(qiáng)度低、不穩(wěn)定，圍巖以V級(jí)為主，但不會(huì)有突水現(xiàn)象，從而變更取消了原設(shè)計(jì)的超前帷幕注漿，優(yōu)化為超前小導(dǎo)管，從而大量節(jié)省了資金。

3、技術(shù)成熟程度

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與收斂觀測是隧道工程施工必不可少的項(xiàng)目，隨著先進(jìn)設(shè)備的改進(jìn)，預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度更顯成效，通過下渡隧道工程實(shí)踐，實(shí)施了監(jiān)控量測公示制度、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)警制度，不僅讓技術(shù)人員知道如何支護(hù)，同時(shí)讓一線作業(yè)工人知道如何控制施工工藝，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的預(yù)報(bào)制度和體系。

4、對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步意義

下渡隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測取得了很好的效果，特別是在保證不良地質(zhì)（F03、F04、F05斷層段）的施工安全和為設(shè)計(jì)提供可靠的變更依據(jù)方面起到了關(guān)鍵作用，實(shí)踐證明超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控量測綜合分析，對圍巖的預(yù)測有極高的實(shí)用價(jià)值，同時(shí)為復(fù)雜地質(zhì)隧道施工安全作到了保駕護(hù)航，既節(jié)省工程造價(jià)，又起到安全施工指導(dǎo)作用，具有良好的社會(huì)效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

5、推廣應(yīng)用的條件和前景

1）適用復(fù)雜隧道工程、地質(zhì)探礦等工程地質(zhì)預(yù)報(bào)。2）適用地下軌道工程、富水隧道施工。3）適用于地下工程設(shè)計(jì)論證與設(shè)計(jì)地質(zhì)工作評估。

第三章 隧道富水、炭質(zhì)泥巖施工技術(shù)研究與應(yīng)用

1、技術(shù)特征與施工方法簡介

1）富水帶施工技術(shù)

（1）滲水處理。當(dāng)隧道出現(xiàn)少量滲水、滴水現(xiàn)象時(shí)，為預(yù)防粉砂巖、炭質(zhì)泥巖在滲水作用下強(qiáng)度降低、軟化，隧道開挖完成后，立即實(shí)施4cm-6cm噴射砼并聯(lián)合錨桿與掛網(wǎng)支護(hù)，實(shí)現(xiàn)封閉圍巖，減緩圍巖風(fēng)化速度，并加強(qiáng)后期圍巖觀測頻率，視監(jiān)測結(jié)果適時(shí)進(jìn)行二次鋼筋混凝土施工。

（2）線狀水流與集中水流施工技術(shù)。當(dāng)隧道開挖后，存在明顯水流或線狀水流，施工中，如若存在散狀水流，則在初噴砼前，采用防水板集中引水，然后采用HPDE管集中引排至隧道邊墻排水溝內(nèi)；如若存在集中水流，則在初噴砼前，在出水點(diǎn)鋪設(shè)一道Ω型彈簧排水管，與原設(shè)計(jì)縱向排水管連接。

2）預(yù)防隧道變形控制技術(shù)。由于隧道存在炭質(zhì)泥巖和粉質(zhì)砂巖，圍巖遇水發(fā)生膨脹、軟化、強(qiáng)度降低現(xiàn)象，當(dāng)隧道水平收斂大于2mm/d或初期支護(hù)有明顯變形時(shí)，應(yīng)采取如下方法控制隧道變形，以免引起隧道塌方、掉拱、偏幫或隧道關(guān)門事故。

①對隧道局部變形處，采取化學(xué)藥卷錨桿輔以鋼筋網(wǎng)，然后補(bǔ)噴與設(shè)計(jì)同級(jí)噴射混凝土，快速限制圍巖變形，然后實(shí)施二襯限制隧道變形進(jìn)一步擴(kuò)張。②當(dāng)隧道可能出現(xiàn)偏幫導(dǎo)致巖體順層滑動(dòng)或拱腰出現(xiàn)V字形塌腔時(shí)，采取在穩(wěn)定圍巖四周增打化學(xué)藥卷錨桿，然后按塌腔范圍掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，并與錨桿焊接牢固，然后實(shí)施與隧道設(shè)計(jì)同級(jí)噴射砼支護(hù)，進(jìn)一步限制圍巖變形，同時(shí)加強(qiáng)隧道拱頂沉降觀測與水平收斂觀測。③隧道出現(xiàn)變形后，應(yīng)立即恢復(fù)和加強(qiáng)收斂觀測與拱頂沉降觀測頻率，每天不少于2-3次。并及時(shí)整理和分析數(shù)據(jù)，為治理塌方、偏幫、掉拱提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

