高 峰, 劉永谷

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 一分局,四川彭山 620860)

1 工程概況

成簡(jiǎn)快速路位于成都市龍泉驛區(qū)的柏合鎮(zhèn)、山泉鎮(zhèn)和茶點(diǎn)鎮(zhèn)境內(nèi),穿越龍泉山。龍泉山 2#隧道橫穿龍泉山山脈中段,為分離式隧道,左線隧道起點(diǎn) Z K 4+622,終點(diǎn) Z K 6+943,長(zhǎng) 2 321 m;右線隧道起點(diǎn) Y K 4+616,終點(diǎn) Y K 6+938,長(zhǎng) 2 322 m。隧道凈空斷面 10.5 m×5.0 m,左側(cè)隧道最大埋深 322 m,右側(cè)隧道最大埋深約 320.6 m。隧道進(jìn)口 ～中部 ～出口的 線 間 距 為 17.218～26.5～13.83 m。隧道進(jìn)、出口為Ⅴ類圍巖,覆蓋層薄。洞身圍巖為Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ類圍巖,其中Ⅴ、Ⅳ類圍巖占91%,主要以泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖為主。

2 施工中的重點(diǎn)及難點(diǎn)

(1)隧道左線全長(zhǎng) 2 321 m(右線全長(zhǎng) 2 322 m),全部為 2.2%～2.6%的單向坡。隧道施工僅有進(jìn)出口兩個(gè)工作面,且開(kāi)挖、支護(hù)、仰拱混凝土、頂拱襯砌混凝土同時(shí)交叉作業(yè),洞內(nèi)施工干擾大,施工布置非常困難。

(2)由于龍泉山 2#隧道施工僅有進(jìn)出口兩個(gè)工作面,其間沒(méi)有其它施工通道,最大單頭進(jìn)尺約1 200 m,通風(fēng)散煙比較困難。

(3)龍泉山 2#隧洞為高瓦斯隧道,施工時(shí)最高濃度為 73%,涌出量超過(guò) 2 000 m3。對(duì)施工工藝要求高,安全隱患大。

3 施工組織及安排

隧道施工采用了從左、右線隧道進(jìn)、出口兩個(gè)工作面雙向掘進(jìn),共安排 4個(gè)隧道施工隊(duì)分 4個(gè)作業(yè)面分別負(fù)責(zé)龍泉山 2#隧道左、右線隧道施工。

4 施工方案

(1)開(kāi)挖施工。根據(jù)瓦斯隧道安全施工要求和工程特點(diǎn),確定隧道采用臺(tái)階法開(kāi)挖。開(kāi)挖前,在工作面附近 20 m進(jìn)行通風(fēng),當(dāng)檢測(cè)瓦斯?jié)舛刃∮?0.5%時(shí)方可進(jìn)行鉆孔作業(yè)。鉆孔全部采用濕式鉆孔,鉆孔作業(yè)時(shí)先開(kāi)水、后開(kāi)風(fēng)以封閉粉塵,避免產(chǎn)生火花造成安全事故。

根據(jù)隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、圍巖地質(zhì)情況,開(kāi)挖主要采用臺(tái)階法、隧道中壁法(CD法)施工。其中隧道臺(tái)階法主要在洞身III、Ⅳ、V類巖石風(fēng)化破碎洞段采用;隧道中壁法主要在洞口圍巖較差段、緊急停車段采用。CD法開(kāi)挖施工程序?yàn)?

開(kāi)挖作業(yè)由上至下,襯砌施工由下而上。CD法施工順序?yàn)?1區(qū)→2區(qū)→3區(qū)→4區(qū)。CD法施工工序見(jiàn)圖1。

圖1 CD法施工橫斷面工序圖

龍泉山 2#隧道為高瓦斯隧道,根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求,本工程所選用的炸材均為四川宜賓威力化工廠生產(chǎn)的 8號(hào)覆銅殼煤礦許用毫秒延時(shí)電雷管及 3號(hào)抗水煤礦粉狀銨銻炸藥。

根據(jù)爆破試驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)分析出爆破參數(shù),并在施工中不斷優(yōu)化爆破參數(shù)。隧道開(kāi)挖采用的爆破參數(shù)見(jiàn)表1～4。

