瓦斯隧道施工技术研究

王 巍

（中铁十八局集团隧道工程有限公司,重庆 400700）

随着我国铁路事业的发展，逢山开隧、雨水架桥成为施工中的常见做法。然而，我国幅员辽阔、地质丰富，瓦斯隧道施工不断增加。瓦斯隧道施工技术复杂，不安全因素多，容易引起安全生产事故，甚至威胁着施工人员的生命，因此，安全顺利地通过瓦斯不良地段，成为隧道施工的主要技术问题。

一、工程概况

黔张常铁路晏家堡二号隧道工程总长度为7081m,在施工前经过一系列勘探调研，勘探结果显示，该隧道工程Ⅱ级风险隧道，为双线铁路隧道，隧道施工采用人工钻爆法施工。DK123+868～DK124+150段隧道围岩为二叠系下统栖霞组灰岩夹炭质页岩，经过油气专项勘察，瓦斯溢出地层判断，该隧道定性为低瓦斯隧道，为三级瓦斯地段。

二、瓦斯特性

根据勘探结果显示，本隧道中主要的有害气体为瓦斯，主要藏在多空隙的岩层中，大大增加了瓦斯清除的难度。试验分析结果显示，瓦斯的比重为0.65，其密度略小于空气，具有普通瓦斯无色、无味、无毒、易燃烧的特性。主要集聚是坑道顶部，且渗透性比较强，扩散速度大约是空气扩散速度的1.6～1.8倍，可渗透节理发育、结构松散的围岩，具有爆炸性、渗透性、不稳定性、窒息性、水溶性特点。

三、瓦斯段隧道施工技术及安全保障措施

在隧道施工中，为降低瓦斯对爆破施工的影响，在施工前要先进行通风处理和有害气体检测，确认无误后，才能进行施工。加强施工组织防止燃烧、爆炸等事故。

（一）施工通风

隧道施工通风是排烟除尘和稀释有害气体的主要手段，是确保整个隧道施工得以顺利开展的前提条件，需要按照相应的规范和标准进行连续不间断的通风，才能有效保证施工的安全性。

瓦斯隧道工区施工采用压入式通风方式，通风注意以下几点：

1.通风设计按爆破排烟、掌子面作业要求、瓦斯涌出量进行设计。

2.隧道内防止瓦斯积聚的最小风速不宜小于1m/s。

3.通风管采用螺旋形，具有抗静电、抗阻燃的性能，百米漏风率不大于1%，并且风管口距离掌子面的距离不得大于5m。

4.通风设备采用双风机、双电源。

5.根据洞内瓦斯浓度监测情况，在衬砌台车等易减缓风速地段可增设沿程增压风机；在洞室等瓦斯易积聚的地方，增设小型风扇。

（二）瓦斯监测

瓦斯监测是防止瓦斯事故的主要技术措施之一，为了保证隧道施工安全，我部聘请有资质、有业绩的第三方瓦斯监控队伍进行施工期间全程监控。

1.采用遥控自动化检测系统和人工现场检测相互结合方法，确保监控系统正常运行，同时还要建立风、瓦斯、电连锁系统以及声光报警系统，发生瓦斯超标报警后，及时通知现场人员进行疏散，确保人员安全。

2.隧道工作面瓦斯浓度监测部位：选定隧道风流的上部进行，每次测定不少于3点；隧道工作面放炮后测定浓度，选定江风流中监测；各种作业台车和机械附近20m的风流中；隧道开挖超挖、凹陷、塌方区、裂隙处、洞室、风流死角以及低风速地段等。

3.瓦斯专业检测人员，需要全程对瓦斯的浓度进行检测（如附表1），为后期爆破操作和隧道施工提供数据支撑。特别注意施工打眼后、放炮前、放炮后三个时间段的瓦斯浓度检测。注意放炮作业要求班长或安全员、放炮员及瓦检员三人要同时在场方能放炮作业。瓦斯检测要求在其余时间每小时测定一次瓦斯浓度；特殊地点经常进行瓦斯监测。

（三）超前地质预报

我部根据前期探测地质条件，选用地质素描、TSP探测全贯通，预测前方灰岩夹炭质页岩的厚度、产状、裂隙发育情况。DK123+868～DK124+150段掌子面增加布置水平钻孔4孔，加深炮孔13孔配合瓦斯监测仪进行瓦斯浓度、压力监测（详见图1：4孔超前水平钻孔布置图、图2：台阶法施工13孔加深炮孔布置图）。

