淺談思南縣沙壩水庫(kù)三洋溪取水隧洞出口段瓦斯治理措施

徐凱

摘? 要：在我省的中小型水利工程隧洞施工中，遇到瓦斯的情況并不多見(jiàn)，因此一旦遇到后可以提供借鑒的治理程序和方式也不充裕。通過(guò)沙壩水庫(kù)三洋溪隧洞從發(fā)現(xiàn)瓦斯到委托檢測(cè)、選定單位、實(shí)施治理、驗(yàn)收合格的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析，不僅確保了程序合規(guī)，實(shí)施過(guò)程安全，并且還降低投資，給后期其它中小型水利工程遇到類似問(wèn)題提供了較為完整的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：沙壩水庫(kù);隧洞;瓦斯;檢測(cè);治理

中圖分類號(hào)：TV554??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? 文章編號(hào)：2096-6903（2021）02-0000-00

1工程概況

思南縣沙壩水庫(kù)壩址位于銅仁市思南縣馬河壩村境內(nèi)，地處烏江中上游一級(jí)支流相思溪河上，是一座以城鎮(zhèn)供水為主的水利樞紐工程。壩址距思南縣城33km，遵義市182km，貴陽(yáng)市318km。其中杭瑞高速思遵段通過(guò)壩址附近，工程附近有鄉(xiāng)村公路通過(guò)，工程對(duì)外交通較方便。工程任務(wù)是向思南縣雙塘工業(yè)園區(qū)供水。

工程主要由混凝土面板堆石壩、代家溝攔水壩、提水泵站、供水管道及取水隧洞等組成，最大壩高64.7m。本工程等別為IV等工程，工程規(guī)模為小（1）型。壩址以上流域面積8.5 km，多年平均流量為0.16m/s。水庫(kù)正常蓄水位為660.00m，興利庫(kù)容411萬(wàn)m，校核洪水位662.52m，總庫(kù)容469萬(wàn)m。

其中三洋溪取水隧洞全長(zhǎng)2.867km，隧洞坡降為i=1/2000，隧洞斷面型式為門洞型，開(kāi)挖斷面高3m、寬2.6m。

取水隧洞工程出口段位于思南縣雙龍鎮(zhèn)，雙龍鎮(zhèn)位于黔北高原東部，武陵山脈南西緣，地勢(shì)南西高北東低，以構(gòu)造侵蝕地貌為主，總體為中低山溝谷地貌。取水隧洞東～西向穿越山體，從沙壩水庫(kù)工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造圖來(lái)看，取水隧洞位于英武溪背斜和紅坳向斜之間。

2瓦斯的發(fā)現(xiàn)及檢測(cè)結(jié)果

2016年5月13日，在隧洞出口段樁號(hào)K2+377（開(kāi)挖進(jìn)尺480m）處，鉆孔過(guò)程中施工人員發(fā)現(xiàn)有輕微的異常氣味從孔內(nèi)溢出，于是暫停施工用礦泉水瓶將氣體裝至外面檢查，經(jīng)在瓶口點(diǎn)火發(fā)現(xiàn)氣體能燃燒（見(jiàn)下圖1）。

隨即，施工方向監(jiān)理、業(yè)主經(jīng)匯報(bào)后，由思南縣水務(wù)局下達(dá)了停工通知，要求隧洞出口段停止一切施工作業(yè)，并保證洞內(nèi)24h通風(fēng)及安排專人24h在現(xiàn)場(chǎng)離洞口50m外地點(diǎn)值班，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入。

2016年5月21日，受工程業(yè)主方的委托，貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院組織專業(yè)人員對(duì)隧洞內(nèi)氣體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣檢測(cè)，結(jié)果如下表1所示。

檢測(cè)結(jié)論：從氣體檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，通過(guò)通風(fēng)能夠稀釋隧洞掌子面的可燃?xì)怏w。但炮孔中的瓦斯?jié)舛容^高，均在瓦斯爆炸極限5-16%范圍內(nèi)。在局部地點(diǎn)可能會(huì)造成瓦斯積聚，造成局部地點(diǎn)瓦斯燃燒、爆炸或窒息，在放炮掘進(jìn)過(guò)程中瓦斯涌出可能性增大，極易造成瓦斯燃燒、爆炸或窒息，在今后的施工過(guò)程中必須加強(qiáng)瓦斯治理。

