瓦斯隧道施工及监控措施

瓦斯隧道施工及监控措施
王海
摘 要： 通过对大巴山瓦斯隧道在施工中的施工方法、通风方案选择和瓦斯预防、监控等措施的运用，为相类似的隧道提供了宝贵的施工经验。
关键词： 瓦斯隧道 施工 监控 措施
1 工程概况
大巴山特长隧道是国家“十五”规划的高速公路网包头至茂明段中达陕高速公路的控制性工程，隧道按单洞分离式设计，隧道左右线相距约26-50m，隧道长度为：左线6123米(LK0+000～LK6+123)；右线6115米（K0+000～K6+6115）。隧道净宽10.25m，净高5.0m，洞内横坡为2%的单向坡（有超高），纵坡基本为单向坡（出口端位于凸竖曲线内），左右线纵坡均为2.45%。设计行车速度80Km/h，地震设防烈度为Ⅵ度。隧道最大埋深720m
2 施工原则
隧道通过煤层瓦斯的原则: 勤监测，强通风，短进尺,弱爆破，快喷锚,强支护。
2.1 勤监测：采用“双保险”监测措施。即建立遥控自动化监测系统与人工现场监测相结合。
2.2 强通风：瓦斯隧道通风方案结合施工期间的工作面划分,并根据实际需要采用独立的巷道式通风系统或混合式通风系统。
2.3 短进尺：每次开挖进尺控制在1.2m以内，保持每次开挖面积小，瓦斯溢量不大，开挖轮廓能够迅速得到支护。
2.4 弱爆破：采用低爆力部份露煤震动放炮方案。即采用低爆力的矿用安全炸药（目前大量生产和使用的2号和3号煤矿许用炸药以及相应的抗水型）与安全雷管（煤矿许用毫秒电雷管最后一段延期小于130ms），装药系数与普通掘进爆破相同，只在岩石段装药，煤段不装药。
2.5 快锚喷：及时封闭围岩，有利于提高围岩自稳能力；二是堵塞瓦斯溢出通道，减少瓦斯溢出量。
2.6 强支护：强有力的支护不仅能抑制瓦斯溢出，还能防止围岩坍塌与变形。
3 施工方法及注意事项
3.1 施工流程
按照瓦斯隧道的的施工原则，为有效的减少瓦斯对施工的影响，除加强通风以外，在施工时要注意尽量缩短循环时间，及时封闭围岩。
隧道各部位施工流程及计划安排如下：

