大断面复杂地层瓦斯隧道施工技术研究

2022-07-12解小伟

交通世界 2022年13期

解小伟

（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳 550001）

0 引言

研究发现，地下存在CO 和NO2等有害气体。在矿井中，这些有害气体总称为瓦斯。合理运用瓦斯隧道施工相关技术可以保证施工安全性与施工质量。结合实际工程，瓦斯隧道施工技术困难较大，稍有不慎便会诱发瓦斯爆炸，需要合理应用防突、支护及瓦斯监测等技术，确保瓦斯隧道施工顺利进行，消除施工的风险及隐患。

1 工程概况

实例工程情况如表1所示。

表1 工程详细信息

2 瓦斯隧道施工要点分析

结合相关施工经验可知，在瓦斯地层中修建隧道风险较大，施工技术难度高，因此将施工要点总结如下：

（1）存在瓦斯爆炸危险。如果未经瓦斯检测等便强行施工，极易诱发安全事故。

（2）有瓦斯突出可能。实际施工中，地应力和瓦斯共同作用下，会使瓦斯突然喷出，从而演变成瓦斯灾害[1]。

（3）在瓦斯隧道施工中，围岩稳定性评价十分重要，属于基础性保障，不容忽视。通过研究发现，瓦斯地层性能不稳定，一般为软弱围岩，在整体结构中，瓦斯层中的软分层结构不稳定，对于支护施工有较高的技术要求。

3 超前地质预防措施

瓦斯隧道施工中要注意通风，超前地质预防措施通常在开挖以后使用，预报因围岩变形而诱发的各种地形破坏。对地质构造的掌握以地质素描为主，同时，为获得精确数据，通常配合简单的物探测试，多采用超前水平钻孔法、超前导坑法、物探法等技术。

3.1 超前水平钻孔法

隧道施工需要对掌子面开展超前水平钻探，在施工期间，通过钻进速度测试，全面掌握隧道地质情况。通过岩心采取率统计等措施对施工掌子面进行综合分析，确保前方地层的展布合理，地层岩石软硬程度等符合施工标准。另外，研究发现，采用以上技术还可以获得有关岩体完整性的数据，预判出空洞的分布位置。该技术实施期间的一个关键指标为岩心采取率，这项指标的数值主要反映岩体完整性，进而可以获得岩体的节理裂隙发育状况。实践表明：岩心采取率低，施工风险性就会很大，表明岩体中节理裂隙安全系数低；反之，如果通过预报，发现岩心采取率高，就表明此处岩体呈现节理裂隙不发育状态，则隧道施工会相对安全。

3.2 超前导坑法

在实际应用中，该方法渗透领域较广，取得的成绩也很突出。采用超前平行导坑技术进行地质超前预报需要考虑的因素较多，为了保证实施效果，应做好以下工作：首先，超前平行导坑施工中，需要完整、准确地记录所遇地质情况，以便为后续隧道施工提供参考。其次，必要的测试一定要落实到位，借助试验获得的数据绘制地质图，此项工作内容很多，需要对岩性、构造分布等完成一系列平面展示。最后，按超前平行导坑施工线型规律或超前平行隧道中呈现出的平面关系对地质情况进行评估、分析，推测隧道将遇到的地质情况。

在一些长瓦斯隧道中，通常有辅助导坑，在众多辅助导坑中，又以平行导坑居多。但如果单纯为了改善正洞通风，一般建议取消平行导坑。究其原因，平行导坑断面小，在使用中，其高度远低于正洞。加之瓦斯比空气轻，瓦斯很容易聚集在正洞顶部，巷道式通风是将导坑作为回风巷道，难以排除正洞顶部的瓦斯，从而增加施工风险。另外，平行导坑设置对正洞的排烟降尘效果影响较大，正洞容易出现循环风，增加了不安全因素。

3.3 物探法

经实践证明，该方法效果积极，技术较为先进，在隧道地质预测领域优势突出，是十分重要的地质预测方法。可以借助SE1243PEN 型探测仪完成相关的数据分析，进行负视速度法测试。研究发现，该方法的实施简单，是借助声波传送原理预测前方地质情况。在实际操作中，需配合8～12 个检波器，使检波器共同发挥作用，在不同位置接收关键性震动源指令，通过分析在介质中传来的声波，完成精准的地质预判。同时在技术应用期间，还可以辅助计算机，完成声波信息收录，通过计算机观察其变化。在实际应用中，借助该项技术可将前方围岩情况清晰掌握，精准捕获多项数据，如纵波速度等重要参数，结合这些具体参数对围岩类别进行判断。

4 施工技术

从上文分析了解到，瓦斯隧道施工存在很大隐患，不稳定性因素较多。在整体施工中，对支护方案和施工技术要求较高，需要不断完善相应的施工技术，以降低施工风险，科学进行瓦斯隧道施工。

