淺析隧道穿越煤系地層施工技術(shù)及注意事項

程廣

中煤科工集團重慶研究院有限公司 重慶 400037

引言

在鐵路、公路等工程建設過程中，需要穿越各種各樣的區(qū)域，面對的施工環(huán)境和條件十分復雜。如果在西南片區(qū)修建，穿越山體過程中很容易遇到煤系地層，進而出現(xiàn)很多瓦斯隧道。在隧道施工的過程中，為了避免出現(xiàn)瓦斯中毒、燃燒、爆炸、甚至突出等危險隱患，必須要采取有效的防治措施，加強施工防控工作。為此，必須要做好勘探工作，掌握煤系地層的特點，分析潛在的安全隱患，然后采取針對性的防治措施，避免隧道建設的過程中出現(xiàn)危險事故，確保隧道建設的質(zhì)量和效率。

1 工程概況

本文所述工程位于貴州省福泉市，建設的隧道類型為分離式，左幅隧道長度為1087m，樁號為ZK57+600～ZK58+687；右幅隧道長度為1115m，樁號為YK57+590～YK58+705。該工程所在位置為高原到丘陵的過渡區(qū)域，呈現(xiàn)為北西高、南東低的地勢特點。區(qū)域中大部分為溶蝕型中低山貌，地表侵蝕的情況比較明顯，有較大的地勢起伏，相對高度差達到176.4m。

2 隧道穿越煤系地層施工技術(shù)

2.1 襯砌設計

本文所述隧道工程采用復合式襯砌的洞身設計，初期支護采用系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)或格柵拱架等支護方式，根據(jù)圍巖級別的差距，可以選擇大管棚等輔助支護措施。采用模筑混凝土進行二襯襯砌，一般段采用的混凝土強度為C30，通過煤系地層的段落則采用強度更大的混凝土，強度要達到C40且具有防腐蝕氣密性，透氣系數(shù)在10～11cm/s以下[1]。需要在支護和襯砌之間敷設防水層，選擇厚度為1.5mm的EVA蜂窩式防水板，同時配合350g/m2無紡土工布。可以采用工程類比法確定襯砌類型、結(jié)構(gòu)尺寸等，明確具體的構(gòu)造要求，根據(jù)圍巖級別、埋深條件確定施工措施以及具體的支護參數(shù)。

2.2 超前地質(zhì)綜合預報

在超前預報方面，采用綜合預報的方式，根據(jù)地質(zhì)分析的內(nèi)容，輔助使用物探措施，最后采用超前鉆探、瓦斯檢測的方式進行驗證。對煤層位置、產(chǎn)狀、厚度等參數(shù)進行預測。同時也要預報是否在采空區(qū)、采空區(qū)規(guī)模等內(nèi)容。根據(jù)開發(fā)揭示地層巖性、產(chǎn)狀等內(nèi)容進行預測，不僅要采用敏感指標預測工作面，還要根據(jù)實際條件對各類輔助指標進行測定，包括瓦斯含量、聲發(fā)射、鉆屑溫度等等。

2.3 煤層突出危險性預測

在超前地質(zhì)綜合預報中顯示前方存在煤層的情況下，正洞掌子面與推測煤層距離20m的垂直距離中，采用5個探測孔，直徑為89mm，初步探測煤層地質(zhì)。確定了煤層位置之后，繼續(xù)開挖到與煤層相距10m的垂直位置，采用直徑為89mm的5個地質(zhì)取芯鉆孔，精探煤層地質(zhì)。對瓦斯壓力、含量、初散速度等進行預測，如果各個指標都在臨時界限值之上，則將其判斷為突出煤層，需要采取相應的防突措施，反之則沒有突出危險。

2.4 防突措施

如果煤層存在突出性危險，則在與煤層距離7m的位置設置預抽孔，抽放鉆孔直徑為108mm，孔底間距在3m以內(nèi)。預抽鉆孔與工法結(jié)合，分別對上下臺階進行施工。上臺階在與煤層距離7m的位置施工，將范圍控制在開挖輪廓線外上12m的范圍內(nèi)，左右不能低于12m。正洞預抽鉆孔施工完成之后，及時進行抽放，根據(jù)規(guī)定進行瓦斯抽采量的計算，對預抽的瓦斯抽采量進行統(tǒng)計，然后實施消突評估。在預測煤層存在突出危險的情況下，需要采用工字鋼構(gòu)筑網(wǎng)格骨架封閉工作面。采用瓦斯預抽排放的防突方式，根據(jù)煤層瓦斯地質(zhì)變化情況、透氣性、抽放時間等因素對抽放半徑進行調(diào)節(jié)，確保抽放的效率，保障治災效果。

