高速公路瓦斯隧道的施工安全控制

曹 優 蘭

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

渝廣高速華鎣山隧道屬特長隧道，設計為雙洞六車道，隧道左線(ZK23+467～ZK28+485)全長 5 018 m，右 線 (K23+467～K28+467) 全 長5 000 m，總體走向約298°，為雙向隧道，兩線相距16～30 m，隧道凈空高度為8 m，寬度達12.5 m。隧道縱坡設計為“人”字坡，進口端為0.507%的上坡，出口端為1.993%的上坡。

隧道洞身圍巖為Ⅲ、Ⅴ、Ⅳ類圍巖，其中IV、V類圍巖占隧道總長的75%，隧道穿越斷裂構造、巖溶、巖溶水、煤層等不良地質和特殊地質地層，隧道中部為煤與瓦斯突出洞段，巖溶及巖溶水發育，隧道施工存在極大的安全風險。

2 安全風險分析

隧道施工通過高瓦斯工區時，易造成瓦斯局部富集，施工中可能發生瓦斯燃燒或爆炸事故；在其通過煤層煤與瓦斯突出危險工區時，可能發生煤與瓦斯突出的事故；隧道通過自然煤層工區時，施工中易發生煤層自然、煤塵爆炸事故；同時，隧道通過溶隙和溶洞工區時，因溶隙和溶洞內有天然氣積聚，施工中易造成瓦斯爆炸及H2S中毒等安全事故。

隧道施工通過高壓富水斷層帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶、高壓富水充填性溶腔溶洞、煤礦采空區時可能會發生涌突水、突泥災害事故。隧道施工通過軟巖、斷層破碎帶及其影響帶、采空區段時易發生變形塌方。

經安全風險評估，華鎣山隧道施工安全風險為Ⅳ級(極高風險)，因此，瓦斯安全控制對該隧道施工尤為關鍵。根據該工程的實際情況，從檢測預報、通風供電、設備配置、施工方案等多方面采取了諸多安全控制措施，預防了安全事故的發生，為隧道順利施工提供了保障。

3 所采用的安全控制措施

3.1 超前地質預報

本隧道施工設置了專業地質預報組，以地質素描法、TSP地震波法、地質雷達、地質水平鉆探相結合的綜合手段對前方圍巖情況進行探測，對掌子面前方的隧道圍巖進行長期、中期及短期預報。通過長、中、短期預報提高了預報的準確度，對異常地質情況及時采取了相應的防治手段。

對于本隧道地質情況較差段的每個開挖循環均進行了地質素描，根據地質素描對前方圍巖進行判斷。同時，采用TSP 超前預報，每次預測距離為100 m。根據預測的圍巖地質情況，對TSP探測斷層、裂隙發育的洞段采用超前鉆孔進行重點探測。

采用超前鉆孔驗證物探探測的異常洞段。長距離鉆孔超前探測50 m，每30 m一循環，每孔長50 m；短距離鉆孔超前探測20～30 m，每25 m一循環，每孔長30 m。

為提高地質預報的準確性，除采用上述方法進行地質預報外，同時利用地質雷達進行地質超前預報。地質雷達探測范圍在40 m以內，是一種非破壞型的探測技術，具有抗電磁干擾能力強，分辨率高，可現場直接提供實時剖面記錄圖，圖像清晰、直觀的優點。

3.2 隧道施工采用的通風與供電

本隧道局部富集高瓦斯。施工階段在第一條車行橫通道貫通前，采用壓入式通風；此后采用巷道式通風。為防止局部瓦斯的聚集，各階段通風均配置了防爆風扇，以防止瓦斯的聚集。隧道內的局扇采用設有低、中、高速度的防爆型風機。施工通風均采用不間斷連續通風，通風管采用抗靜電、阻燃軟風管。掌子面至二襯臺車洞段采用移動式局扇配合軟風管供風，以增加瓦斯易聚集地段的風速，防止瓦斯聚集。在施工過程中，及時接長風管，風管末端距工作面距離不應超過15 m。

“我是一個技術工人，應該在相應的崗位上發揮所長。現在讓我到保潔崗位當個清潔工，工資還降低一半，我不能接受這樣的安排。”成銳問：“這次談話是通知，還是協商？如果是通知，我不接受公司的安排。如果是協商，我不同意公司的建議。”成銳認為，雙方這次協商未就崗位調整達成一致，所以，他就繼續在原崗位上班。

通風量計算必須綜合考慮以下3方面因素并取最大值：洞內同一時間最多人數、稀釋和排除炮煙所需風量、消除頂層瓦斯積聚所需風量。

瓦斯隧道的主供電配置了兩套電源，隧道內采用雙電源線路。電纜采用礦用橡套阻燃防爆電纜并在電路中安裝了漏電保護裝置和防爆自動饋電開關。為保證隧道通風、照明及監測系統等一級負荷供電，當一路電源停止供電時，另一路電源應在10 min內接通。當設兩套電源有困難時，必須配置備用發電機，并安設風電閉鎖裝置。

根據相關規定，瓦斯隧道施工洞內的供電必須做到“三專”、“兩閉鎖”，即：專用變壓器、專用開關、專用供電線路以及瓦斯濃度超標時與供電的閉鎖及壓入式通風的風機與洞內供電的閉鎖。因此，高瓦斯和瓦斯突出工區洞內的局部通風機和電氣設備必須與瓦斯監控系統進行風電、瓦電閉鎖，當局部通風機停止運轉時，應能立即自動切斷局部通風機供風區段的一切電源。