3）預(yù)防隧道塌方、偏幫、掉拱施工技術(shù)。當(dāng)隧道出現(xiàn)塌方后，參建單位應(yīng)進(jìn)行四方會(huì)商確定施工方案，切忌冒進(jìn)或搶進(jìn)度，施工前，應(yīng)認(rèn)真分析塌方、偏幫、掉拱造成的原因，然后制定針對性較強(qiáng)的施工方案和方法。

針對隧道偏幫現(xiàn)象，一方面提前在邊墻部位增打化學(xué)藥卷超前錨桿，錨桿長度通常為4.5m左右。另一方面，在爆破鉆孔期間，一線鉆工得知鉆孔圍巖地質(zhì)條件較差時(shí)，要采取增打減震孔和隔孔裝藥措施，實(shí)施間斷不耦合裝藥結(jié)構(gòu)爆破。

針對隧道掉拱現(xiàn)象，隧道開挖完成后，立即增打局部系統(tǒng)錨桿和鋼筋網(wǎng)，下渡隧道施工，累計(jì)增打超前錨桿、錨管達(dá)135環(huán)，有效的控制了隧道掉拱現(xiàn)象。

4）巖質(zhì)泥巖及粉砂巖施工技術(shù)

（1）無水洞段施工。根據(jù)現(xiàn)場圍巖的完整性及巖石堅(jiān)硬程度，無水洞段施工中主要采取光面爆破工藝，但爆破周邊光爆眼間距不大于45cm，抵抗線通常為1-1.2倍周邊眼間距，進(jìn)尺盡可能控制在兩榀鋼架或不大于2m縱向開挖間距，周邊眼采取間隔不連續(xù)耦合裝藥結(jié)構(gòu)，采用毫秒雷管電力起爆手段實(shí)施光面爆破。

（2）富水洞段施工。首先，超前規(guī)劃，確保洞不因涌水、突水匯積導(dǎo)致隧道圍巖地質(zhì)條件進(jìn)一步惡化。當(dāng)隧道施工至該樁號(hào)附近，施工現(xiàn)場根據(jù)設(shè)計(jì)最大涌水量，實(shí)施了動(dòng)態(tài)監(jiān)測水量，制作了量水堰，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備和開挖積水井，從而減輕了涌水對不良地質(zhì)圍巖段拱腳浸泡的危害。其次，富水段軟弱圍巖除按雙液帷幕注漿施工外，對強(qiáng)度較低或軟弱圍巖圍巖洞段，開挖方式采用臺(tái)階法施工，隨后采取機(jī)械開挖方式或弱震淺孔爆破工藝進(jìn)行施工，實(shí)現(xiàn)了“短進(jìn)尺、弱爆破”的目標(biāo)。最后，當(dāng)隧道開挖支護(hù)完成后，施工中根據(jù)水平收斂與拱頂沉降監(jiān)測結(jié)果分析，隧道圍巖穩(wěn)定后，立即實(shí)施仰拱與二次鋼筋混凝土襯砌，從而確保了隧道安全施工，杜絕隧道關(guān)門等事故發(fā)生。

2、總體性能指標(biāo)

富水軟弱隧道施工雙液帷幕注漿比例控制是有效控制注漿流量、漿液初凝時(shí)的有效手段，雙液注漿在初壓期間期間，漿液初凝時(shí)間最好控制在5min，終壓控制在3min左右；當(dāng)出現(xiàn)涌水時(shí)，漿液初凝最好控制在3min，終壓控制漿壓在2min左右，盡可能減少漿液損失。當(dāng)隧道出現(xiàn)構(gòu)造型或鑲嵌塊狀結(jié)構(gòu)的偏幫、掉拱現(xiàn)象時(shí)，采用終凝時(shí)間3h以內(nèi)的化學(xué)藥卷錨桿，輔以鋼筋網(wǎng)緊貼巖面支護(hù)，以有效控制塌方或偏幫范圍擴(kuò)大。

3、技術(shù)成熟程度

雙液帷幕注漿止水是成功治理富水隧道的成功經(jīng)驗(yàn)，半管排水可降低工程造價(jià)，隧道機(jī)械開挖有效的節(jié)省了成本，淺孔非電毫秒電力起爆措施有效的控制了隧道塌方等事故的發(fā)生。

4、對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步意義

實(shí)踐證明，在不同注漿壓力下，雙液漿初、終凝時(shí)間控制對注漿質(zhì)量至關(guān)重要。下渡隧道成功采取非電毫秒電力起爆，有效的指導(dǎo)了軟弱圍巖爆破作業(yè)各項(xiàng)參數(shù)。多施工工藝角度避免了隧道塌方等安全事故的發(fā)生，體現(xiàn)了施工超前謀劃、過程控制精細(xì)管理的重要理念。