根據(jù)《思南縣沙壩水庫(kù)工程三洋溪取水隧洞設(shè)計(jì)圖》的地質(zhì)情況描述：

樁號(hào)2+818.53～2+738.53段為隧洞洞身段，出露地層為二疊系上統(tǒng)（P）上部為淺灰、灰黑色中厚到厚層燧石灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r及瀝青灰?guī)r;下部為灰、深灰黑色厚薄交錯(cuò)的燧石灰?guī)r，間夾黑色硅質(zhì)巖及頁(yè)巖;底部粘土巖中含煤，巖層產(chǎn)狀95-110∠40-54，洞線走向與巖層走向的交角約70-90，隧洞埋深為22-86m，地下水位處于頂板附近，地下水活動(dòng)中等，圍巖以Ⅲ類為主，遇巖溶段按V類考慮。建議物理力學(xué)參數(shù)：Ⅲ類圍巖石f=4～6、K=20～30MPa/cm，V類：f=0.5～1、K=1～2MPa/cm。

樁號(hào)2+738.53～2+239.92段為隧洞洞身段，出露地層為二疊系中下統(tǒng)（Pl-P）灰色灰?guī)r，底部為粘土巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、石英砂巖，含少量煤，巖層產(chǎn)狀100-120∠30-34，洞線走向與巖層走向的交角約80-90，隧洞埋深為86-274m，地下水位較高，遠(yuǎn)高于隧洞頂板，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，圍巖以Ⅲ類為主，遇巖溶段按V類考慮。建議物理力學(xué)參數(shù)：Ⅲ類圍巖石f=4～6、K=20～30MPa/cm，V類：f=0.5～1、K=1～2MPa/cm。

樁號(hào)2+239.92～1+262.09段為隧洞洞身段，出露地層為志留系中上統(tǒng)韓家店群（Shn）雜質(zhì)泥頁(yè)巖，巖層產(chǎn)狀90-100∠23-34，洞線走向與巖層走向的交角約65-85，隧洞埋深為123-387m，地下水位較高，遠(yuǎn)高于隧洞頂板，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，圍巖類別屬Ⅳ類。建議物理力學(xué)參數(shù)：Ⅳ類圍巖石f=1.5～2、K=2～5MPa/cm。

同時(shí)，貴州省煤礦設(shè)計(jì)院根據(jù)貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院提供的《貴州省思南縣沙壩水庫(kù)工程取水隧洞綜合地質(zhì)圖》提出如下建議：現(xiàn)輸水隧洞出口段施工至樁號(hào)K2+337，開(kāi)挖進(jìn)尺480m，正好穿過(guò)紅坳向斜軸部附近的二疊系中下統(tǒng)梁山組、棲霞組和茅口組（Pl-Pq+m），在施工過(guò)程中瓦斯涌出異常。紅坳向斜軸部附近的二疊系中下統(tǒng)梁山組、棲霞組和茅口組（Pl-Pq+m）為含煤地層，為瓦斯災(zāi)害治理的重點(diǎn)區(qū)域，在該段進(jìn)行施工時(shí)，必須充分掌握隧洞前方巖（煤）層性質(zhì)、產(chǎn)狀、斷層褶皺等地質(zhì)構(gòu)造和巖溶發(fā)育情況及地層、地質(zhì)構(gòu)造和瓦斯參數(shù)等資料。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，現(xiàn)隧洞出口段施工還剩余170m左右穿過(guò)紅坳向斜軸部附近的二疊系中下統(tǒng)梁山組、棲霞組和茅口組（Pl-Pq+m）。因此，治理的重點(diǎn)區(qū)域?yàn)檫@170m，建議治理過(guò)程中采用先地勘鉆孔探明前方地質(zhì)情況后再實(shí)施洞挖的方式，方案中的地勘鉆孔確定為沿隧洞樁號(hào)不小于200m，不僅可以勘測(cè)前方地質(zhì)情況，也對(duì)前方瓦斯賦存情況進(jìn)行探明。省煤礦設(shè)計(jì)院編制了《思南縣沙壩水庫(kù)三洋溪取水隧洞瓦斯治理專項(xiàng)方案》，作為后續(xù)瓦斯治理專業(yè)隊(duì)伍競(jìng)爭(zhēng)性談判方案比選及實(shí)施過(guò)程中的指導(dǎo)文件。

3治理過(guò)程

3.1選擇有資質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍

根據(jù)煤礦設(shè)計(jì)院的瓦斯治理專項(xiàng)方案的建議，結(jié)合政府相關(guān)主管部門的安全要求，由于原中標(biāo)施工單位無(wú)瓦斯治理的資質(zhì)，經(jīng)業(yè)主方請(qǐng)示上級(jí)主管部門后，同意以原中標(biāo)施工方為主體通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性談判的方式選擇一家有瓦斯隧洞施工資質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍，作為原中標(biāo)施工方的合作方共同承擔(dān)瓦斯段的勘察、洞挖工作。

