复杂地质条件下高瓦斯地段大型洞室开挖施工工法

刘永奎，高印鹏

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，四川 双流，610225)

复杂地质条件下高瓦斯地段大型洞室开挖施工工法

刘永奎，高印鹏

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，四川 双流，610225)

公路、铁路都涉及到不良地质条件下的隧道工程施工，本文介绍了公路隧道穿越煤层、煤系地层等高瓦斯不良地质时，采用的新型洞室开挖施工工法，包括工法特点、施工工艺流程、操作要点、质量控制等内容。

高瓦斯 超前地质预报 瓦斯监测 隧道通风 洞室开挖 施工工法

1 新型洞室开挖施工工法概况

公路、铁路都涉及到隧道工程施工，在穿越煤层、煤系地层等高瓦斯不良地质时，采用新型洞室开挖施工工法,可以有效解决传统工艺超前地质预报方法单一、准确性低、瓦斯监控检测范围不能全时覆盖全隧道等问题。与传统工法相比较，其具有超前地质预报准确性高、瓦斯监控检测范围广、优化传统施工工艺、安全可靠、节能减排等优点。在高瓦斯隧道施工中采用复合式的超前地质预报方法和复合式的瓦斯监控检测方法，指导施工，进行安全管控，可使隧道不良地质得到准确预报、有效处治；使隧道内瓦斯浓度得到全范围实时监控检测，及时预警，避免了瓦斯爆炸事故；能提高工程质量、加快施工进度、节约施工成本，具有显著的社会经济效益。

1.1 工法特点

(1)与传统的超前地质预报相比，采用复合式的超前地质预报能够准确的探知和预测隧道围岩状况和不良地质类型及其规模，为隧道施工提供基础参数，制定相应的施工措施，避免因对不良地质信息掌握不全面或不准确造成处治不到位、返工处治、反复处治等，节约施工成本、加快施工进度；

(2)利用复合式的瓦斯监控监测措施实时监控、全范围检测隧道内的瓦斯浓度，发现异常情况及时预警，并采取相应的应急措施，避免发生瓦斯爆炸等安全事故，确保隧道施工安全；

(3)隧道通风是降低瓦斯浓度最有效的方法，传统的通风方式为固频式通风。本工法根据检测到的瓦斯浓度，采取不同的档位控制通风强度，既能确保施工安全，又能降低通风成本、实现节能减排。

1.2 适用范围

本工法适用于隧址区有废弃老窑、采空区、老窑积水、有灰岩分布、岩溶水聚积、有瓦斯或高瓦斯等有害气体、穿越煤层和煤系地层的公路隧道。

1.3 工艺原理

利用TGP地震探测仪进行长距离超前地质预报，利用地质雷达进行短距离地质超前预报，准确预测预报不良地质。利用复合式的瓦斯监控监测措施实时监控检测隧道内瓦斯浓度，发现异常情况及时预警，并采取相应的应急措施；根据检测到的瓦斯浓度，采取不同的通风强度，降低瓦斯浓度确保施工安全。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

2.1.1 超前地质预报施工工艺流程

洞口段采用地质雷达进行超前地质预报，由于TGP地震探测仪探测要求必须有约60m距离布设炮孔、接收器和发射器，待隧道进洞达到60m以上并满足TGP地震探测仪探测要求时，则采用TGP进行长距离探测，再用地质雷达做短距离的探测，以便相互印证，为施工提供准确的信息。施工工艺流程见图1。

图1 超前地质预报施工工艺流程

2.1.2 隧道瓦斯监控检测施工工艺流程

隧道瓦斯监测采用便携式瓦检仪人工检测和瓦斯自动监测系统相结合的方式，人工监测结果和瓦斯自动监测系统的监测结果相互印证。在施工期瓦斯监测网络采用系统自动监控和人工检测相结合的模式，即通过自动监控系统覆盖隧道重点部位和易发生瓦斯积聚的部位，实现实时监测及预警；通过人工检测，实现全隧道范围的瓦斯数据补充采集及验证，发现异常按制定的方案及时处治。隧道瓦斯监控检测施工工艺流程见下图2。

