TBM引水隧洞瓦斯處理方法研究與應(yīng)用

李曉兵李久源

(1.新疆額爾齊斯河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000；2.中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

0 引言

我國水資源空間分布不均衡嚴(yán)重制約著部分地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，跨區(qū)域調(diào)水工程是解決水資源分布不均的最有效方法之一，近年來我國引水隧洞數(shù)量持續(xù)增加，引水隧洞具有埋深大、距離長、地質(zhì)環(huán)境相對復(fù)雜等工程特點(diǎn)，已成為隧洞建設(shè)面臨的主要技術(shù)難題[1-2]。隧道掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine，TBM)因其掘進(jìn)速度快、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、掘進(jìn)安全、利于環(huán)保等技術(shù)優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于吉林引松工程、引黃入晉工程、引大濟(jì)湟工程等重大引水隧洞工程中[3-6]。

富水地層、軟弱地層及瓦斯等問題是導(dǎo)致TBM施工災(zāi)害事故的主要原因，這些災(zāi)害事故經(jīng)常會(huì)使機(jī)器磨損嚴(yán)重、卡機(jī)而影響施工進(jìn)度，甚至機(jī)毀人亡，造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，社會(huì)影響極為嚴(yán)重[7-8]。尤其是隧洞瓦斯易發(fā)生爆炸、燃燒等，發(fā)生事故時(shí)造成的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失更大[9]。

煤礦巷道、鐵路及公路隧道瓦斯處理施工技術(shù)已日益成熟，并形成了瓦斯隧道施工規(guī)范規(guī)程[10-11]。但在水利工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮隧洞線路要盡量避開煤層，因此在敞開式TBM設(shè)計(jì)制作采購時(shí)均按照非防爆設(shè)備考慮，相關(guān)配套設(shè)備設(shè)施等均為非防爆設(shè)備，且無相關(guān)的施工規(guī)范要求。在TBM施工隧洞出現(xiàn)瓦斯問題時(shí)，由于受TBM設(shè)備本身特性的影響，以及TBM隧洞施工條件限制，煤礦、鐵路及公路工程的成熟瓦斯施工技術(shù)無法直接應(yīng)用。蘭州市水源地建設(shè)TBM隧洞工程采用TBM自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和人工監(jiān)控共同實(shí)現(xiàn)對瓦斯的監(jiān)測，注意加強(qiáng)隧洞內(nèi)通風(fēng)。用風(fēng)筒或管子將有害氣體引至回風(fēng)流中。在TBM掘進(jìn)后，及時(shí)的對巖面進(jìn)行管片支護(hù)和灌漿處理[12]。萬家寨引黃工程在加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)的同時(shí)，通過TBM上安裝的有害氣體檢測儀檢驗(yàn)隧洞內(nèi)有害氣體濃度，當(dāng)有害氣體的濃度超標(biāo)時(shí)，立刻關(guān)閉TBM機(jī)器并組織施工人員撤離現(xiàn)場。通風(fēng)設(shè)備持續(xù)保持運(yùn)行[13]。針對TBM引水隧洞瓦斯處理難題，文章依托北疆某引水隧洞工程開展處理方法的研究和應(yīng)用，以為后續(xù)類似工程提供借鑒和參考。

1 TBM隧洞瓦斯處理方法

TBM瓦斯隧洞施工過程中，通風(fēng)尤其重要[14]。高效的通風(fēng)系統(tǒng)能夠很大程度降低瓦斯?jié)舛?、減少瓦斯聚集、保障施工安全。應(yīng)進(jìn)一步完善現(xiàn)有通風(fēng)供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立專用雙電源，使隧洞中保持獨(dú)立供電長期通風(fēng)。在隧洞施工過程中，TBM中所有設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境對于瓦斯?jié)舛鹊囊髴?yīng)當(dāng)＜3%，眼下對于已施工洞段的瓦斯監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)完成布置。此外，還布置了風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖等系統(tǒng)以保證設(shè)備正常運(yùn)行。對隧洞內(nèi)TBM設(shè)備工作面附近瓦斯溢出段以及TBM掘進(jìn)掌子面前方范圍的瓦斯實(shí)施鉆孔排放。最后在保證瓦斯監(jiān)測、風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖等系統(tǒng)工作正常，工作面任意位置處瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在＜0.3%的環(huán)境中使用TBM裝置完成含瓦斯段的掘進(jìn)支護(hù)。

