山區(qū)高速公路隧道的瓦斯預(yù)測方法及施工技術(shù)

（昭通市交通建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督局，云南 昭通 657000）

一、工程概況

坪上隧道位于云南省昭通市境內(nèi)，屬昭瀘高速公路彝良至鎮(zhèn)雄段特長隧道。隧道穿越興隆煤礦的采煤層和可開采煤層（C1、C5），前者為典型低瓦斯工區(qū)，后者為高瓦斯工區(qū)，煤層伴有爆炸性危險(xiǎn)。隧道進(jìn)口、二號斜井兩處均為高瓦斯工區(qū)。

二、瓦斯預(yù)測方法與實(shí)施

（一）超前探測方法

在確保良好探測效果的前提下結(jié)合實(shí)際采用地質(zhì)雷達(dá)探測、TSP203（或RT）地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)探測、超前鉆孔探測、聲波法探測等。坪上隧道進(jìn)出口，1#、2#斜井皆采用了全斷面超前鉆孔探測方法。

（二）超前探測鉆孔

煤系地層對于隧道施工的影響較大，為全面掌握該處煤層賦存情況，包括層位、厚度、傾角等，在正式施工前采取超前探測方式，明確煤層的具體分布區(qū)域及主要參數(shù)，以便給隧道施工作業(yè)提供參考。

沿隧道方向設(shè)超前探煤鉆孔，在開挖至距煤層50m之前完成，孔深≥50cm，條件允許時(shí)加大鉆孔深度，使其順利穿透煤層全厚度范圍，深入煤層底板的部分≥0.5m。在施工中，對水平超前探煤鉆孔施工作業(yè)超前距離應(yīng)達(dá)20m，以上一循環(huán)的探孔終孔所處位置為基準(zhǔn)，當(dāng)工作面與之形成的間距達(dá)到20m時(shí)便要暫停開挖，從而進(jìn)入到下一循環(huán)施工中。

（三）煤層瓦斯參數(shù)測定

取超前探測鉆孔其中3個(gè)巖層較為完整的鉆孔封孔、注漿處理，并測定煤層的原始瓦斯壓力，其他的探測鉆孔應(yīng)用水泥砂漿封堵。煤層對于隧道施工的影響較大，為準(zhǔn)確掌握初始狀態(tài)下的瓦斯壓力值，必須分別設(shè)置測壓孔和前探孔，從根本上避免混用現(xiàn)象。引入主動(dòng)式測壓的方法，測壓時(shí)間更短。

打鉆過程中選取煤樣，總重維持在2kg～3kg，及時(shí)使用塑料袋封裝，粘貼標(biāo)簽并記錄基礎(chǔ)信息，轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作針對性分析，經(jīng)分析得出瓦斯壓力測定結(jié)果，計(jì)算求得煤層瓦斯含量。

三、煤層瓦斯突出危險(xiǎn)預(yù)測

（一）初步預(yù)測

以煤層所處位置為基準(zhǔn)，開挖面與之形成的法向距離達(dá)10m或更多時(shí)展開初步預(yù)測，其中煤層瓦斯壓力法應(yīng)用較為廣泛，或者可結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際選用瓦斯含量法。根據(jù)煤層瓦斯壓力或瓦斯含量初步預(yù)測的臨界值，如表1所示。

煤層瓦斯并不存在突出危險(xiǎn)時(shí)，則以煤層所在處為基準(zhǔn)，當(dāng)開挖面與之產(chǎn)生的垂距≥5m時(shí)組織二次預(yù)測。

煤層瓦斯存在突出危險(xiǎn)時(shí)，則以煤層所在處為基準(zhǔn)，當(dāng)開挖面與之產(chǎn)生的法距≥7m時(shí)加強(qiáng)防突措施，做好此項(xiàng)工作后按上述方法組織二次預(yù)測。

（二）二次預(yù)測

二次預(yù)測應(yīng)在隧道開挖工作面掘進(jìn)至距煤層垂距≥5m處開始。檢測K1、q等相關(guān)指標(biāo)，并結(jié)合煤樣分析結(jié)果，明確其瓦斯放散初速度△P及堅(jiān)固性系數(shù)f，由此確定具體綜合指標(biāo)D、K的值。

（三）煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性評價(jià)