图1 4孔超前水平钻孔布置图

图2 台阶法施工13孔加深炮孔布置图

超前水平钻孔及加深炮孔实施要求：

1.钻孔施钻必须采用湿钻，严禁干钻。

2.超前钻探孔口应安设孔口管和止水闸阀且必须安设牢固，防止水压孔口管冲出伤人。

3.施钻完成后需对钻孔封孔进行瓦斯压力监测。

4.加深炮孔分两循环向前布置，每掘进循环均应施作。

（四）隧道开挖钻爆施工

考虑到隧道断面尺寸及瓦斯隧道施工要求，III、IV围岩地段采用三台阶法施工，V级围岩采用三台阶临时横撑法施工。施工过程中控制开挖进尺，保证开挖断面较小，开挖轮廓能迅速得到支护，减短有害气体溢出时间，减少溢出量，工序间距尽量缩短，尽快施作二次衬砌。

（五）钻爆作业要求

就案例工程而言，在瓦斯区域进行钻爆作业时，要根据《铁路瓦斯隧道技术规范》中的相关规范和要求进行操作，为最大限度上保证钻爆的安全性，要严格遵循“多打眼、少装药、短进尺、快喷锚、强支护、勤检测”的原则。该隧道工程施工中，对钻爆作业的要求主要体现在以下几个方面：

1.在钻爆作业时，各项操作必须最大限度上满足：开挖工作区域20m范围中，风流中瓦斯的浓度在1.0%以下。为在保证安全的基础上，提高钻爆作业效率，必须采用是湿式钻孔的方法进行钻爆操作，炮眼钻孔深度控制在0.6m以上，且炮眼必须封满炮泥。

2.在钻爆区域20m以内的范围内进行撒水降尘、通风、检测瓦斯浓度，风流中瓦斯的浓度要控制在1.0%以下，且通风要充足、风向要稳定，及时清除炮眼中的岩粉，避免影响爆破效果。在炮眼不足或者深度不符合设计标准、瓦斯浓度超过标准要求时，不能进行爆破操作。

3.在瓦斯区域中爆破操作时，采用2号煤矿许用炸药，电雷管起爆的方法操作确保安全。

4.在进行爆破作业时，当爆破作业完成15min以后，派遣专业人员检查通风、瓦斯、瞎炮和残炮的实际情况，一旦发现问题必须及时处理。当瓦斯的浓度在1.0%以下，CO2浓度在1.5%以下时，才能解除警戒，隧道施工作业方能继续进行。

（六）瓦斯段衬砌施工

根据油气专项勘察结果，定性晏家堡二号隧道DK123+868-DK124+150段为低瓦斯隧道。考虑到瓦斯具有渗透性，设计院针对此段进行衬砌设计加强。结构设计段落向瓦斯段落两端延伸50m，本次对隧道DK123+818-DK124+200段衬砌进行结构加强。

1.在进行瓦斯地段混凝土喷射时，每次喷射的厚度不能低于15cm，模筑混凝土衬砌厚度不能低于40cm，混凝土中需掺加气密剂，以提高混凝土的耐久性。具体支护参数见附表2。

2.此段隧道衬砌环、纵向施工缝处使用中埋止水带、背贴止水带并增加双组分聚硫密封膏嵌缝气密性处理。

3.为防止有害气体溢出及向非瓦斯段扩散渗透，隧道开挖后要进行全断面径向注浆，封闭处理；在进行瓦斯段和非瓦斯段交界处施工时，初期支护与二次衬砌之间要设置20cm宽的聚硫密封胶嵌缝处理。

（七）电气设备和作业机械

1.照明系统是隧道工程施工的主要电气设备。就案例工程中，在开挖区域设置了固定照明工具，为避免发生瓦斯爆炸，采用了防爆照明灯，移动照明采用矿灯。

2.晏家堡二号隧道为低瓦斯工区，电气设备与机械设备选择非防爆型，而运输车辆、装载车等行走的机械设备上，需要安装瓦斯检测报警仪器，但应具有瓦斯超限报警时停止运行并熄火功能。

3.在瓦斯区域施工中，要严禁明火操作。因此，衬砌钢筋施工不能进行焊接作业，只能采用绑扎的方法连接钢筋，主受力筋采用套管连接的方法；初期支护钢拱架锁脚锚杆施工采用螺栓固定。

（八）防火安全规定

1.瓦斯隧道工区洞口20m范围内不得有火源，进洞人员不允许携带火源。

2.瓦斯隧道工区内不得存放各类易燃品，废油、用过的棉纱、布头、纸张等应存放在铁桶内专人送出洞外。

四、结束语

通过合理的施工组织，上述方案的贯彻执行，我部安全顺利地通过了晏家堡二号隧道瓦斯不良地质段。在瓦斯隧道施工过程中，合理的施工组织安排、机械配置是瓦斯隧道施工的必要前提；不间断通风是降低瓦斯浓度的主要途径；瓦斯浓度监测、超前地质预报是施工的重要保障；高度的责任感及安全意识、安全操作是保障人民生命财产的安全的重要坚石。

表1 有害气体浓度标准表

附表2 瓦斯隧道衬砌支护参数表