公路工程瓦斯隧道施工技术研究

孙飞

摘要 文章以公路工程瓦斯隧道施工技术为研究对象，针对瓦斯隧道施工中的关键技术和质量控制问题展开深入研究。首先，梳理了瓦斯隧道施工的特点和常用方法。其次，结合实际工程案例，对瓦斯隧道钻爆法施工方法、工艺和施工关键技术环节进行了详细剖析，并提出了相应的施工工艺和质量控制要点。研究成果将为瓦斯隧道施工技术和质量控制提供有益的参考，对类似项目施工具有一定的参考和借鉴意义。

关键词 公路工程；瓦斯隧道；钻爆法；技术方法；质量控制

中图分类号 U458.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）06-0058-04

0 引言

随着我国公路建设的快速发展和复杂地质条件的日益凸显，瓦斯隧道的建设已成为公路工程中的一项重要任务。瓦斯隧道施工涉及复杂的环境因素和高风险因素，需要采取有效的技术措施和管理手段来保障施工安全和质量。瓦斯隧道的施工技术直接关系到隧道的安全性、耐久性和经济性，因此对瓦斯隧道施工技术进行深入研究具有重要的理论和实践意义。该文重点围绕瓦斯隧道施工中的关键技术环节展开研究，包括隧道开挖方法、瓦斯监测与管理等方面的问题，并提出相应的施工工艺和质量控制要点，为瓦斯隧道施工技术的实际应用提供参考。

1 瓦斯隧道施工概述

1.1 瓦斯隧道的定义与分类

瓦斯隧道是指在施工过程中，隧道内存在较高浓度的瓦斯气体，对施工安全和工程质量构成一定威胁的隧道。瓦斯是一种无色、无味、无毒的气体，主要成分是甲烷，其化学性质稳定，不易与其他物质发生反应。瓦斯气体的燃点较低，容易发生燃烧和爆炸，因此在瓦斯隧道施工过程中，必须采取有效的安全措施和技术手段，确保施工安全和质量。

根据瓦斯含量的不同，瓦斯隧道可分为高瓦斯隧道、低瓦斯隧道和一般瓦斯隧道。其中，高瓦斯隧道是指瓦斯含量较高，对施工安全和工程质量构成较大威胁的隧道；低瓦斯隧道是指瓦斯含量较低，但仍需采取必要的安全措施的隧道；一般瓦斯隧道则是指瓦斯含量较低，对施工安全和质量影响较小的隧道。此外，根据瓦斯来源的不同，瓦斯隧道还可分为煤系地层瓦斯隧道和碳酸盐地层瓦斯隧道。煤系地层瓦斯隧道是指瓦斯气体主要来源于煤层中的甲烷气体，而碳酸盐地层瓦斯隧道则是指瓦斯气体主要来源于石灰岩等碳酸盐岩层中的甲烷气体[1]。

1.2 瓦斯隧道施工的特点与挑战

瓦斯隧道施工具有以下特点与挑战[1]：

（1）瓦斯的不稳定性：瓦斯气体的浓度、压力和成分可能随时间和空间发生变化，这给施工过程中的瓦斯检测和评估带来了很大的不确定性。同时，瓦斯的流动性强，容易扩散和渗漏，对通风和排风系统提出了更高的要求。

（2）高风险性：瓦斯隧道施工面临的主要风险包括瓦斯爆炸、火灾等安全事故。这些事故可能对人员、设备和环境造成重大损害。因此，施工过程中必须采取严格的安全管理措施和技术手段，以降低事故发生的概率。

（3）技术要求高：瓦斯隧道施工涉及一系列复杂的技术问题，如瓦斯检测与监测、通风与排风、施工设备与工艺等。这些技术要求高，需要专业技术人员进行操作和管理，以确保施工安全和质量。

