針對隧道施工中有害氣體檢測研究——以云霧山隧道為例

華緒

（四川久馬高速公路有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展與完善，工程建設(shè)已覆蓋全國各處，高速公路或高速鐵路在新興技術(shù)影響下成為重要交通工具[1-2]。由于云貴川渝地區(qū)山體較多，路網(wǎng)建設(shè)時常需要挖掘隧道。當(dāng)隧道穿越一些氣田、含油氣構(gòu)造時可能會發(fā)生天然氣爆炸或燃燒，給隧道施工安全帶來隱患，是隧道工程常見病害的主要類型之一[3-4]。從滇黔線巖腳塞隧道瓦斯爆炸到汶馬高速公路理縣段C18標(biāo)米亞羅三號隧道瓦斯爆炸帶來的生命和財產(chǎn)損失十分巨大，因此，在工程建設(shè)初期加強(qiáng)有害氣體預(yù)測預(yù)報工作十分必要[5]。針對這一問題，本文以川渝地區(qū)云霧山隧道為例，對隧道施工中可能存在的有害氣體進(jìn)行了專項研究。

1 隧道工程地質(zhì)概況

1.1 隧道概況

云霧山隧道位于重慶市銅梁區(qū)及璧山區(qū)，穿越云霧山，隧道出口接路基及三魚石中橋，進(jìn)口接路基及跨G93成渝環(huán)線高速特大橋。隧道進(jìn)口里程DK38+790，出口里程DK44+390，隧道全長5600m，最大埋深約375.5m。隧道設(shè)計為15‰單面上坡。

1.2 隧道地層巖性

隧道穿越的主要巖性從上至下依次有侏羅系泥巖夾砂巖（J1z）、三疊系巖屑長石石英砂巖夾砂質(zhì)泥頁巖、炭質(zhì)頁巖及煤線（T3xj6）、泥巖、頁巖夾砂巖及薄煤層（T3xj5）、巖屑長石石英砂巖夾砂質(zhì)泥頁巖、炭質(zhì)頁巖及煤線（T3xj4）、泥巖、頁巖夾砂巖及薄煤層（T3xj3）、巖屑長石石英砂巖夾砂質(zhì)泥頁巖、炭質(zhì)頁巖及煤線（T3xj2）、泥巖、頁巖夾砂巖及薄煤層（T3xj1）、白云巖、灰?guī)r夾石膏、鹽溶角礫巖（T2l）、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、鹽溶角礫巖及灰?guī)r（T1j4）。

1.3 隧道構(gòu)造特征

云霧山隧道位于華鎣山斷裂以東的褶皺束，由一系列北東～北北東向近于平行的高背斜山脈組成，區(qū)內(nèi)發(fā)育一條褶皺：云霧山背斜、柑子灣1#逆斷層、柑子灣2#逆斷層、黃石巖斷層。

2 野外測試和室內(nèi)試驗結(jié)果

2.1 現(xiàn)場鉆孔有害氣體檢測

現(xiàn)場有害氣體檢測分為淺層天然氣檢測與煤層瓦斯檢測，淺層天然氣檢測成果見表1，煤層瓦斯檢測成果見表2。

表1 淺層天然氣檢測成果

表2 煤層瓦斯檢測成果

2.2 現(xiàn)場煤層測試

煤層氣測試方法是目前能夠準(zhǔn)確獲取煤層參數(shù)的有效動態(tài)方法之一，它既可以定性也可以定量對煤層進(jìn)行分析評價，它在確定煤儲量基本參數(shù)方面具有明顯的優(yōu)勢，其主要目的是獲取儲層的評價參數(shù)。現(xiàn)場煤層測試壓力測試結(jié)果見表3。

表3 現(xiàn)場煤層測試壓力測試成果

3 隧道有害氣體危害性分析

3.1 隧道淺層天然氣危害性分析

雷口坡組、嘉陵江組灰?guī)r中巖溶發(fā)育，深部地層的天然氣易沿著構(gòu)造裂隙通道運(yùn)移至砂巖層中，當(dāng)受到上覆泥質(zhì)巖的阻隔后，便在砂巖孔隙、裂隙中儲存起來。由此可見，云霧山背斜核部的雷口坡與嘉陵江組地層有良好的儲氣環(huán)境。

根據(jù)有害現(xiàn)場檢測結(jié)果可知，ZK-云霧山-10鉆孔內(nèi)含有兩層煤層，由此檢測的甲烷濃度較高，而其余鉆孔內(nèi)均含有少量的甲烷，與該隧道的有害氣體背景相符。此外，檢測發(fā)現(xiàn)鉆孔ZK-云霧山-3中CO濃度高達(dá)98.2ppm，鉆孔ZK-云霧山-2中CO2濃度達(dá)41400ppm。

3.2 隧道煤層瓦斯危害性分析

對3個鉆孔不同深度取煤樣12組進(jìn)行室內(nèi)試驗，并進(jìn)行4次煤層瓦斯壓力測定。根據(jù)3孔有害氣體現(xiàn)場測試，4組煤樣品室內(nèi)分析結(jié)果，依照《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》附錄C絕對瓦斯涌出量計算方法對01煤1、01煤2、02煤1、04煤1進(jìn)行絕對瓦斯涌出量計算。計算結(jié)果見表4。

表4 絕對瓦斯涌出量計算結(jié)果

隧道穿越含煤地層位于云霧山背斜兩翼，東翼地層平緩，煤層埋藏較淺，煤層頂、底板及整個煤系圍巖均為低空隙性、低滲透性的泥質(zhì)巖，圍巖封閉性好，煤層瓦斯會相對聚集；西翼地層陡傾，煤層埋藏較淺，裂隙發(fā)育且連通性較好，瓦斯封閉條件較差，瓦斯大量聚集的可能性不大，存在煤與瓦斯突出的可能性不大。

綜合分析有害氣體儲集條件與試驗結(jié)果可知，穿越背斜核部雷口坡與嘉陵江組為低瓦斯段；須家河組煤層對縉云山隧道危害較大，為低瓦斯；須家河組非煤段為微瓦斯；進(jìn)出口段埋深淺，且無良好的油氣儲集環(huán)境也無煤層，為無瓦斯。當(dāng)然，施工中必須嚴(yán)格按照“煤礦安全規(guī)則”采取嚴(yán)密的安全措施，嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范設(shè)計、施工，做好應(yīng)急預(yù)案并加強(qiáng)檢測、監(jiān)測及通風(fēng)，加強(qiáng)瓦斯等有害氣體超前地質(zhì)預(yù)報確保施工安全。

4 結(jié)論

為檢測云霧山隧道施工中可能存在的有害氣體，對云霧山隧道進(jìn)行野外測試和室內(nèi)試驗分析，檢測分析結(jié)論如下：

（1）在ZK-云霧山-10鉆孔內(nèi)檢測的甲烷濃度較高，而其余鉆孔內(nèi)均含有少量的甲烷，鉆孔ZK-云霧山-3中檢測到濃度高達(dá)98.2ppm的CO，鉆孔ZK-云霧山-2中檢測到濃度高達(dá)41400ppm的CO2，需加強(qiáng)對有害氣體監(jiān)測與通風(fēng)。

（2）穿越背斜核部雷口坡與嘉陵江組為低瓦斯段；須家河組煤層對縉云山隧道危害較大，為低瓦斯；須家河組非煤段為微瓦斯；進(jìn)出口段埋深淺，且無良好的油氣儲集環(huán)境也無煤層，為無瓦斯。隧道施工時應(yīng)注意低瓦斯段，防止事故的發(fā)生。