瓦斯隧道施工技术研究

瓦斯隧道施工技术研究

周川川

身份证号： 41032619871002****

摘要：随着交通业的不断发展，隧道建设工程量不断增加。很多地区地质较为复杂，危险气体等不良地质条件给隧道施工带来了很大的施工困难。本文以某瓦斯隧道工程为例，对瓦斯隧道的施工工艺和安全控制手段进行了介绍，希望为相关工程提供参考。

关键词：瓦斯隧道；施工通风；防治措施

引言

该工程隧道采用分离式，左线起讫桩号ZK22+045~ZK27+305，总长5260m；右线起讫桩号K22+050~K27+305，总长5255m。隧道最大埋深474m，属特长隧道。该隧址范围内不良地质条件复杂。隧道除了可能穿越C1~C10等多层煤层外，还将有可能穿越煤层采空区、溶洞、断层等。在隧道所穿越的煤层之中，最大煤层瓦斯压力为1.28MPa，瓦斯含量0.53~15m3/t，瓦斯成分以CH4和N2为主，隧道掘进期间的瓦斯绝对涌出量估算值为2.51m3/min。

1施工通风

对瓦斯隧道而言，瓦斯监测和施工通风是保障安全的根本，将洞内瓦斯浓度稀释至0.5%以下是基本要求。一直以来，高瓦斯隧道不论隧道长短均要求采用巷道式通风，一方面需增设(或利用)平导，增大了工程量，另一方面平导本身也有可能穿越煤系地层，增加了风险因素^[1]。实际上不管是压入式通风还是巷道式通风，对于开挖工作面来说其通风是一样的，新鲜风通过风管压入送至开挖面以稀释瓦斯，风量的保证更大程度上取决于通风的长度和风管的百米漏风率。除与常规隧道施工相同，按工作人数、最小风速、爆破排烟、洞内作业机械分别计算需风量外，瓦斯隧道还需考虑稀释涌出瓦斯所需的风量，并取其中最大值;通过计算采用压入式通风时，各不同断面非瓦斯隧道按Ⅱ级围岩全断面、Ⅳ级围岩台阶法施工时所需的最大风量，并按此风量反算能稀释到0.5%浓度以下的绝对瓦斯涌出量。然而，绝对瓦斯涌出量不是所需风量的控制因素，大多数情况下，洞内施工作业的机械废气为需风量控制因素，当一次开挖断面较大时候，爆破排烟需风量为控制因素。对于绝对瓦斯涌出量小于5m3/min的高瓦斯工区，通风长度小于2000m时，按常规隧道施工所需的风量均能将瓦斯浓度稀释到0.5%以下，故可采用独头压入式通风。此时风管百米漏风率为1%。理论上，风管百米漏风率越小，保证通风效果的独头压入式通风的距离越长。但现实情况中，受风管材料、风管接缝质量、风管破损、施工管理等因素的影响，风管漏风风量损失严重，开挖面实际风量与理论计算风量出入较大^[2]。而采用巷道式通风可大幅缩短风管长度，减少漏风，更能保证开挖面所需风量。现场调研结果表明，独头压入式通风长度在2500m以下时，能保证洞内风量，确保施工环境良好。因此对瓦斯隧道而言，通风长度小于2000m时，采用压入式通风是可行的。不论是压入式通风还是巷道式通风，减少风管接缝、保证接缝质量、避免破损、加强施工管理，从而降低风管百米漏风率均是保证施工通风的关键。

2瓦斯防治方案

2.1瓦斯防治方案

经过施工单位详细的论证，以加强隧道通风、瓦斯监测为手段，最终达到消除瓦斯事故、确保隧道施工安全的目的。编制隧道瓦斯防治专项施工方案，包括隧道瓦斯预测预报、瓦斯监测、过揭煤段瓦斯防治专项施工方案、过采空区瓦斯防治专项施工方案、通风专项方案、动火专项方案以及安全防护系统。上台阶一次全断面揭开煤层顶板岩柱如图1所示。

图1上台阶一次全断面揭开煤层顶板岩柱正断面示意

在上台阶一次全断面揭开煤层顶板前，需进行突出预测，若无突出危险，可采用硐外放炮并采取安全防护措施后揭煤；若有突出危险就要采取排放钻孔措施，直到防突指标效检达标，方可进行揭煤作业。在进行上台阶过煤门施工时，隧道轮廓以外留有6m的最小超前距离^[3]。在中下层台阶进行揭煤施工时，在检测有瓦斯突出危险时，需要首先对其内的瓦斯进行排放，符合要求才能继续施工。