若K1或q值達(dá)到表1中臨界值或超出時(shí)，均判定為危險(xiǎn)工作面；此外，若D、K值均在臨界值以內(nèi)且現(xiàn)場并未出現(xiàn)異常情況時(shí)，此條件下則判定為無突出危險(xiǎn)工作面。

各項(xiàng)指標(biāo)中，若某項(xiàng)超出臨界值，均視為危險(xiǎn)工作面。若打鉆作業(yè)時(shí)發(fā)生夾鉆或噴孔的延長情況、煤層賦存條件較正常狀況發(fā)生顯著變化，此時(shí)均可視為突出危險(xiǎn)工作面，需采取防突技術(shù)措施。

四、瓦斯隧道施工技術(shù)

（一）支護(hù)參數(shù)

煤層瓦斯工區(qū)通常按Ⅳ、Ⅴ級圍巖設(shè)計(jì)，坪上隧道瓦斯工區(qū)支護(hù)參數(shù)如表2所示。

表2 隧道支護(hù)參數(shù)表

（二）施工方法

為準(zhǔn)確判斷前方地質(zhì)情況和瓦斯?jié)舛?，對隧道右線和左線實(shí)行連續(xù)超前探孔。該隧道加裝防爆型電機(jī)ZDY-1250型地質(zhì)鉆機(jī)鉆探30m探孔，探測煤系地層地段和瓦斯溢出情況，當(dāng)前探鉆孔未揭煤且孔內(nèi)瓦斯?jié)舛龋?.5%，則被視為低瓦斯隧道，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)展開施工作業(yè)；對于瓦斯?jié)舛取?.5%的情況，則必須編制專項(xiàng)施工方案。

以瓦斯隧道地質(zhì)條件為基本參考，編制爆破施工方案，為滿足開挖輪廓要求，選擇上下臺階法，總體施工量較大，以分步開挖的方式有序推進(jìn)，選用光面爆破方案。

圍巖支護(hù)采用超前小導(dǎo)管和錨網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，噴射混凝土機(jī)械采用防爆型，所有開挖面采用厚度≥4cm氣密性混凝土封閉，依據(jù)工程要求，該項(xiàng)目采用工字鋼支護(hù)，支護(hù)前需在隧道外試拼，合格后正式拼接。錨桿施工完畢后，需抽樣檢查并進(jìn)行抗拔試驗(yàn)。

防排水施工時(shí)要在隧道明暗交界位置、襯砌類型變化位置，還應(yīng)在洞身每隔80m間距設(shè)置一道變形縫，縫寬2cm，縫中設(shè)置中埋式橡膠止水帶和背貼式橡膠止水帶，并按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)縱橫向排水波紋管。

隧道仰拱氣密性混凝土采用建筑組合鋼模，支架采用φ50mm液壓桿支撐加固。參照二襯氣密性混凝土，用于仰拱處的材料與之保持一致，仰拱施工遵循的是盡早開挖的原則，不可出現(xiàn)超長開挖現(xiàn)象，邊墻和仰拱，盡可能同步開挖，防止底部瓦斯溢出。

以鋼模襯砌臺車為主要施工設(shè)備，完成立模作業(yè)；配備多臺混凝土罐車，共同配合將混凝土運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，利用液壓泵入模，遵循先兩側(cè)拱腳后拱頂?shù)姆绞?，兩端同步推進(jìn)，使用插入式振搗器處理兩側(cè)的混凝土混合料提高其密實(shí)性，并使用附著式振動(dòng)器完成拱部處理。減小外界因素的影響，做到持續(xù)澆筑，自卸出混凝土開始，需在后續(xù)的40min～60min內(nèi)使用完畢，否則性能易發(fā)生變化。5℃以下停止施工。邊墻和拱部的局部超挖部分采用氣密性噴射混凝土填補(bǔ)圓順，超挖地段采用襯砌混凝土澆筑，增加二次襯砌厚度?；炷翝仓戤吅?，連續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間需≥14d。

五、結(jié)語

瓦斯隧道安全施工的關(guān)鍵體現(xiàn)在瓦斯預(yù)測、方案選擇、機(jī)械配套、防爆電器、人員意識等方面。超前鉆孔探測瓦斯已成為當(dāng)前高瓦斯隧道施工的必要環(huán)節(jié)，施工人員應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場環(huán)境，靈活應(yīng)用該技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對隧道施工的動(dòng)態(tài)化安全把控。