（4）环境保护要求：瓦斯隧道施工可能涉及环境保护问题，如水土保持、植被恢复等。施工过程中需采取有效的环保措施，降低对周围环境的影响，确保施工的可持续性。

（5）安全管理难度大：由于瓦斯隧道施工的高风险性，安全管理难度较大。需要建立健全的安全管理体系和规章制度，加强人员培训和教育，增强安全意识，确保施工安全。

综上所述，瓦斯隧道施工具有技术要求高、风险性大、安全管理难度大等特点与挑战。为确保施工安全和质量，必须采取有效的技术措施和管理手段，加强人员培训和教育，增强安全意识，降低事故发生的概率。同时，还需关注环境保护问题，确保施工的可持续性。

1.3 瓦斯隧道施工的常用方法

瓦斯隧道施工常用方法如下[2]：

（1）钻爆法：钻爆法是瓦斯隧道施工中最常用的一种方法，它主要包括钻孔、装药、起爆和出渣等步骤。在瓦斯隧道中，钻爆法需要特别注意瓦斯浓度的监测和控制，以防止瓦斯积聚和爆炸。此外，还需要采用防爆电气设备和专用炸药，以降低爆破过程中的安全风险。

（2）盾构法：盾构法是一种通过使用大型盾构机在地下挖掘隧道的施工方法。在瓦斯隧道中，盾构法可以有效地避免直接接触富含瓦斯的地层或煤层，降低安全风险。然而，盾构机的操作和维护需要高度的技术水平和经验，同时盾构机的尺寸和重量也限制了其在某些复杂地质条件下的应用。

（3）掘进机法：掘进机法是一种通过使用掘进机在地下挖掘隧道的施工方法。在瓦斯隧道中，掘进机法可以实现连续的掘进和支护作业，提高施工效率。然而，掘进机的操作和维护也需要极高的技术水平和丰富的经验，同时掘进机的适应性和灵活性不如鉆爆法和盾构法。

（4）明挖法和盖挖法：在一些地质条件较好、瓦斯含量较低的地区，也可以采用明挖法或盖挖法进行瓦斯隧道施工。这些方法通常适用于地表条件允许开挖、交通干扰较小的地段，但需要注意瓦斯的监测和控制，以及施工过程中产生的废气、废水和废弃物的处理。

（5）注浆加固法：注浆加固法是一种通过向隧道周围地层注入浆液，以提高地层稳定性和承载能力的施工方法。在瓦斯隧道中，注浆加固法可以有效地防止瓦斯从地层中逸出，降低安全风险。然而，注浆加固法需要精确的地质探测和设计，以及高质量的浆液材料和设备。

2 瓦斯隧道钻爆施工方法及工艺

2.1 项目概况

镇巴（川陕界）至广安高速公路通江至广安段，位于巴中市通江县广纳镇蒙子垭村至构花坪村境内，主线起于广纳镇蒙子垭村桩号K110+500，止于广纳镇构花坪村桩号K117+471。广纳隧道左洞为ZK111+341～ZK114+767段，左洞长3 426 m；右洞为K111+345～K114+769段，右洞长3 424 m；瓦斯工区划分：ZK111+341～ZK114+767段、K111+345～K114+769段为高瓦斯段落（全隧道都属于高瓦斯工区）。

2.2 钻爆施工方法

在施工高瓦斯工区时，均采用相应安全等级的瓦斯专用炸药及雷管。隧道开挖必须尽可能减少对围岩的振动，充分发挥围岩的自稳能力。钻爆作业是保证开挖断面轮廓平整准确、减少超欠挖、降低爆破振动、维护围岩自稳能力的关键。采用光面爆破作业，根据围岩情况及时修正爆破参数，以达到最佳爆破效果，形成整齐准确的开挖断面。

