隧道穿越煤系地层施工技术

周波

（中国水利水电第九工程局有限公司 贵州贵阳 550001）

隧道穿越煤系地层施工技术

周波

（中国水利水电第九工程局有限公司 贵州贵阳 550001）

通常情况下，瓦斯与有害气体等极容易聚集在结构松散的岩层与煤系底层，因此，在进行隧道穿越煤系地层施工时，必须要采取合理的施工技术，以避免瓦斯与有毒气体的大量积聚而引发的安全事故。基于此，本文在分析某工程实例的基础上，对隧道穿越煤系地层施工技术具体措施进行了详细的阐述，以供参考。

隧道施工；穿越；煤系底层；技术

1 引言

一般情况下，隧道工程项目所在区域大多处于地下，而地下是瓦斯等其他的聚集地，因此，在实际施工过程中，必须要对工程项目实际需求进行全面的分析，并在此基础上，采取适宜的施工技术，以确保项目施工安全与质量，有效规避安全事故与人员伤害现象的发生。

2 工程概况

某高速公路设计为双线四车道，途径某隧道，然后相交于另一高速公路。该隧道为左、右线分离式平行双洞，左、右线全长分别为6555m与6557m，且隧道进口部位左、右线总长度达3284m与3285m。同时，隧道经过区域地层大多为层间积压破碎带，且大约有60%为Ⅱ、Ⅲ类围岩，岩层主要包括钙质泥岩、泥质灰岩等。但因受到地质构造影响作用，溶孔、溶穴极其发育，围岩软弱，且其稳定性也较差，极容易发生坍塌事故。

在此隧道工程项目施工中，可能会遇到岩溶、断层等不良地质情况。隧道进出口部位穿越其所在山区某可采煤层，该煤层瓦斯压力达0.12～0.18MPa，其背斜附近存在l8个个大小煤窑，隧道区域内有6个老煤窑及2个正在生产的煤矿。此情况下，隧道设计按照低瓦斯工区需求落实防护措施，施工时还需要进行超前探煤、瓦斯预测工作，以避免安全事故的发生。

此外，在隧道开挖施工过程中，随着岩石破碎与周壁压力的逐渐降低，岩石中的天然气由吸附状态转为游离状态，并释放，基于此，必须进行瓦斯与有害气体监测与防治作业。

3 总体施工方案及措施

3.1 总体施工方案

依据项目设计文件要求，并在综合超前地质预报的情况下，对于隧道内有害气体可能存在的区域，采用超前探测、排放与防护等措施，对有害气体，尤其是瓦斯进行综合治理。同时，还要利用全自动电脑检测仪等设备，对隧道各工作面进行全方位的、详细的监测与防护，例如瓦斯检查等。此外，在施工过程中，还要落实湿式钻眼、喷雾洒水等防尘措施，以保证洞内作业的安全。

3.2 技术措施

3.2.1 超前探测、排放

通过采用物探与钻探地质预报工艺，对隧道开挖面至前方围岩区域进行超前预测，以此来详细的了解其地层构造、采空区等实况。对于已经探测出的裂隙发育、连通性良好的含气层等，利用供水钻机进行湿钻。此外，在作业面前，还需要进行适当的排放，以避免有害气体的异常突出。

3.2.2 加强施工通风

为了避免煤系底层采空区等瓦斯与有害气体的溢出，必须增强对大断面等施工区域的通风。此外，在进行工程设计时，对于项目通风作业，应当采用巷道式射流通风技术进行，并且还要通过射流空气来加快风流速度。

3.2.3 开挖、支护施工措施

在进行隧道穿越煤系地层开挖与支护施工时，需要严格遵循短进尺、弱爆破、强支护、勤监测、强通风、早封闭的原则。同时，还要将每一次开外进尺控制在2m以内，然后再采用导坑开挖方案或长台阶开挖方案进行开挖施工。此外，如果开挖面积较小，瓦斯与有害气体的溢出量也相对较小，此时需要立即关闭开挖轮廓，最大限度的降低瓦斯与有害气体溢出量。

3.2.4 洞内设备、设施的选用

在进行瓦斯部位施工时，其所采用的设备与设施均需要满足防爆要求，并且还要安装照明与电力线等发热体。

4 瓦斯与其他有害气体监控与预警措施

要想充分提高瓦斯与其他有害气体监控与预警效果，应当落实“双保险”监控措施，也就是建立自动化监测系统与人工现场监测相结合的措施。在该隧道穿越煤系地层施工过程中，其所构建的自动监测系统主要包括洞口监测中心、洞内控制分站与洞内各作业面，在各巷道、加宽部位、转角处等部位，还需要安装瓦斯浓度探头、风速探头与自动报警器。

