山区高速公路隧道的瓦斯预测方法及施工技术.pdf

/THESIS 论文 84 责任编辑 / 孙誉菡 美术编辑 / 王德本 山区高速公路隧道的瓦斯预测方法及施工技术 马永辉 （昭通市交通建设工程质量安全监督局，云南 昭通 657000） 摘要本文根据昭泸高速公路坪上高瓦斯隧道的施工特点， 提出瓦斯预测方法， 经实际测试后明确隧道施工状况； 还针对现场情 况提出专项施工技术措施， 为高效、 安全的施工作业提供技术指导， 具有一定的参考价值。 关键词山区高速公路；瓦斯隧道；预测分析；超前探测 一、工程概况 坪上隧道位于云南省昭通市境内， 属昭泸高速公路彝良至 镇雄段特长隧道。 隧道穿越兴隆煤矿的采煤层和可开采煤层 （C1、 C5） ， 前者为典型低瓦斯工区， 后者为高瓦斯工区， 煤层 伴有爆炸性危险。 隧道进口、 二号斜井两处均为高瓦斯工区。 二、瓦斯预测方法与实施 （一）超前探测方法 在确保良好探测效果的前提下结合实际采用地质雷达 探测、TSP203（或RT）地质超前预报系统探测、超前钻孔 探测、声波法探测等。坪上隧道进出口，1、2斜井皆 采用了全断面超前钻孔探测方法。 （二）超前探测钻孔 煤系地层对于隧道施工的影响较大，为全面掌握该处 煤层赋存情况，包括层位、厚度、倾角等，在正式施工前采 取超前探测方式，明确煤层的具体分布区域及主要参数，以 便给隧道施工作业提供参考。 沿隧道方向设超前探煤钻孔，在开挖至距煤层50m之前 完成，孔深≥50cm，条件允许时加大钻孔深度，使其顺利穿 透煤层全厚度范围，深入煤层底板的部分≥0.5m。在施工 中，对水平超前探煤钻孔施工作业超前距离应达20m，以上 一循环的探孔终孔所处位置为基准，当工作面与之形成的间 距达到20m时便要暂停开挖，从而进入到下一循环施工中。 （三）煤层瓦斯参数测定 取超前探测钻孔其中3个岩层较为完整的钻孔封孔、注 浆处理，并测定煤层的原始瓦斯压力，其他的探测钻孔应用 水泥砂浆封堵。煤层对于隧道施工的影响较大，为准确掌握 初始状态下的瓦斯压力值，必须分别设置测压孔和前探孔， 从根本上避免混用现象。引入主动式测压的方法，测压时间 更短。 打钻过程中选取煤样，总重维持在2kg～3kg，及时使 用塑料袋封装，粘贴标签并记录基础信息，转移至实验室内 作针对性分析，经分析得出瓦斯压力测定结果，计算求得煤 层瓦斯含量。 三、煤层瓦斯突出危险预测 （一）初步预测 以煤层所处位置为基准，开挖面与之形成的法向距 离达10m或更多时展开初步预测，其中煤层瓦斯压力法 应用较为广泛，或者可结合项目实际选用瓦斯含量法。 根据煤层瓦斯压力或瓦斯含量初步预测的临界值，如表1 所示。 煤层瓦斯并不存在突出危险时，则以煤层所在处为基 准，当开挖面与之产生的垂距≥5m时组织二次预测。 煤层瓦斯存在突出危险时，则以煤层所在处为基准， 当开挖面与之产生的法距≥7m时加强防突措施，做好此项 工作后按上述方法组织二次预测。 瓦斯压力P（MPa）瓦斯含量W（m3/t）预测结果 P＜0.74W＜8无突出危险区 其他情况突出危险区 表1 煤层瓦斯压力或瓦斯含量预测临界值表 责任编辑 / 曹晶磊 美术编辑 / 李仪灵 85 （二）二次预测 二次预测应在隧道开挖工作面掘进至距煤层垂距≥5m 处开始。检测K1、q等相关指标，并结合煤样分析结果，明 确其瓦斯放散初速度△P及坚固性系数f，由此确定具体综合 指标D、K的值。 （三）煤层瓦斯突出危险性评价 若K1或q值达到表1中临界值或超出时，均判定为危险 工作面；此外，若D、K值均在临界值以内且现场并未出现 异常情况时，此条件下则判定为无突出危险工作面。 