光面爆破的特点：炮孔布置除周边眼和掏槽孔外都是线形，炮孔布置简单，炮孔间距比传统炮孔间距大，节约钻孔时间，炮孔参数准确；对围岩的扰动小，最适合采用“新奥法”施工；炮孔都是平行的，便于钻孔，可提高钻孔效率；易于采用光面爆破，控制开挖轮廓；可以控制爆破块度，提高装运效率。此外，还可减轻对周围地层的振动[3]。

2.3 光面爆破施工工艺流程

该隧道周边采用光面爆破，以确保开挖轮廓平整圆顺，其光面爆破施工工艺流程如图1所示

2.3.1 光面爆破参数设计

根据统计的各段落围岩等级及设计爆破参数，结合围岩地质条件，选择合理的光爆层厚度和周边孔间距。爆破采用斜眼掏槽，并适当加深加大掏槽眼（比其他眼深約20 cm），以保障掏槽效果。根据“新奥法”施工要求，隧道开挖必须尽可能减轻对围岩的振动，充分发挥围岩的自稳能力。故在钻爆作业中采用微震控制爆破技术，实施光面爆破，并根据围岩情况，及时修正爆破参数，达到最佳爆破效果，形成整齐准确的开挖断面，减少超欠挖[4]。

2.3.2 放样开挖轮廓线及爆破孔位放样

在隧道钻孔前，应先测量放样出开挖轮廓线，再标识出各爆破孔位置。

2.3.3 爆破孔位钻孔

采用YT28型钻机钻孔，钻孔时控制好钻进方向，所有炮孔的孔底应位于道轴线，垂直同一平面内，钻孔后用高压风枪清孔。

2.3.4 连线起爆

完成装药后用炮泥堵塞孔口。在完成全部爆破孔钻孔、清孔和装药后，连接引爆网络，隧道开挖时按照“掏槽眼T辅助眼—周边眼”的顺序起爆。

2.3.5 爆破安全排查

爆破后，通风排烟30 min，然后班组长和爆破员进洞检查有毒有害气体浓度，经检查在合格范围内后，进洞查看有无盲炮及是否存在其他安全隐患，确认无其他安全隐患后，机械方可进入洞内进行出渣作业。

2.3.6 上台阶爆破参数及爆破断面设计

隧道上台阶掘进爆破主要参数如表1所示：

炮孔堵塞采用配比为1∶3的黏土与细沙的混合物，或黏性较好的黏土堵塞，堵塞所用的炮棍采用木质或竹质材料制作，光面爆破炮孔的堵塞长度40～50 cm。光面爆孔的装药结构形式如图2所示：

图2 周边光面爆破孔装药结构示意图

采用数码电子雷管起爆时，每段之间设置间隔10～

20 ms，最后一圈掘进孔与周边孔的间隔时间可设置为60 ms，总时间间隔不大于130 ms，如图3所示。如果需进一步控制爆破振动强度，则一架和二架区域的掏槽孔可以先后起爆。所有周边孔的安全导爆索在孔外连接时，应采用T形连接，以保证整个周边光爆孔安全可靠地传爆。

2.3.7 下台阶爆破参数及爆破断面设计

周边孔光面爆破参数与上台阶掘进爆破基本相同，考虑设计循环进尺以及利于布孔，炮孔间距为0.45 m，最小抵抗线为0.7 m，线装药密度为0.12～0.14 kg/m。由于上台阶钻孔及开挖爆破的影响（上台阶底板孔需下插一定角度爆破，且钻孔过程中大量施工用水浸入下台阶），使得下台阶上部出现一定厚度的浮渣层，造成主爆孔和周边光爆孔难以按照设计要求钻凿。因此，可根据下台阶上部浮渣层的现场情况，适当地调整炮孔参数。

下台阶的起爆顺序：采用斜线逐排微差起爆，最后起爆周边光爆孔，同排炮孔同时起爆。为了取得较好的光面爆破效果减少超欠挖和保证围岩的稳定，瓦斯隧道的开挖爆破宜采用数码电子雷管起爆，这样可使得最后一排掘进炮孔与周边光爆孔的延迟时间增大到60～70 ms，而且可以增加起爆段别，减小爆破地震效应，削弱爆破作用对小净距隧道中隔墙的扰动作用。