3.2設(shè)備、系統(tǒng)的改裝

在施工方選定有資質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍后，根據(jù)煤礦院專項(xiàng)方案的相關(guān)要求建立了瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)（瓦檢員還配備了便攜式瓦檢儀實(shí)行“一炮三檢”）、人員定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)等安全系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了改造完善，對(duì)洞內(nèi)所使用的電纜、鉆、裝、運(yùn)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了防爆改裝。

3.2.1瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)

選用KJ90NB煤礦一體化安全監(jiān)控系統(tǒng)一套，配備相應(yīng)的監(jiān)控分站和傳感器。該系統(tǒng)包括以下主要功能：數(shù)據(jù)采集功能、報(bào)警及控制功能、存儲(chǔ)和查詢功能等，能對(duì)甲烷、風(fēng)速、溫度、硫化氫、CO濃度等采集、顯示及報(bào)警功能。

3.2.2人員定位系統(tǒng)

選用KJ251型人員定位管理系統(tǒng)一套，配備相應(yīng)的識(shí)別卡、讀卡器、人員定位分站、電源箱及人員定位管理系統(tǒng)等。該系統(tǒng)包括以下主要功能：對(duì)洞內(nèi)人員可實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè);位置自動(dòng)顯示、能準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)洞內(nèi)及某個(gè)區(qū)域的人員數(shù)量;可實(shí)時(shí)跟蹤查詢、打印當(dāng)前及某時(shí)間段洞內(nèi)人員數(shù)量、活動(dòng)軌跡及分布情況等。

3.2.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為實(shí)時(shí)掌握洞內(nèi)外的工作狀態(tài)，配備一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，直觀的掌握洞內(nèi)各監(jiān)控點(diǎn)的工作狀態(tài)。

3.2.4通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)

為方便洞內(nèi)外人員聯(lián)系，安裝一套耦合電話，配備2臺(tái)電話機(jī)、一臺(tái)耦合、400m傳輸電纜，電話機(jī)分別安裝在洞口值班室和洞內(nèi)回車硐室中。

全部設(shè)備安（改）裝完成后，施工方向原下達(dá)停工通知的縣水務(wù)局提出復(fù)工申請(qǐng)。經(jīng)縣水務(wù)局組織縣安監(jiān)局、項(xiàng)目業(yè)主、設(shè)計(jì)單位（包括省水利設(shè)計(jì)院及省煤礦設(shè)計(jì)院）、監(jiān)理、施工（包括合作方）共同召開(kāi)復(fù)工驗(yàn)收會(huì)議。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)共同檢查，認(rèn)為施工方準(zhǔn)備工作充分，改裝的設(shè)備及增加的監(jiān)控系統(tǒng)等滿足瓦斯隧洞的施工要求，同意恢復(fù)施工。

3.3實(shí)施情況

根據(jù)煤礦設(shè)計(jì)院方案的要求，在洞挖施工前必須先進(jìn)行鉆孔勘探工作。按每循環(huán)鉆探60m后再開(kāi)挖40m 再鉆探的程序進(jìn)行，勘探孔每循環(huán)在掌子面上布置5個(gè)孔，正中孔（圖中的探測(cè)鉆孔1）并取芯，鉆孔孔徑Φ75。見(jiàn)下圖2所示。

每循環(huán)鉆孔完成后對(duì)施工方提出勘察報(bào)告，對(duì)孔內(nèi)是否需要進(jìn)行專門的瓦斯排放措施、是否具備洞挖鉆爆條件提出建議。每循環(huán)探測(cè)鉆孔結(jié)束后開(kāi)始洞挖前，監(jiān)理均組織業(yè)主、施工三方進(jìn)入掌子面實(shí)測(cè)瓦斯?jié)舛?，?dāng)掌子面瓦斯?jié)舛刃∮?.5%時(shí)方可同意進(jìn)行洞挖作業(yè)。按專項(xiàng)方案的要求，需在隧洞出口樁號(hào)K2+377～K2+177段進(jìn)行六輪地質(zhì)勘察工作，每輪施工地質(zhì)勘察鉆孔5個(gè)，控制掌子面前方60m范圍，確定無(wú)較大瓦斯隱患后保留20m向前開(kāi)挖40m，以此類推。