表1 Ⅳ、Ⅴ類圍巖上臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)參數(shù)表

表2 Ⅳ、Ⅴ類圍巖下臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)參數(shù)表

表3 Ⅲ類圍巖上臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)參數(shù)表

表4 Ⅲ類圍巖下臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)參數(shù)表

從目前隧道開(kāi)挖施工情況看,開(kāi)挖面成型效果良好,施工超挖控制在 9.8 cm范圍以內(nèi),欠挖控制在 5 cm以內(nèi)。

(2)支護(hù)施工。隧道支護(hù)分初期支護(hù)和混凝土二次襯砌。

①初期支護(hù)。初期支護(hù)根據(jù)圍巖類型的不同采用不同的支護(hù)參數(shù),型鋼及格柵做拱架支撐,部分襯砌斷面采用型鋼全環(huán)封閉,噴護(hù) C 20氣密性混凝土,頂拱采用 φ 22@1.0 m,L=4.0 m組合錨桿;拱墻及部分仰拱段采用 φ 22@1.0 m,L=3.0 m砂漿錨桿,掛 φ 8鋼筋網(wǎng)。洞口 30 m段采用φ 89@0.4 m大管棚進(jìn)洞,其它洞段分別采用 φ 25中空錨桿及 φ 42超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)。

②混凝土襯砌?；炷烈r砌前,在初期支護(hù)面鋪設(shè) C W瓦斯隔離板。為杜絕明火,瓦斯隔離層采用冷粘接。

隧道的混凝土襯砌施工和開(kāi)挖施工需交叉進(jìn)行,施工相互干擾較大。隧道開(kāi)挖與襯砌施工的順序?yàn)?仰拱開(kāi)挖超前于澆筑段 30～50 m→仰拱混凝土施工→仰拱填充混凝土施工→拱墻混凝土施工→邊溝及電纜溝施工→混凝土路面基層施工→混凝土面板施工。

在仰拱混凝土施工時(shí),為了不影響隧道掌子面開(kāi)挖、出石碴及機(jī)械設(shè)備通行,仰拱開(kāi)挖采用左右分幅的開(kāi)挖方法,在仰拱混凝土施工部位搭設(shè)可移動(dòng)式鋼棧橋作為臨時(shí)通道?；炷敛捎没炷帘盟腿雮}(cāng)。根據(jù)行車及施工要求,該棧橋設(shè)計(jì)為雙榀單跨移動(dòng)式拱形鋼棧橋。仰拱 12 m分一段,單榀鋼棧橋設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為 16 m,寬 1.0 m,棧橋平面與立面圖見(jiàn)圖2、3。

單榀棧橋拱形部位采用 3根 I 20a工字鋼作主梁,間距 35 cm,底梁由三根 I 20a工字鋼組成,兩拱形工字鋼之間每隔 1 m采用 I 18工字鋼連接,拱形工字鋼端頭與底梁端頭焊接,拱形工字鋼與底梁之間每隔 2 m采用 I 18工字鋼為橫撐,所有焊接處焊縫飽滿均勻。采用 φ 22鋼筋與拱形工字鋼頂部焊接作為棧橋面板,φ 22鋼筋間距 7 cm。鋼棧橋端頭部位采用 1 cm厚鋼板焊接加強(qiáng),鋼棧橋端頭底部 2 m焊接 1 cm厚鋼板以增加棧橋端頭的受力面積;棧橋護(hù)欄采用 φ 48鋼管與主梁外側(cè)焊接。豎向每隔 1 m焊接一根長(zhǎng) 1.5 m的 φ 48鋼管,橫向鋼管采用扣件與豎向鋼管連接。

5 瓦斯防控措施

(1)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。

圖2 鋼棧橋平面圖

圖3 鋼棧橋立面圖

針對(duì)隧道內(nèi)賦存的天然氣,在隧道施工中遵循“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工、先判斷后處理”的原則,對(duì)隧道進(jìn)行了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用了 T S P超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、地質(zhì)素描法、水平鉆探等手段,對(duì)隧道圍巖進(jìn)行綜合地質(zhì)預(yù)報(bào),預(yù)先確定工作面前方破碎帶或斷裂帶的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀,了解工作面前方天然氣賦存情況,以便及早采取預(yù)支護(hù)措施及天然氣富集情況下的防護(hù)措施,以保證施工的正常進(jìn)行和人員、設(shè)備的安全。

