浅谈国道G321线工程玉蟾山高瓦斯隧道的施工安全管理

汪小雷，彭 玲

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，四川 双流，610225)

浅谈国道G321线工程玉蟾山高瓦斯隧道的施工安全管理

汪小雷，彭 玲

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，四川 双流，610225)

在隧道施工过程中，如果空气中瓦斯含量过高，就有可能发生瓦斯窒息、瓦斯燃烧与爆炸、瓦斯突出等瓦斯灾害，从而影响隧道的正常施工，甚至还会危及施工人员的生命安全。因此，在隧道施工中，做好瓦斯防治工作显得尤为重要。本文结合玉蟾山隧道隧址区内瓦斯特点，选用合适的分析、预报、检测、预判方法，摸索了一种能够适用于多数瓦斯隧道施工的超前地质预报和TCP雷达监测方案，及各项安全管理的规章制度，为类似高瓦斯隧道施工中的瓦斯超前地质预报、瓦斯突出风险预测及安全施工提供了可参考的经验。

安全 预防 瓦斯 管理 施工安全管理 高瓦斯隧道 超前地质预报 玉蟾山隧道

1 工程概况

玉蟾山隧道位于国道G321线纳溪至泸县段，隧道地质情况复杂多变，隧址区有废弃老窑及采空区存在，存在老窑积水涌出。项目本着“安全第一，预防为主”的方针，认真研究图纸，详细调查地质情况，有针对性的编制安全生产方案，强化施工现场作业控制，规范各级人员的管理行为和广大职工的作业行为，达到施工现场各项工作有序可控；消灭重大人员伤亡、设备损失事故，使安全事故得到有效控制，保证玉蟾山隧道安全施工。

1.1 隧道工程概况

玉蟾山隧道是国道321线纳溪至泸县一级公路改建工程中的关键性工程,左线隧道起止桩号ZK1852+840.0～ZK1854+128.0,线路全长1288m，右线隧道起止桩号YK1852+888.0～YK1854+125.5，线路全长1237.5m，隧道最大埋深约215m，其中Ⅴ级围岩608m、Ⅳ级围岩585m、Ⅲ级围岩75m，Ⅴ级、Ⅳ级围岩占全长的94%。

1.2 地质情况介绍

隧址区穿过三叠系上统须家河组(T3xj)，为含煤岩系，煤层均赋存在须家河组五段中，三叠系上统须家河五段(T3xj5)含煤7～12层，总厚1.23m～2.66m，平均1.35m，含煤系数1.8%。在隧道进洞口附近分布有3处煤矿及其采空区，其中玉蟾山煤矿三胜煤厂及麻柳坝煤矿已停产，堆金湾煤矿现仍在开采。煤矿收集到的相关瓦斯资料显示：金湾煤矿瓦斯绝对涌出量为3.79m3/min，相对瓦斯涌出量为38.851m3/t，为高瓦斯矿井。详勘工作对玉蟾山隧址区内煤地层进行的瓦斯压力测定结果为0.78MPa。隧道穿越煤层为高瓦斯煤系地层，隧址区主要的瓦斯煤层为龙骨炭煤层，在施工中，有瓦斯突出。

2 对安全生产产生影响的因素

2.1 瓦斯

隧道穿越煤层为高瓦斯煤系地层。隧址区主要的瓦斯煤层为龙骨炭煤层，分布里程为ZK1853+070～ZK1853+120、ZK1853+360～ZK1853+417、ZK1853+810～ZK1853+845段；YK1853+2065～YK1853+115、YK1853+355～YK1853+412、YK1853+805～YK1853+840段瓦斯突出的可能性大。