1.1 TBM隧洞通風(fēng)系統(tǒng)

TBM隧洞宜采用壓入式供風(fēng)，將新鮮風(fēng)供到TBM作業(yè)面，使污風(fēng)從支洞排出。依據(jù)現(xiàn)場施工通風(fēng)情況和瓦斯?jié)舛葯z測報(bào)告結(jié)果，為了預(yù)防安裝房間的頂部、錯(cuò)車道、旁支洞等位置瓦斯聚集，增加布置了射流風(fēng)機(jī)、小功率風(fēng)機(jī)等設(shè)備適時(shí)通風(fēng)。針對TBM隧洞的真實(shí)環(huán)境，應(yīng)充分結(jié)合TBM設(shè)備供風(fēng)布置。為了保證掌子面的通風(fēng)條件，在人口刀箱、TBM上方和下方工作面3個(gè)部位布置軟風(fēng)筒。此外，應(yīng)帶打開TBM護(hù)盾后方的皮帶道上蓋，可以形成回風(fēng)瓦斯通路，進(jìn)一步預(yù)防瓦斯積聚。另外，必要的預(yù)防循環(huán)風(fēng)措施對隧洞安全通風(fēng)具有重大的意義。

1.2 TBM隧洞瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)

TBM隧洞瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)是自動(dòng)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)和人工采用便攜式瓦斯監(jiān)測儀器共同監(jiān)測隧洞內(nèi)瓦斯的濃度變化情況。兩者監(jiān)測的數(shù)值相互印證，可以避免誤報(bào)現(xiàn)象[15]。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)安裝調(diào)試完成投入運(yùn)行后，適時(shí)進(jìn)行隧洞內(nèi)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，并在洞口監(jiān)控室可以隨時(shí)查詢，給瓦斯治理工作提供了保障。同時(shí)，安裝風(fēng)電閉鎖及瓦斯電閉鎖后，根據(jù)適時(shí)監(jiān)測的瓦斯?jié)舛葘?shí)現(xiàn)供風(fēng)和供電與瓦斯?jié)舛茸詣?dòng)連鎖。

1.3 TBM隧洞瓦斯排放

在TBM引水隧洞中，TBM前方的刀盤部位占據(jù)了整個(gè)掘進(jìn)工作面正前方位置，TBM主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 TBM主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

TBM隧洞掘進(jìn)工作面空間狹小的特點(diǎn)增加了現(xiàn)場打鉆的難度。因此，無法在施工掘進(jìn)工作面正前方鉆孔，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際開挖揭露的地質(zhì)情況及地質(zhì)單位提供的地質(zhì)資料，結(jié)合根據(jù)現(xiàn)場打鉆條件，具體分析確定瓦斯探測分區(qū)及布孔情況，超前探孔設(shè)計(jì)為四周鉆孔。向外傾角應(yīng)控制在5°～15°，由于受現(xiàn)場TBM設(shè)備及已支護(hù)鋼支撐、鋼筋排及錨桿等的影響，具體孔距、傾角等應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整[16]。

在TBM引水隧洞中，要充分了解隧洞內(nèi)瓦斯壓力情況，進(jìn)行瓦斯壓力的測定，可以排出瓦斯突出的風(fēng)險(xiǎn)，對于隧洞內(nèi)瓦斯壓力的測定開孔位置選在洞壁完整的位置。(1)鉆孔長度應(yīng)該保證測壓所需要的封孔深度；(2)在施工時(shí)，要保證鉆孔平直以及鉆孔形狀的完整性。穿層測壓鉆孔應(yīng)進(jìn)入隧洞頂(底)板1 m，在隧洞壁特厚的位置，測壓鉆孔的孔深應(yīng)保持在1.5～3 m。在每次鉆孔施工結(jié)束后，立即用清水或壓風(fēng)進(jìn)行清孔，清除孔底沉淀物，以保證順利的鉆孔。(3)進(jìn)行封孔工作，封孔深度根據(jù)隧洞底板的巖性決定。采用硅酸鹽水泥、砂子、膨脹水泥等封孔材料，將水泥按一定比例倒入攪拌筒，充分?jǐn)嚢柚脸收吵頎顬橹?。由注漿泵將攪拌好的水泥砂漿泵入孔內(nèi)，待測壓管見漿液返出立即停泵(該項(xiàng)工作必須指定專人負(fù)責(zé))。瓦斯壓力測定及封孔工藝示意圖如圖2所示。按圖2所示的方式封孔測壓。

