渝广高速华蓥山隧道瓦斯超前预测预报技术

王进进（中电建路桥集团，重庆 北碚 400700）



渝广高速华蓥山隧道瓦斯超前预测预报技术

王进进（中电建路桥集团，重庆 北碚 400700）

渝（重庆）广（四川广安）高速华蓥山隧道的施工极其复杂，为满足安全生产需求，对渝广高速华蓥山隧道进行了瓦斯超前探测等预测预报技术，拟有效发现“煤与瓦斯、岩溶、涌（突）水、断层、高地应力”等有害地质现象；预先探测发现地质破碎带和含水带地质形态及构造类型；探测地质破碎带瓦斯富集规律；探测含煤段煤层产状、瓦斯参数；探测开采矿井采空区状态。

隧道瓦斯；超前钻探；预测预报

1　前言

随着国家中西部道路建设的不断发展，公路隧道修建的数量也越来越多，“煤与瓦斯、岩溶、涌（突）水、断层、高地应力”等有害地质现象给施工造成极大的难度和危害。渝（重庆）广（四川广安）高速华蓥山隧道施工过程中煤与瓦斯现象的危害十分严重。根据都汶高速紫坪铺隧道［1］和铜锣山隧道［2］、广邻高速华蓥山隧道［3］、成渝高速中梁山［4］、以及雅泸高速公路勒布果喇吉隧道［5］等高瓦斯隧道钻探施工经验，对隧道进行瓦斯超前探测可以及时预测施工隧道前方瓦斯压力、瓦斯流量、其他不良地质现象，极大的降低了隧道施工的危险性和难度，为施工提供了坚实的保障。

2　地质概况

渝（重庆）广（四川广安）高速公路华蓥山隧道进口位于北碚区静观镇西山村，出口位于合川区清平镇桃李园村，隧道左右洞长度分别为5018和5000m，进出口桩号为分别ZK23+ 467～ZK28+485、K23+467～K28+467。隧道横穿华蓥山背斜中部，总体走向为N59°W。隧道设计为相距30m分修的双洞三车道，人字形纵坡，净空高度8.0m宽度12.5m。

2.1地层岩性

华蓥山隧道洞身穿越的地层分别为：第四系全新统松散堆积层（Q4）；侏罗系中、下统新田沟组（J2x）、自流井组（J1-2z）、珍珠冲组（J1z）的碎屑岩；三叠系上统须家河组（T3xj）的碎屑岩，中下统雷口坡组（T2l）、嘉陵江组（T1j）的可溶岩，飞仙关组（T1f）的可溶岩与非可溶岩互层；二叠系上统长兴组（P2c）、龙潭组（P2l）的可溶岩与非可溶岩。其中可溶碳酸盐岩在隧址区出露面积较广，约占40%。华蓥山隧道穿越地层图见图1。

图1　华蓥山隧道穿越地层图

2.2地质构造

区域内构造较发育，以川东隔档式构造为框架，形成具有明显特征的“重庆褶皱束”，重庆褶皱束由一系列平行雁行排列的隔挡式梳状褶皱构造和走向压性断裂组成，呈NNE向展布，在川东隔挡式褶皱中，华蓥山背斜、铜锣山背斜、明月山背斜延伸最长，而华蓥山复式背斜构造南端在合川区三汇镇撒开，形成向北东收敛的华蓥山帚状构造带，包括沥鼻峡、温塘峡和观音峡背斜。隧道位于华蓥山帚状褶皱束，区内有西山、沥鼻峡、温塘峡、观音峡、龙王洞等背斜及其间的向斜，是该帚状褶皱束的南延部分，其主要特点是背斜褶皱紧密，两翼不对称多西陡东缓，背斜轴线扭摆多弯曲，呈反“S”型，轴向倾斜变化多，构造分支多，独立高点多，断裂多。华蓥山隧道穿越构造为观音峡背斜，并发育多条断层，地质构造较为复杂。

2.3不良地质体

华蓥山地质体类型很多，如一般岩体破碎带、断层、软弱地层、岩爆段、岩溶、地下水、土洞、膨胀岩、煤层及瓦斯发育段等，查阅《重庆渝北至四川广安高速公路（重庆段）TJ-2标段工程地质详细勘察》［6］等有关地质资料可知，渝广高速华蓥山隧道的施工中，构造地带和煤层地段对施工的危害最为严重，对这些不良地质体进行瓦斯超前钻探预测预报，在有效的预测煤与瓦斯的同时，也可以及时的发现涌（突）水、老窑采空区等现象。

