高速公路低瓦斯隧道施工技术及控制要点

2020-03-27王应魁

工程建设与设计 2020年4期

王应魁

（中铁十四局集团第四工程有限公司，济南250002）

1 引言

随着我国高速公路网的不断发展，如今隧道施工项目的数量也在逐年上升，特别是在我国的西南部地区。由于该区域的山区地质情况复杂多变，因此，在进行实际高速公路隧道施工中，难免会遇到瓦斯隧道问题。因此，如何加强对瓦斯隧道的施工控制，从而在保证施工质量的同时，避免出现瓦斯爆炸等事故将是众多业内人士都在思考的一个问题。

本文就低瓦斯施工技术在二峨山隧道施工中的应用做简要的阐述。二峨山隧道是低瓦斯隧道且工程地质复杂，施工过程中可能出现瓦斯突出、瓦斯爆炸等，隧道施工有其特殊性及复杂性。为确保低隧道施工安全，必须在瓦斯预报、监控、控制等方面进行重点控制。

2 工程概况

二峨山隧道是成都经济区环线高速公路简阳至蒲江段重难点控制工程，设计为双线三车道分离式隧道。隧道左线全长2254m，隧道右线全长2282m。隧址区位于四川盆地西部，属浅-中切构造剥蚀低山地貌，受龙泉山背斜的影响，山体多为平缓的单面山。隧道穿越龙泉山背斜，砂岩体及岩体裂隙中含有可燃气体，地质勘探在K255700L20 孔深度至128m 砂岩时有甲烷溢出，因此，隧道初步判定为低瓦斯隧道。隧道岩体大部分为粉砂质泥岩，薄～中厚层状构造，岩体破碎，裂隙较发育，属于软岩～较软岩。

3 高速公路低瓦斯隧道施工技术

3.1 地质超前预报

二峨山隧道采用地质素描、TSP202/203、瞬变电磁仪、地质雷达及超前钻孔探测等方法综合探测（详见表1 和图1）。坚持以工程地质综合分析为核心，粗查与精查相结合、物探与钻探相结合的原则，综合预测开挖前方是否有不良地质体，及其不良地质体的规模和位置。通过超前瓦斯探孔探测前方是否有瓦斯，同时验证物探预测的准确性。

表1 超前地质预报方式表

综合超前地质预报工作流程：

1）隧道爆破开挖后立即进行地质调查并进行地质素描，每开挖循环记录一次。记录隧道围岩地层岩性特征、构造发育特征、岩体结构类型、地下水状况、围岩稳定性等。

2）利用TSP 每隔100m 探测1 次，预测掌子面前方100m范围内是否存在断层破碎带、隐伏断裂、节理密集带、透镜状储集砂体、岩性突变位置、富水区等不良地质体。

3）根据TSP 探测预测结果，如前方存在不良地质体，用瞬变电磁仪或地质雷达在接近不良地质体约30m 时探测1 次，进一步核实与了解不良地质的分布情况。地下水丰富时用瞬变电磁仪探测断层破碎带、隐伏断裂、节理密集带和富水区等地下水富集情况；地下水较贫乏时用地质雷达探测岩体的破碎程度、断层破碎带、隐伏断裂、节理密集带、透镜状储集砂体、岩性突变处等的空间方位与规模。

4）预测前方有不良地质体时，调整孔位，实施瓦斯超前钻孔；预测前方无不良地质体时，按设计孔位，实施瓦斯超前钻孔[1]。

图1 超前地质预报不同探测方法纵断面示意图

超前瓦斯钻孔平面布置图及横断面图如图2 所示。超前钻孔在掌子面均匀分布6 个钻孔，钻孔直径65mm，每个钻孔深度50m，其中孔2、孔3 为水平钻孔，孔1、孔4～孔6 钻孔为倾斜钻孔，孔1、孔4 钻孔终孔点超出隧道开挖轮廓线10m，前后两循环钻孔搭接长度为5m。