圖2 瓦斯壓力測定及封孔工藝示意圖

鉆孔封孔24 h后，水泥漿將固化達(dá)到一定強(qiáng)度，在測壓管端頭安裝球閥和壓力表，嚴(yán)格檢查并確保測壓管與球閥、球閥開關(guān)、球閥與壓力表接頭等位置處和不漏氣。準(zhǔn)確記錄讀數(shù)值，隧洞瓦斯壓力和透氣性大小決定了觀測時(shí)間的長短，觀測時(shí)間一般為20～30 d，如果3 d內(nèi)瓦斯壓力變化＜0.015 MPa，即可結(jié)束測壓工作。否則，應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行測壓。測得的最大壓力即被認(rèn)為是瓦斯壓力。

充分了解隧洞內(nèi)瓦斯壓力情況后，開始進(jìn)行探測鉆孔。鉆孔施工應(yīng)保證鉆孔平直、孔形完整。還應(yīng)該充分考慮鉆孔的環(huán)向孔距、鉆孔方位、孔深等因素。選擇合適的鉆機(jī)開始進(jìn)行鉆孔工作，待鉆孔完成后，退出鉆桿、鉆頭更換為大直徑鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔深度5～8 m。擴(kuò)孔完成后再次退出鉆桿、鉆頭，為防止孔口塌孔和減少后期搬鉆、穩(wěn)鉆等工作量，將5～8 m孔口管連接牢固后使用鉆機(jī)推送至擴(kuò)孔段最前端，如果孔圍巖條件不好，孔口破碎，或者孔內(nèi)塌孔，需要套管跟進(jìn)，在該段范圍內(nèi)設(shè)套管，防止塌孔。之后退出所有鉆桿，更換小直徑鉆頭透孔，確保瓦斯鉆孔排放效果。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

北疆某引水隧洞工程某標(biāo)段，隧洞總長度為17.2 km，設(shè)置有1座豎井和1個(gè)支洞，該隧洞施工采用了TBM法和鉆爆法兩種工法。TBM法是主要施工方法，以豎井為界劃分為TBM11-1(5.255 km)和TBM11-2(10.377 km)兩個(gè)開挖段，掘進(jìn)總長達(dá)15.632 km。采用1臺(tái)開挖直徑為7 m的敞開式TBM進(jìn)行施工，設(shè)備總長為215 m。

在進(jìn)行TBM11-1段掘進(jìn)施工，TBM掘進(jìn)施工至KS265+279樁號(hào)時(shí)，掌子面出現(xiàn)垮塌，1＃皮帶受垮塌影響壓停無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，TBM設(shè)備配置的瓦斯監(jiān)測儀瞬時(shí)報(bào)警，顯示瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)114%LEL(體積比5.7%)，已達(dá)到瓦斯爆炸的濃度界限(5%～16%)，立即停止施工作業(yè)，組織人員撤離并斷電。

2.2 地質(zhì)條件

該段出露巖性以碳質(zhì)砂巖(其分布如圖3所示)為主，夾炭質(zhì)頁巖，裂隙多發(fā)育，部分裂面光滑，發(fā)育約1 mm黑亮的鈣質(zhì)、硅質(zhì)薄膜，層間結(jié)合力差，巖壁受碳質(zhì)砂巖夾層和裂隙發(fā)育影響，掘進(jìn)后受推力擠壓，未出露護(hù)盾部位發(fā)生局部塌腔，塌腔深度約80 cm，未見地下水出露，巖石完整性及穩(wěn)定性差，有甲烷氣體溢出，根據(jù)設(shè)備甲烷檢測儀器顯示瞬時(shí)報(bào)警值達(dá)到114%LEL(按照體積換算為5.7%VOL，規(guī)范要求≤1%)，該段圍巖整體為IV類圍巖。

圖3 碳質(zhì)頁巖分布情況圖

2.3 施工通風(fēng)

結(jié)合工程現(xiàn)場的實(shí)際情況，對隧洞進(jìn)行了通風(fēng)系統(tǒng)的布置。采用壓入式供風(fēng)，在支洞口設(shè)置一套2×132 kW風(fēng)機(jī)用于TBM11-1段供風(fēng)，該風(fēng)機(jī)最大供風(fēng)量為46.4 m3/s、最大風(fēng)壓為4 250 Pa；局部增設(shè)SLFJ100-2T防爆射流風(fēng)機(jī)，通過計(jì)算風(fēng)速可達(dá)到0.8 m/s，風(fēng)壓、供風(fēng)量等均滿足規(guī)范要求。通過直徑為2.2 m的抗靜電、阻燃的風(fēng)筒將將新鮮風(fēng)壓入TBM后配套11＃臺(tái)車尾部，通過配置2×45 kW接力風(fēng)機(jī)將新鮮風(fēng)供到TBM作業(yè)面，污風(fēng)從支洞排出。施工通風(fēng)布置示意圖如圖4所示。

