隧道穿越煤系地層施工技術(shù)

周波

（中國水利水電第九工程局有限公司 貴州貴陽 550001）

隧道穿越煤系地層施工技術(shù)

周波

（中國水利水電第九工程局有限公司 貴州貴陽 550001）

通常情況下，瓦斯與有害氣體等極容易聚集在結(jié)構(gòu)松散的巖層與煤系底層，因此，在進(jìn)行隧道穿越煤系地層施工時(shí)，必須要采取合理的施工技術(shù)，以避免瓦斯與有毒氣體的大量積聚而引發(fā)的安全事故?；诖?，本文在分析某工程實(shí)例的基礎(chǔ)上，對(duì)隧道穿越煤系地層施工技術(shù)具體措施進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，以供參考。

隧道施工；穿越；煤系底層；技術(shù)

1 引言

一般情況下，隧道工程項(xiàng)目所在區(qū)域大多處于地下，而地下是瓦斯等其他的聚集地，因此，在實(shí)際施工過程中，必須要對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)際需求進(jìn)行全面的分析，并在此基礎(chǔ)上，采取適宜的施工技術(shù)，以確保項(xiàng)目施工安全與質(zhì)量，有效規(guī)避安全事故與人員傷害現(xiàn)象的發(fā)生。

2 工程概況

某高速公路設(shè)計(jì)為雙線四車道，途徑某隧道，然后相交于另一高速公路。該隧道為左、右線分離式平行雙洞，左、右線全長分別為6555m與6557m，且隧道進(jìn)口部位左、右線總長度達(dá)3284m與3285m。同時(shí)，隧道經(jīng)過區(qū)域地層大多為層間積壓破碎帶，且大約有60%為Ⅱ、Ⅲ類圍巖，巖層主要包括鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r等。但因受到地質(zhì)構(gòu)造影響作用，溶孔、溶穴極其發(fā)育，圍巖軟弱，且其穩(wěn)定性也較差，極容易發(fā)生坍塌事故。

在此隧道工程項(xiàng)目施工中，可能會(huì)遇到巖溶、斷層等不良地質(zhì)情況。隧道進(jìn)出口部位穿越其所在山區(qū)某可采煤層，該煤層瓦斯壓力達(dá)0.12～0.18MPa，其背斜附近存在l8個(gè)個(gè)大小煤窯，隧道區(qū)域內(nèi)有6個(gè)老煤窯及2個(gè)正在生產(chǎn)的煤礦。此情況下，隧道設(shè)計(jì)按照低瓦斯工區(qū)需求落實(shí)防護(hù)措施，施工時(shí)還需要進(jìn)行超前探煤、瓦斯預(yù)測工作，以避免安全事故的發(fā)生。

此外，在隧道開挖施工過程中，隨著巖石破碎與周壁壓力的逐漸降低，巖石中的天然氣由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)為游離狀態(tài)，并釋放，基于此，必須進(jìn)行瓦斯與有害氣體監(jiān)測與防治作業(yè)。

3 總體施工方案及措施

3.1 總體施工方案

依據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件要求，并在綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的情況下，對(duì)于隧道內(nèi)有害氣體可能存在的區(qū)域，采用超前探測、排放與防護(hù)等措施，對(duì)有害氣體，尤其是瓦斯進(jìn)行綜合治理。同時(shí)，還要利用全自動(dòng)電腦檢測儀等設(shè)備，對(duì)隧道各工作面進(jìn)行全方位的、詳細(xì)的監(jiān)測與防護(hù)，例如瓦斯檢查等。此外，在施工過程中，還要落實(shí)濕式鉆眼、噴霧灑水等防塵措施，以保證洞內(nèi)作業(yè)的安全。

3.2 技術(shù)措施

3.2.1 超前探測、排放

通過采用物探與鉆探地質(zhì)預(yù)報(bào)工藝，對(duì)隧道開挖面至前方圍巖區(qū)域進(jìn)行超前預(yù)測，以此來詳細(xì)的了解其地層構(gòu)造、采空區(qū)等實(shí)況。對(duì)于已經(jīng)探測出的裂隙發(fā)育、連通性良好的含氣層等，利用供水鉆機(jī)進(jìn)行濕鉆。此外，在作業(yè)面前，還需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐欧牛员苊庥泻怏w的異常突出。

3.2.2 加強(qiáng)施工通風(fēng)

