图山寺高瓦斯隧道施工中重难点分析及技术措施

侯超华

摘要：本文以兰渝铁路图山寺高瓦斯隧道为依托，从高瓦斯隧道施工中的特点，分析高瓦斯隧道施工中重难点分析，保证高瓦斯隧道安全贯通，从瓦斯监控、隧道通风、监控量测方面改进，并在高瓦斯隧道施工中实施，收到了较好的效果。

关键词：高瓦斯 瓦斯监控 通风 监控量测

1 概述

国内瓦斯隧道施工，从1965年修建的贵昆线岩脚寨瓦斯隧道，为国内第一条瓦斯隧道，该隧道采用矿山法施工，1994年、1996年分别修建的侯月线云台山Ⅰ、Ⅱ线瓦斯隧道为国内第一条采用新奥法施工的瓦斯隧道，2005年修建的都汶高速公路董家山隧道，2009年修建的湖北恩施野三河电站一号低瓦斯隧道均不同程度发生了瓦斯燃烧和爆炸事故，引发了业界的普遍关注。

而一定浓度的瓦斯、足够的氧气和一定温度的火源是瓦斯燃烧及爆炸的充要条件，切实掌握隧道内实时瓦斯浓度、提高隧道及掌子面通风、掌握隧道围岩变形情况，对高瓦斯隧道施工隧道内各类情况实时监控是确保施工安全的有效手段。

2 工程概况

图山寺隧道是兰渝铁路高风险隧道之一，单线隧道，长3216m，断面面积为64.36m2，进出口各设800m的平导，平导与正洞线间距为30m。隧道位于侵蚀-剥蚀低山区，水平状岩层迭岭地貌，地面高程307～542m，相对高差约235m，最大埋深160m，最小埋深77m。隧道位于西山向斜的西北翼，穿过两套地层，分别为第四系土层和侏罗系泥岩夹砂岩，围岩基本分级为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，地下水发育。隧道位于川东浅层天然气发育地区，钻孔测试结果

显示单孔天然气最高浓度9500ppm，计算隧道天然气

含量6087m3，瓦斯压力0.2KPa，天然气绝对涌出量3.03m3/min，为高瓦斯隧道。施工揭示天然气瓦斯浓度最高达6.4%。

3 工程特点

3.1 地质情况差，遇水易风化，施工难度大

隧道洞身地质情况为第四系土层和侏罗系泥岩夹砂岩，泥岩遇水极易风化，易坍塌，坍塌后容易造成瓦斯积聚，给隧道正常施工造成很大的安全隐患。

3.2 施工风险大

瓦斯爆炸是高瓦斯隧道施工中的最大风险，高瓦斯隧道與一般隧道最大区别就是无形的瓦斯，本工程设计全隧为高瓦斯隧道，瓦斯具有突发性及不可预见性，稍有不慎，很有可能在隧道施工中发生瓦斯燃烧或爆炸，如稍有措施处理不当将对施工人员及机械设备造成极大的威胁，甚至造成无可挽回的损失。

4 工程重难点及技术措施

图山寺高瓦斯隧道洞身穿越第四系土层和侏罗系泥岩夹砂岩，其中泥岩夹砂岩遇水易风化，如何防止图山寺高瓦斯隧道施工中遇水坍塌是本工程的重点。

隧道位于川东浅层天然气发育地区，钻孔测试结果显示单孔天然气最高浓度9500ppm，计算隧道天然气含量6087m3，瓦斯压力0.2KPa，天然气绝对涌出量3.03m3/min，为高瓦斯隧道。如何在施工工程中对瓦斯浓度管理与控制是本工程的难点。

4.1 超前预测预报

图山寺高瓦斯隧道地质复杂及瓦斯有不可预见性，最关键的技术就是做好施工期前的综合超前地质预测预报，信息化指导现场施工。本工程通过地质素描、TSP地震波法、地质雷达、超前地质水平钻孔及5m超长炮孔方法对围岩及瓦斯情况进行超前预测预报，根据几种不同方法得出的结果相互对照、相互补充以提高地质预报精度。将最终结果做为勘察地质资料的补充，在基本掌握前方施工的地质及瓦斯情况后，安排合理的施工方案及措施。

4.2 隧道监控量测

图山寺高瓦斯隧道洞身穿越第四系土层和侏罗系泥岩夹砂岩，该类围岩遇水极易坍塌而造成瓦斯积聚。施工中必须做好隧道监控量测与信息化管理，本工程根据实际情况及结合公司内部发明的隧道多功能监控量测桩，准确测量出隧道围岩变化数据，实时掌握围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态，根据量测数据实时调整开挖方式及支护参数。