4.1 完善安全施工机制

面对高难度的施工，需要寻求适宜的施工技术，从而保障施工安全。首先，结合项目实际情况，成立瓦斯监控小组，最好分为两级。一级领导小组以公司副总经理为首，主要任务是制定瓦斯监控方案，确保施工方案安全、可靠。二级领导小组，需要以现场项目经理为代表，核心工作是负责方案的实施。在领导组织确认后，成立钻探检测组，在正式施工前，配齐瓦斯检测设备，并对设备性能进行检验。在具体任务执行期间，二级领导小组还要结合现实需求，落实好超前探孔及配套设备的管理工作，在工作中，结合实际的钻探数据，完成钻探结果的分析，以便为后期的瓦斯段施工提供指导[2]。为了确保施工安全，需要开展人员的系统培训，全面进行瓦斯施工技术交底，培训专职瓦斯检验员等，确保相关人员具有相应的上岗资格证书，从源头保障人力配置达标，满足施工安全控制的基础需求。工作中，还要建立质量保证体系，严格落实灌浆质量控制，按事前、事中、事后贯彻落实，做到事前有指导，事后有验收，在此基础上实施全面安全管理，彻底、全面控制隧道施工，从而降低施工风险，保证施工质量。

4.2 开挖与衬砌

在项目实施阶段，针对不同的区域，需要采取不同施工方法。正洞围岩施工需采用正台阶法；而特殊区域，如瓦斯地段等，需要辅助上、下导坑法完成施工。另外，其他地段无特殊情况存在，均采用有轨运输的方式，并在全段采用整体式模筑混凝土衬砌。为了保证混凝土质量，要在自动计量拌和站完成拌和，确保拌和均匀。采用轨行式输送方式输送混凝土，并利用辅助振捣棒将混凝土振捣密实。

针对隧道围岩稳定性不足的特征，进洞段的安全标准要求较高，常见的施工方法为三台阶法，效果图见图1。三台阶法是重要施工保障，不容忽视。具体施工步骤如下：

（1）填筑掌子面，最终的效果是形成一个斜坡道，在此之前要整理操作平台。

（2）利用挖掘机优先完成上台阶的施工。在具体操作中，应控制好每次开挖进尺，理想标准是100cm以内，不可使其超过拱架距离，否则将会影响施工效果。为了满足施工的不同需求，也可以利用松动爆破技术完成开挖，该技术可代替挖掘机开挖[3]。

（3）支立拱架。支立拱架是施工的核心环节，不容忽视。操作中，要建立小型简易台架，并在其辅助下，在拱部设立固定锚杆，起到固定拱架的作用。对两侧拱脚，借助注浆小导管锁定，为了持续强化固定效果，可在导管内插入22mm 螺纹钢。在上述步骤完成后，对上台阶逐项施工，同样要控制好上台阶进尺，只有当进尺达到设计标准后，中台开挖步骤才可实施。在具体开挖阶段，施工顺序至关重要，先左侧后右侧，并保持左右两侧距离。

（4）三台阶开挖法的关键以及难度在于正台阶与三台阶完整的过渡地带。在施工中，需要合理完成上台阶开始段的开挖，同时保障拱脚能够落底，从而提升施工质量。图1为三台阶法立体效果图。

图1 三台阶法立体效果图

4.3 瓦斯检测

在现实工作中，瓦斯检测至关重要，可以保障施工安全。具体操作如下：

（1）积极控制好导坑内瓦斯浓度，通常标准含量在0.5%以内。为了保证施工安全性，1h 至少检查1次。当浓度指标超出0.5%，应随时检查，但最好不要离开掌子面，在检查阶段，一旦发现异常，需高度重视，及时报告，以防发生安全事故。

（2）瓦斯体积分数是重要参照，当体积大于2%时，在一定范围内的施工需要立即停止，同时让施工人员撤离。进行危险排除时要切断电源。

（3）瓦斯检查员职责重要，应具有相关资格证及丰富经验。

（4）加强通风。在特殊地段作业时，通风机不能停风，以防瓦斯超标。为了安全起见，要合理配备瓦检员，检测瓦斯体积分数。

（5）在工作区域，需要配置瓦斯断电仪，当瓦斯浓度超标，达到0.75%以上，该设备会自动报警。此时工人需及时撤离，同时将设备断电，杜绝设备产生火花，诱发严重爆炸事故。

4.4 防突与支护

前文提到，在隧道项目实施阶段，高标准的支护至关重要，属于核心保障，应高度重视。工作中，需将钻孔排放与真空抽放相结合，保障水力冲孔的效果，并辅助深孔松动爆破等措施，实现防突与支护。上述各种措施都是为了降低煤层中的瓦斯含量。当瓦斯含量不大时，最理想的方案是自然排放，也可选用效率更高的风筒进行瓦斯排放。当瓦斯量过大，自然排放没有效果时，可插管排放，以提高效率。为防止瓦斯从仰拱底部溢出影响施工，在仰拱开挖后，应在最短时间内喷射C20 混凝土，对开挖面进行封闭。然后铺设专用的瓦斯隔离防水板并及时填充。为发挥防水板的作用，必须将其与瓦斯隔离板连接，形成高密度封闭环，从而防止气体溢入洞身。

4.5 钻炮眼

在实际施工中，炮眼钻设属于特殊工序，工作危险性很大。在瓦斯层中钻炮眼需要考虑诸多因素，稍有不慎便会诱发安全事故。在施工阶段，应使瓦斯排放充分，降低施工风险。施工人员要参照爆破图表，明确炮眼位置，并调整好打眼的角度和深度等。结合以往经验可知，为了保证施工安全性，要合理控制工作面钻机数量，不得超过2 台。此外，如发现钻孔涌水，并出现了顶钻等异常情况，人员应立即撤离，待排除危险后方可继续施工。