2.2 老煤窑采空区

隧址区出露的三叠系上统须家河组为含煤岩系，隧道左洞穿煤里程为：ZK1853+070～ZK1853+120、ZK1853+360～ZK1853+417、ZK1853+810～ZK1853+845；隧道右洞穿煤里程为：YK1853+2065～YK1853+115、YK1853+355～YK1853+412、YK1853+805～YK1853+840。隧址区正在开采的煤窑为玉蟾煤矿及堆金湾煤矿，其采空区对隧道均无影响。隧道进口附近废弃的小煤窑，采空区对隧道有一定影响。

2.3 涌水

整个玉蟾山隧道的涌水量为31.21m3/h，即748.94m3/d。由于隧道区内地下水动态受降水影响，变化较大，雨季施工时隧道涌水量可能有较大的增幅，根据玉蟾山煤矿及堆金湾的实测水文观测资料显示，其丰水期的涌水量一般为平水期的1.52～2.51倍。本隧道的最大涌水量按上述计算结果的2.5倍考虑，隧道最大涌水量为1872.35m3/d。

2.4 地质原因引起的坍塌

组成Ⅳ级围岩的地层岩性有T3Xj5、T3Xj3、T3Xj1粉砂岩，砂岩及靠近背斜核部的T1j薄层状灰岩，此级围岩裂隙发育，层间结合较差，拱部无支护时可能出现小坍塌及掉块，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍塌，拱部无支护时可产生圈套的坍塌，侧壁有时失去稳定。

3 预防不利因素的技术措施

3.1 隧道瓦斯超前探孔预报技术

地质分析和超前物探预测为富含瓦斯段进行超全钻探，辅以探孔口的瓦斯浓度监测，以进一步确认和验证。

3.1.1 超前探孔的施工

瓦斯超前探孔分为验证孔和定位孔两种。根据设计文件要求和现场地质分析及超前物探的需要进行钻探。钻孔过程中由地质工程师全程进行观察，由瓦斯检测员进行瓦斯浓度监测，并现场记录打钻动力现象和孔口瓦斯浓度变化，以收集和掌握判断前方地质情况的现场第一手资料。

(1)验证孔。在距预测瓦斯位置20m～30m垂距处的工作面中部打30m深的超前验证孔(一般用φ89mm)，每一循环搭接5m以上，以对瓦斯赋存位置进行验证和定位。

(2)定位孔。在距瓦斯富集带10m垂距处的隧道上台阶掌子面按设计要求孔位和角度施做探测孔，以准确探测开挖工作面前方上部及左右瓦斯富集位置。

3.1.2 超前探孔施做过程中的监测

在所有瓦斯超前探孔施做时，地质工程师对钻孔过程中的瓦斯、煤浆、煤粉、水从钻孔中喷出(喷孔、喷水)或高压瓦斯将钻杆向外推(顶钻)、夹钻、抱钻、顶水等打钻动力现象进行观察并记录，每钻进2m瓦斯检测员用光学瓦检仪对孔口瓦斯浓度进行检测并如实记录。

3.2 TGP超前地质预报技术

当隧道地质条件简单时，比如地层岩性单一，构造不复杂，只须采用TGP系统进行长距离探测，即根据地质构造的走向情况在隧道的左或右边墙激发地震波，一个检波器在隧道的一侧边墙接收，或两个检波器(地震传感器)在隧道的左右边墙同时接收。数据采集时，检波器X-Y-Z分量同时接收，采样间隔62.5μs，记录长度451.125ms(7218采样数)，目的是采集到更高频率的地震信号，确保探测的分辨率。预报距离最大可达150m。

由于实施超前地质预报系统必须在隧道开挖已完成60m后方可进行，加之明洞开挖等因素，拟定距洞口90m段的预报工作由地质雷达法来完成，其每次预报距离为30m～40m。其后用TGP206系统预报，预报时每次可搭接10m长度。

在地质条件复杂的地段，例如岩溶发育区、风化带、含水层以及破碎带、断层等，采用TGP系统进行长距离探测，对怀疑有不良地质段，在掌子面即将到达前采用地质雷达仪进行短距离精确探测，以确定是否存在不良的地质构造，以便及时提前采取措施进行处理。

