隧道穿越煤系地層施工技術

周波

（中國水利水電第九工程局有限公司 貴州貴陽 550001）

隧道穿越煤系地層施工技術

周波

（中國水利水電第九工程局有限公司 貴州貴陽 550001）

通常情況下，瓦斯與有害氣體等極容易聚集在結構松散的巖層與煤系底層，因此，在進行隧道穿越煤系地層施工時，必須要采取合理的施工技術，以避免瓦斯與有毒氣體的大量積聚而引發的安全事故?；诖?，本文在分析某工程實例的基礎上，對隧道穿越煤系地層施工技術具體措施進行了詳細的闡述，以供參考。

隧道施工；穿越；煤系底層；技術

1 引言

一般情況下，隧道工程項目所在區域大多處于地下，而地下是瓦斯等其他的聚集地，因此，在實際施工過程中，必須要對工程項目實際需求進行全面的分析，并在此基礎上，采取適宜的施工技術，以確保項目施工安全與質量，有效規避安全事故與人員傷害現象的發生。

2 工程概況

某高速公路設計為雙線四車道，途徑某隧道，然后相交于另一高速公路。該隧道為左、右線分離式平行雙洞，左、右線全長分別為6555m與6557m，且隧道進口部位左、右線總長度達3284m與3285m。同時，隧道經過區域地層大多為層間積壓破碎帶，且大約有60%為Ⅱ、Ⅲ類圍巖，巖層主要包括鈣質泥巖、泥質灰巖等。但因受到地質構造影響作用，溶孔、溶穴極其發育，圍巖軟弱，且其穩定性也較差，極容易發生坍塌事故。

在此隧道工程項目施工中，可能會遇到巖溶、斷層等不良地質情況。隧道進出口部位穿越其所在山區某可采煤層，該煤層瓦斯壓力達0.12～0.18MPa，其背斜附近存在l8個個大小煤窯，隧道區域內有6個老煤窯及2個正在生產的煤礦。此情況下，隧道設計按照低瓦斯工區需求落實防護措施，施工時還需要進行超前探煤、瓦斯預測工作，以避免安全事故的發生。

此外，在隧道開挖施工過程中，隨著巖石破碎與周壁壓力的逐漸降低，巖石中的天然氣由吸附狀態轉為游離狀態，并釋放，基于此，必須進行瓦斯與有害氣體監測與防治作業。

3 總體施工方案及措施

3.1 總體施工方案

依據項目設計文件要求，并在綜合超前地質預報的情況下，對于隧道內有害氣體可能存在的區域，采用超前探測、排放與防護等措施，對有害氣體，尤其是瓦斯進行綜合治理。同時，還要利用全自動電腦檢測儀等設備，對隧道各工作面進行全方位的、詳細的監測與防護，例如瓦斯檢查等。此外，在施工過程中，還要落實濕式鉆眼、噴霧灑水等防塵措施，以保證洞內作業的安全。

3.2 技術措施

3.2.1 超前探測、排放

通過采用物探與鉆探地質預報工藝，對隧道開挖面至前方圍巖區域進行超前預測，以此來詳細的了解其地層構造、采空區等實況。對于已經探測出的裂隙發育、連通性良好的含氣層等，利用供水鉆機進行濕鉆。此外，在作業面前，還需要進行適當的排放，以避免有害氣體的異常突出。

3.2.2 加強施工通風

為了避免煤系底層采空區等瓦斯與有害氣體的溢出，必須增強對大斷面等施工區域的通風。此外，在進行工程設計時，對于項目通風作業，應當采用巷道式射流通風技術進行，并且還要通過射流空氣來加快風流速度。

3.2.3 開挖、支護施工措施

在進行隧道穿越煤系地層開挖與支護施工時，需要嚴格遵循短進尺、弱爆破、強支護、勤監測、強通風、早封閉的原則。同時，還要將每一次開外進尺控制在2m以內，然后再采用導坑開挖方案或長臺階開挖方案進行開挖施工。此外，如果開挖面積較小，瓦斯與有害氣體的溢出量也相對較小，此時需要立即關閉開挖輪廓，最大限度的降低瓦斯與有害氣體溢出量。

3.2.4 洞內設備、設施的選用

在進行瓦斯部位施工時，其所采用的設備與設施均需要滿足防爆要求，并且還要安裝照明與電力線等發熱體。

4 瓦斯與其他有害氣體監控與預警措施

要想充分提高瓦斯與其他有害氣體監控與預警效果，應當落實“雙保險”監控措施，也就是建立自動化監測系統與人工現場監測相結合的措施。在該隧道穿越煤系地層施工過程中，其所構建的自動監測系統主要包括洞口監測中心、洞內控制分站與洞內各作業面，在各巷道、加寬部位、轉角處等部位，還需要安裝瓦斯濃度探頭、風速探頭與自動報警器。

