新高坡隧道斜井高瓦斯段落初期支护不动火作业施工工艺

张龙飞

（中铁十九局集团第六工程有限公司，江苏无锡657215）

1 工程概括

新高坡隧道斜井为高瓦斯工区，进入DK303+380后掌子面出现多层煤层，煤层厚度大多40～50cm，最厚煤层达到2.8m厚；且煤层为斜向上走向，煤层走至隧底后隧底多处有局部裂隙瓦斯涌出，浓度超过允许瓦斯浓度0.5%，在掌子面进行动火作业可能会导致掌子面瓦斯燃烧甚至产生爆炸。

现场立即联系业主、监理、施工方的多位瓦斯专家进行专项瓦斯处理安全会议，经会议协商后同时采取3种方法处理隧底裂隙瓦斯：①在掌子面加设多部局散风机，稀释隧底裂隙瓦斯；②在隧底裂隙瓦斯涌出处采取覆盖钢板形式，将瓦斯由点扩散至面，降低局部瓦斯浓度；③对隧底进行洒水，将瓦斯部分溶于水，减少瓦斯涌出量。

采取以上三种方法后，现场开挖15～30min后扔多次出现瓦斯超限现象（风流中瓦斯浓度大于等于0.5%），为确保现场施工人员安全，减少瓦斯燃烧爆炸风险，经瓦斯专家们同意后，决定从解决现场火源入手，现场实施初期支护不动火作业。

2 洞外准备工作

（1）钢架制作：在洞外钢筋加工场按设计图纸制作钢拱架，制作完成后在现场进行预拼接，确保钢架可以顺利拼接，保证钢架的连接顺畅，受力均匀。

（2）超前小导管导向管：将φ57无缝钢管按0.4m/根均匀地切割完成，再将切割后的无缝钢管按环向间距0.4m排列以外插角5°～10°焊接在钢拱架上方。根据隧道设计及围岩情况可调整导向管的数量、间距以及外插角角度。

（3）钢架连接筋：现场钢架间距为80cm，在洞外钢筋加工场将钢架连接筋预制完成。将φ22钢架连接筋两侧预弯90°预留20cm，中间直线段保留78cm。钢架连接筋长度根据钢架间距可自行调整，确保钢架连接后间距符合要求即可。

（4）钢架连接筋套筒：在洞外钢筋加工场将φ42无缝钢管按0.1m/根均匀切割完成，将切割后的φ42无缝钢管在钢架外环（贴岩壁侧）两边上按1m间距（钢架连接筋间距）横向焊接牢固。

（5）钢筋网片：钢筋网片按设计图纸要求在加工场焊接成型，预留搭接长度。

（6）锁脚锚杆：将φ22锁脚锚杆制作为L型，直线段长4m，弯头部分预留15cm。根据锁脚锚杆/管设计长度可自行调整，弯头部分确保与钢架连接长度即可。

（7）锁脚锚杆固定钢板：在钢拱架预定锁脚锚杆位置焊接14mm钢板并预留锁脚锚杆孔洞，钢板尺寸：长×宽=30cm×20cm。根预留孔洞根据锁脚锚杆/管尺寸可自行调整，确保锚杆/管与钢架连接紧密不脱落即可。

3 消防安全管理

3.1 洞内火源管理

（1）必须严格执行“严禁烟火进入隧道”的安全规定，作业人员进洞前须经洞口值班人员检查，严禁携带烟草、点火物品和穿化纤衣服入洞。

（2）洞内严禁使用灯泡和电炉等，不得从事电、气焊等工作。

（3）洞口值班房、通风机房等洞口附近20m范围内不得有火源。

（4）进洞作业车辆要安装尾气排放净化器，防止排放尾气带有火花，进行高瓦斯改造作业，洞内瓦斯浓度大于等于0.5%时自动报警并停止车辆作业，无法对车辆进行二次发动，车辆因瓦斯超限停止作业后司机立即下车撤离至洞外。

3.2 易燃品管理

（1）瓦斯隧道洞内及洞口附近不得存放各种油类，废油及时运出洞外。

（2）加强油料运输管理，严禁在瓦斯隧道洞内及洞口附近发生油料的“滴、漏、跑、冒”现象，留下安全隐患。

（3）瓦斯隧道采用煤许炸药进行爆破，爆破作业采用洞外爆破，使用煤许炸药，爆破过程中洞内无施工人员，全部撤出洞外。工班长、瓦检员、安全员在现场执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”[1]。“一炮三检制”是掌子面装药前、放炮前、放炮后，工班长、瓦检员、安全员必须在现场，三人检查放炮地点20m以内风流中的瓦斯，瓦斯浓度达到1%时不准装药、放炮；放炮后瓦斯浓度达到1%时立即处理；“三人连锁爆破制”是工班长、瓦检员、安全员三人必须同时自始至终参加爆破工作的全过程。

4 施工人员管理

①爆破工、焊工、电工和特种设备司机等特业人员和安全员、瓦斯检测员、仓库保管员必须经过正规安全培训，懂得瓦斯隧道施工安全知识，保证100%持证上岗；②所有参与瓦斯隧道施工的作业人员上岗前必须经专门的瓦斯隧道施工安全知识培训，考核合格后方可上岗作业；③进入瓦斯隧道的人员在洞口进行登记，并携带个人自救器；④严禁穿易产生静电的服装进入含有瓦斯的工区；⑤钻工必须穿棉质服装、雨衣和胶鞋，佩戴防尘口罩。