圖4 施工通風(fēng)布置示意圖

這種施工通風(fēng)布置容易在接力風(fēng)機(jī)部位形成循環(huán)風(fēng)，對此需采取相應(yīng)的預(yù)防措施。保持接力風(fēng)機(jī)與壓入式供風(fēng)風(fēng)筒出風(fēng)口的距離約為50 cm，采用風(fēng)筒將壓入式供風(fēng)出風(fēng)口與接力風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行封閉連接。根據(jù)壓入式供風(fēng)出風(fēng)口及接力風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的尺寸，提前加工了連接風(fēng)筒，并確保其透氣性完好。將加工好的風(fēng)筒運(yùn)輸至TBM后配套11＃臺(tái)車尾部，將風(fēng)筒對應(yīng)壓入式供風(fēng)出風(fēng)口及接力風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行安裝、固定，以保證壓入式供風(fēng)與接力風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口相連接，防止接力風(fēng)機(jī)吸入污風(fēng)，并將污風(fēng)再次供至工作面。以上措施可以有效的避免循環(huán)風(fēng)的形成。

另外，為了保證通風(fēng)穩(wěn)定可靠，風(fēng)筒吊掛平直、困扎牢固不漏風(fēng)。使風(fēng)筒距離TBM護(hù)盾最近的出風(fēng)口在操作室處(距離TBM護(hù)盾尾部約為20 m)，采用直徑為1.2 m的軟風(fēng)筒將風(fēng)筒口接引至以下3處:進(jìn)人口刀箱內(nèi)、TBM上部工作面、TBM下部工作面，同時(shí)保持TBM護(hù)盾后部的皮帶道上蓋口敞開，形成回風(fēng)瓦斯通路，防止瓦斯積聚。

2.4 瓦斯監(jiān)控監(jiān)測

工程施工隧洞的瓦斯監(jiān)測主要對象為CH4氣體，隧洞內(nèi)CH4氣體的濃度變化情況通過自動(dòng)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)及人工使用便攜式瓦斯監(jiān)測儀器共同監(jiān)測，將兩者監(jiān)測的數(shù)值相印證，避免誤報(bào)現(xiàn)象。

隧洞的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)采用KJ999X煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，地面設(shè)備包括主備服務(wù)器、地面核心交換機(jī)、電源避雷器、打印機(jī)、不間斷電源、KJ999X系統(tǒng)主軟件。洞內(nèi)設(shè)備主要包括防爆交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)、分站、電源箱、傳輸線路及各種類型傳感器等。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)由洞口值班監(jiān)控人員24 h不間斷監(jiān)控，電工班組或系統(tǒng)服務(wù)廠家技術(shù)員負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)工作，定期檢查對監(jiān)控線路、主機(jī)、分站、傳感器等元件進(jìn)行定期檢查并確保其完好性。

另外，配置3名專職瓦檢員，進(jìn)行輪流值班，保證24 h人工瓦斯檢測，與自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)相互印證。工作人員在本隧洞中采用干涉式甲烷測定器，并通過5點(diǎn)監(jiān)測法對CH4氣體進(jìn)行監(jiān)測。取隧洞的頂部、腰部兩側(cè)、底部兩側(cè)距巷道周邊200 mm處5個(gè)位置中最大濃度為該處瓦斯?jié)舛?。重點(diǎn)對掌子面前0.5～1 m處的斷面中進(jìn)行檢測，對距回風(fēng)口往掌子面15 m斷面中進(jìn)行回風(fēng)檢測，對壓入式風(fēng)機(jī)入口處進(jìn)行進(jìn)風(fēng)檢測。對于洞室、總回風(fēng)、進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)、掌子面等位置每2 h檢測一次，掌子面出渣時(shí)每1 h檢測一次。另外，本隧洞還安裝了風(fēng)電閉鎖及瓦斯電閉鎖設(shè)備，根據(jù)適時(shí)監(jiān)測的瓦斯?jié)舛葘?shí)現(xiàn)了供風(fēng)和供電與瓦斯?jié)舛茸詣?dòng)連鎖。

