渝廣高速華鎣山隧道瓦斯超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

王進(jìn)進(jìn)（中電建路橋集團(tuán)，重慶 北碚 400700）

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渝廣高速華鎣山隧道瓦斯超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

王進(jìn)進(jìn)（中電建路橋集團(tuán)，重慶 北碚 400700）

渝（重慶）廣（四川廣安）高速華鎣山隧道的施工極其復(fù)雜，為滿足安全生產(chǎn)需求，對(duì)渝廣高速華鎣山隧道進(jìn)行了瓦斯超前探測(cè)等預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)，擬有效發(fā)現(xiàn)“煤與瓦斯、巖溶、涌（突）水、斷層、高地應(yīng)力”等有害地質(zhì)現(xiàn)象；預(yù)先探測(cè)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)破碎帶和含水帶地質(zhì)形態(tài)及構(gòu)造類型；探測(cè)地質(zhì)破碎帶瓦斯富集規(guī)律；探測(cè)含煤段煤層產(chǎn)狀、瓦斯參數(shù)；探測(cè)開采礦井采空區(qū)狀態(tài)。

隧道瓦斯；超前鉆探；預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

1　前言

隨著國(guó)家中西部道路建設(shè)的不斷發(fā)展，公路隧道修建的數(shù)量也越來越多，“煤與瓦斯、巖溶、涌（突）水、斷層、高地應(yīng)力”等有害地質(zhì)現(xiàn)象給施工造成極大的難度和危害。渝（重慶）廣（四川廣安）高速華鎣山隧道施工過程中煤與瓦斯現(xiàn)象的危害十分嚴(yán)重。根據(jù)都汶高速紫坪鋪隧道［1］和銅鑼山隧道［2］、廣鄰高速華鎣山隧道［3］、成渝高速中梁山［4］、以及雅瀘高速公路勒布果喇吉隧道［5］等高瓦斯隧道鉆探施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)隧道進(jìn)行瓦斯超前探測(cè)可以及時(shí)預(yù)測(cè)施工隧道前方瓦斯壓力、瓦斯流量、其他不良地質(zhì)現(xiàn)象，極大的降低了隧道施工的危險(xiǎn)性和難度，為施工提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

2　地質(zhì)概況

渝（重慶）廣（四川廣安）高速公路華鎣山隧道進(jìn)口位于北碚區(qū)靜觀鎮(zhèn)西山村，出口位于合川區(qū)清平鎮(zhèn)桃李園村，隧道左右洞長(zhǎng)度分別為5018和5000m，進(jìn)出口樁號(hào)為分別ZK23+ 467～ZK28+485、K23+467～K28+467。隧道橫穿華鎣山背斜中部，總體走向?yàn)镹59°W。隧道設(shè)計(jì)為相距30m分修的雙洞三車道，人字形縱坡，凈空高度8.0m寬度12.5m。

2.1地層巖性

華鎣山隧道洞身穿越的地層分別為：第四系全新統(tǒng)松散堆積層（Q4）；侏羅系中、下統(tǒng)新田溝組（J2x）、自流井組（J1-2z）、珍珠沖組（J1z）的碎屑巖；三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）的碎屑巖，中下統(tǒng)雷口坡組（T2l）、嘉陵江組（T1j）的可溶巖，飛仙關(guān)組（T1f）的可溶巖與非可溶巖互層；二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P2c）、龍?zhí)督M（P2l）的可溶巖與非可溶巖。其中可溶碳酸鹽巖在隧址區(qū)出露面積較廣，約占40%。華鎣山隧道穿越地層圖見圖1。

圖1　華鎣山隧道穿越地層圖

2.2地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)構(gòu)造較發(fā)育，以川東隔檔式構(gòu)造為框架，形成具有明顯特征的“重慶褶皺束”，重慶褶皺束由一系列平行雁行排列的隔擋式梳狀褶皺構(gòu)造和走向壓性斷裂組成，呈NNE向展布，在川東隔擋式褶皺中，華鎣山背斜、銅鑼山背斜、明月山背斜延伸最長(zhǎng)，而華鎣山復(fù)式背斜構(gòu)造南端在合川區(qū)三匯鎮(zhèn)撒開，形成向北東收斂的華鎣山帚狀構(gòu)造帶，包括瀝鼻峽、溫塘峽和觀音峽背斜。隧道位于華鎣山帚狀褶皺束，區(qū)內(nèi)有西山、瀝鼻峽、溫塘峽、觀音峽、龍王洞等背斜及其間的向斜，是該帚狀褶皺束的南延部分，其主要特點(diǎn)是背斜褶皺緊密，兩翼不對(duì)稱多西陡東緩，背斜軸線扭擺多彎曲，呈反“S”型，軸向傾斜變化多，構(gòu)造分支多，獨(dú)立高點(diǎn)多，斷裂多。華鎣山隧道穿越構(gòu)造為觀音峽背斜，并發(fā)育多條斷層，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。

2.3不良地質(zhì)體

華鎣山地質(zhì)體類型很多，如一般巖體破碎帶、斷層、軟弱地層、巖爆段、巖溶、地下水、土洞、膨脹巖、煤層及瓦斯發(fā)育段等，查閱《重慶渝北至四川廣安高速公路（重慶段）TJ-2標(biāo)段工程地質(zhì)詳細(xì)勘察》［6］等有關(guān)地質(zhì)資料可知，渝廣高速華鎣山隧道的施工中，構(gòu)造地帶和煤層地段對(duì)施工的危害最為嚴(yán)重，對(duì)這些不良地質(zhì)體進(jìn)行瓦斯超前鉆探預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，在有效的預(yù)測(cè)煤與瓦斯的同時(shí)，也可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)涌（突）水、老窯采空區(qū)等現(xiàn)象。