图2 瓦斯监控检测施工工艺流程

2.1.3 瓦斯隧道通风施工工艺流程

参考《煤矿矿井风量计算方法》(MT/T634-1996)等相关资料，根据最多作业人数、使用的最多炸药量、需要的最小风速等方法计算，选定较大者作为通风设计的基本参数；根据计算参数选定通风设备和附属设备；在通风过程中，定时检测出风口的供风量和工作面的风速，当发现供风量不足或风速低于规定值时，调高风机工作档位，继续检测，直至满足要求，当发现供风量和风速均高于规定值时，调低风机工作档位，并继续检测，在满足通风要求的情况下，节约通风成本。瓦斯隧道通风施工工艺流程见下图3。

图3 瓦斯隧道通风施工工艺流程

2.2 操作要点

(1)模拟地震波造孔深度、装药量、炮孔封堵按照规定施工，控制炮孔水平；

(2)TGP信号采集探头孔间距均匀，误差控制不超过1cm；

(3)TGP信号收集主机放置在安全位置，避免落石、飞石砸到；

(4)瓦斯自动监控探头安放在工作面的最高位置，并固定牢固；

(5)定期对瓦斯自动监控探头进行清理，避免洞内灰尘堵塞探头；

(6)每循环作业后(如放炮后)认真检查监控线路，发现破损及时更换，不准随意接线处理，需要接线时采用专用接头连接，并做好防水；

(7)配备绝缘伸缩杆，人工移动检测瓦斯浓度时，将瓦检仪固定在伸缩杆顶部，进行检查高处和人员无法到达的部位；

(8)对设备和仪器进行定期保养和校验，保证其良好的工作性能；

(9)通风管勤维护勤修补，每节风管修补面积超过20%时，漏风量大，风速衰减多，不利于节能。

3 所需设备及人员配置3.1 主要设备

本工法采用先进的地质预报设备和数据处理软件，并采用煤矿地下开采瓦斯自动监控系统等设备，主要的机具设备见表1。

表1 主要机具设备

序号设备名称设备型号单位数量用 途1地震探测仪TGP套1长距离地质预报2地质雷达EKKO-100套1短距离地质预报3数据处理软件TGPwin套1数据处理4瓦斯自动监控系统KJ73N套1不间断瓦斯监测5便携式瓦检仪AZJ-2000套4人工流动检测6通风机SFDZ-Ⅲ-N0.12.5/2×110台2施工通风7风速检测仪NZ-AR816套2检测工作面风速8钻机XZ100D套2探测造孔9网线防静电M5000数据传输

3.2 人员配置

根据本工程的施工特点和安全重要性，项目部安排专职人员不间断轮换值班，检测、监测人员按两班作业配置，主要的人员配置见表2。

表2 主要人员配置

序号工种人数(名)主要工作任务1生产负责人4施工组织协调2技术负责人2现场技术3检测员8超前地质预报4监控员6瓦斯监控5质检员4质量检查6设备操作手4钻机、风机7电工1现场用电管理8安全员4安全管理

4 质量控制

4.1 参照标准

本工法符合现行的《建设工程安全生产管理条例》、中华人民共和国国务院令第393号、《中华人民共和国安全生产法》(第70号)、《公路工程施工安全技术规程》(JTJ076—95)、《公路隧道施工技术细则》(JTG/TF60—2009)、《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120—2002)、《公路隧道设计规范》(JTGD70—2004)等规范要求。

4.2 质量保证措施

(1)定期对超前地质预报设备进行校验，对长距离地质预报结果和短距离地质预报结果进行认真对比分析，确保对不良地质预报的准确性；

(2)制定有效可行的不良地质处治措施。根据超前地质预报的结果，制定针对性的处治措施；现场全程跟踪监督措施，确保按照制定的处治措施进行施工。

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U455.49

B

2095-1809(2017)02-0033-03

刘永奎(1981-)，男，河南商丘人，国道321线纳溪至泸县一级公路改建工程总工程师，从事公路工程施工技术和管理工作；

高印鹏(1988-)，男，山东德州市人，国道321线改建工程工程部主任，从事公路工程施工技术和管理工作。