此情况下，只需要通过探头，仅需要在洞口与检测中心，就能够充分了解隧道内各处瓦斯浓度与风速情况，一旦超出标准，立即报警处理。同时，监控人员也能够掌握各作业面与瓦斯实况，提升对事故的应变能力，尤其是揭煤前的放炮操作，监测人员能够即刻观察到放炮之后瓦斯浓度变化曲线与实际涌出量。

但在进行自动监测系统探头的安装时，需确保其与开挖面之间保留一定的距离，并且还要配合任何进行详细的检查。在进行装药、放炮操作之前，以及爆破作业之后，均需要通过人工的形式对瓦斯进行仔细的检查，以确保开挖过程中瓦斯浓度的实时监测。对于瓦斯监控地面中心站位置，需确保其与隧道口的距离超过20m，并且还要配备相应的设施，例如工控机与数据通讯接设备。

5 瓦斯探测与排放

5.1 超前探测

通过详细分析项目现场物探超前地质探测原始资料数据，判断作业面前方是否需要进行钻孔排放作业，以此来为钻孔排放作业的顺利完成提供必要的参考依据。

5.2 钻孔排放施工方法

通过实施探测作业，发现该项目裂隙存在裂隙发育、连通性良好的含气层或是较大的踩空气囊，此时需要利用“QCW-80型偏心潜孔锤”地质钻机进行超前钻孔释放作业。同时，在开始隧道每个开挖循环钻孔作业之前，需要利用YT28手持式凿岩机钻布设浅探孔。

对于探孔的具体位置，则需要依据项目岩层节理面或是产状进行确定，当掘进由煤层顶板进入煤层时，应当在隧道的底部位置布置探孔；而如果掘进由煤层底板进入煤层，则此时应当在隧道的顶部位置布设探孔，这样一来，可有效避免钻机频繁移动，促进隧道掘进作业不间断、正常进行。通过科学布设探孔，可充分发挥钻孔作用。此外，超前探孔还可作为掘进炮孔，从而大大节省项目建设成本减少施工工序，从而提升施工效率。

6 注浆止气

6.1 封堵墙施工

该隧道工程项目地质结构较为复杂，超前探孔极容易导致气体突出现象，例如在YK5+423位置，右侧探孔在6m位置处，有害气体突出压力达0.35MPa，但由于补给充足，在排放无效的条件下，可通过封堵墙施工方式来封闭作业面。对于封堵墙施工，应当采用C20混凝土现浇，厚度为1.0m。图1为该隧道项目封堵墙施工。

6.2 设备选用

6.2.1 钻孔设备

图1 止气墙施工示意图

对于该项目围岩良好部位钻孔施工，应当采用操作便利的、钻孔效率高的、移动灵活的MD-50潜孔钻机。此外，在进行围岩较差部位的钻孔作业，应当采用QCW-80型偏心潜孔钻机进行。

6.2.2 注浆设备

该隧道工程项目采用单液注浆，注浆机为3SNSA型注浆泵，其注浆压力达8～10MPa，最大注浆量达207L/min，所以，只需要采用一般的砂浆搅拌机就能够拌制浆液。

6.3 配合比选用

为了有效降低普通水泥浆吸水率，并改善其流动性，应当适当掺入膨润土与高效减水剂。此外，通过配比试验结果选择了0.6、0.8两种水灰比，依据项目岩层裂隙渗透性、浆液注入率、注浆压力等情况，在注浆施工时可采用上述两种水灰比，注浆效果较为良好。

6.4 注浆施工

在完成了封堵墙施工之后，对于项目中有害气体含量较高的地段，为了有效避免气体从封堵墙外缘与开挖轮廓结合部位渗漏出来，应当采用小导管注浆，以封闭附近围岩裂隙，并且还可加固止气墙与围岩的交接处，从而避免有害气体渗漏现象的发生。

7 结语

综上所述，该隧道项目设计属于低瓦斯隧道，进口含煤地段瓦斯含量偏低，但早期施工测试结果显示器瓦斯涌出量超标，因此，为了确保该隧道穿越煤系地层施工安全，应当实施瓦斯监控预警措施，并且还要配备瓦斯监测设备，然后采取适宜的施工技术与施工工艺，降低洞内瓦斯与有害气体浓度，避免瓦斯事故与硫化氢气体中毒事故的发生，为隧道施工的顺利完成提供保障。

[1]叶飞，霍三胜，常文伟.公路隧道穿越软弱破碎煤系地层及采空区施工安全控制技术[J].公路，2011（06）：199～205.

[2]冯波.穿越煤系地层及采空区瓦斯隧道施工安全风险的控制研究进展[J].四川建筑，2013（33）：107～110.

[3]王一鸣，任登富，王立川，等.三联隧道穿越煤系地层软岩大变形控制研究[J].地下空间与工程学报，2013（09）：1613～1619.

U455.4

A

1004-7344（2016）08-0147-02

2016-3-1

周 波（1982-），男，彝族，工程师，本科，主要从事水利水电工程管理方面的工作。