高速公路低瓦斯隧道施工技術(shù)及控制要點(diǎn)

王應(yīng)魁

（中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，濟(jì)南250002）

1 引言

隨著我國(guó)高速公路網(wǎng)的不斷發(fā)展，如今隧道施工項(xiàng)目的數(shù)量也在逐年上升，特別是在我國(guó)的西南部地區(qū)。由于該區(qū)域的山區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜多變，因此，在進(jìn)行實(shí)際高速公路隧道施工中，難免會(huì)遇到瓦斯隧道問(wèn)題。因此，如何加強(qiáng)對(duì)瓦斯隧道的施工控制，從而在保證施工質(zhì)量的同時(shí)，避免出現(xiàn)瓦斯爆炸等事故將是眾多業(yè)內(nèi)人士都在思考的一個(gè)問(wèn)題。

本文就低瓦斯施工技術(shù)在二峨山隧道施工中的應(yīng)用做簡(jiǎn)要的闡述。二峨山隧道是低瓦斯隧道且工程地質(zhì)復(fù)雜，施工過(guò)程中可能出現(xiàn)瓦斯突出、瓦斯爆炸等，隧道施工有其特殊性及復(fù)雜性。為確保低隧道施工安全，必須在瓦斯預(yù)報(bào)、監(jiān)控、控制等方面進(jìn)行重點(diǎn)控制。

2 工程概況

二峨山隧道是成都經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)線高速公路簡(jiǎn)陽(yáng)至蒲江段重難點(diǎn)控制工程，設(shè)計(jì)為雙線三車道分離式隧道。隧道左線全長(zhǎng)2254m，隧道右線全長(zhǎng)2282m。隧址區(qū)位于四川盆地西部，屬淺-中切構(gòu)造剝蝕低山地貌，受龍泉山背斜的影響，山體多為平緩的單面山。隧道穿越龍泉山背斜，砂巖體及巖體裂隙中含有可燃?xì)怏w，地質(zhì)勘探在K255700L20 孔深度至128m 砂巖時(shí)有甲烷溢出，因此，隧道初步判定為低瓦斯隧道。隧道巖體大部分為粉砂質(zhì)泥巖，薄～中厚層狀構(gòu)造，巖體破碎，裂隙較發(fā)育，屬于軟巖～較軟巖。

3 高速公路低瓦斯隧道施工技術(shù)

3.1 地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

二峨山隧道采用地質(zhì)素描、TSP202/203、瞬變電磁儀、地質(zhì)雷達(dá)及超前鉆孔探測(cè)等方法綜合探測(cè)（詳見表1 和圖1）。堅(jiān)持以工程地質(zhì)綜合分析為核心，粗查與精查相結(jié)合、物探與鉆探相結(jié)合的原則，綜合預(yù)測(cè)開挖前方是否有不良地質(zhì)體，及其不良地質(zhì)體的規(guī)模和位置。通過(guò)超前瓦斯探孔探測(cè)前方是否有瓦斯，同時(shí)驗(yàn)證物探預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

表1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方式表

綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作流程：

1）隧道爆破開挖后立即進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查并進(jìn)行地質(zhì)素描，每開挖循環(huán)記錄一次。記錄隧道圍巖地層巖性特征、構(gòu)造發(fā)育特征、巖體結(jié)構(gòu)類型、地下水狀況、圍巖穩(wěn)定性等。

2）利用TSP 每隔100m 探測(cè)1 次，預(yù)測(cè)掌子面前方100m范圍內(nèi)是否存在斷層破碎帶、隱伏斷裂、節(jié)理密集帶、透鏡狀儲(chǔ)集砂體、巖性突變位置、富水區(qū)等不良地質(zhì)體。

