复杂地质条件高瓦斯隧道施工工法.doc

复杂地质条件 高瓦斯隧道施工工法 1. 前言 1.1 工程概况 重庆市肖家坡隧道，左线起讫桩号为ZK51+386～ZK54+105，全长2719米，右线起讫桩号分别为YK51+400～YK54+130，全长2730米。隧道最大埋深约460m。隧道穿越地层主要为志留系上统罗惹坪群第二段、第一段和志留系上统龙马溪群第二段，以粉砂岩、页岩、砂质页岩互层、水云母页岩为主。设计为无瓦斯隧道。 1.2 工法形成经过 2006年12月，肖家坡隧道右线首次在YK53+690处测得瓦斯浓度为0.35%。从12月8日到12月，在每次掘进放炮后，均对隧道右线内瓦斯进行测定，这期间测得掘进工作面附近瓦斯浓度维持在0.26～0.36%之间，肖家坡隧道右线YK53+622位置的最大绝对瓦斯涌出量为4.69m3/min。随后于2007年9月19日在肖家坡隧道出口左线ZK53＋034处掘进工作面左侧离地3m处钻孔附近的出现不明气体，现场对瓦斯浓度进行了测定，孔口瓦斯浓度8.2%、拱顶0.16%、下部0.12～0.13%。根据已开挖进隧道实际瓦斯涌出情况和对未开挖段隧道瓦斯涌出量的分析，将肖家坡隧道定为高瓦斯隧道。在高瓦斯隧道施工中，如何有效的预防和采取必要的措施，防止瓦斯安全生产事故的发生，我们经过反复研究，从超前地质预报、钻爆、出渣及运输、支护、衬砌、防排水、风水电等各道工序上针对瓦斯的特性，经过对肖家坡高瓦斯隧道施工的工程实践，经总结形成了本工法。 2. 工法特点 1、超前预报与地质工作相结合，提前探明瓦斯成因及规模，进行瓦斯突出性预测，采取防治瓦斯突出的措施，有效降低开挖爆破时瓦斯安全生产事故风险。 2、控制隧道内及工作面的瓦斯浓度是防止瓦斯爆炸的关键。通过瓦斯检测预警系统与合理的通风设计，在施工中的每个环节都必须保证有强大的通风量与风速，将瓦斯浓度控制在0.5﹪以下，有效地降低隧道内的瓦斯浓度，确保施工安全。 3、采用新型防水板、气密性混凝土、水玻璃、水气分离装置、防爆机械等新材料新设备保证施工和营运期间的安全。 4、隧道开挖后及早地对围岩（含掌子面）进行封闭支护，以及采取径向预注浆措施可以防止围岩中的释压节理、岩层层理或者构造结构面在开挖松驰后相互贯通，切断瓦斯的运移通道，避免了瓦斯灾害的突涌。 5、健全有效的安全管理制度是高瓦斯隧道施工的重要制度保障。 3. 适用范围 适用于穿越地层中赋存有石油和油气共生地段以及浅层地表天然气贯通等外源性高瓦斯隧道施工。 4．工艺原理 针对外源性高瓦斯隧道施工特点，采取超前预报与地质工作相结合，提前探明瓦斯成因及规模，进行瓦斯突出性预测，采用光干涉甲烷检定仪、便携式甲烷检测报警仪、瓦斯自动监控系统对瓦斯实时检测监控。工前教育培训，每道工序全部采用防爆型，严禁火源进入隧道，采取径向注浆切断瓦斯的运移通道，开挖后及时采用气密性混凝土进行支护和衬砌，这些措施有效地规避了高瓦斯隧道突涌灾害的风险，避免了人员伤亡和财产损失，确保了施工和运营的安全。 5. 施工工艺流程及操作要点 5.1 高瓦斯隧道施工工艺流程 图5.1-1 高瓦斯隧道施工工艺流程图 5.2 高瓦斯隧道施工工法操作要点 5.2.1 超前地质钻孔 为准确判断前方地质情况和瓦斯浓度，对隧道施行5个连续的超前探孔。钻孔采用ZK-150地质钻机，配有φ75和φ89两种钻头，通过取芯可准确判断掌子面的地质情况。通过测定钻孔内瓦斯浓度和瓦斯压力以及判定前方裂隙带的地质情况确定爆破方案。 5.2.1-1钻孔布置图 5.2.2 瓦斯测定 在掌子面设置两个光干涉甲烷检定仪探头对隧道内的瓦斯进行24小时不间断监测。1号探头距掌子面10m，2号探头距掌子面20m，每次进尺放炮后，对隧道内的瓦斯浓度进行测定，对检测数据进行整理分析。检测方法和需要进行的气样分析如下表。 表5.2.2 -1瓦斯监控系统检测 探头 编号 瓦斯浓度（﹪） 第一个循环放炮后 第二个循环放炮后 第三个循环放炮后 1＃ (瓦斯浓度数据) (瓦斯浓度数据) (瓦斯浓度数据) 2＃ (瓦斯浓度数据) (瓦斯浓度数据) (瓦斯浓度数据) 表5.2.2 组 份 体积百分比（%） 氧气O2 （所占百分比） 氮气N2 （所占百分比） 甲烷CH4 （所占百分比） 一氧化碳CO （所占百分比） 二氧化碳CO2 （所占百分比） 乙烷C2H6 （所占百分比） 乙炔 （所占百分比） 乙烯 （所占百分比） 根据所检测分析得出的瓦斯浓度数据，得出肖家坡隧道最大瓦斯浓度值C=0.18%。 根据孔口瓦斯浓度可以算出瓦斯涌出量。其具体计算过程如下： 现场实测隧道平均风速：v = 0.53m/s 隧道风量：q＝v×s×t= 0.53×82×60＝2607.6m3 S—隧道开挖断面积； t—通风时间； 最大瓦斯涌出量：Q=q×C＝260