5、推廣應(yīng)用的條件和前景

1）適用于地下工程富水區(qū)施工。2）適用軟弱圍巖地下工程施工排水、止水、治水以及開挖掘進(jìn)。3）適用于已有工程加固，工程病害整治。

第四章 隧道瓦斯控制技術(shù)研究與應(yīng)用

1、技術(shù)特征與施工方法簡介

1）加強(qiáng)地質(zhì)勘探和瓦斯量測。首先用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，在預(yù)計(jì)進(jìn)入的煤氣地層之前，進(jìn)行地質(zhì)鉆孔探測，測量記錄鉆孔取芯溢出氣體濃度壓力及成份檢測，準(zhǔn)確確定煤層的厚度和位置，判斷可能溢出與瓦斯氣體的含量。其次，建立健全施工中的與瓦斯監(jiān)測體系。即建立專職瓦斯監(jiān)測機(jī)構(gòu)，使用瓦斯監(jiān)測儀現(xiàn)場直接測定空氣中某一種氣體或幾種氣體的濃度。最后，人工缺攜帶式甲烷檢測器跟班進(jìn)行，檢測濃度大于0.5%時(shí)報(bào)警，瓦斯?jié)舛却笥?%時(shí)立即停機(jī)，分析原因并采取措施進(jìn)行處理并上報(bào)。

2）施工通風(fēng)。通風(fēng)目的是沖淡和稀釋瓦斯、防止瓦斯在角隅和洞頂滯留。根據(jù)施工監(jiān)測中實(shí)際瓦斯溢出量和嚴(yán)重程度，結(jié)合本工程煤系地層主要長度較短，正常施工通風(fēng)按非煤系地層隧道設(shè)計(jì)，但留有煤系地層隧道的備用量。

主扇的能力滿足全工區(qū)通風(fēng)需要；局扇的能力滿足該局扇的獨(dú)頭隧道通風(fēng)需要。有瓦斯隧道通風(fēng)則應(yīng)達(dá)到規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。下渡隧道嚴(yán)格按照瓦斯隧道施工規(guī)范要求，保持24小時(shí)連續(xù)通風(fēng)，因檢修、停電等原因停風(fēng)時(shí)，必須撤人員，切斷電源。

3）機(jī)械的防爆性能改裝。下渡隧道考慮到瓦斯施工作業(yè)環(huán)境，對其施工機(jī)械進(jìn)行了防爆改裝，主要改裝設(shè)備有：裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自卸汽車、砼攪拌車、輸送泵等。

4）煤層防突處理。瓦斯含量小時(shí)，采用自然通風(fēng)排放的方法，也可以采用風(fēng)筒或管將瓦斯引至回風(fēng)流或距工作面20m以外的坑道中，以保證工作面開挖放炮的安全。當(dāng)瓦斯量大時(shí)，具有噴出強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長時(shí)的特點(diǎn)，因此要采取插管排放。

當(dāng)瓦斯含量較大時(shí)，在開挖工作前方接近煤層2m左右，向煤層打若干個(gè)超前鉆孔排放瓦斯，鉆孔周圍形成卸壓帶，使集中應(yīng)力移向煤體深部，達(dá)到防止突出的目的。

5）石門揭煤及煤巷掘進(jìn)技術(shù)。石門掘進(jìn)遵循勤檢驗(yàn)、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快噴錨的施工原則。而煤層掘進(jìn)如煤層堅(jiān)硬需爆破開挖，使用煤電鉆，炮眼數(shù)較巖石爆破多一倍，單位數(shù)量0.5kg/m3-0.8kg/m3，使用非電毫秒雷管。

6）施工機(jī)械與供配電。為防止機(jī)電設(shè)備失爆引起瓦斯爆炸事故，本工程采用以電力為動(dòng)力的有軌運(yùn)輸及與其配套的施工機(jī)械；在出口瓦斯工區(qū)建一座柴油機(jī)發(fā)電站，每座容量250kw，外部電源發(fā)生故障，要求電站在10min內(nèi)開動(dòng)供電，備用電站的供電范圍可僅限于通風(fēng)主扇及局扇、瓦斯抽放泵站、照明系統(tǒng)這幾個(gè)重要部分。

7）煤層大變形處理措施。第一，采用小斷面、短進(jìn)尺、弱爆破的施工原則，一次開挖深度最大不應(yīng)超過2m。第二，施工前應(yīng)作好爆破設(shè)計(jì)，采用電雷管起爆。嚴(yán)禁使用火雷管，毫秒雷管的延期不得超過130ms。宜選用煤礦安全炸藥。第三，瓦斯隧道的圍巖地質(zhì)條件一般較差采用超前支護(hù)；及時(shí)噴射混凝土，保證對圍巖的加固和封閉作用。

