高速公路低瓦斯隧道施工技術(shù)及控制要點

王應(yīng)魁

（中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，濟南250002）

1 引言

隨著我國高速公路網(wǎng)的不斷發(fā)展，如今隧道施工項目的數(shù)量也在逐年上升，特別是在我國的西南部地區(qū)。由于該區(qū)域的山區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜多變，因此，在進(jìn)行實際高速公路隧道施工中，難免會遇到瓦斯隧道問題。因此，如何加強對瓦斯隧道的施工控制，從而在保證施工質(zhì)量的同時，避免出現(xiàn)瓦斯爆炸等事故將是眾多業(yè)內(nèi)人士都在思考的一個問題。

本文就低瓦斯施工技術(shù)在二峨山隧道施工中的應(yīng)用做簡要的闡述。二峨山隧道是低瓦斯隧道且工程地質(zhì)復(fù)雜，施工過程中可能出現(xiàn)瓦斯突出、瓦斯爆炸等，隧道施工有其特殊性及復(fù)雜性。為確保低隧道施工安全，必須在瓦斯預(yù)報、監(jiān)控、控制等方面進(jìn)行重點控制。

2 工程概況

二峨山隧道是成都經(jīng)濟區(qū)環(huán)線高速公路簡陽至蒲江段重難點控制工程，設(shè)計為雙線三車道分離式隧道。隧道左線全長2254m，隧道右線全長2282m。隧址區(qū)位于四川盆地西部，屬淺-中切構(gòu)造剝蝕低山地貌，受龍泉山背斜的影響，山體多為平緩的單面山。隧道穿越龍泉山背斜，砂巖體及巖體裂隙中含有可燃?xì)怏w，地質(zhì)勘探在K255700L20 孔深度至128m 砂巖時有甲烷溢出，因此，隧道初步判定為低瓦斯隧道。隧道巖體大部分為粉砂質(zhì)泥巖，薄～中厚層狀構(gòu)造，巖體破碎，裂隙較發(fā)育，屬于軟巖～較軟巖。

3 高速公路低瓦斯隧道施工技術(shù)

3.1 地質(zhì)超前預(yù)報

二峨山隧道采用地質(zhì)素描、TSP202/203、瞬變電磁儀、地質(zhì)雷達(dá)及超前鉆孔探測等方法綜合探測（詳見表1 和圖1）。堅持以工程地質(zhì)綜合分析為核心，粗查與精查相結(jié)合、物探與鉆探相結(jié)合的原則，綜合預(yù)測開挖前方是否有不良地質(zhì)體，及其不良地質(zhì)體的規(guī)模和位置。通過超前瓦斯探孔探測前方是否有瓦斯，同時驗證物探預(yù)測的準(zhǔn)確性。

表1 超前地質(zhì)預(yù)報方式表

綜合超前地質(zhì)預(yù)報工作流程：

1）隧道爆破開挖后立即進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查并進(jìn)行地質(zhì)素描，每開挖循環(huán)記錄一次。記錄隧道圍巖地層巖性特征、構(gòu)造發(fā)育特征、巖體結(jié)構(gòu)類型、地下水狀況、圍巖穩(wěn)定性等。

2）利用TSP 每隔100m 探測1 次，預(yù)測掌子面前方100m范圍內(nèi)是否存在斷層破碎帶、隱伏斷裂、節(jié)理密集帶、透鏡狀儲集砂體、巖性突變位置、富水區(qū)等不良地質(zhì)體。

3）根據(jù)TSP 探測預(yù)測結(jié)果，如前方存在不良地質(zhì)體，用瞬變電磁儀或地質(zhì)雷達(dá)在接近不良地質(zhì)體約30m 時探測1 次，進(jìn)一步核實與了解不良地質(zhì)的分布情況。地下水豐富時用瞬變電磁儀探測斷層破碎帶、隱伏斷裂、節(jié)理密集帶和富水區(qū)等地下水富集情況；地下水較貧乏時用地質(zhì)雷達(dá)探測巖體的破碎程度、斷層破碎帶、隱伏斷裂、節(jié)理密集帶、透鏡狀儲集砂體、巖性突變處等的空間方位與規(guī)模。

4）預(yù)測前方有不良地質(zhì)體時，調(diào)整孔位，實施瓦斯超前鉆孔；預(yù)測前方無不良地質(zhì)體時，按設(shè)計孔位，實施瓦斯超前鉆孔[1]。

圖1 超前地質(zhì)預(yù)報不同探測方法縱斷面示意圖

超前瓦斯鉆孔平面布置圖及橫斷面圖如圖2 所示。超前鉆孔在掌子面均勻分布6 個鉆孔，鉆孔直徑65mm，每個鉆孔深度50m，其中孔2、孔3 為水平鉆孔，孔1、孔4～孔6 鉆孔為傾斜鉆孔，孔1、孔4 鉆孔終孔點超出隧道開挖輪廓線10m，前后兩循環(huán)鉆孔搭接長度為5m。

圖2 超前瓦斯鉆孔橫斷面圖及平面布置圖

5）根據(jù)鉆探結(jié)果，并結(jié)合前期地勘成果及地質(zhì)調(diào)查資料，確認(rèn)不良地質(zhì)體的規(guī)模與方位。檢測孔內(nèi)是否有瓦斯等有害氣體并做壓力和涌出速度測試。