2.5 瓦斯鉆孔排放

根據(jù)工程現(xiàn)場實(shí)際開挖揭露地質(zhì)情況及地質(zhì)單位提供地質(zhì)資料，結(jié)合現(xiàn)場只能向四周鉆孔的實(shí)際鉆孔條件，具體瓦斯探測分區(qū)及布孔情況如下:

該隧洞瓦斯探測孔分為3個(gè)區(qū)，1＃及2＃區(qū)為探明已揭露段煤層及瓦斯含量情況，3＃區(qū)為探明目前掌子面前方20 m煤層及瓦斯含量情況。具體分區(qū)情況如圖5所示。

圖5 探測分區(qū)布置示意圖

每個(gè)區(qū)實(shí)施超前探測布孔，選用ZLJ-700鉆機(jī)和ZDY1600鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆孔，鉆孔直徑為Φ89 mm，鉆孔深度滿足了穿過煤層10～15 m的要求。鉆孔的開孔位置選在了巖石(煤壁)完整的地點(diǎn)，并按照環(huán)向間距1.0 m進(jìn)行控制，由于受現(xiàn)場TBM設(shè)備及已支護(hù)鋼支撐、鋼筋排及錨桿等的影響，具體孔距、傾角等根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)整。具體瓦斯探測布孔如圖6、7所示。

圖6 探測孔平面布置示意圖

現(xiàn)場實(shí)施測壓孔4個(gè)，其中2個(gè)孔壓力為0 MPa、1個(gè)孔壓力為0.002 MPa、1個(gè)孔壓力為0.175 MPa、壓力最大為0.175 MPa；通過瓦斯壓力測定，排出瓦斯突出的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)確定的瓦斯鉆孔排放方案，通過超前鉆孔，釋放巖層中瓦斯，并通風(fēng)將瓦斯稀釋排放至洞外，減少了掌子面前方巖層中瓦斯的含量，為TBM恢復(fù)正常掘進(jìn)創(chuàng)造條件。

圖7 探測孔布置立面示意圖

2.6 TBM掘進(jìn)和支護(hù)施工

在瓦斯鉆孔排放完成后，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測隧洞內(nèi)瓦斯?jié)舛染?.3%，開始恢復(fù)TBM掘進(jìn)施工，在掘進(jìn)過程中瓦斯?jié)舛日?。TBM掘進(jìn)施工遵循的原則為“短進(jìn)尺、勤換步、早封閉、強(qiáng)支護(hù)、初期支護(hù)務(wù)必一次到位”。在掘進(jìn)期間，及時(shí)調(diào)整TBM開挖掘進(jìn)時(shí)的參數(shù)，并根據(jù)開挖掘進(jìn)情況適時(shí)采取措施，如有針對性的進(jìn)行調(diào)向、對巖性較軟弱的巖體進(jìn)行注漿，防止TBM在軟弱不均地層中開挖掘進(jìn)方向出現(xiàn)的偏差超限。對于承載力比較低的隧洞洞壁，可能不足以承擔(dān)撐靴反力，因此可以使用聯(lián)合支護(hù)方式(噴錨網(wǎng)+鋼拱+灌注混凝土)對撐靴處進(jìn)行加固處理后再進(jìn)行掘進(jìn)。

隧洞支護(hù)施工采取了“先注漿后安裝錨桿”的工藝。有軌罐車將混凝土運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢煤?，然后采取濕式噴射方法由TBM自帶的噴射系統(tǒng)進(jìn)行本隧洞的注漿支護(hù)。。鋼支撐采用HW150型鋼，是由加工單位按照施工設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诩庸S加工完成的。平板車在到達(dá)洞內(nèi)安裝洞后，采用橋機(jī)吊裝到內(nèi)燃機(jī)車物料運(yùn)輸車上，之后由有軌車運(yùn)進(jìn)隧洞內(nèi)組裝使用，采用橋機(jī)吊裝到內(nèi)燃機(jī)車物料運(yùn)輸車上，通過有軌運(yùn)輸運(yùn)至工作面，最后采用TBM自帶的鋼架安裝器進(jìn)行安裝。

