浅谈思南县沙坝水库三洋溪取水隧洞出口段瓦斯治理措施

徐凯

摘  要：在我省的中小型水利工程隧洞施工中，遇到瓦斯的情况并不多见，因此一旦遇到后可以提供借鉴的治理程序和方式也不充裕。通过沙坝水库三洋溪隧洞从发现瓦斯到委托检测、选定单位、实施治理、验收合格的整个过程进行分析，不仅确保了程序合规，实施过程安全，并且还降低投资，给后期其它中小型水利工程遇到类似问题提供了较为完整的经验。

关键词：沙坝水库;隧洞;瓦斯;检测;治理

中图分类号：TV554    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）02-0000-00

1工程概况

思南县沙坝水库坝址位于铜仁市思南县马河坝村境内，地处乌江中上游一级支流相思溪河上，是一座以城镇供水为主的水利枢纽工程。坝址距思南县城33km，遵义市182km，贵阳市318km。其中杭瑞高速思遵段通过坝址附近，工程附近有乡村公路通过，工程对外交通较方便。工程任务是向思南县双塘工业园区供水。

工程主要由混凝土面板堆石坝、代家沟拦水坝、提水泵站、供水管道及取水隧洞等组成，最大坝高64.7m。本工程等别为IV等工程，工程规模为小（1）型。坝址以上流域面积8.5 km，多年平均流量为0.16m/s。水库正常蓄水位为660.00m，兴利库容411万m，校核洪水位662.52m，总库容469万m。

其中三洋溪取水隧洞全長2.867km，隧洞坡降为i=1/2000，隧洞断面型式为门洞型，开挖断面高3m、宽2.6m。

取水隧洞工程出口段位于思南县双龙镇，双龙镇位于黔北高原东部，武陵山脉南西缘，地势南西高北东低，以构造侵蚀地貌为主，总体为中低山沟谷地貌。取水隧洞东～西向穿越山体，从沙坝水库工程区区域构造图来看，取水隧洞位于英武溪背斜和红坳向斜之间。

2瓦斯的发现及检测结果

2016年5月13日，在隧洞出口段桩号K2+377（开挖进尺480m）处，钻孔过程中施工人员发现有轻微的异常气味从孔内溢出，于是暂停施工用矿泉水瓶将气体装至外面检查，经在瓶口点火发现气体能燃烧（见下图1）。

随即，施工方向监理、业主经汇报后，由思南县水务局下达了停工通知，要求隧洞出口段停止一切施工作业，并保证洞内24h通风及安排专人24h在现场离洞口50m外地点值班，禁止无关人员进入。

2016年5月21日，受工程业主方的委托，贵州省煤矿设计研究院组织专业人员对隧洞内气体进行现场采样检测，结果如下表1所示。

检测结论：从气体检测结果来看，通过通风能够稀释隧洞掌子面的可燃气体。但炮孔中的瓦斯浓度较高，均在瓦斯爆炸极限5-16%范围内。在局部地点可能会造成瓦斯积聚，造成局部地点瓦斯燃烧、爆炸或窒息，在放炮掘进过程中瓦斯涌出可能性增大，极易造成瓦斯燃烧、爆炸或窒息，在今后的施工过程中必须加强瓦斯治理。

根据《思南县沙坝水库工程三洋溪取水隧洞设计图》的地质情况描述：

桩号2+818.53～2+738.53段为隧洞洞身段，出露地层为二叠系上统（P）上部为浅灰、灰黑色中厚到厚层燧石灰岩，生物碎屑灰岩及沥青灰岩;下部为灰、深灰黑色厚薄交错的燧石灰岩，间夹黑色硅质岩及页岩;底部粘土岩中含煤，岩层产状95-110∠40-54，洞线走向与岩层走向的交角约70-90，隧洞埋深为22-86m，地下水位处于顶板附近，地下水活动中等，围岩以Ⅲ类为主，遇岩溶段按V类考虑。建议物理力学参数：Ⅲ类围岩石f=4～6、K=20～30MPa/cm，V类：f=0.5～1、K=1～2MPa/cm。

桩号2+738.53～2+239.92段为隧洞洞身段，出露地层为二叠系中下统（Pl-P）灰色灰岩，底部为粘土岩、炭质页岩、石英砂岩，含少量煤，岩层产状100-120∠30-34，洞线走向与岩层走向的交角约80-90，隧洞埋深为86-274m，地下水位较高，远高于隧洞顶板，地下水活动强烈，围岩以Ⅲ类为主，遇岩溶段按V类考虑。建议物理力学参数：Ⅲ类围岩石f=4～6、K=20～30MPa/cm，V类：f=0.5～1、K=1～2MPa/cm。