8）含瓦斯和天然氣地層施工的技術(shù)措施。①領(lǐng)導(dǎo)重視。項(xiàng)目部成立以項(xiàng)目經(jīng)理為組長的安全工作領(lǐng)導(dǎo)小組，在隧道施工通過煤系地層時(shí)，以“防爆”為小組的工作為重點(diǎn)。對全體施工人員進(jìn)行防爆知識(shí)和防爆安全生產(chǎn)制度的教育，經(jīng)常性地組織一線施工人員學(xué)習(xí)施工安全制度和安全操作規(guī)程，監(jiān)督安全生產(chǎn)制度的執(zhí)行，落實(shí)防爆設(shè)備、器材。②安全教育。對全體進(jìn)洞施工的人員進(jìn)行防爆知識(shí)和安全生產(chǎn)規(guī)章制度的教育，讓職工掌握防爆知識(shí)，做到既不害怕，又不掉以輕心。嚴(yán)格執(zhí)行安全施工的規(guī)章制度，瓦斯爆炸是完全可以避免的。還要教育大家，“一人違章整個(gè)隧道施工人員遭殃”的道理，人人都要遵守安全規(guī)章制度。③防爆措施。第一，加強(qiáng)瓦斯檢測施工中設(shè)專職瓦斯檢測員檢查瓦斯含量，在鉆眼、裝藥、放炮前和放炮后四個(gè)關(guān)鍵時(shí)間，進(jìn)行瓦斯巡回檢測工作。第二，加強(qiáng)施工通風(fēng)，隧道在掘進(jìn)過程中，預(yù)防瓦斯燃燒與爆炸的主要措施是加強(qiáng)施工通風(fēng)，防止瓦斯積聚，降低瓦斯?jié)舛?，使其濃度保持在?guī)范允許值以下。第三，加強(qiáng)爆破施工管理。嚴(yán)禁使用導(dǎo)火索和導(dǎo)爆管起爆，必須使用電爆破。嚴(yán)禁使用黑火藥等非安全炸藥以及遲發(fā)雷管，必須使用煤礦許用炸藥和電雷管。

2、總體性能指標(biāo)

1）建立地下工程瓦斯?jié)舛葓?bào)警系統(tǒng)，建立良好物管理體系和安全施工責(zé)任制度；2）瓦斯?jié)舛葮?biāo)準(zhǔn)是控制隧道工程施工開工的必要條件；3）嚴(yán)格非電毫秒雷管和電力起爆措施，確保高濃度瓦斯隧道安全施工。

3、技術(shù)成熟程度

瓦斯隧道施工在煤礦領(lǐng)域控制技術(shù)較為成熟，在土建工程領(lǐng)域如何管理、監(jiān)控、乃至處理，均值得研究，如何在瓦斯隧道保持良好的施工進(jìn)度，和施工作業(yè)環(huán)境，更值在技術(shù)上探索。

4、對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步意義

施工證明，隧道瓦斯?jié)舛瓤刂浦档蒙罹?，本技術(shù)研究中，混合式雙保障排風(fēng)系統(tǒng)、瓦斯報(bào)警監(jiān)測體制、石門施工技術(shù)等值得同行借鑒，由于下渡隧道屬于低濃度瓦斯隧道，對于高濃度瓦斯隧道，更值得對不同工況、不同作業(yè)環(huán)進(jìn)行模擬檢測。

5、推廣應(yīng)用的條件和前景

本技術(shù)研究對地下工程中含有害氣體、可燃性氣體等均有施工指導(dǎo)意義，下渡隧道瓦斯控制技術(shù)有助于其他礦山等學(xué)習(xí)和借鑒，更有利于低濃度瓦斯隧道、煤線隧道、千枚巖等炭化性隧道施工提供技術(shù)保障。

結(jié)論

下渡隧道于2006年1月開工，整條高速公路于2008年12月竣工通車，在國內(nèi)施工中，該段隧道技術(shù)含量高，施工難度大，下渡隧道施工中課題組自主研發(fā)攻克了如下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題：

1）采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控量測相結(jié)合手段，有效提供了富水、低瓦斯、軟弱圍巖施工安全報(bào)警依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了超前預(yù)警的目標(biāo)；2）采取超前圍帷幕注漿與“引、排、堵”相結(jié)合的施工工藝，有效防御了突泥、突水事故的發(fā)生；3）采取管超前施工方法，杜絕了炭質(zhì)泥巖引起的掉拱、偏幫、塌方等現(xiàn)象的發(fā)生，確保了隧道安全掘進(jìn)；4）實(shí)行適時(shí)瓦斯含量監(jiān)控，采取電力起爆手段，有效控制了瓦斯事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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