整个掌子面内的所有炮孔采用同次起爆、孔内分段延迟的起爆网络。同排炮孔用同段数码电子雷管起爆，每孔内装1发起爆雷管。

3 瓦斯隧道施工质量控制要点

瓦斯隧道施工因其特殊的地质条件和高风险性，对施工质量控制提出了极高的要求。瓦斯隧道施工质量控制的要点主要包括以下几个方面[5]：

（1）瓦斯浓度监测与控制：瓦斯隧道施工中，瓦斯浓度的监测和控制是最重要的质量控制环节之一。需要在施工过程中持续进行瓦斯浓度的监测，并根据监测结果及时调整通风系统和施工方案，确保瓦斯浓度始终保持在安全范围内。

（2）通风系统设计与运行：通风系统的设计和运行是保证瓦斯隧道施工安全和质量的关键因素。需要根据瓦斯隧道的具体地质条件、施工方法和安全要求，合理设计通风系统，并在施工过程中保持其稳定、高效和安全运行。

（3）支护结构设计与施工：支护结构的设计和施工是保障瓦斯隧道稳定性的重要措施。需要根据瓦斯隧道的地质条件、施工方法和安全要求，合理选择支护结构类型和参数，并在施工过程中严格控制支护结构的质量和稳定性。

（4）爆破作业控制：在采用钻爆法进行瓦斯隧道施工时，爆破作业的质量控制至关重要。需要根据瓦斯隧道的地质条件、施工方法和安全要求，合理选择炸药类型和装药量，并在施工过程中严格控制爆破作业的质量和安全。

（5）材料质量控制：瓦斯隧道施工中使用的各种材料（混凝土、钢材、注浆材料等）的质量直接影响工程的安全性和耐久性。因此，需要对所有施工材料进行严格的检验和验收，确保其符合相关标准和规范的要求。

（6）施工工艺控制：瓦斯隧道施工中的每一道工序都需要严格按照规定的工艺流程和操作规程进行，以确保施工质量和安全。需要对施工过程进行全程监控和记录，及时发现和纠正施工中存在的问题和隐患。

（7）环保与安全措施：瓦斯隧道施工过程中产生的废气、废水和废弃物对环境和人体健康可能产生影响，需要采取有效的环保和安全措施，包括设置废气处理设备、废水回收系统和废弃物处理设施等。

4 结语

公路工程瓦斯隧道施工技术是公路工程建设中的重要部分，需要采取科学的技术措施和管理手段，加强质量控制和安全管理，确保施工安全和质量。该文对公路工程瓦斯隧道施工技术进行了深入探讨和系统分析，重点阐述了瓦斯隧道钻爆施工方法和工艺，提出了瓦斯隧道施工质量控制要点，为瓦斯隧道施工提供了科学的理论指导和实践参考。瓦斯隧道施工技术仍是一个不断发展和进步的领域，未来还需要进一步地研究和探索，以适应不断变化的地质条件和工程技术要求，推动我国公路建设事业的持续发展和技术创新。

参考文献

[1]张伟. 高速公路低瓦斯隧道施工技术研究[J]. 四川建材， 2022（5）： 133-134.

[2]李盼. 低瓦斯隧道施工瓦斯防治技术与措施[J]. 科技资讯， 2020（36）： 41-43.

[3]贾泽龙. 探究煤炭沟低瓦斯隧道施工技术及防治对策[J]. 中国化工贸易， 2019（14）： 167.

[4]王军. 聚能水压光面爆破技术在崤山隧道施工中的应用研究[J]. 铁道建筑技术， 2017（5）： 81-84.

[5]万东东. 钻爆施工技术在隧道工程中的应用控制策略[J]. 交通世界， 2019（13）： 102-103.