此情況下，只需要通過探頭，僅需要在洞口與檢測中心，就能夠充分了解隧道內各處瓦斯濃度與風速情況，一旦超出標準，立即報警處理。同時，監控人員也能夠掌握各作業面與瓦斯實況，提升對事故的應變能力，尤其是揭煤前的放炮操作，監測人員能夠即刻觀察到放炮之后瓦斯濃度變化曲線與實際涌出量。

但在進行自動監測系統探頭的安裝時，需確保其與開挖面之間保留一定的距離，并且還要配合任何進行詳細的檢查。在進行裝藥、放炮操作之前，以及爆破作業之后，均需要通過人工的形式對瓦斯進行仔細的檢查，以確保開挖過程中瓦斯濃度的實時監測。對于瓦斯監控地面中心站位置，需確保其與隧道口的距離超過20m，并且還要配備相應的設施，例如工控機與數據通訊接設備。

5 瓦斯探測與排放

5.1 超前探測

通過詳細分析項目現場物探超前地質探測原始資料數據，判斷作業面前方是否需要進行鉆孔排放作業，以此來為鉆孔排放作業的順利完成提供必要的參考依據。

5.2 鉆孔排放施工方法

通過實施探測作業，發現該項目裂隙存在裂隙發育、連通性良好的含氣層或是較大的踩空氣囊，此時需要利用“QCW-80型偏心潛孔錘”地質鉆機進行超前鉆孔釋放作業。同時，在開始隧道每個開挖循環鉆孔作業之前，需要利用YT28手持式鑿巖機鉆布設淺探孔。

對于探孔的具體位置，則需要依據項目巖層節理面或是產狀進行確定，當掘進由煤層頂板進入煤層時，應當在隧道的底部位置布置探孔；而如果掘進由煤層底板進入煤層，則此時應當在隧道的頂部位置布設探孔，這樣一來，可有效避免鉆機頻繁移動，促進隧道掘進作業不間斷、正常進行。通過科學布設探孔，可充分發揮鉆孔作用。此外，超前探孔還可作為掘進炮孔，從而大大節省項目建設成本減少施工工序，從而提升施工效率。

6 注漿止氣

6.1 封堵墻施工

該隧道工程項目地質結構較為復雜，超前探孔極容易導致氣體突出現象，例如在YK5+423位置，右側探孔在6m位置處，有害氣體突出壓力達0.35MPa，但由于補給充足，在排放無效的條件下，可通過封堵墻施工方式來封閉作業面。對于封堵墻施工，應當采用C20混凝土現澆，厚度為1.0m。圖1為該隧道項目封堵墻施工。

6.2 設備選用

6.2.1 鉆孔設備

圖1 止氣墻施工示意圖

對于該項目圍巖良好部位鉆孔施工，應當采用操作便利的、鉆孔效率高的、移動靈活的MD-50潛孔鉆機。此外，在進行圍巖較差部位的鉆孔作業，應當采用QCW-80型偏心潛孔鉆機進行。

6.2.2 注漿設備

該隧道工程項目采用單液注漿，注漿機為3SNSA型注漿泵，其注漿壓力達8～10MPa，最大注漿量達207L/min，所以，只需要采用一般的砂漿攪拌機就能夠拌制漿液。

6.3 配合比選用

為了有效降低普通水泥漿吸水率，并改善其流動性，應當適當摻入膨潤土與高效減水劑。此外，通過配比試驗結果選擇了0.6、0.8兩種水灰比，依據項目巖層裂隙滲透性、漿液注入率、注漿壓力等情況，在注漿施工時可采用上述兩種水灰比，注漿效果較為良好。

6.4 注漿施工

在完成了封堵墻施工之后，對于項目中有害氣體含量較高的地段，為了有效避免氣體從封堵墻外緣與開挖輪廓結合部位滲漏出來，應當采用小導管注漿，以封閉附近圍巖裂隙，并且還可加固止氣墻與圍巖的交接處，從而避免有害氣體滲漏現象的發生。

7 結語

綜上所述，該隧道項目設計屬于低瓦斯隧道，進口含煤地段瓦斯含量偏低，但早期施工測試結果顯示器瓦斯涌出量超標，因此，為了確保該隧道穿越煤系地層施工安全，應當實施瓦斯監控預警措施，并且還要配備瓦斯監測設備，然后采取適宜的施工技術與施工工藝，降低洞內瓦斯與有害氣體濃度，避免瓦斯事故與硫化氫氣體中毒事故的發生，為隧道施工的順利完成提供保障。

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U455.4

A

1004-7344（2016）08-0147-02

2016-3-1

周 波（1982-），男，彝族，工程師，本科，主要從事水利水電工程管理方面的工作。