3　隧道瓦斯超前鉆探預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

隧道瓦斯超前鉆探鉆孔常規(guī)布置方式：

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》規(guī)定，為了保證探測(cè)準(zhǔn)確可靠，有效控制危險(xiǎn)區(qū)域，在隧道開挖橫斷面上分上中下布置1～3排鉆孔，鉆孔深度為30～50m。石門揭煤應(yīng)在端面上打不少于5個(gè)鉆孔。正常地帶應(yīng)視情況在開挖掌子面分上中下至少應(yīng)布置3個(gè)鉆孔。為了保證施工安全，防止承壓瓦斯和承壓水大量瞬間涌入隧道開挖空間，每循環(huán)鉆孔超前距離不得少于5～10m，以保證有足夠的安全屏障巖柱。為了準(zhǔn)確探測(cè)坍塌區(qū)和巖石松散體前方原始巖體情況，在坍塌區(qū)和巖石松散體區(qū)段還應(yīng)結(jié)合自進(jìn)錨桿支護(hù)，采用從隧道開挖線和隧道中部范圍內(nèi)的掌子面分上中下布置3排多個(gè)20～30m長(zhǎng)的超前鉆孔對(duì)坍塌區(qū)和巖石松散體前方巖體實(shí)施補(bǔ)充探測(cè)。

在隧道坍塌區(qū)和巖石松散體區(qū)段，為了不至于對(duì)隧道上方坍塌區(qū)造成擾動(dòng)，進(jìn)一步擴(kuò)大坍塌區(qū)域，在掌子面設(shè)計(jì)采用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)實(shí)施打鉆。

4　隧道瓦斯超前探測(cè)實(shí)際應(yīng)用

4.1以施工過程中探測(cè)到采空區(qū)為例

根據(jù)《重慶渝北至四川廣安高速公路（重慶段）TJ-2標(biāo)段工程地質(zhì)詳細(xì)勘察》顯示，在隧道出口左線ZK28+091揭露三疊系須家河組T3xj5外雙連煤層采空區(qū)，為準(zhǔn)確的探測(cè)采空區(qū)位置以及采空區(qū)走向傾向等地質(zhì)參數(shù)。在ZK28+112上臺(tái)階施工5個(gè)超前鉆孔，鉆孔分別控制隧道前方12～30m范圍，施工結(jié)束后根據(jù)鉆孔深度，推進(jìn)速度以及瓦斯?jié)舛韧茰y(cè)掌子面ZK28+112前方采空區(qū)形態(tài)。推測(cè)在掌子面ZK28+112前方最近9.5m處揭露采空區(qū)。采空區(qū)與隧道走向夾角48°2′。經(jīng)過4d施工，隧道在左側(cè)最先揭露采空區(qū)，采空區(qū)樁號(hào)為ZK28+103，與預(yù)測(cè)值只有0.5m誤差。

4.2以施工過程中探測(cè)到煤層為例

根據(jù)《重慶渝北至四川廣安高速公路（重慶段）TJ-2標(biāo)段工程地質(zhì)詳細(xì)勘察》，隧道出口左線在ZK28+073泡炭煤層、ZK28+068硬炭煤層，為確保施工的安全進(jìn)行以及準(zhǔn)確探測(cè)前方煤層走向、傾向、傾角等重要參數(shù)，在ZK28+76上臺(tái)階施工5個(gè)超前鉆孔，鉆孔分別控制隧道前方0～60m范圍，施工結(jié)束后根據(jù)鉆孔深度，推進(jìn)速度以及瓦斯?jié)舛韧茰y(cè)在掌子面ZK28+76前方煤層分布情況，出口左線ZK28+076掌子面上臺(tái)階左下角前方16.8m發(fā)現(xiàn)2.6m厚煤層、31.2m發(fā)現(xiàn)厚0.5m煤層，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)隧道施工過程中的煤層，為隧道的開挖提供了重要的施工依據(jù)。

5　結(jié)語

華鎣山隧道瓦斯超前鉆探預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)，及時(shí)預(yù)測(cè)隧道施工過程前方巖體破碎程度及范圍、巖體裂隙及發(fā)育情況、采空區(qū)或巖體空洞范圍及大小、前方巖體瓦斯賦存及瓦斯涌出情況、巖體瓦斯壓力、瓦斯含量、突發(fā)性噴出等特殊情況。極大的的降低了巷道施工的危險(xiǎn)性和難度，為施工提供了堅(jiān)實(shí)的保障，是渝廣高速華鎣山隧道施工過程中不可缺少的重要實(shí)施方案，為我國(guó)的高瓦斯隧道施工建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

［1］姜洪亮.紫坪鋪隧道瓦斯災(zāi)害研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2010.

［2］朱 勁.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)新技術(shù)在銅鑼山隧道的應(yīng)用及綜合分析研究［D］.成都：成都理工大學(xué)，2007.

［3］王興平.華鎣山隧道工程的施工監(jiān)理.2000，04.

［4］沈慶夏.大地電磁測(cè)深法在中梁山隧道地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用研究［D］.成都：成都理工大學(xué)，2010.

［5］石 波.雅瀘高速公路勒布果喇吉隧道洞口段地震動(dòng)力響應(yīng)研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2008.

［6］中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任有限公司.重慶渝北至四川廣安高速公路（重慶段）TJ-2標(biāo)段工程地質(zhì)詳細(xì)勘察［Z］.2013.

王進(jìn)進(jìn)（1976-），男，重慶人，工程師，渝廣總承包部副總工程師，本科。

U456.3+3

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2095-2066（2016）16-0183-02

2016-5-22