3.3 安全监测技术

为及时提供施工所需的围岩稳定程度和支护结构的状态，以确保施工安全，提高施工效率，修正支护参数，根据规范要求，结合本项目隧道的实际工程情况进行隧道监控量测中的必测项目，具体内容如下：

3.3.1 测点布置及量测方法

(1)地质及支护状况观察。隧道掌子面每次爆破后和初喷后通过肉眼观察、地质罗盘和锤击检查，描述和记录围岩地质情况：岩性、岩层产状、裂隙、地下水情况、围岩完整性与稳定性。判断围岩级别是否与设计相符，填写围岩级别判定卡,必要时应拍照，测量地下水流量；观察支护效果。开挖面观察每次开挖后进行一次；对已施工区段观察每天至少进行一次；洞外观察，包括洞口地表情况、地表沉陷。

(2)地表下沉量测。隧道洞口浅埋地段，垂直隧道轴线方向设量测断面，分离式双洞隧道每个断面布设不少于7个测点。在选定的量测断面区域，首先应设一个通视条件较好、测量方便、牢固的基准点。测点应埋水泥桩，测量放线定位，用精密水准仪量测。隧道开挖掌子面距测点前30m处开始量测，隧道开挖超过测点30m，并待沉降稳定以后停止量测。

进场后根据图纸要求或工程师指示，位于Ⅳ～Ⅵ级围岩的洞口浅埋段、施工过程中可能产生地表塌陷地段设置观测点。地表沉降测点埋设横断面示意见图1。

图1 单洞隧道地表下沉量测断面

(3)围岩周边收敛量测。在预设点的断面,隧道开挖爆破以后,沿隧道周边的拱顶、拱腰和边墙部位分别埋设测桩。测桩埋设深度30cm，钻孔直径φ42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩。采用钢尺式周边收敛仪量测周边收敛变形。测点布置见图2。

图2 隧道必测项目量测断面测点布置

各测点应在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5m～2m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。

(4)拱顶下沉量测。拱顶下沉量测是在隧道开挖毛洞的拱顶及轴线左右各2m～3m共设3个带挂钩的锚桩，测桩深度30cm，钻孔直径φ42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩。用精密水准仪、钢卷尺量测拱顶下沉。

(5)系统锚杆轴力量测。沿隧道周边埋设锚杆轴力计，Ⅳ～Ⅴ级围岩段，每断面在拱顶、两拱腰、两侧拱脚埋设锚杆轴力计5根，每根锚杆轴力计设3个测点，埋设在围岩不同深度，对锚杆不同深度的受力情况进行量测。埋设锚杆轴力计的孔深为3m～4m，孔径均为φ50。量测断面的测点布置位置及传感器数量见图3。

图3 Ⅳ～Ⅴ级围岩隧道锚杆轴力量测断面测点布置

(6)围岩内部位移量测。沿隧道围岩周边分别在拱顶、拱腰和边墙埋设3点杆式多点位移计，每个断面测5个部位，埋设传感器的孔深3m～4m，孔径均为φ50。量测断面尽可能靠近掌子面，及时安装，测取读数。量测断面的测点布置位置及传感器数量见图4。

图4 隧道围岩内部位移量测断面测点布置

(7)钢支撑内力量测。钢支撑内力量测仅限于Ⅳ级、Ⅴ级围岩有钢支撑的地段，平均每25m测一次，采用钢筋计量测，把钢筋计焊接在钢支撑上，量测钢支撑内力。钢支撑安装完以后即可测取读数。量测断面的测点布置位置与喷射混凝土轴向应力测点布置位置相同。

(8)初期支护喷射混凝土及二次衬砌应力量测。支护及衬砌应力是指喷射混凝土内应力和二次衬砌内应力。沿隧道的拱顶、拱腰和边墙在喷射混凝土和二次衬砌混凝土内埋设应力计。围岩初喷以后，在初喷面上将应力计固定，再复喷，将应力计全部覆盖并使应力计居于喷层的中央，喷射混凝土达到初凝时开始测取读数，量测喷射内应力。在二次衬砌浇注前，将应力计埋在二次衬砌中央，量测二次衬砌应力。量测断面的测点布置位置及传感器数量见图5。