各项指标中，若某项超出临界值，均视为危险工作 面。若打钻作业时发生夹钻或喷孔的延长情况、煤层赋存条 件较正常状况发生显著变化，此时均可视为突出危险工作 面，需采取防突技术措施。 四、瓦斯隧道施工技术 （一）支护参数 煤层瓦斯工区通常按Ⅳ、 Ⅴ级围岩设计，坪上隧道瓦斯 工区支护参数如表2所示。 （二）施工方法 为准确判断前方地质情况和瓦斯浓度，对隧道右线和 左线实行连续超前探孔。该隧道加装防爆型电机ZDY-1250 型地质钻机钻探30m探孔，探测煤系地层地段和瓦斯溢出情 况，当前探钻孔未揭煤且孔内瓦斯浓度＜0.5，则被视为低 瓦斯隧道，按相关标准展开施工作业；对于瓦斯浓度≥0.5的 情况，则必须编制专项施工方案。 以瓦斯隧道地质条件为基本参考，编制爆破施工方 案，为满足开挖轮廓要求，选择上下台阶法，总体施工量较 大，以分步开挖的方式有序推进，选用光面爆破方案。 围岩支护采用超前小导管和锚网喷混凝土支护，喷射 混凝土机械采用防爆型，所有开挖面采用厚度≥4cm气密性 混凝土封闭，依据工程要求，该项目采用工字钢支护，支护 前需在隧道外试拼，合格后正式拼接。锚杆施工完毕后，需 抽样检查并进行抗拔试验。 防排水施工时要在隧道明暗交界位置、衬砌类型变 化位置，还应在洞身每隔80m间距设置一道变形缝，缝宽 2cm，缝中设置中埋式橡胶止水带和背贴式橡胶止水带，并 按设计要求铺设纵横向排水波纹管。 隧道仰拱气密性混凝土采用建筑组合钢模，支架采用 φ50mm液压杆支撑加固。参照二衬气密性混凝土，用于仰 拱处的材料与之保持一致，仰拱施工遵循的是尽早开挖的原 则，不可出现超长开挖现象，边墙和仰拱，尽可能同步开 挖，防止底部瓦斯溢出。 以钢模衬砌台车为主要施工设备，完成立模作业；配 备多台混凝土罐车，共同配合将混凝土运输至施工现场，利 用液压泵入模，遵循先两侧拱脚后拱顶的方式，两端同步推 进，使用插入式振捣器处理两侧的混凝土混合料提高其密 实性，并使用附着式振动器完成拱部处理。减小外界因素 的影响，做到持续浇筑，自卸出混凝土开始，需在后续的 40min～60min内使用完毕，否则性能易发生变化。5℃以 下停止施工。边墙和拱部的局部超挖部分采用气密性喷射混 凝土填补圆顺，超挖地段采用衬砌混凝土浇筑，增加二次衬 砌厚度。混凝土浇筑完毕后，连续养护时间需≥14d。 五、结语 瓦斯隧道安全施工的关键体现在瓦斯预测、 方案选择、 机 械配套、 防爆电器、 人员意识等方面。 超前钻孔探测瓦斯已成为 当前高瓦斯隧道施工的必要环节， 施工人员应结合施工现场环 境， 灵活应用该技术， 实现对隧道施工的动态化安全把控。 围岩等级衬砌类型初喷混凝土厚度cm钢筋网片cm衬砌厚度cm拱架型号，间距cm锚杆型号，间距cm V SF5a25151550I18钢拱架，60φ25中空砂浆锚杆长3m，10060 SF5b25202050I18钢拱架，80φ25中空砂浆锚杆长3m，10080 SF5c27151560I20a钢拱架，60φ25中空砂浆锚杆长4m，10060 SF5d27151560I20钢拱架，50φ25中空砂浆锚杆长4m，10050 SF5e27151550I20钢拱架，60φ25中空砂浆锚杆长3m，10060 Ⅳ SF4a23252545I16钢拱架，80φ22砂浆锚杆长2.5m，10080 SF4c15252535无φ22砂浆锚杆长2.5m，120120 SF4b22252540I16钢拱架，100φ22砂浆锚杆长2.5m，100100 SF4d22252535I16钢拱架，100φ22砂浆锚杆长2.5m，100100 表2 隧道支护参数表