3）根據(jù)TSP 探測(cè)預(yù)測(cè)結(jié)果，如前方存在不良地質(zhì)體，用瞬變電磁儀或地質(zhì)雷達(dá)在接近不良地質(zhì)體約30m 時(shí)探測(cè)1 次，進(jìn)一步核實(shí)與了解不良地質(zhì)的分布情況。地下水豐富時(shí)用瞬變電磁儀探測(cè)斷層破碎帶、隱伏斷裂、節(jié)理密集帶和富水區(qū)等地下水富集情況；地下水較貧乏時(shí)用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)巖體的破碎程度、斷層破碎帶、隱伏斷裂、節(jié)理密集帶、透鏡狀儲(chǔ)集砂體、巖性突變處等的空間方位與規(guī)模。

4）預(yù)測(cè)前方有不良地質(zhì)體時(shí)，調(diào)整孔位，實(shí)施瓦斯超前鉆孔；預(yù)測(cè)前方無(wú)不良地質(zhì)體時(shí)，按設(shè)計(jì)孔位，實(shí)施瓦斯超前鉆孔[1]。

圖1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)不同探測(cè)方法縱斷面示意圖

超前瓦斯鉆孔平面布置圖及橫斷面圖如圖2 所示。超前鉆孔在掌子面均勻分布6 個(gè)鉆孔，鉆孔直徑65mm，每個(gè)鉆孔深度50m，其中孔2、孔3 為水平鉆孔，孔1、孔4～孔6 鉆孔為傾斜鉆孔，孔1、孔4 鉆孔終孔點(diǎn)超出隧道開挖輪廓線10m，前后兩循環(huán)鉆孔搭接長(zhǎng)度為5m。

圖2 超前瓦斯鉆孔橫斷面圖及平面布置圖

5）根據(jù)鉆探結(jié)果，并結(jié)合前期地勘成果及地質(zhì)調(diào)查資料，確認(rèn)不良地質(zhì)體的規(guī)模與方位。檢測(cè)孔內(nèi)是否有瓦斯等有害氣體并做壓力和涌出速度測(cè)試。

3.2 瓦斯檢測(cè)及監(jiān)控

結(jié)合本隧道特點(diǎn)，二峨山隧道采用自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與人工監(jiān)測(cè)相結(jié)合組成監(jiān)控體系。其中，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)選用KJ90 型安全視頻監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)瓦斯積聚特點(diǎn)在洞內(nèi)不同部位安裝瓦斯傳感器、一氧化碳傳感器、風(fēng)速傳感器等儀器測(cè)定洞內(nèi)瓦斯參數(shù)，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警，并對(duì)被控設(shè)備自動(dòng)斷電。該系統(tǒng)主要對(duì)洞內(nèi)瓦斯、風(fēng)量和主要風(fēng)機(jī)實(shí)施風(fēng)電瓦斯閉鎖及風(fēng)量控制，及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)洞內(nèi)各工作面的瓦斯?fàn)顩r進(jìn)行24h 全方位監(jiān)控。瓦檢員攜帶便攜式瓦檢儀在洞內(nèi)巡檢。瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)處治情況如表2 所示。

表2 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)處治情況

4 施工中的控制

4.1 通風(fēng)管理

二峨山隧道首先采用獨(dú)頭壓入式通風(fēng)，待隧道第一個(gè)車行橫通道貫通后采用巷道式通風(fēng)，軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)洞，距離掌子面約700m，射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)左洞為進(jìn)風(fēng)巷，右洞為回風(fēng)巷，以靠近掌子面的車行橫通道為左右洞聯(lián)通風(fēng)道。在瓦斯容易積聚的空間（模板臺(tái)車附近、塌方段落、防水板背后、斷面變化處），可采用空氣引射器等設(shè)備，實(shí)施局部通風(fēng)的方法，消除瓦斯積聚。