图5 初支与二衬应力量测断面测点布置

3.3.2 数据的采集、处理及分析

在量测断面测点埋设后24h内测取初始读数，以后根据技术规范要求的采集频率和次数进行收集数据。同时，也根据隧道开挖、工程进度和所量测数据的变化情况作适当调整，量测频率的确定主要是根据埋设断面时间间隔、断面与掌子面的距离及量测数据变化情况来确定。

现场每次所量测到的数据都立即输入公路隧道围岩与支护结构量测数据管理系统，数据系统能够自动生成时空曲线图，并对数据进行整理、比较、分析，从时空曲线图上观察曲线的变化和走势，了解围岩目前状态，预测围岩与支护结构的发展趋势，随时掌握隧道围岩和支护结构的动态变化，反馈信息，指导施工，预防坍塌事故的发生。

3.3.3 信息反馈与预报

根据量测情况，以周报和月报的形式提交监控量测阶段报告，周报以电子版先发送至相关各方，在每个月底和月报一起打印纸质文档提交给业主和总监办。如遇量测数据异常及险情，先电话向有关单位通报，再以紧急报告或异常报告的形式向业主、监理、设计等有关单位汇报，同时在施工现场及时将量测信息反馈到施工过程中去，指导施工。

4 预防不利因素的管理措施

4.1 成立安全领导小组

针对玉蟾山隧道围岩中赋存瓦斯的特点，在隧道施工管理的基础上，成立了相应的瓦斯安全管理机构，在施工作业队成立通风防爆班组，组织瓦斯检测和结果分析工作，各工作面配备瓦检员，实行日夜现场检测、收集数据。聘请有经验的地质专家和煤矿安全顾问，在此基础上组建成立以经理为组长、生产、安全副经理和总工为副组长，各部门参加组织实施的防爆领导小组。

项目安全生产领导小组办公室设在施工现场办公室，负责施工现场安全管理的具体实施和协调各施工队、班组要坚决贯彻有关安全管理规定，认真落实各项安全措施和安全责任，抓好施工生产现场安全工作，防止事故发生，共同努力完成安全管理目标，为工程建设服务。

4.2 建立健全各种规章制度

(1)瓦斯隧道爆炸物品管理制度。根据本工程所处的地域行政管理机构规定，瓦斯隧道使用的炸药、雷管火工品均采用配送方式，施工现场不设置炸药库。因此火工品按当地公安局要求加强火工品发放制度；

(2)瓦斯隧道电气设备与作业机械安全操作规程；

(3)洞口空压机房人员安全防范措施；

(4)紧急救援与抢险制度；

(5)通风工岗位职责；

(6)瓦检员的岗位职责；

(7)瓦斯防爆防火安全警械制度；

(8)瓦斯检测、监控、报告制度；

(9)瓦斯隧道爆破安全管理规程，洞内爆破严格执行“一炮三检制”(装药前、放炮前、放炮后)、“三人连锁放炮制”(放炮员、班组长、瓦检员)，确保瓦斯浓度小于0.5%后方可施工；

(10)瓦斯隧道施工通风管理制度；

(11)瓦斯隧道仪器、设备、设施检查维修制度；

(12)瓦斯隧道钻爆作业安全操作规程；

(13)瓦斯隧道电工安全操作规程；

(14)实行安全“一票否决制”，当瓦检员发现异常情况口，可直接下达停工指令，指挥施工人员有序撤离。

4.3 建立瓦斯隧道的信息逐级汇报制

每道工序施工前，瓦检员必须在现场认真检测瓦斯浓度并做好记录，有责任告知该区域是否安全，瓦检记录表上需明确注明，值班领工、当班班组长现场签字，并填写施工作业区瓦斯检测告示牌，每个班组不得少于三次，不得漏检和弄虚作假；作业班组在施工过程中，有权利监督瓦检员是否在现场按规定频次检测。