為節約通風供電成本，可由專業技術人員對現場通風效果和瓦斯涌出狀況進行檢測，根據檢測結果對通風系統及時進行階段性調整，但必須保證洞內瓦斯濃度不超限。

3.3 對暨有設備防爆性能的改裝

對于隧道高瓦斯和瓦斯突出工區的電氣設備和作業機械應使用防爆型。而防爆型機械設備多用于煤礦工程。對于高速公路工程，配置煤礦專用機械設備使用率偏低，不夠經濟。因此，本工程針對瓦斯隧洞施工的特殊要求，對常規非防爆型機械設備進行了防爆改裝，對內燃施工機械設備加配了車載式甲烷斷電(熄火)控制裝置。使用該裝置實時監測其周圍環境空氣中的瓦斯濃度，當環境瓦斯濃度超過報警限值(0.3%CH4)時發出聲光報警；濃度超過斷電上限(0.5%CH4)后，控制裝置自動斷電熄火；只有當環境瓦斯濃度降到安全限值(0.3%CH4)以下時，內燃施工機械設備方可再次啟動。

為節省施工成本，在保證正常通風的條件下，若洞內瓦斯濃度繼續下降或保持相對穩定狀態，非防爆的移動式機械設備也可進洞作業。

3.4 隧道爆破作業

隧道通過瓦斯段的開挖原則為：短進尺，弱爆破，強支護，勤監測，強通風，快噴錨。本工程施工時將每次開挖的進尺控制在2 m以內，采用上、下微臺階開挖，臺階長度控制在5 m以內。

根據相關要求，瓦斯隧道的爆破作業應采用煤礦許用炸藥和毫秒電雷管。煤礦許用炸藥加入了食鹽作消焰劑，能吸收熱量，降低爆炸氣體的溫度，進而削弱瓦斯與氧的連續反應，安全性高。該雷管總延時時間不超過130 ms，從而使雷管延期小于瓦斯爆炸所需的感應期，以保證其不會引燃、引爆瓦斯。

開挖中出現的情況表明：煤礦許用炸藥爆力和猛度只相當于一般巖石銨銻炸藥的80%，毫秒電雷管只能選用到5段，從而制約了公路隧道大斷面的施工進度。鑒于上述原因，在隧道開挖進尺過程中，當瓦斯濃度在0.3%時可不使用煤礦許用炸藥和毫秒電雷管。

3.5 揭煤防突及瓦斯排放

根據相關規定和實際施工經驗，揭煤施工前應打超前鉆孔和預測孔以探明煤層位置和瓦斯情況，進行煤與瓦斯突出危險性的預測。超前探孔可兼做炮眼，從而能節約成本，提高功效。

隧道開挖揭煤時宜采用臺階開挖。上導坑開挖時，掘進工作面至煤層約20 m遠，按規定應打至少3個穿透煤層全厚的超前鉆孔，以推測煤層是否有畸變。若發現地質構造復雜、巖體破碎，則在隧道開挖輪廓線外5 m范圍內布置一定數量的超前鉆孔，以確保能準確掌握煤層厚度、角度變化及瓦斯情況等。突出預測以鉆屑指標法為主，鉆孔瓦斯涌出初速度法為輔。隧道采用上、下導坑法開挖，突出預測孔主要控制上、下導坑斷面(預測孔直徑為50mm)。

當預測有突出危險時，必須采取具有針對性、便于實施的防突措施。防突采用多排鉆孔排放或抽放。鉆孔控制范圍為：隧道輪廓外上方7 m，左右兩側6 m，底部3 m。排放瓦斯順序為：上導坑打排放鉆孔(坑底距煤層不小于5 m)→排放瓦斯15 d→揭煤穿過煤層→下導坑打超前鉆孔及預測孔。當判定有突出性危險時→由下導坑底順煤層打扇形排放鉆孔→排放瓦斯15 d→下導坑揭煤穿過煤層。瓦斯排放時，所有洞內掘進施工應停止。

3.6 突泥、涌水及塌方的預防

隧道在通過巖溶水、地下水發育的軟弱破碎圍巖及斷層地段工區時，應加強超前水文、地質探測預報，提前預知前方圍巖的地質情況，預測并判斷其是否具有突泥、涌水的可能，防止災害事故的發生。對于設計有超前地質鉆探預報方案時，按設計方案進行施工；設計無超前地質預報時，可采取超長鉆孔(鉆孔長度為5 m以上)，以探知前方圍巖地質情況。

超前探測有突泥、涌水可能時，現場應果斷采取處理措施。施工中常采取“以引排為主，堵水為輔”的排水方案。對于可能有突泥、涌水的洞段，可采用鉆孔、小導坑方式進行應力釋放；對危險程度較高的地段，可采用設止漿墻封堵、迂回導坑通過等技術方案。

現場發現有突泥、涌水或塌方先兆且極其危險時，必須立即停止施工，組織人員、機械迅速撤離危險區域。緊急情況下，必須優先組織人員撤離。

4 結 語

瓦斯隧道防爆、防突、防塌為安全施工的核心問題。為防止災害事故發生，必須認真做好超前地質預報、施工通風及相應的應急救援預案，確保安全方面的資源投入不打折扣。因瓦斯隧道施工的安全問題也是世界級難題，需要更多的工程人士和學者致力于施工安全控制研究，早日研討出行之有效的方法，既可保障安全施工，又能節約施工成本。

參考文獻：

[1] 鐵路瓦斯隧道技術規范，TB10120-2002[S].

作者簡介:

曹優蘭(1980-)，女，四川廣安人，工程師，從事水電工程施工技術與管理工作.