成立通風(fēng)班組，專門負(fù)責(zé)對(duì)隧道中風(fēng)機(jī)的維護(hù)、通風(fēng)檢測(cè)、通風(fēng)風(fēng)管的維護(hù)檢修等工作，并要求通風(fēng)班組人員嚴(yán)格按照預(yù)訂通風(fēng)方案進(jìn)行實(shí)際通風(fēng)工作。在具體施工過(guò)程中，施工單位要多配置一組備用通風(fēng)設(shè)備，然后通過(guò)2 組風(fēng)機(jī)輪換通風(fēng)的方式實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)24h 不間斷通風(fēng)工作。為能夠避免通風(fēng)設(shè)備斷電問(wèn)題，施工單位還要為通風(fēng)機(jī)準(zhǔn)備備用發(fā)電機(jī)，并定時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行試運(yùn)行與檢修工作。同時(shí)，施工單位還要將通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行用電與其他隧道用電進(jìn)行線路分離，保障通風(fēng)機(jī)能夠有穩(wěn)定持續(xù)的電力供應(yīng)。除此之外，若是后期隧道內(nèi)有著動(dòng)火或者進(jìn)行防水板焊接等特殊工藝環(huán)節(jié)，該施工區(qū)域還應(yīng)增設(shè)局部通風(fēng)扇[2]。

4.2 防爆設(shè)置

防爆設(shè)置是低瓦斯隧道施工中的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。首先，施工單位必須要對(duì)施工中所使用的各種諸如電纜、照明用具、配電箱、接線盒等用電設(shè)備進(jìn)行防爆改造，并將每個(gè)工作面中的用電設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)記錄，方便設(shè)備檢修人員的日常檢修和定時(shí)檢修工作。其次，對(duì)于施工中所使用的各種用電設(shè)備，施工單位還要為其加設(shè)短路、過(guò)載、漏電等危險(xiǎn)提示功能，每隔10m 在隧道兩側(cè)分別設(shè)置1 盞隔爆熒光燈。最后，在隧道掘進(jìn)超過(guò)500m 以后，施工單位便需要開始考慮高壓電進(jìn)洞的防電問(wèn)題。在洞中設(shè)置礦區(qū)專用的隔爆型干式變壓器，且變壓器隨著工作面的前移而不斷向前推進(jìn)。

4.3 門禁管理系統(tǒng)

施工單位要在隧道外設(shè)置1 道或者多道門禁管理系統(tǒng)，并安排專人進(jìn)行監(jiān)督管理，從而對(duì)所有進(jìn)入隧道中的工作人員進(jìn)行全面的監(jiān)督檢查，防止工作人員將手機(jī)、打火機(jī)等用火用電設(shè)備帶入隧道中，降低安全事故的發(fā)生概率。

4.4 爆破施工管理

在低瓦斯隧道施工過(guò)程中，爆破施工將極易引發(fā)瓦斯爆炸或者瓦斯燃燒等問(wèn)題，因此，施工單位必須要對(duì)該方面內(nèi)容進(jìn)行有效的預(yù)防，嚴(yán)格按照瓦斯隧道施工規(guī)范進(jìn)行實(shí)際施工，絕不能疏忽大意。另外，對(duì)于爆破器材，施工單位也要采用礦區(qū)專用的爆破器材，再結(jié)合諸如濕式鉆孔等瓦斯隧道爆破工藝進(jìn)行光面爆破，降低因隧道爆破施工所引發(fā)的瓦斯安全事故。

4.5 動(dòng)火管理

施工單位要建立完善的隧道動(dòng)火管理制度，并將制度進(jìn)行嚴(yán)格執(zhí)行，在進(jìn)行動(dòng)火前，相關(guān)人員要對(duì)動(dòng)火區(qū)域進(jìn)行全方位的檢測(cè)工作，在確定施工動(dòng)火不會(huì)出現(xiàn)安全事故問(wèn)題以后，并經(jīng)過(guò)工區(qū)經(jīng)理簽字同意以后，方可以進(jìn)行實(shí)際動(dòng)火施工。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在高速公路低瓦斯隧道施工過(guò)程中，瓦斯的檢測(cè)與預(yù)防控制將是整個(gè)施工過(guò)程中重中之重。因此，相關(guān)工作人員必須要做好地質(zhì)預(yù)報(bào)與隧道通風(fēng)工作，再結(jié)合諸多預(yù)防手段，最終有效地避免高速公路低瓦斯隧道施工中的安全事故問(wèn)題，從而保證所有工作人員的人身財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)促進(jìn)我國(guó)高速公路網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。