上台阶施工————下台阶施工————仰拱施工————二衬施工。
3.2 施工方法
3.2.1 揭煤
根据设计图地勘报告、超前地质预测预报资料，在即将到达煤系地层前（5~10米）必须先在掌子面上打超前探孔，一方面可探明前方围岩情况，一方面可预先释放瓦斯。
通过超前地质钻孔，一是可预先释放部分瓦斯。二是根据探明的围岩情况，选取适当的爆破方案（如瓦斯浓度从钻孔最初浓度均小于0.3%，采用台阶法开挖）和适当的爆破参数（主要是开挖进尺、周边眼参数等）。三是将地质资料及时反馈到设计代表、监理和业主，是否修正围岩支护参数
在揭煤过程中，要加强通风和监测，确保掌子面瓦斯始终位于安全线以下，且均须采取以下安全措施。
1）预探(先通过打探孔探测煤层位置)；
2）预测(施钻预测孔,取样试验确定是否有突出危险)；
3）预排(对有突出危险的煤层预先排放瓦斯)；
4）检验(打孔取样检验预排效果)；
5）超前支护下掘进；
6）设置加强的初期支护;
通过以上措施防止突出,防止软岩巷道出现坍方等失稳。
3.2.2 开挖运输
参照《瓦斯隧道施工规范》实施。开钻前先由瓦斯专业检测人员对工作面进行瓦斯检测，如若瓦斯浓度超过0.3%，则要通知施工队长先要加强通风，待瓦斯浓度降至0.3%以下，方可施钻。爆破结束后，先进行至少30min的强通风，方可进行下一步施工即出碴。
3.2.3 初期支护
出碴完毕后，喷锚支护班要及时进行初支工作。在瓦检员完成检测工作确定瓦斯浓度在正常情况0.3%以下后，喷砼支护班要对暴露的围岩先进行一次初喷，以封闭围岩，防止瓦斯涌出。
3.2.4 二次衬砌
根据监控量测的结果及时施作二衬砼。
根据要求，防水板、无纺布采用冷粘法施工，并且全断面铺设，一方面减少了瓦斯对施工的影响，一方面也加强了对瓦斯溢出的防范。
4 防瓦斯涌出措施
4.1 瓦斯预报
大巴山隧道地质情况复杂，存在高碳质泥页岩不良地质，有可能发生瓦斯涌出。在施工过程中，做好地质预报工作，及时取得地质资料以有效指导施工，对保证隧道施工安全至关重要。对于瓦斯的现场预测预报主要有以下几种方法：
地形地貌分析法及地质分析法
钻孔法
TSP地震波测量系统
4.2 瓦斯释放
大巴山隧道在瓦斯段按台阶法开挖。采用光面爆破技术实施爆破作业。在开挖施钻前先用直径为100mm的水平钻钻孔以释放瓦斯。钻眼时要随时注意瓦斯溢出情况。开挖钻孔必须采用水钻，严禁采用干钻法施工。
4.3 隧道通风——降低瓦斯浓度
大巴山隧道单口掘进长度3065m，根据施工进度分阶段采取压入式和混合式通风方案，即单口掘进长度≤1000m时采用压入式通风，单口掘进长度＞1000m时采用混合式通风。
在隧道工区设通风管理专职人员，负责通风系统的管理、设备检修、测试风速、风量等工作。
4.3.1 风量计算
隧道内采用无轨运输，管道压入式通风所需风量根据隧道内同时工作最多人数、爆破作业瓦斯涌出量、最小风速分别进行计算，并取其最大值作为设计风量。
根据计算，压入式通风时，隧道爆破作业瓦斯涌出量所需风量控制，工作面所需风量Q工=2327m3/min；混合式通风时，隧道所需风量由爆破后稀释炮烟所需风量控制，工作面所需风量Q工=1008m3/min。
4.3.2通风机风量计算
Q机=β•Q工
β—管道漏风系数，φ1.5m管道压入式通风取值β=1.30，φ1.5m管道混合式通风取值β=1.20。
压入式通风：Q机=1.30×2327=3025m3/min
混合式通风：Q机=1.20×1008=1210m3/min
4.3.3风压计算
为提高通风效率，减少通风时间，单口掘进通风长度大于1000m的均采用1.8m的大直径风管，小于1000m的采用1.5m直径的风管。
风阻系数Rf=6.5•α•L/(5D)，摩阻系数取值α=0.00225。求值Rf见下表。
 

4.3.4 通风设备选择及方案确定
根据计算，隧道单口掘进长度≤1000m时，选用两台SFD-1-NO.12.5型单速叶片可调式通风机（功率208KW，转速1450r/min，风量1600～2950m3/min，高效风量2400m3/min，风压1400～5500pa）布置在洞口；掘进长度＞1000m时，将两台SFD-1-NO.12.5型单速叶片可调式通风机分别布置在洞口和开挖面附近，配φ1.5m风管组成混合式通风系统。

选用PVC高强长纤维布基拉链式软风管，风管节长10m，转弯处用钢管连接。
5 实施效果
通过在大巴山瓦斯隧道的施工和对瓦斯有效的监控，大巴山瓦斯隧道安全顺利的通过了含瓦斯的地段，没有发生一起瓦斯事故。大巴山隧道在安全状态下施工至今。
6 结束语
虽然大巴山隧道有效的监控下和合理的施工措施下安全顺利的通过了含瓦斯的地段，但本人仍有几点建议：1）为防止瓦斯涌突出，在喷射砼中可加入一些气密剂，在设计中应明确；2）由于穿越高碳质泥页岩段，岩层较为破碎，在加强支护手段同时应考虑缩短各工序衔接时间；3）二衬防水板的施工在设计中应考虑施工的合理性。