山区高速公路隧道的瓦斯预测方法及施工技术

2020-08-07

中国公路 2020年13期

关键词：工区瓦斯煤层

（昭通市交通建设工程质量安全监督局，云南昭通 657000）

一、工程概况

坪上隧道位于云南省昭通市境内，属昭泸高速公路彝良至镇雄段特长隧道。隧道穿越兴隆煤矿的采煤层和可开采煤层（C1、C5），前者为典型低瓦斯工区，后者为高瓦斯工区，煤层伴有爆炸性危险。隧道进口、二号斜井两处均为高瓦斯工区。

二、瓦斯预测方法与实施

（一）超前探测方法

在确保良好探测效果的前提下结合实际采用地质雷达探测、TSP203（或RT）地质超前预报系统探测、超前钻孔探测、声波法探测等。坪上隧道进出口，1#、2#斜井皆采用了全断面超前钻孔探测方法。

（二）超前探测钻孔

煤系地层对于隧道施工的影响较大，为全面掌握该处煤层赋存情况，包括层位、厚度、倾角等，在正式施工前采取超前探测方式，明确煤层的具体分布区域及主要参数，以便给隧道施工作业提供参考。

沿隧道方向设超前探煤钻孔，在开挖至距煤层50m之前完成，孔深≥50cm，条件允许时加大钻孔深度，使其顺利穿透煤层全厚度范围，深入煤层底板的部分≥0.5m。在施工中，对水平超前探煤钻孔施工作业超前距离应达20m，以上一循环的探孔终孔所处位置为基准，当工作面与之形成的间距达到20m时便要暂停开挖，从而进入到下一循环施工中。

（三）煤层瓦斯参数测定

取超前探测钻孔其中3个岩层较为完整的钻孔封孔、注浆处理，并测定煤层的原始瓦斯压力，其他的探测钻孔应用水泥砂浆封堵。煤层对于隧道施工的影响较大，为准确掌握初始状态下的瓦斯压力值，必须分别设置测压孔和前探孔，从根本上避免混用现象。引入主动式测压的方法，测压时间更短。

打钻过程中选取煤样，总重维持在2kg～3kg，及时使用塑料袋封装，粘贴标签并记录基础信息，转移至实验室内作针对性分析，经分析得出瓦斯压力测定结果，计算求得煤层瓦斯含量。

三、煤层瓦斯突出危险预测

（一）初步预测

以煤层所处位置为基准，开挖面与之形成的法向距离达10m或更多时展开初步预测，其中煤层瓦斯压力法应用较为广泛，或者可结合项目实际选用瓦斯含量法。根据煤层瓦斯压力或瓦斯含量初步预测的临界值，如表1所示。

煤层瓦斯并不存在突出危险时，则以煤层所在处为基准，当开挖面与之产生的垂距≥5m时组织二次预测。

煤层瓦斯存在突出危险时，则以煤层所在处为基准，当开挖面与之产生的法距≥7m时加强防突措施，做好此项工作后按上述方法组织二次预测。

（二）二次预测

二次预测应在隧道开挖工作面掘进至距煤层垂距≥5m处开始。检测K1、q等相关指标，并结合煤样分析结果，明确其瓦斯放散初速度△P及坚固性系数f，由此确定具体综合指标D、K的值。

（三）煤层瓦斯突出危险性评价

若K1或q值达到表1中临界值或超出时，均判定为危险工作面；此外，若D、K值均在临界值以内且现场并未出现异常情况时，此条件下则判定为无突出危险工作面。

各项指标中，若某项超出临界值，均视为危险工作面。若打钻作业时发生夹钻或喷孔的延长情况、煤层赋存条件较正常状况发生显著变化，此时均可视为突出危险工作面，需采取防突技术措施。

四、瓦斯隧道施工技术

（一）支护参数

煤层瓦斯工区通常按Ⅳ、Ⅴ级围岩设计，坪上隧道瓦斯工区支护参数如表2所示。

表2 隧道支护参数表

（二）施工方法

为准确判断前方地质情况和瓦斯浓度，对隧道右线和左线实行连续超前探孔。该隧道加装防爆型电机ZDY-1250型地质钻机钻探30m探孔，探测煤系地层地段和瓦斯溢出情况，当前探钻孔未揭煤且孔内瓦斯浓度＜0.5%，则被视为低瓦斯隧道，按相关标准展开施工作业；对于瓦斯浓度≥0.5%的情况，则必须编制专项施工方案。

以瓦斯隧道地质条件为基本参考，编制爆破施工方案，为满足开挖轮廓要求，选择上下台阶法，总体施工量较大，以分步开挖的方式有序推进，选用光面爆破方案。

围岩支护采用超前小导管和锚网喷混凝土支护，喷射混凝土机械采用防爆型，所有开挖面采用厚度≥4cm气密性混凝土封闭，依据工程要求，该项目采用工字钢支护，支护前需在隧道外试拼，合格后正式拼接。锚杆施工完毕后，需抽样检查并进行抗拔试验。

防排水施工时要在隧道明暗交界位置、衬砌类型变化位置，还应在洞身每隔80m间距设置一道变形缝，缝宽2cm，缝中设置中埋式橡胶止水带和背贴式橡胶止水带，并按设计要求铺设纵横向排水波纹管。

隧道仰拱气密性混凝土采用建筑组合钢模，支架采用φ50mm液压杆支撑加固。参照二衬气密性混凝土，用于仰拱处的材料与之保持一致，仰拱施工遵循的是尽早开挖的原则，不可出现超长开挖现象，边墙和仰拱，尽可能同步开挖，防止底部瓦斯溢出。

以钢模衬砌台车为主要施工设备，完成立模作业；配备多台混凝土罐车，共同配合将混凝土运输至施工现场，利用液压泵入模，遵循先两侧拱脚后拱顶的方式，两端同步推进，使用插入式振捣器处理两侧的混凝土混合料提高其密实性，并使用附着式振动器完成拱部处理。减小外界因素的影响，做到持续浇筑，自卸出混凝土开始，需在后续的40min～60min内使用完毕，否则性能易发生变化。5℃以下停止施工。边墙和拱部的局部超挖部分采用气密性喷射混凝土填补圆顺，超挖地段采用衬砌混凝土浇筑，增加二次衬砌厚度。混凝土浇筑完毕后，连续养护时间需≥14d。