图2 超前瓦斯钻孔横断面图及平面布置图

5）根据钻探结果，并结合前期地勘成果及地质调查资料，确认不良地质体的规模与方位。检测孔内是否有瓦斯等有害气体并做压力和涌出速度测试。

3.2 瓦斯检测及监控

结合本隧道特点，二峨山隧道采用自动监控系统与人工监测相结合组成监控体系。其中，自动监控系统选用KJ90 型安全视频监控监测系统。根据瓦斯积聚特点在洞内不同部位安装瓦斯传感器、一氧化碳传感器、风速传感器等仪器测定洞内瓦斯参数，当瓦斯浓度超标时系统自动进行声光报警，并对被控设备自动断电。该系统主要对洞内瓦斯、风量和主要风机实施风电瓦斯闭锁及风量控制，及时准确地对洞内各工作面的瓦斯状况进行24h 全方位监控。瓦检员携带便携式瓦检仪在洞内巡检。瓦斯浓度监测处治情况如表2 所示。

表2 瓦斯浓度监测处治情况

4 施工中的控制

4.1 通风管理

二峨山隧道首先采用独头压入式通风，待隧道第一个车行横通道贯通后采用巷道式通风，轴流风机进洞，距离掌子面约700m，射流风机诱导左洞为进风巷，右洞为回风巷，以靠近掌子面的车行横通道为左右洞联通风道。在瓦斯容易积聚的空间（模板台车附近、塌方段落、防水板背后、断面变化处），可采用空气引射器等设备，实施局部通风的方法，消除瓦斯积聚。

成立通风班组，专门负责对隧道中风机的维护、通风检测、通风风管的维护检修等工作，并要求通风班组人员严格按照预订通风方案进行实际通风工作。在具体施工过程中，施工单位要多配置一组备用通风设备，然后通过2 组风机轮换通风的方式实现隧道内24h 不间断通风工作。为能够避免通风设备断电问题，施工单位还要为通风机准备备用发电机，并定时对发电机进行试运行与检修工作。同时，施工单位还要将通风设备的运行用电与其他隧道用电进行线路分离，保障通风机能够有稳定持续的电力供应。除此之外，若是后期隧道内有着动火或者进行防水板焊接等特殊工艺环节，该施工区域还应增设局部通风扇[2]。

4.2 防爆设置

防爆设置是低瓦斯隧道施工中的一个重点内容。首先，施工单位必须要对施工中所使用的各种诸如电缆、照明用具、配电箱、接线盒等用电设备进行防爆改造，并将每个工作面中的用电设备进行详细记录，方便设备检修人员的日常检修和定时检修工作。其次，对于施工中所使用的各种用电设备，施工单位还要为其加设短路、过载、漏电等危险提示功能，每隔10m 在隧道两侧分别设置1 盏隔爆荧光灯。最后，在隧道掘进超过500m 以后，施工单位便需要开始考虑高压电进洞的防电问题。在洞中设置矿区专用的隔爆型干式变压器，且变压器随着工作面的前移而不断向前推进。

4.3 门禁管理系统

施工单位要在隧道外设置1 道或者多道门禁管理系统，并安排专人进行监督管理，从而对所有进入隧道中的工作人员进行全面的监督检查，防止工作人员将手机、打火机等用火用电设备带入隧道中，降低安全事故的发生概率。

4.4 爆破施工管理

在低瓦斯隧道施工过程中，爆破施工将极易引发瓦斯爆炸或者瓦斯燃烧等问题，因此，施工单位必须要对该方面内容进行有效的预防，严格按照瓦斯隧道施工规范进行实际施工，绝不能疏忽大意。另外，对于爆破器材，施工单位也要采用矿区专用的爆破器材，再结合诸如湿式钻孔等瓦斯隧道爆破工艺进行光面爆破，降低因隧道爆破施工所引发的瓦斯安全事故。