5 洞内作业

5.1 测量放线与开挖

测量放线：将掌子面开挖面拱顶部位扩大10cm（放大尺寸可根据现场预留变形量自行调整，预留超前小导管导向管位置即可）。

开挖：开挖班按测量放置点位进行打钻装药，将洞内人员全部撤离洞内后经瓦检员、安全员、技术员同意后在洞外起爆。

5.2 通风、出渣

起爆后立即进行通风，在洞外通过洞内瓦斯自动监控仪检测洞内瓦斯浓度。通风半小时后如若风流中瓦斯浓度达到施工要求（小于0.5%），则开展出渣作业；如果瓦斯浓度超限（大于等于0.5%），则继续通风，将瓦斯浓度降至0.5%以下后方可进行出渣作业。

5.3 排险与封闭岩面

排险：出渣完成后使用挖机进行掌子面机械排险，机械排险后进行人工排险。

封闭岩面：在立架前对开挖面及掌子面喷射4cm的混凝土，固结岩石防止掉块及阻止瓦斯释放。

5.4 钢架的运输、安装和连接

封闭岩面后将洞外加工好的钢架材料运输洞内，在开挖台架上拼接钢架，接头板连接必须保证螺栓全部穿入对应孔内并拧紧。钢架底脚必须坚实，不准有虚渣，底脚悬空时用钢板或槽钢垫至设计高度。钢架间距80cm（根据设计钢架间距自行调整），钢架横向允许偏差±20mm，垂直度允许偏差±1°。安装时要求严格控制在允许偏差范围内，不符合要求时及时调整。仰拱钢架采用螺栓与下台阶钢架进行连接。

立架后将钢架连接筋弯钩部分插入套筒中，套筒与连接筋间的空隙使用锚固剂进行充填，并使用扎丝将连接筋外露部分与钢架绑扎固定。

5.5 锚杆施工

钻孔使用风动凿岩机钻孔，钻孔前根据设计要求定出孔位，钻孔保证锚杆的方向、深度和间距，孔位偏差±150mm。系统锚杆的钻孔孔径大于杆体直径15mm以上；钻孔应圆而直，孔口岩石整平，并使岩面与钻孔方向垂直。钻完孔后用高压风吹净孔内岩屑并检查钻孔深度，孔深偏差为±50mm。安装锚杆时应先用注浆管插至孔底50～100mm处，随砂浆的注入缓慢匀速拨出，并将锚杆体送入孔内（锚杆表面应干净，无污迹、破损和锈蚀等），直达孔底并注意转动杆体，锚杆尾端外露孔口18cm，以便和钢筋网进行焊接。如杆体插入后，若孔口无砂浆溢出应及时补注。锚杆注浆后，在砂浆凝固前不得敲击、碰撞和拉拔锚杆，喷锚后不得有锚杆头出露。

5.6 钢筋网片、锁脚锚杆、超前小导管施工

钢筋网片：现场配备扎丝，将钢筋网片固定在锚杆和钢架连接筋上，绑扎牢固。钢筋网搭接长度为1～2个网格。

锁脚锚杆/管：钢架安装连接筋及网片后，在锁脚锚杆孔洞处打设并安装锁脚锚杆，注浆完成后使用扎丝将两侧锁脚锚杆绑扎牢固。

超前小导管：在钢架上方预留的超前小导管导向管处按外插角5°～10°打设安装φ42超前小导管，环向间距0.4m，每环23根，单长3.5m，2.4m/环，安装完成后进行注浆（超前小导管的数量、间距、长度按设计施做）。

5.7 喷混凝土

C25喷射气密性混凝土，混合料要随拌随用，不掺速凝剂时，存放时间不得超过2h；掺速凝剂时，存放时间不得超过20min。混合料在运输、存放过程中，应严防雨淋、滴水及大块石等杂物混入，喷射前首先要对岩面进行修整，清除松动岩块，对个别欠挖突出部分进行凿除并用高压水将岩面冲洗干净，对遇水易潮解的岩层则用高压风清扫岩面；喷射混凝土应分段、分片、分层进行，由下向上，从无水、少水向有水、多水地段集中，多水处安放导管将水排出。喷射开始时应先送风，后开机，再给料；结束时，应待料喷完后再关机。向喷射机供料时应连续均匀，机器正常运输时，料斗内应保持足够的存料。

喷射开始后，减少喷头至受喷坡面的距离，距离保持1.5～2.0m之间，并调节喷射角度直至喷头与受喷面基本垂直，以保证钢筋网与岩面间混凝土的密实性。钢架与岩面之间的间隙用钢楔或混凝土块每隔2m楔紧再喷射混凝土充填密实，喷射顺序先下后上对称进行，先喷钢架与围岩之间空隙，后喷钢架之间，钢架应被喷射混凝土所覆盖。喷射中先找平受喷面的凹处，再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm，力求喷出的混凝土表面平整，呈湿润光泽、无干斑或滑移流淌现象。每次喷射厚度控制在6cm以下，喷射回弹物不得重新用作喷射混凝土材料。喷射后的混凝土表面要平整、平顺、密实、无脱落现象，无钢筋外露现象。新喷射的混凝土洒水养护时间不少于14d。

6 施工效果

该种施工工艺适用于瓦斯隧道内初期支护不动火作业，洞外加工简易，洞内施工操作方便，不需焊接、切割，管控消除了瓦斯隧道初期支护施工中的火源，避免瓦斯因火源引发爆炸或燃烧，极大程度地降低了瓦斯隧道施工安全风险。

7 结语

高瓦斯隧道采取初期支护不动火作业可以有效降低瓦斯隧道施工安全风险，给瓦斯隧道施工创造良好的安全环境，确保现场施工人员的生命安全。希望该工艺可为类似工程提供借鉴和参考，将瓦斯隧道的施工风险降到最低，确保施工人员生命财产安全和施工有序运行。