按照原設(shè)計(jì)，采用“L”型鎖腳(鎖定)錨桿，但是考慮到“L”型錨桿的彎鉤部分與鋼支撐的需要借助電焊連接，由于瓦斯氣體的存在，不能進(jìn)行焊接作業(yè)，為了安全起見，采用裝配式連接方法組裝“L”型錨桿的彎鉤部分和鋼支撐。安裝工序?yàn)?1)將厚度為1 cm的、預(yù)先留有腰孔“耳板”采用電焊方式連接到鋼支撐上；(2)將鋼支撐、“耳板”、錨桿用螺栓進(jìn)行整體固定。具體如圖8所示，原設(shè)計(jì)鋼支撐之間采用C22的聯(lián)系鋼筋連接，聯(lián)系鋼筋需要焊接，在瓦斯段嚴(yán)禁動(dòng)火作業(yè)，且根據(jù)施工方法瓦斯段按照軟巖不良地質(zhì)段掘進(jìn)施工，采用HW125型鋼按照裝配式連接固定鋼支撐[17]。

圖8 鎖腳(鎖定)錨桿與鋼支撐的連接示意圖

對于圍巖較松散、穩(wěn)定性較差的洞段，采用聯(lián)合支護(hù)方式，即用鋼筋排與鋼拱架預(yù)先固定，然后噴射混泥土，支護(hù)的范圍拱頂＜200°。當(dāng)施工的洞段存在瓦斯氣體時(shí)，需要用扎絲對鋼筋綁接，鋼支撐在洞外加工完畢，其翼邊等間距0.5 m的焊接C16短接鋼筋(總長為10 cm、外露3～5 cm)。沿焊接的短鋼筋采用A8的圓鋼隨分節(jié)鋼支撐焊接成弧，在鋼支撐安裝到位后，采用扎絲將鋼筋排與A8的圓鋼固定，具體如圖9、10所示。

圖9 鋼筋排與鋼支撐的連接示意圖

圖10 鋼筋排與鋼支撐的連接平面示意圖

2.7 停(復(fù))工標(biāo)準(zhǔn)及流程

TBM刀箱及頂護(hù)盾下瓦斯?jié)舛冉档偷剑?.5%，其它任意處瓦斯?jié)舛龋?.3%時(shí)施工；TBM設(shè)備任意帶電處瓦斯?jié)舛龋?.5%時(shí)，停工、斷電；加強(qiáng)通風(fēng)；當(dāng)洞內(nèi)任意處瓦斯?jié)舛冉档偷剑?.3%時(shí)復(fù)工。

3 結(jié)論

針對TBM引水隧洞瓦斯處理難題，以北疆某TBM引水隧洞工程為例，通過參照煤礦、鐵路及公路瓦斯隧洞施工規(guī)范，結(jié)合水利工程敞開式TBM隧洞施工特點(diǎn)，對適用于TBM施工隧洞的瓦斯處理方法進(jìn)行了系統(tǒng)地研究和分析，總結(jié)形成了一套適用于水利工程TBM施工隧洞的瓦斯處理方法，主要得出以下結(jié)論:

(1)在瓦斯隧洞施工時(shí)，高效的通風(fēng)系統(tǒng)能夠很大程度降低瓦斯?jié)舛?、減少瓦斯聚集、保障施工安全施工通風(fēng)尤為關(guān)鍵，必須加強(qiáng)施工通風(fēng)。針對TBM隧洞，應(yīng)充分結(jié)合TBM設(shè)備進(jìn)行供風(fēng)布置，加強(qiáng)防止循環(huán)風(fēng)措施，對隧洞安全通風(fēng)具有重要意義。

(2)做好隧洞瓦斯監(jiān)測工作，采用自動(dòng)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)與人工監(jiān)測進(jìn)行隧洞內(nèi)瓦斯監(jiān)測，適時(shí)掌握隧洞內(nèi)瓦斯?jié)舛惹闆r，保證施工安全。風(fēng)電閉鎖及瓦斯電閉鎖設(shè)備可根據(jù)適時(shí)監(jiān)測的瓦斯?jié)舛葘?shí)現(xiàn)了供風(fēng)和供電與瓦斯?jié)舛茸詣?dòng)連鎖。

(3)采用瓦斯探測鉆孔排放，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際開挖揭露地質(zhì)情況及地質(zhì)單位提供地質(zhì)資料，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工條件，合理地進(jìn)行探測鉆孔的鉆探和規(guī)劃，提前將煤巖中瓦斯排出，減少煤巖中瓦斯含量。另外，要充分了解隧洞內(nèi)瓦斯壓力情況，通過瓦斯壓力測定，可以排出瓦斯突出的風(fēng)險(xiǎn)，能夠?yàn)門BM順利安全掘進(jìn)創(chuàng)造條件。

(4)在瓦斯鉆孔排放完成后，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測隧洞內(nèi)瓦斯?jié)舛染?.3%，開始恢復(fù)TBM掘進(jìn)施工。