3　隧道瓦斯超前钻探预测预报技术

隧道瓦斯超前钻探钻孔常规布置方式：

根据《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯突出规定》规定，为了保证探测准确可靠，有效控制危险区域，在隧道开挖横断面上分上中下布置1～3排钻孔，钻孔深度为30～50m。石门揭煤应在端面上打不少于5个钻孔。正常地带应视情况在开挖掌子面分上中下至少应布置3个钻孔。为了保证施工安全，防止承压瓦斯和承压水大量瞬间涌入隧道开挖空间，每循环钻孔超前距离不得少于5～10m，以保证有足够的安全屏障岩柱。为了准确探测坍塌区和岩石松散体前方原始岩体情况，在坍塌区和岩石松散体区段还应结合自进锚杆支护，采用从隧道开挖线和隧道中部范围内的掌子面分上中下布置3排多个20～30m长的超前钻孔对坍塌区和岩石松散体前方岩体实施补充探测。

在隧道坍塌区和岩石松散体区段，为了不至于对隧道上方坍塌区造成扰动，进一步扩大坍塌区域，在掌子面设计采用风动钻机实施打钻。

4　隧道瓦斯超前探测实际应用

4.1以施工过程中探测到采空区为例

根据《重庆渝北至四川广安高速公路（重庆段）TJ-2标段工程地质详细勘察》显示，在隧道出口左线ZK28+091揭露三叠系须家河组T3xj5外双连煤层采空区，为准确的探测采空区位置以及采空区走向倾向等地质参数。在ZK28+112上台阶施工5个超前钻孔，钻孔分别控制隧道前方12～30m范围，施工结束后根据钻孔深度，推进速度以及瓦斯浓度推测掌子面ZK28+112前方采空区形态。推测在掌子面ZK28+112前方最近9.5m处揭露采空区。采空区与隧道走向夹角48°2′。经过4d施工，隧道在左侧最先揭露采空区，采空区桩号为ZK28+103，与预测值只有0.5m误差。

4.2以施工过程中探测到煤层为例

根据《重庆渝北至四川广安高速公路（重庆段）TJ-2标段工程地质详细勘察》，隧道出口左线在ZK28+073泡炭煤层、ZK28+068硬炭煤层，为确保施工的安全进行以及准确探测前方煤层走向、倾向、倾角等重要参数，在ZK28+76上台阶施工5个超前钻孔，钻孔分别控制隧道前方0～60m范围，施工结束后根据钻孔深度，推进速度以及瓦斯浓度推测在掌子面ZK28+76前方煤层分布情况，出口左线ZK28+076掌子面上台阶左下角前方16.8m发现2.6m厚煤层、31.2m发现厚0.5m煤层，准确发现隧道施工过程中的煤层，为隧道的开挖提供了重要的施工依据。

5　结语

华蓥山隧道瓦斯超前钻探预测预报技术，及时预测隧道施工过程前方岩体破碎程度及范围、岩体裂隙及发育情况、采空区或岩体空洞范围及大小、前方岩体瓦斯赋存及瓦斯涌出情况、岩体瓦斯压力、瓦斯含量、突发性喷出等特殊情况。极大的的降低了巷道施工的危险性和难度，为施工提供了坚实的保障，是渝广高速华蓥山隧道施工过程中不可缺少的重要实施方案，为我国的高瓦斯隧道施工建设提供了强有力的技术支撑和经验借鉴。

［1］姜洪亮.紫坪铺隧道瓦斯灾害研究［D］.成都：西南交通大学，2010.

［2］朱 劲.超前地质预报新技术在铜锣山隧道的应用及综合分析研究［D］.成都：成都理工大学，2007.

［3］王兴平.华蓥山隧道工程的施工监理.2000，04.

［4］沈庆夏.大地电磁测深法在中梁山隧道地质调查中的应用研究［D］.成都：成都理工大学，2010.

［5］石 波.雅泸高速公路勒布果喇吉隧道洞口段地震动力响应研究［D］.成都：西南交通大学，2008.

［6］中国中铁二院工程集团有限责任有限公司.重庆渝北至四川广安高速公路（重庆段）TJ-2标段工程地质详细勘察［Z］.2013.

王进进（1976-），男，重庆人，工程师，渝广总承包部副总工程师，本科。

U456.3+3

A

2095-2066（2016）16-0183-02

2016-5-22