復(fù)雜地質(zhì)條件下高瓦斯地段大型洞室開挖施工工法

劉永奎，高印鵬

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

復(fù)雜地質(zhì)條件下高瓦斯地段大型洞室開挖施工工法

劉永奎，高印鵬

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

公路、鐵路都涉及到不良地質(zhì)條件下的隧道工程施工，本文介紹了公路隧道穿越煤層、煤系地層等高瓦斯不良地質(zhì)時(shí)，采用的新型洞室開挖施工工法，包括工法特點(diǎn)、施工工藝流程、操作要點(diǎn)、質(zhì)量控制等內(nèi)容。

高瓦斯 超前地質(zhì)預(yù)報(bào) 瓦斯監(jiān)測(cè) 隧道通風(fēng) 洞室開挖 施工工法

1 新型洞室開挖施工工法概況

公路、鐵路都涉及到隧道工程施工，在穿越煤層、煤系地層等高瓦斯不良地質(zhì)時(shí)，采用新型洞室開挖施工工法,可以有效解決傳統(tǒng)工藝超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法單一、準(zhǔn)確性低、瓦斯監(jiān)控檢測(cè)范圍不能全時(shí)覆蓋全隧道等問題。與傳統(tǒng)工法相比較，其具有超前地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性高、瓦斯監(jiān)控檢測(cè)范圍廣、優(yōu)化傳統(tǒng)施工工藝、安全可靠、節(jié)能減排等優(yōu)點(diǎn)。在高瓦斯隧道施工中采用復(fù)合式的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法和復(fù)合式的瓦斯監(jiān)控檢測(cè)方法，指導(dǎo)施工，進(jìn)行安全管控，可使隧道不良地質(zhì)得到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、有效處治；使隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊玫饺秶鷮?shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)，及時(shí)預(yù)警，避免了瓦斯爆炸事故；能提高工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、節(jié)約施工成本，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 工法特點(diǎn)

(1)與傳統(tǒng)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)相比，采用復(fù)合式的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)能夠準(zhǔn)確的探知和預(yù)測(cè)隧道圍巖狀況和不良地質(zhì)類型及其規(guī)模，為隧道施工提供基礎(chǔ)參數(shù)，制定相應(yīng)的施工措施，避免因?qū)Σ涣嫉刭|(zhì)信息掌握不全面或不準(zhǔn)確造成處治不到位、返工處治、反復(fù)處治等，節(jié)約施工成本、加快施工進(jìn)度；

(2)利用復(fù)合式的瓦斯監(jiān)控監(jiān)測(cè)措施實(shí)時(shí)監(jiān)控、全范圍檢測(cè)隧道內(nèi)的瓦斯?jié)舛?，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)預(yù)警，并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，避免發(fā)生瓦斯爆炸等安全事故，確保隧道施工安全；

(3)隧道通風(fēng)是降低瓦斯?jié)舛茸钣行У姆椒?，傳統(tǒng)的通風(fēng)方式為固頻式通風(fēng)。本工法根據(jù)檢測(cè)到的瓦斯?jié)舛龋扇〔煌臋n位控制通風(fēng)強(qiáng)度，既能確保施工安全，又能降低通風(fēng)成本、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

1.2 適用范圍

本工法適用于隧址區(qū)有廢棄老窯、采空區(qū)、老窯積水、有灰?guī)r分布、巖溶水聚積、有瓦斯或高瓦斯等有害氣體、穿越煤層和煤系地層的公路隧道。

1.3 工藝原理

利用TGP地震探測(cè)儀進(jìn)行長(zhǎng)距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，利用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行短距離地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)不良地質(zhì)。利用復(fù)合式的瓦斯監(jiān)控監(jiān)測(cè)措施實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛?，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)預(yù)警，并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施；根據(jù)檢測(cè)到的瓦斯?jié)舛龋扇〔煌耐L(fēng)強(qiáng)度，降低瓦斯?jié)舛却_保施工安全。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

2.1.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)施工工藝流程

洞口段采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，由于TGP地震探測(cè)儀探測(cè)要求必須有約60m距離布設(shè)炮孔、接收器和發(fā)射器，待隧道進(jìn)洞達(dá)到60m以上并滿足TGP地震探測(cè)儀探測(cè)要求時(shí)，則采用TGP進(jìn)行長(zhǎng)距離探測(cè)，再用地質(zhì)雷達(dá)做短距離的探測(cè)，以便相互印證，為施工提供準(zhǔn)確的信息。施工工藝流程見圖1。

圖1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)施工工藝流程

2.1.2 隧道瓦斯監(jiān)控檢測(cè)施工工藝流程

隧道瓦斯監(jiān)測(cè)采用便攜式瓦檢儀人工檢測(cè)和瓦斯自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合的方式，人工監(jiān)測(cè)結(jié)果和瓦斯自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果相互印證。在施工期瓦斯監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)采用系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控和人工檢測(cè)相結(jié)合的模式，即通過自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋隧道重點(diǎn)部位和易發(fā)生瓦斯積聚的部位，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警；通過人工檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)全隧道范圍的瓦斯數(shù)據(jù)補(bǔ)充采集及驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)異常按制定的方案及時(shí)處治。隧道瓦斯監(jiān)控檢測(cè)施工工藝流程見下圖2。