桩号2+239.92～1+262.09段为隧洞洞身段，出露地层为志留系中上统韩家店群（Shn）杂质泥页岩，岩层产状90-100∠23-34，洞线走向与岩层走向的交角约65-85，隧洞埋深为123-387m，地下水位较高，远高于隧洞顶板，地下水活动强烈，围岩类别属Ⅳ类。建议物理力学参数：Ⅳ类围岩石f=1.5～2、K=2～5MPa/cm。

同时，贵州省煤矿设计院根据贵州省水利水电勘测设计院提供的《贵州省思南县沙坝水库工程取水隧洞综合地质图》提出如下建议：现输水隧洞出口段施工至桩号K2+337，开挖进尺480m，正好穿过红坳向斜轴部附近的二叠系中下统梁山组、栖霞组和茅口组（Pl-Pq+m），在施工过程中瓦斯涌出异常。红坳向斜轴部附近的二叠系中下统梁山组、栖霞组和茅口组（Pl-Pq+m）为含煤地层，为瓦斯灾害治理的重点区域，在该段进行施工时，必须充分掌握隧洞前方岩（煤）层性质、产状、断层褶皱等地质构造和岩溶发育情况及地层、地质构造和瓦斯参数等资料。根据地质资料显示，现隧洞出口段施工还剩余170m左右穿过红坳向斜轴部附近的二叠系中下统梁山组、栖霞组和茅口组（Pl-Pq+m）。因此，治理的重点区域为这170m，建议治理过程中采用先地勘钻孔探明前方地质情况后再实施洞挖的方式，方案中的地勘钻孔确定为沿隧洞桩号不小于200m，不仅可以勘测前方地质情况，也对前方瓦斯赋存情况进行探明。省煤矿设计院编制了《思南县沙坝水库三洋溪取水隧洞瓦斯治理专项方案》，作为后续瓦斯治理专业队伍竞争性谈判方案比选及实施过程中的指导文件。

3治理过程

3.1选择有资质的专业队伍

根据煤矿设计院的瓦斯治理专项方案的建议，结合政府相关主管部门的安全要求，由于原中标施工单位无瓦斯治理的资质，经业主方请示上级主管部门后，同意以原中标施工方为主体通过竞争性谈判的方式选择一家有瓦斯隧洞施工资质的专业队伍，作为原中标施工方的合作方共同承担瓦斯段的勘察、洞挖工作。

3.2设备、系统的改装

在施工方选定有资质的专业队伍后，根据煤矿院专项方案的相关要求建立了瓦斯监控系统（瓦检员还配备了便携式瓦检仪实行“一炮三检”）、人员定位系统、视频监控系统、通讯联络系统等安全系统，同时对通风系统进行了改造完善，对洞内所使用的电缆、钻、装、运机械设备进行了防爆改装。

3.2.1瓦斯监控系统

选用KJ90NB煤矿一体化安全监控系统一套，配备相应的监控分站和传感器。该系统包括以下主要功能：数据采集功能、报警及控制功能、存储和查询功能等，能对甲烷、风速、温度、硫化氢、CO浓度等采集、显示及报警功能。

3.2.2人员定位系统

选用KJ251型人员定位管理系统一套，配备相应的识别卡、读卡器、人员定位分站、电源箱及人员定位管理系统等。该系统包括以下主要功能：对洞内人员可实时跟踪监测;位置自动显示、能准确地统计洞内及某个区域的人员数量;可实时跟踪查询、打印当前及某时间段洞内人员数量、活动轨迹及分布情况等。

3.2.3视频监控系统

为实时掌握洞内外的工作状态，配备一套视频监控系统，直观的掌握洞内各监控点的工作状态。

3.2.4通讯联络系统

为方便洞内外人员联系，安装一套耦合电话，配备2台电话机、一台耦合、400m传输电缆，电话机分别安装在洞口值班室和洞内回车硐室中。

全部设备安（改）装完成后，施工方向原下達停工通知的县水务局提出复工申请。经县水务局组织县安监局、项目业主、设计单位（包括省水利设计院及省煤矿设计院）、监理、施工（包括合作方）共同召开复工验收会议。经现场共同检查，认为施工方准备工作充分，改装的设备及增加的监控系统等满足瓦斯隧洞的施工要求，同意恢复施工。