每日安检员将瓦检资料归类整理后上报总包部安全环保部，安全环保部将资料上报项目公司安全部，达到对瓦斯的逐级监控。

4.4 强化安全知识培训

凡是参与隧道施工的人员必须进行防治瓦斯的安全技术培训，并经考试合格后发证上岗。让每位干部、职工了解事故发生的预兆和规律，掌握事故防治和应急措施，工人熟悉本工种操作规程，杜绝违章操作，对于电工、爆破工、瓦检员、安全员、质检员等特殊工种，必须经专业机构培训取得合格证后，方准持证上岗。项目在隧道进洞前组织施工队人员和技术、施工人员进行培训，培训隧道安全知识及瓦斯施工注意事项及遇见突发事件而采取的技术措施。

4.5 瓦斯的有效监控

4.5.1 瓦斯的自动监控

在隧道设立瓦斯监测中心，安装瓦斯自动化监控系统，该系统主要对洞内瓦斯、风量和主要风机实施风电瓦斯闭锁及风量控制，及时准确地对洞内各工作面的瓦斯状况进行24h全方位监控。将洞内各监测点采集的数据经过矿用监控仪传输到洞外，通过通信接口及系统软件智能化处理由终端显示，并伴有声光报警，可有准备、有预见地防止瓦斯隐患，保证了隧道在安全生产管理中有条不紊地进行。

4.5.2 瓦斯的人工监控

设立专职瓦检人员：每个洞口6人、三班倒连续检测，检测人员要经过培训、持证上岗，保证每班洞内同时有2名瓦检员，以确保掌子面、模板台车随时有1名专职瓦检员，另1名瓦检员巡回在断面变化等处检测。

带班作业人员及工班长必须随身携带便携式瓦检仪，保证每个工作面及二衬砌地段瓦斯浓度随时监控；瓦检员必须随时配带光学瓦检仪，重点部位必须使用光学瓦检仪，坚持使用瓦斯断电装置连续监测，其探头悬挂位置要能反映隧道风流中瓦斯的最高浓度。

4.5.3 设立洞口门岗

洞口门岗坚持24h值班，门岗设洞内工序状态揭示牌，所有进洞施工人员分工序挂牌上岗、下班摘牌离岗，其他人员进洞需经项目经理批准后在洞口值班室登记方可进入，洞内施工机械实行进、出登记制，并建立详细记录台帐。

5 结论

玉蟾山高瓦斯隧道在施工过程中充分依靠超前地质预报、瓦斯自动化浓度监控，辅以科学的管理，严格的规章制度，从而实现了人身死亡事故“零目标”，未发生重、特大事故发生。笔者按工程实践中的总结积累，建议在类似工程施工中采用以地质法为基础、以物探法为主要手段，结合超前探孔时的瓦斯动力现象观察和探孔内瓦斯浓度、瓦斯涌出初速度Q和瓦斯压力P检测相结合的综合方法，以保证高瓦斯隧道的施工安全。

〔1〕郑道访.瓦斯隧道设计与施工中几个问题的探讨[J].现代隧道技术，1998(6)∶47-49.

〔2〕李苍松.长大岩溶隧道施工地质预报方法总述[C].2003年中国交通土建工程学术暨建设成果论文集，成都：四川科学技术出版社，2006.

〔3〕李苍松，何发亮.关于瓦斯隧道施工地质超前预报的探讨[C].第二届全国岩土与工程学术大会论文集.北京：道学出版社，2006∶30-36.

〔4〕TB10120-2002.铁路瓦斯隧道技术规范[S].北京：中国铁道出版社,2003.

■

U455.1∶U458.1

B

2095-1809(2017)02-0042-05