圖2 瓦斯監(jiān)控檢測(cè)施工工藝流程

2.1.3 瓦斯隧道通風(fēng)施工工藝流程

參考《煤礦礦井風(fēng)量計(jì)算方法》(MT/T634-1996)等相關(guān)資料，根據(jù)最多作業(yè)人數(shù)、使用的最多炸藥量、需要的最小風(fēng)速等方法計(jì)算，選定較大者作為通風(fēng)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)；根據(jù)計(jì)算參數(shù)選定通風(fēng)設(shè)備和附屬設(shè)備；在通風(fēng)過程中，定時(shí)檢測(cè)出風(fēng)口的供風(fēng)量和工作面的風(fēng)速，當(dāng)發(fā)現(xiàn)供風(fēng)量不足或風(fēng)速低于規(guī)定值時(shí)，調(diào)高風(fēng)機(jī)工作檔位，繼續(xù)檢測(cè)，直至滿足要求，當(dāng)發(fā)現(xiàn)供風(fēng)量和風(fēng)速均高于規(guī)定值時(shí)，調(diào)低風(fēng)機(jī)工作檔位，并繼續(xù)檢測(cè)，在滿足通風(fēng)要求的情況下，節(jié)約通風(fēng)成本。瓦斯隧道通風(fēng)施工工藝流程見下圖3。

圖3 瓦斯隧道通風(fēng)施工工藝流程

2.2 操作要點(diǎn)

(1)模擬地震波造孔深度、裝藥量、炮孔封堵按照規(guī)定施工，控制炮孔水平；

(2)TGP信號(hào)采集探頭孔間距均勻，誤差控制不超過1cm；

(3)TGP信號(hào)收集主機(jī)放置在安全位置，避免落石、飛石砸到；

(4)瓦斯自動(dòng)監(jiān)控探頭安放在工作面的最高位置，并固定牢固；

(5)定期對(duì)瓦斯自動(dòng)監(jiān)控探頭進(jìn)行清理，避免洞內(nèi)灰塵堵塞探頭；

(6)每循環(huán)作業(yè)后(如放炮后)認(rèn)真檢查監(jiān)控線路，發(fā)現(xiàn)破損及時(shí)更換，不準(zhǔn)隨意接線處理，需要接線時(shí)采用專用接頭連接，并做好防水；

(7)配備絕緣伸縮桿，人工移動(dòng)檢測(cè)瓦斯?jié)舛葧r(shí)，將瓦檢儀固定在伸縮桿頂部，進(jìn)行檢查高處和人員無法到達(dá)的部位；

(8)對(duì)設(shè)備和儀器進(jìn)行定期保養(yǎng)和校驗(yàn)，保證其良好的工作性能；

(9)通風(fēng)管勤維護(hù)勤修補(bǔ)，每節(jié)風(fēng)管修補(bǔ)面積超過20%時(shí)，漏風(fēng)量大，風(fēng)速衰減多，不利于節(jié)能。

3 所需設(shè)備及人員配置3.1 主要設(shè)備

本工法采用先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備和數(shù)據(jù)處理軟件，并采用煤礦地下開采瓦斯自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備，主要的機(jī)具設(shè)備見表1。

表1 主要機(jī)具設(shè)備

序號(hào)設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)單位數(shù)量用 途1地震探測(cè)儀TGP套1長(zhǎng)距離地質(zhì)預(yù)報(bào)2地質(zhì)雷達(dá)EKKO-100套1短距離地質(zhì)預(yù)報(bào)3數(shù)據(jù)處理軟件TGPwin套1數(shù)據(jù)處理4瓦斯自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)KJ73N套1不間斷瓦斯監(jiān)測(cè)5便攜式瓦檢儀AZJ-2000套4人工流動(dòng)檢測(cè)6通風(fēng)機(jī)SFDZ-Ⅲ-N0.12.5/2×110臺(tái)2施工通風(fēng)7風(fēng)速檢測(cè)儀NZ-AR816套2檢測(cè)工作面風(fēng)速8鉆機(jī)XZ100D套2探測(cè)造孔9網(wǎng)線防靜電M5000數(shù)據(jù)傳輸

3.2 人員配置

根據(jù)本工程的施工特點(diǎn)和安全重要性，項(xiàng)目部安排專職人員不間斷輪換值班，檢測(cè)、監(jiān)測(cè)人員按兩班作業(yè)配置，主要的人員配置見表2。

表2 主要人員配置

序號(hào)工種人數(shù)(名)主要工作任務(wù)1生產(chǎn)負(fù)責(zé)人4施工組織協(xié)調(diào)2技術(shù)負(fù)責(zé)人2現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)3檢測(cè)員8超前地質(zhì)預(yù)報(bào)4監(jiān)控員6瓦斯監(jiān)控5質(zhì)檢員4質(zhì)量檢查6設(shè)備操作手4鉆機(jī)、風(fēng)機(jī)7電工1現(xiàn)場(chǎng)用電管理8安全員4安全管理

4 質(zhì)量控制

4.1 參照標(biāo)準(zhǔn)

本工法符合現(xiàn)行的《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例》、中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令第393號(hào)、《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》(第70號(hào))、《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程》(JTJ076—95)、《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/TF60—2009)、《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》(TB10120—2002)、《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70—2004)等規(guī)范要求。

4.2 質(zhì)量保證措施

(1)定期對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)長(zhǎng)距離地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果和短距離地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真對(duì)比分析，確保對(duì)不良地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性；

(2)制定有效可行的不良地質(zhì)處治措施。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的結(jié)果，制定針對(duì)性的處治措施；現(xiàn)場(chǎng)全程跟蹤監(jiān)督措施，確保按照制定的處治措施進(jìn)行施工。

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U455.49

B

2095-1809(2017)02-0033-03

劉永奎(1981-)，男，河南商丘人，國(guó)道321線納溪至瀘縣一級(jí)公路改建工程總工程師，從事公路工程施工技術(shù)和管理工作；

高印鵬(1988-)，男，山東德州市人，國(guó)道321線改建工程工程部主任，從事公路工程施工技術(shù)和管理工作。