2.2瓦斯爆炸（燃烧）防治措施

要防止瓦斯事故，首先就是要防止瓦斯积聚，然后需要防止火源。需要采取瓦斯积聚防治和引爆火源的防治措施。

2.2.1瓦斯积聚防治措施

空洞瓦斯积聚多发生在隧道塌方处或严重超挖处，可采用向空洞内送风的方法驱散瓦斯，防止瓦斯空洞积聚。首先可采用风管分支排放法、压风排放法和引射排放法等，其次合理调整通风系统，隧道施工设计通风量必须满足排出瓦斯等有害气体的需要，对相关未封闭的硐室应保持足够的风量和风速。

2.2.2防止引爆火源

瓦斯爆炸的一个主要因素就是火源。在隧道现场施工过程中，要实现不动火作业，基本上不可能。所以必须采取相应措施控制引爆火源。（1）需加强管理，提高防火意识。（2）要防止爆破火源。在煤层中进行爆破作业时，爆炸产物的温度可以达到1500℃，足以引燃瓦斯，导致瓦斯爆炸。（3）防止电气火源和静电火源。在进行隧道施工中避免因为用电造成的火灾。（4）防止撞击或摩擦火源。（5）防止明火。防止明火主要是防止工人带火种进入隧道，在洞口20m范围内不得有明火出现。（6）防止隧道施工区域内煤炭自燃引火源隧道揭穿煤层后，有的煤层因为暴露太久容易产生自燃

^[4]。

3隧道揭煤施工及控制措施

3.1揭煤施工开挖方式

隧道施工原则，从隧道上台阶顶部揭开煤层施工易于管理和支护。为防止隧道上台阶意外见煤和中下台阶先揭煤，应对隧道工作面钻探确认煤层准确位置。隧道过煤系地段施工按预留核心土三台阶分部开挖法进行开挖至与煤层法线距离1.5m，并将各台阶安全距离控制到10m，然后进行上台阶一次全断面揭开煤层顶板岩柱。

3.2揭煤钻孔施工

进行钻孔施工时，必须严格按照设计和规范的要求进行，同时控制好钻进速度。在钻进5m的范围内要悬挂瓦斯监测装置，瓦斯浓度不能大于0.5%，否则需要采取措施降低瓦斯浓度，才能进行施工。钻进过程需要全程进行记录，对煤层的情况进行详细分析。工作面可向前掘进距离煤层7m的范围内，执行揭煤专项施工方案，工作面转入揭煤准备工作。

3.3顶板管理及支护方法

隧道施工必须做好支护工作，禁止空顶施工，在松软的地质环境下，必须加强超前探测，采取有效的安全措施。支护施工分为超前小导管施工、型钢拱架施工和D25中空注浆锚杆施工3个过程。使用4.5m长规格42×4mm的超前小导管，搭接长度要大于1.2m。型钢拱架要采取合理的拼接措施，使用M20螺栓进行连接，纵向需要使用25的纵向钢筋，环形间距大于1m。锚杆使用长度3.5m的D25中空注浆锚杆，环形间距0.8mm×100mm。在初喷后进行锚杆施工，钻孔注浆需要满足设计与规范的要求。

3.4钢筋网施工

围岩需要使用间距20cm×20cm的8钢筋，组成钢筋网。钢筋网需要在场外加工成型，在现场进行安装。挂网施工使用人工进行，钢筋网片与型钢间禁止使用焊接进行连接。最后喷射混凝土施工，完成整个工程作业。

结束语

危险气体等不良地质条件给隧道施工带来了很大的施工困难，施工单位必须设计合理的复杂地质施工与安全方案，才能保障隧道施工的安全和质量。本文通过对该隧道工程瓦斯防突的分析，在瓦斯防治、揭煤施工等方面进行论述，为隧道工程的顺利实施提供保障。

参考文献

[1]冯冰.瓦斯隧道机械设备改装方案与主动防爆改装[J].低碳世界,2019,9(09):309-310.

[2]李有兵.成贵铁路高瓦斯隧道通风技术[J].建筑机械化,2019,40(06):53-55.

[3]李金成.隧道施工煤与瓦斯突出防治措施[J].建筑技术开发,2019,46(11):140-141.

[4]刘正华.复杂地质环境下的铁路隧道施工技术探究[J].现代物业(中旬刊),2019(06):186-188.