為了避免煤系底層采空區(qū)等瓦斯與有害氣體的溢出，必須增強(qiáng)對(duì)大斷面等施工區(qū)域的通風(fēng)。此外，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于項(xiàng)目通風(fēng)作業(yè)，應(yīng)當(dāng)采用巷道式射流通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行，并且還要通過射流空氣來加快風(fēng)流速度。

3.2.3 開挖、支護(hù)施工措施

在進(jìn)行隧道穿越煤系地層開挖與支護(hù)施工時(shí)，需要嚴(yán)格遵循短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測、強(qiáng)通風(fēng)、早封閉的原則。同時(shí)，還要將每一次開外進(jìn)尺控制在2m以內(nèi)，然后再采用導(dǎo)坑開挖方案或長臺(tái)階開挖方案進(jìn)行開挖施工。此外，如果開挖面積較小，瓦斯與有害氣體的溢出量也相對(duì)較小，此時(shí)需要立即關(guān)閉開挖輪廓，最大限度的降低瓦斯與有害氣體溢出量。

3.2.4 洞內(nèi)設(shè)備、設(shè)施的選用

在進(jìn)行瓦斯部位施工時(shí)，其所采用的設(shè)備與設(shè)施均需要滿足防爆要求，并且還要安裝照明與電力線等發(fā)熱體。

4 瓦斯與其他有害氣體監(jiān)控與預(yù)警措施

要想充分提高瓦斯與其他有害氣體監(jiān)控與預(yù)警效果，應(yīng)當(dāng)落實(shí)“雙保險(xiǎn)”監(jiān)控措施，也就是建立自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)與人工現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的措施。在該隧道穿越煤系地層施工過程中，其所構(gòu)建的自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)主要包括洞口監(jiān)測中心、洞內(nèi)控制分站與洞內(nèi)各作業(yè)面，在各巷道、加寬部位、轉(zhuǎn)角處等部位，還需要安裝瓦斯?jié)舛忍筋^、風(fēng)速探頭與自動(dòng)報(bào)警器。

此情況下，只需要通過探頭，僅需要在洞口與檢測中心，就能夠充分了解隧道內(nèi)各處瓦斯?jié)舛扰c風(fēng)速情況，一旦超出標(biāo)準(zhǔn)，立即報(bào)警處理。同時(shí)，監(jiān)控人員也能夠掌握各作業(yè)面與瓦斯實(shí)況，提升對(duì)事故的應(yīng)變能力，尤其是揭煤前的放炮操作，監(jiān)測人員能夠即刻觀察到放炮之后瓦斯?jié)舛茸兓€與實(shí)際涌出量。

但在進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)探頭的安裝時(shí)，需確保其與開挖面之間保留一定的距離，并且還要配合任何進(jìn)行詳細(xì)的檢查。在進(jìn)行裝藥、放炮操作之前，以及爆破作業(yè)之后，均需要通過人工的形式對(duì)瓦斯進(jìn)行仔細(xì)的檢查，以確保開挖過程中瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)時(shí)監(jiān)測。對(duì)于瓦斯監(jiān)控地面中心站位置，需確保其與隧道口的距離超過20m，并且還要配備相應(yīng)的設(shè)施，例如工控機(jī)與數(shù)據(jù)通訊接設(shè)備。

5 瓦斯探測與排放

5.1 超前探測

通過詳細(xì)分析項(xiàng)目現(xiàn)場物探超前地質(zhì)探測原始資料數(shù)據(jù)，判斷作業(yè)面前方是否需要進(jìn)行鉆孔排放作業(yè)，以此來為鉆孔排放作業(yè)的順利完成提供必要的參考依據(jù)。

5.2 鉆孔排放施工方法

通過實(shí)施探測作業(yè)，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目裂隙存在裂隙發(fā)育、連通性良好的含氣層或是較大的踩空氣囊，此時(shí)需要利用“QCW-80型偏心潛孔錘”地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆孔釋放作業(yè)。同時(shí)，在開始隧道每個(gè)開挖循環(huán)鉆孔作業(yè)之前，需要利用YT28手持式鑿巖機(jī)鉆布設(shè)淺探孔。