2017年12月5日～9日，在樁號(hào)K2+377處進(jìn)行了第一輪地質(zhì)補(bǔ)勘工作，共施工勘察鉆孔5個(gè)，其中取芯鉆孔1個(gè)、不取芯鉆孔4個(gè)，總進(jìn)尺300m，鉆孔過(guò)程中孔內(nèi)僅有少量瓦斯涌出;

2018年1月6日～9日，在樁號(hào)K2+337處進(jìn)行了第二輪地質(zhì)補(bǔ)勘工作，共施工勘察鉆孔5個(gè)，其中取芯鉆孔1個(gè)、不取芯鉆孔4個(gè)，鉆孔工程量總進(jìn)尺300m，鉆孔過(guò)程中孔內(nèi)瓦斯最大涌出量為2.9%;

2018年1月26日～29日，在樁號(hào)K2+297處進(jìn)行了第三輪地質(zhì)補(bǔ)勘工作，共施工勘察鉆孔5個(gè)，其中取芯鉆孔1個(gè)、不取芯鉆孔4個(gè)，鉆孔工程量總進(jìn)尺300m，鉆孔過(guò)程中孔內(nèi)瓦斯最大涌出量為5.3%，掌子面瓦斯最高達(dá)3.6%;

2018年3月10日～13日，在樁號(hào)K2+257處進(jìn)行了第四輪地質(zhì)補(bǔ)勘工作，共施工勘察鉆孔5個(gè)，其中取芯鉆孔1個(gè)、不取芯鉆孔4個(gè)，鉆孔工程量總進(jìn)尺300m，鉆孔過(guò)程中孔內(nèi)瓦斯最大涌出量為1.4%，掌子面瓦斯最高達(dá)1.35%;

2018年3月29日～31日，在樁號(hào)K2+217處進(jìn)行了第五輪地質(zhì)補(bǔ)勘工作，共施工勘察鉆孔5個(gè)，其中取芯鉆孔1個(gè)、不取芯鉆孔4個(gè)，鉆孔工程量總進(jìn)尺300m，鉆孔過(guò)程中孔內(nèi)瓦斯最大涌出量為2.1%，掌子面瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)0.75%;

2018年4月12日～15日，在樁號(hào)K2+177處進(jìn)行了第六輪地質(zhì)補(bǔ)勘工作，共施工勘察鉆孔5個(gè)，其中取芯鉆孔1個(gè)、不取芯鉆孔4個(gè)，鉆孔工程量總進(jìn)尺300m，鉆孔過(guò)程中孔內(nèi)基本無(wú)瓦斯涌出，掌子面瓦斯降至0.2%;

2018年4月18日，經(jīng)確認(rèn)洞挖已穿越原推測(cè)的含煤地層后，由縣水務(wù)局再次組織縣安監(jiān)局、項(xiàng)目業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位共同進(jìn)行瓦斯段治理工作的驗(yàn)收，驗(yàn)收組一致認(rèn)為治理工作取了明顯的效果，在施工過(guò)程中未發(fā)生安全事故。后續(xù)的洞挖施工雖然已穿越含煤段地層，但治理過(guò)程中所使用的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)仍然繼續(xù)使用，并要求施工方繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，確保工程剩余的洞挖工作安全可控。

4結(jié)語(yǔ)

思南縣沙壩水庫(kù)三洋溪隧洞的瓦斯段治理工作從發(fā)現(xiàn)瓦斯到最后治理結(jié)束，經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間。期間為了慎重起見(jiàn)，業(yè)主方多次咨詢各級(jí)主管部門并帶領(lǐng)參建各方到類似項(xiàng)目進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，確保工程建設(shè)程序合規(guī)和實(shí)施治理過(guò)程的安全，并力求降低投資，這也為以后其它項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中遇到類似的問(wèn)題提供了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

Discussion on Gas Control Measures in the Outlet Section of Sanyangxi Water Intake Tunnel of Shaba Reservoir in Sinan County

XU Kai

（Guizhou Qianshui Engineering Supervision Co.， Ltd.， Guiyang Guizhou? 550002）

Abstract： In the construction of tunnels of small and medium water conservancy projects in our province， it is rare to encounter gas. Therefore， once encountered， there are not enough treatment procedures and methods that can be used for reference. Through the analysis of the entire process from the discovery of gas to the commissioned inspection， the selection of units， the implementation of treatment， and the acceptance of the Sanyangxi Tunnel of the Shaba Reservoir， it not only ensures the compliance of the procedures， the safety of the implementation process， but also reduces the investment. Water conservancy projects encountered similar problems and provided a relatively complete experience.

Keywords： Shaba Reservoir; tunnel; gas; detection; treatment