3.2 瓦斯檢測及監(jiān)控

結(jié)合本隧道特點，二峨山隧道采用自動監(jiān)控系統(tǒng)與人工監(jiān)測相結(jié)合組成監(jiān)控體系。其中，自動監(jiān)控系統(tǒng)選用KJ90 型安全視頻監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)瓦斯積聚特點在洞內(nèi)不同部位安裝瓦斯傳感器、一氧化碳傳感器、風(fēng)速傳感器等儀器測定洞內(nèi)瓦斯參數(shù)，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時系統(tǒng)自動進(jìn)行聲光報警，并對被控設(shè)備自動斷電。該系統(tǒng)主要對洞內(nèi)瓦斯、風(fēng)量和主要風(fēng)機實施風(fēng)電瓦斯閉鎖及風(fēng)量控制，及時準(zhǔn)確地對洞內(nèi)各工作面的瓦斯?fàn)顩r進(jìn)行24h 全方位監(jiān)控。瓦檢員攜帶便攜式瓦檢儀在洞內(nèi)巡檢。瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測處治情況如表2 所示。

表2 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測處治情況

4 施工中的控制

4.1 通風(fēng)管理

二峨山隧道首先采用獨頭壓入式通風(fēng)，待隧道第一個車行橫通道貫通后采用巷道式通風(fēng)，軸流風(fēng)機進(jìn)洞，距離掌子面約700m，射流風(fēng)機誘導(dǎo)左洞為進(jìn)風(fēng)巷，右洞為回風(fēng)巷，以靠近掌子面的車行橫通道為左右洞聯(lián)通風(fēng)道。在瓦斯容易積聚的空間（模板臺車附近、塌方段落、防水板背后、斷面變化處），可采用空氣引射器等設(shè)備，實施局部通風(fēng)的方法，消除瓦斯積聚。

成立通風(fēng)班組，專門負(fù)責(zé)對隧道中風(fēng)機的維護(hù)、通風(fēng)檢測、通風(fēng)風(fēng)管的維護(hù)檢修等工作，并要求通風(fēng)班組人員嚴(yán)格按照預(yù)訂通風(fēng)方案進(jìn)行實際通風(fēng)工作。在具體施工過程中，施工單位要多配置一組備用通風(fēng)設(shè)備，然后通過2 組風(fēng)機輪換通風(fēng)的方式實現(xiàn)隧道內(nèi)24h 不間斷通風(fēng)工作。為能夠避免通風(fēng)設(shè)備斷電問題，施工單位還要為通風(fēng)機準(zhǔn)備備用發(fā)電機，并定時對發(fā)電機進(jìn)行試運行與檢修工作。同時，施工單位還要將通風(fēng)設(shè)備的運行用電與其他隧道用電進(jìn)行線路分離，保障通風(fēng)機能夠有穩(wěn)定持續(xù)的電力供應(yīng)。除此之外，若是后期隧道內(nèi)有著動火或者進(jìn)行防水板焊接等特殊工藝環(huán)節(jié)，該施工區(qū)域還應(yīng)增設(shè)局部通風(fēng)扇[2]。

4.2 防爆設(shè)置

防爆設(shè)置是低瓦斯隧道施工中的一個重點內(nèi)容。首先，施工單位必須要對施工中所使用的各種諸如電纜、照明用具、配電箱、接線盒等用電設(shè)備進(jìn)行防爆改造，并將每個工作面中的用電設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)記錄，方便設(shè)備檢修人員的日常檢修和定時檢修工作。其次，對于施工中所使用的各種用電設(shè)備，施工單位還要為其加設(shè)短路、過載、漏電等危險提示功能，每隔10m 在隧道兩側(cè)分別設(shè)置1 盞隔爆熒光燈。最后，在隧道掘進(jìn)超過500m 以后，施工單位便需要開始考慮高壓電進(jìn)洞的防電問題。在洞中設(shè)置礦區(qū)專用的隔爆型干式變壓器，且變壓器隨著工作面的前移而不斷向前推進(jìn)。

4.3 門禁管理系統(tǒng)

施工單位要在隧道外設(shè)置1 道或者多道門禁管理系統(tǒng)，并安排專人進(jìn)行監(jiān)督管理，從而對所有進(jìn)入隧道中的工作人員進(jìn)行全面的監(jiān)督檢查，防止工作人員將手機、打火機等用火用電設(shè)備帶入隧道中，降低安全事故的發(fā)生概率。

4.4 爆破施工管理

在低瓦斯隧道施工過程中，爆破施工將極易引發(fā)瓦斯爆炸或者瓦斯燃燒等問題，因此，施工單位必須要對該方面內(nèi)容進(jìn)行有效的預(yù)防，嚴(yán)格按照瓦斯隧道施工規(guī)范進(jìn)行實際施工，絕不能疏忽大意。另外，對于爆破器材，施工單位也要采用礦區(qū)專用的爆破器材，再結(jié)合諸如濕式鉆孔等瓦斯隧道爆破工藝進(jìn)行光面爆破，降低因隧道爆破施工所引發(fā)的瓦斯安全事故。

4.5 動火管理

施工單位要建立完善的隧道動火管理制度，并將制度進(jìn)行嚴(yán)格執(zhí)行，在進(jìn)行動火前，相關(guān)人員要對動火區(qū)域進(jìn)行全方位的檢測工作，在確定施工動火不會出現(xiàn)安全事故問題以后，并經(jīng)過工區(qū)經(jīng)理簽字同意以后，方可以進(jìn)行實際動火施工。

5 結(jié)語

綜上所述，在高速公路低瓦斯隧道施工過程中，瓦斯的檢測與預(yù)防控制將是整個施工過程中重中之重。因此，相關(guān)工作人員必須要做好地質(zhì)預(yù)報與隧道通風(fēng)工作，再結(jié)合諸多預(yù)防手段，最終有效地避免高速公路低瓦斯隧道施工中的安全事故問題，從而保證所有工作人員的人身財產(chǎn)安全，同時促進(jìn)我國高速公路網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。