3.3实施情况

根据煤矿设计院方案的要求，在洞挖施工前必须先进行钻孔勘探工作。按每循环钻探60m后再开挖40m 再钻探的程序进行，勘探孔每循环在掌子面上布置5个孔，正中孔（图中的探测钻孔1）并取芯，钻孔孔径Φ75。见下图2所示。

每循环钻孔完成后对施工方提出勘察报告，对孔内是否需要进行专门的瓦斯排放措施、是否具备洞挖钻爆条件提出建议。每循环探测钻孔结束后开始洞挖前，监理均组织业主、施工三方进入掌子面实测瓦斯浓度，当掌子面瓦斯浓度小于0.5%时方可同意进行洞挖作业。按专项方案的要求，需在隧洞出口桩号K2+377～K2+177段进行六轮地质勘察工作，每轮施工地质勘察钻孔5个，控制掌子面前方60m范围，确定无较大瓦斯隐患后保留20m向前开挖40m，以此类推。

2017年12月5日～9日，在桩号K2+377处进行了第一轮地质补勘工作，共施工勘察钻孔5个，其中取芯钻孔1个、不取芯钻孔4个，总进尺300m，钻孔过程中孔内仅有少量瓦斯涌出;

2018年1月6日～9日，在桩号K2+337处进行了第二轮地质补勘工作，共施工勘察钻孔5个，其中取芯钻孔1个、不取芯钻孔4个，钻孔工程量总进尺300m，钻孔过程中孔内瓦斯最大涌出量为2.9%;

2018年1月26日～29日，在桩号K2+297处进行了第三轮地质补勘工作，共施工勘察钻孔5个，其中取芯钻孔1个、不取芯钻孔4个，钻孔工程量总进尺300m，钻孔过程中孔内瓦斯最大涌出量为5.3%，掌子面瓦斯最高达3.6%;

2018年3月10日～13日，在桩号K2+257处进行了第四轮地质补勘工作，共施工勘察钻孔5个，其中取芯钻孔1个、不取芯钻孔4个，钻孔工程量总进尺300m，钻孔过程中孔内瓦斯最大涌出量为1.4%，掌子面瓦斯最高达1.35%;

2018年3月29日～31日，在桩号K2+217处进行了第五轮地质补勘工作，共施工勘察钻孔5个，其中取芯钻孔1个、不取芯钻孔4个，钻孔工程量总进尺300m，钻孔过程中孔内瓦斯最大涌出量为2.1%，掌子面瓦斯浓度最高达0.75%;

2018年4月12日～15日，在桩号K2+177处进行了第六轮地质补勘工作，共施工勘察钻孔5个，其中取芯钻孔1个、不取芯钻孔4个，钻孔工程量总进尺300m，钻孔过程中孔内基本无瓦斯涌出，掌子面瓦斯降至0.2%;

2018年4月18日，经确认洞挖已穿越原推测的含煤地层后，由县水务局再次组织县安监局、项目业主、设计单位、监理单位、施工单位共同进行瓦斯段治理工作的验收，验收组一致认为治理工作取了明显的效果，在施工过程中未发生安全事故。后续的洞挖施工虽然已穿越含煤段地层，但治理过程中所使用的瓦斯监控系统仍然继续使用，并要求施工方继续加强监测，确保工程剩余的洞挖工作安全可控。

4结语

思南县沙坝水库三洋溪隧洞的瓦斯段治理工作从发现瓦斯到最后治理结束，经历了较长的时间。期间为了慎重起见，业主方多次咨询各级主管部门并带领参建各方到类似项目进行交流学习，确保工程建设程序合规和实施治理过程的安全，并力求降低投资，这也为以后其它项目在实施过程中遇到类似的问题提供了经验。

参考文献

Discussion on Gas Control Measures in the Outlet Section of Sanyangxi Water Intake Tunnel of Shaba Reservoir in Sinan County

XU Kai

（Guizhou Qianshui Engineering Supervision Co.， Ltd.， Guiyang Guizhou  550002）

Abstract： In the construction of tunnels of small and medium water conservancy projects in our province， it is rare to encounter gas. Therefore， once encountered， there are not enough treatment procedures and methods that can be used for reference. Through the analysis of the entire process from the discovery of gas to the commissioned inspection， the selection of units， the implementation of treatment， and the acceptance of the Sanyangxi Tunnel of the Shaba Reservoir， it not only ensures the compliance of the procedures， the safety of the implementation process， but also reduces the investment. Water conservancy projects encountered similar problems and provided a relatively complete experience.

Keywords： Shaba Reservoir; tunnel; gas; detection; treatment