4.3 高瓦斯隧道监控

图山寺高瓦斯隧道瓦斯有不可预见性，最关键的技术是实时掌握洞内瓦斯浓度，信息化指导现场施工。本工程根据以往高瓦斯隧道施工经验及结合实地，瓦斯监控采取“人工和自动监测”相结合的原则测量瓦斯浓度，人工采用光干涉式瓦检仪、便携式瓦检仪检测；自动监测采用矿用KJ90自动监测报警系统监测。

4.4 高瓦斯隧道通风

图山寺高瓦斯隧道施工降低瓦斯浓度，主要采取加强通风稀释瓦斯后排出洞外。本工程根据独头压入式、巷道式及混合式进行比较综合设计，图山寺高瓦斯隧道在平导与正洞未贯通前采用独头压入式，使用双风机（2台SDF（C）-NO13轴流式风机，2*132KW）双管路（φ150cm）供风，平导贯通后采用（2台SDF（C）-NO13轴流式风机，2*132KW）巷道式通风双风机双管路（φ120cm）供风。

5 施工关键技术控制

5.1 超前预测预报

用3台ф100HQF110全风动水平钻钻孔在开挖隧道正洞前进行超前地质探测并进行验证，孔长度为30m，搭接长度超过5m，超前地质钻孔每25m进行一次循环。按照图一布置超前地质钻孔，且必须按照钻孔末端在开挖线外3m，并将检测点设置在超前地质钻孔处，对有害气体的涌出情况下进行检测，同时对瓦斯的涌出浓度及压力是否超标进行检测。对于每个循环工序来说，需要做好记录，并且保存好地质素描和影像资料。

5.2 隧道监控量测

本工程借鉴本单位发明的《多功能监控量测桩》，监控过程中将有尺量测（收敛仪）和无尺量测（全站仪）两种方法有机结合起来，通过两种方法的合理运用，使得量测结果的准确性得到了相互验证。同时对于采用不同的施工工法（如台阶法、CD法、CRD法等半幅施工），在有尺量测受限制无法进行时，可在第一时间利用此设备进行无尺量测，既能保证量测数据的及时、准确，又能对现场施工提供真实、可靠的依据。

5.3 高瓦斯隧道监控

①在施工期間，对于瓦斯隧道来说，为了确保施工的安全性，需要成立专门的瓦斯检测系统，该系统主要包括自动监控与人工监控系统两部分，同时将其作为施工工序进行管理，并且由现场施工负责人负责。对于气象参数、瓦斯浓度、风速、风量等参数，通常情况下，通过该系统进行测定。

②在洞外或洞内新鲜风流中装设压入式通风机，进一步防止污风循环。对于瓦斯工区的通风机通常需要设置两路电源，同时装设风电闭锁装置。当一路电源停止供电时，另一路应在15min内接通，保证风机正常运转。

③瓦斯隧道每班应对开挖掌子面按规定检查，平常按1次/1小时频率检查，如有异常情况时应随时检测。

④瓦斯隧道在开挖时必须遵循 “一炮三检制”和“三人连锁放炮制”，即装药前、放炮前、放炮后和放炮员、班组长、瓦检员。

5.4 高瓦斯隧道通风

高瓦斯隧道有良好的通风是防止瓦斯积聚及降低瓦斯浓度的最有效方法，根据高瓦斯隧道施工要求，通风口距离掌子面不大于5m及不间断供风，结合实地项目部发明《可伸缩式通风装置》及借鉴公司发明的《新型的网圈托挂形式》，很好地控制了风筒布距掌子面距离及降低了风阻，提高了洞内通风效果。

6 效果检验

隧道于2009年11月10日进入暗洞施工，2011年6月30日贯通，历时18个月，隧道施工采用进出口两头掘进，无轨运输方式，通风采用压入式及巷道式相结合的方式，检测采用人工及智能双控，施工过程中瓦斯浓度及回风风速均满足设计及规范要求。

7 结束语

随着我国高速铁路的快速发展，由于高速铁路线路线形的需要，存在有毒、有害气体铁路的隧道无法避免，而高瓦斯隧道施工如何确保施工工程中的安全重难点，本隧道在施工高瓦斯隧道过程控制中的相关施工措施可有效地降低安全风险，从而为以后的施工打下坚实的基础，同时也为同类工程的处理积累了经验，具有一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]陈长坤，郑长青，曹磊.铁路隧道风险评估体系的研究和探讨[J].铁道标准设计，2007（S1）.

[2]朱鹏飞，张梅，黄鸿健，张民庆.宜万铁路复杂隧道风险管理与控制[J]铁道标准设计，2010（S8）.

[3]中铁一局集团有限公司工程管理中心.路桥工程施工新技术实用手册隧道施工新技术分册[M].

[4]铁路瓦斯隧道技术规范[S].