圖1 隧道穿越煤層揭煤流程圖

2.5 揭煤和防突施工原則和流程

在煤系地層施工中，揭煤和防突是十分重要的施工內(nèi)容。在施工的過程中，要堅持以下原則：首先，應該采用臺階法的施工方式，通過二次揭煤減少落煤量，同時也能降低瓦斯突出的風險，也可以為通風工作提供便利；第二，在實際施工的過程中，要嚴格遵守各項技術(shù)規(guī)范要求，包括《煤礦安全規(guī)程》（2016 版）、《公路瓦斯隧道設計與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3374-2020）、《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》（TB1020-2019）、《防治煤與瓦斯突出細則》（2019版）等。根據(jù)這些規(guī)范要求采取合理的施工方案，全面有效地降低施工風險；第三，在實際施工的過程中，首先要做好物探工作，設置超前探孔，探測前方是否會遇到煤層。如果沒有煤層則正常開挖；如果遇到煤層，則在法向距離20m的位置進行初步探測，掌握煤層的賦存情況，施工到法向距離10m的位置時進行煤層突出危險性預測。如果預測存在危險，則施工到法向距離7m的位置，采用實施性防突設計，落實有效的防突措施；之后，需檢驗區(qū)域防突措施的效果，如果沒有效果則需要采取相應的補救措施。如果防突措施有效，則施工到法向距離5m的位置，并進行區(qū)域驗證，如果存在危險，則需采取工作面防突措施，直到效果檢驗有效為止。如果驗證沒有突出危險，則直接施工到法向距離2m的位置，繼續(xù)進行最后驗證。如果驗證到煤層存在突出危險，則繼續(xù)補充防突措施，直到有效。第四，在揭煤時，上斷面采用石門縱向的方式進行瓦斯的排放，下面則利用扇形分布口進行瓦·斯排放[2]。隧道穿越煤層揭煤流程如圖1所示。

3 隧道穿越煤系地層施工注意事項

在穿越煤系地層施工的過程中，尤其要注意瓦斯風險。瓦斯是易燃易爆的危險性氣體，瓦斯在空氣中的爆炸上限為15%～16%；下限為5%～6%。在施工的過程中，如果出現(xiàn)瓦斯爆炸事故，不僅為影響施工進度，還會造成大量人員傷亡。所以，一定要做好監(jiān)測、預防等工作，采取有效的通風措施，確保空氣中的瓦斯?jié)舛确习踩珮藴省Ｈ绻淼乐型咚節(jié)舛冗_到限值，則根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采用超前鉆孔排放的方式。在鉆孔的過程中，應該注意孔口需要穿越煤層，確認排放孔施工的過程中是否出現(xiàn)噴孔、夾頂鉆等情況，如果出現(xiàn)異常情況要及時進行分析和處理。在瓦斯工區(qū)鉆孔、爆破施工的過程中，需要堅持“一炮三檢”的原則，在裝藥前和放炮前后都需要進行檢查，應該安排專業(yè)的放炮員、瓦檢員、安全員，對檢測結(jié)果進行詳細的記錄，杜絕反向裝藥等危險情況的發(fā)生。在施工的過程中，可以減少掌子面暴露時間，加快成洞速度，并且做好初期支護工作，通過超前小導管、錨管注漿等方式減少瓦斯溢出量[3]。含瓦斯地段的施工縫、伸縮縫和沉降縫都需要進行防滲處理。與此同時，防水板也要做好防滲施工，既要保障防水效果，也要發(fā)揮瓦斯突出的防治效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，在隧道穿越煤系地層施工的過程中，要采取合理有效的施工技術(shù)，對瓦斯保障等風險進行合理有效的預防。為了保障施工質(zhì)量和安全，需要采取各種防護措施，同時注意多個事項，包括瓦斯監(jiān)測、瓦斯排放、支護施工、鉆探施工，等等。