浅析页岩气地段隧道快速施工技术

李艳玲等

摘要：南方页岩地区隧道施工工艺与其他地区要进行区别，重点解决施工过程中的重点和难点，然后对页岩气地段隧道施工技术进行分析探讨，为类似工程提供参考。

关键词：页岩气隧道施工工法 工法效益

1 页岩气地段隧道施工工法比选

页岩气地段页岩气隧道施工中备选的工法有“加强通风方案”和“防爆设置改装方案”两种方案，在确定页岩气地段页岩气隧道施工工法时，借鉴相似工况页岩气隧道进行工法比选。综合经济、安全和工期等多角度的分析对比，确定适合页岩气地段隧道施工的工法。

2 页岩气地段隧道施工工法技术要点

2.1 页岩气隧道施工工艺流程

页岩气隧道施工管理的重点是防止甲烷燃烧和爆炸的灾害性事故的发生，页岩气地段隧道的防治手段主要从4个方面考虑，即：隧道页岩气的超前预测、通风设备的选定及管理、确定检测和监控系统、施工用机械和电气设备的选用和管理。施工中采取超前钻孔探测预测隧道前方页岩气的发育情况，通过加强通风降低页岩气的浓度，采用有效的页岩气检测监控系统监控页岩气的浓度，控制隧道各个不同作业面内的页岩气浓度在安全作业许可条件内，选用防爆的电气设备控制火源等手段，确保了隧道的安全施工。页岩气隧道施工工艺流程如图1所示。

2.2 隧道开挖

2.2.1 洞身开挖

页岩气地段隧道施工根据地质情况选择施工工艺。

2.2.2 钻爆设计

根据隧道地质条件，Ⅲ级围岩段可采用中深孔光面爆破，Ⅳ、Ⅴ级围岩段可采用浅孔微振动控制爆破。根据围岩条件选用不同的炸药，页岩气隧道爆破作业必须采用煤矿许用炸药。

2.2.3 出渣运输

出渣采用无轨运输方式，在出碴过程中必须加强页岩气浓度检测，当页岩气浓度超过规定值时停止出碴作业。隧道出渣弃于指定弃土场。

2.2.4 不良地质段防坍塌措施

根据超前地质预报的反馈情况，对有可能发生塌方的地段的施工遵循：“管超前、短开挖、弱爆破、快衬砌、勤检查、勤量测”的原则施工。

2.3 隧道支护

2.3.1 喷射混凝土支护

掌子面开挖后，为减少工作面页岩气溢出，必须立即进行喷射混凝土支护，及时封闭页岩气。喷射采用湿喷施工，分初喷、复喷和终喷（保护层）三阶段进行，喷射机选用湿喷机。

2.3.2 小导管径向注浆支护

在围岩较破碎，页岩气溢出较多，易风化段落，为防止围岩坍塌，提高围岩密实性，减少页岩气排放，采用小导管径向注浆。

2.3.3 气密性混凝土衬砌支护

页岩气地段衬砌采用C35气密性混凝土，混凝土掺加气密剂，其气密性混凝土透气系数不应大于10-11cm/s，气密剂掺量为水泥用量的10%，气密性混凝土的配合比应根据取样化验结果和采用外加剂的技术要求进行调整配置。低页岩气地段采用C35普通砼进行衬砌施工。

①页岩气隧道结构衬砌复合防水施工要点。②页岩气施工缝施工要点。由于页岩气工区页岩气浓度大，施工缝是衬砌渗漏的关键，施工缝必须严格按照设计要求施工，施工完成必须对施工缝进行气密处理。③隧道洞内页岩气排放施工要点。在排水管终点处设置气水分离装置-窨井，井身和井盖采用气密性混凝土，井盖周围缝隙采用玻璃胶密封，分离出的页岩气气体用金属管道引出洞外在山坡高处放散。④气密性混凝土施工。⑤隧道空隙回填施工方法。页岩气工区页岩气段均采用复合式衬砌，在二次衬砌拱顶刹尖部位常有大量空隙，为防止页岩气聚积，确保拱顶密实，在二次衬砌需预埋注浆管，待二次衬砌混凝土施工完毕后，用压注水泥浆充填拱顶板后的空隙。⑥隧道仰拱气密性混凝土施工方法。仰拱气密性混凝土原材料要求与二衬气密性混凝土原材料相同，仰拱必须尽早开挖，尽量确保边墙与仰拱能同步施工防止底部页岩气溢出。⑦材料与设备。页岩气隧道页岩气溢出浓度较大，且页岩气需向洞外排放，电气设备和作业机械以及固定设备和照明也必须采用防爆型。⑧质量控制。页岩气隧道施工的防爆通风和气密性质量是关键。页岩气隧道施工通风采用材料的品种、规格、性能和等级，应符合设计要求及国家产品标准和工程技术规范的规定。防水板、施工缝、气密性混凝土施工质量必须严格控制。

2.4 其他施工要点

2.4.1 防排水施工

页岩气工区铺设全封闭防水板，低页岩气工区铺设防水板。防水板在具备条件时均采用热熔焊接工艺。

2.4.2 施工用电

页岩气地段隧道施工可采用双路供电：其一洞内洞外用电相分离；其二洞内施工用电与照明用电相分离。洞内洞外相分离可保证任何一处有问题不影响其他电路，洞内施工用电与照明用电相分离有利于洞内电路标准化管理。在使用过程中可按照页岩气浓度<0.4%时，正常供电；页岩气浓度≥0.4%且<0.5%时，通过加强通风降低页岩气浓度；页岩气浓度≥0.5%时，停止施工供电，关闭机械，撤离人员，查找隐患，加强通风。

2.4.3 施工防火

①页岩气隧道洞内施工中可能产生高温、明火的电气焊、防水板焊接等工序界定为特殊工序，实行动火管理制度。其它特殊工序的界定由项目分部总工程师根据施工具体情况组织相关部门予以确定。②特殊工序施工确定后，由项目分部工程部编制特殊工序的作业指导书，制定出切实可行的安全保证措施及操作细则，经项目分部总工程师批准后实施。③特殊工序施工前，首先由技术主管根据施工计划提前一天提出计划，经架子队队长审核后，报项目分部总工程师审批，并由分部项目副经理下达操作指令，架子队队长监督按计划实施，实施过程中必须严格按作业指导书进行。④特殊工序施工时，瓦检员必须全过程监测页岩气浓度，同时作业地点采用局部通风措施，保证该范围内页岩气浓度不超标。⑤特种工序施工现场无专职瓦检员监控和消防设施不齐不得实施作业。

3 页岩气地段隧道施工工法效益分析

①本工法在页岩气地段页岩气隧道施工可进行推广和运用，可为以后在页岩气隧道施工中积累了经验，具有指导意义。②在施工过程采用的页岩气隧道综合施工技术很好地规避了页岩气突出、爆炸造成的人财损失。③施工过程锻炼了施工队伍，培养了一批页岩气隧道施工的技术人才。

4 小结

本文浅析了页岩气隧道施工工法，总结如下：①分析了页岩气地段隧道快速施工的总体技术思路，把握好洞口施工、洞身施工、监测、通风、运输、防排水、支护等各个隧道施工的流程关键技术，为施工安全、稳定、快速地进行打下了基礎。②综合经济、安全、工期等多角度的对比，页岩气地段页岩气隧道宜采用加强通风型工法，不配置防爆型设备，在保证隧道页岩气施工安全、质量的前提下，更能实现资源合理的配置，用最少的资源投入，获得最大的经济效益。

参考文献：

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