對(duì)于探孔的具體位置，則需要依據(jù)項(xiàng)目巖層節(jié)理面或是產(chǎn)狀進(jìn)行確定，當(dāng)掘進(jìn)由煤層頂板進(jìn)入煤層時(shí)，應(yīng)當(dāng)在隧道的底部位置布置探孔；而如果掘進(jìn)由煤層底板進(jìn)入煤層，則此時(shí)應(yīng)當(dāng)在隧道的頂部位置布設(shè)探孔，這樣一來，可有效避免鉆機(jī)頻繁移動(dòng)，促進(jìn)隧道掘進(jìn)作業(yè)不間斷、正常進(jìn)行。通過科學(xué)布設(shè)探孔，可充分發(fā)揮鉆孔作用。此外，超前探孔還可作為掘進(jìn)炮孔，從而大大節(jié)省項(xiàng)目建設(shè)成本減少施工工序，從而提升施工效率。

6 注漿止氣

6.1 封堵墻施工

該隧道工程項(xiàng)目地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，超前探孔極容易導(dǎo)致氣體突出現(xiàn)象，例如在YK5+423位置，右側(cè)探孔在6m位置處，有害氣體突出壓力達(dá)0.35MPa，但由于補(bǔ)給充足，在排放無效的條件下，可通過封堵墻施工方式來封閉作業(yè)面。對(duì)于封堵墻施工，應(yīng)當(dāng)采用C20混凝土現(xiàn)澆，厚度為1.0m。圖1為該隧道項(xiàng)目封堵墻施工。

6.2 設(shè)備選用

6.2.1 鉆孔設(shè)備

圖1 止氣墻施工示意圖

對(duì)于該項(xiàng)目圍巖良好部位鉆孔施工，應(yīng)當(dāng)采用操作便利的、鉆孔效率高的、移動(dòng)靈活的MD-50潛孔鉆機(jī)。此外，在進(jìn)行圍巖較差部位的鉆孔作業(yè)，應(yīng)當(dāng)采用QCW-80型偏心潛孔鉆機(jī)進(jìn)行。

6.2.2 注漿設(shè)備

該隧道工程項(xiàng)目采用單液注漿，注漿機(jī)為3SNSA型注漿泵，其注漿壓力達(dá)8～10MPa，最大注漿量達(dá)207L/min，所以，只需要采用一般的砂漿攪拌機(jī)就能夠拌制漿液。

6.3 配合比選用

為了有效降低普通水泥漿吸水率，并改善其流動(dòng)性，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)摻入膨潤土與高效減水劑。此外，通過配比試驗(yàn)結(jié)果選擇了0.6、0.8兩種水灰比，依據(jù)項(xiàng)目巖層裂隙滲透性、漿液注入率、注漿壓力等情況，在注漿施工時(shí)可采用上述兩種水灰比，注漿效果較為良好。

6.4 注漿施工

在完成了封堵墻施工之后，對(duì)于項(xiàng)目中有害氣體含量較高的地段，為了有效避免氣體從封堵墻外緣與開挖輪廓結(jié)合部位滲漏出來，應(yīng)當(dāng)采用小導(dǎo)管注漿，以封閉附近圍巖裂隙，并且還可加固止氣墻與圍巖的交接處，從而避免有害氣體滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。

7 結(jié)語

綜上所述，該隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)屬于低瓦斯隧道，進(jìn)口含煤地段瓦斯含量偏低，但早期施工測試結(jié)果顯示器瓦斯涌出量超標(biāo)，因此，為了確保該隧道穿越煤系地層施工安全，應(yīng)當(dāng)實(shí)施瓦斯監(jiān)控預(yù)警措施，并且還要配備瓦斯監(jiān)測設(shè)備，然后采取適宜的施工技術(shù)與施工工藝，降低洞內(nèi)瓦斯與有害氣體濃度，避免瓦斯事故與硫化氫氣體中毒事故的發(fā)生，為隧道施工的順利完成提供保障。

[1]葉飛，霍三勝，常文偉.公路隧道穿越軟弱破碎煤系地層及采空區(qū)施工安全控制技術(shù)[J].公路，2011（06）：199～205.

[2]馮波.穿越煤系地層及采空區(qū)瓦斯隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)的控制研究進(jìn)展[J].四川建筑，2013（33）：107～110.

[3]王一鳴，任登富，王立川，等.三聯(lián)隧道穿越煤系地層軟巖大變形控制研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2013（09）：1613～1619.

U455.4

A

1004-7344（2016）08-0147-02

2016-3-1

周 波（1982-），男，彝族，工程師，本科，主要從事水利水電工程管理方面的工作。