(2)瓦斯監(jiān)控。

該隧道為高瓦斯隧道,設(shè)計(jì)根據(jù)鉆孔監(jiān)測(cè)成果分析隧道內(nèi)的淺層天然氣儲(chǔ)量約為 10 280.9 m3,可能涌出量約為 2 345.9 m3。

為保證瓦斯隧道的施工安全,瓦斯檢測(cè)采用人工監(jiān)控與自動(dòng)監(jiān)控相結(jié)合。自動(dòng)監(jiān)控采用K J 90煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)。在掌子面、模板臺(tái)車頂部的上隅角設(shè)置便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀,在檢測(cè)到瓦斯?jié)舛?＞0.5%時(shí)報(bào)警;瓦斯?jié)舛?＞1%時(shí),自動(dòng)切斷作業(yè)區(qū)電源,立即撤出人員設(shè)備,工作面停止施工,對(duì)洞內(nèi)加強(qiáng)通風(fēng),稀釋瓦斯?jié)舛?待瓦斯?jié)舛鹊陀?0.5%時(shí)方可恢復(fù)作業(yè)。人工檢控采用手持式移動(dòng)檢測(cè)儀,根據(jù)規(guī)范要求,需對(duì)掌子面間、二襯面、回風(fēng)區(qū)等進(jìn)行 24 h不間斷檢測(cè)。

對(duì)需人工檢測(cè)的部位,保證每 30 min檢測(cè)一次。在測(cè)風(fēng)站配備手動(dòng)式測(cè)風(fēng)儀,定期測(cè)定回風(fēng)巷的風(fēng)流速度。當(dāng)風(fēng)流速度小于 1%時(shí),及時(shí)找出原因,采取措施。

(3)用電防護(hù)。

考慮到高瓦斯隧道通風(fēng)系統(tǒng)的特殊情況,該隧道采用了雙電源供電方案,即公用電網(wǎng)和自備發(fā)電站雙電源,并安裝備用電源自動(dòng)切換裝置,洞內(nèi)供電采用單電源線路。洞內(nèi)配電設(shè)備及照明電器全部采用防爆型,并做到“三?！?、“兩閉鎖”,即專用防爆變壓器、專用開(kāi)關(guān)、專用供電線路和瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)與供電的閉鎖、局部采用風(fēng)扇通風(fēng)與供電的閉鎖,以保證瓦斯隧道安全施工。

(4)隧道通風(fēng)。

根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》規(guī)定,對(duì)高瓦斯隧道工區(qū)和瓦斯突出工區(qū),施工通風(fēng)方式宜采用巷道式,故該隧道在第一個(gè)車行橫通道貫通以前采用壓入式通風(fēng),車行橫通道貫通后采用巷道式通風(fēng)。

高瓦斯隧道 24 h不間斷通風(fēng),采用雙電源,風(fēng)機(jī)全部為防爆型,進(jìn)洞風(fēng)筒布全部采用專用的抗靜電、阻燃型,風(fēng)機(jī)和電源均必須考慮備用,洞內(nèi)最小風(fēng)速不能小于 1 m/s。風(fēng)機(jī)操作工必須持證上崗。

(5)防爆設(shè)備改造。

根據(jù)高瓦斯隧道施工要求,所有進(jìn)洞車輛和設(shè)備必須為防爆型。項(xiàng)目部通過(guò)技術(shù)分析和防爆試驗(yàn),確定對(duì)所有進(jìn)洞設(shè)備進(jìn)行防爆改裝。經(jīng)過(guò)對(duì)防爆改裝過(guò)的裝載機(jī)和自卸汽車進(jìn)行瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 0.5%條件下的模擬試驗(yàn)確定改裝后的設(shè)備能滿足施工安全要求。設(shè)備在隧道施工中現(xiàn)未發(fā)生爆炸事件。

(6)施工工藝要求。

①由于該隧道為高瓦斯隧道。洞內(nèi)施工嚴(yán)禁明火,洞內(nèi)拱架全部采用螺栓連接;

②開(kāi)挖后及時(shí)素噴混凝土以封閉瓦斯溢出通道,噴混凝土采用氣密性混凝土濕噴作業(yè);

③二襯施工,隧道采用 C W瓦斯隔離板全斷面封閉,混凝土采用氣密性混凝土,滲氣系數(shù)不大于10-11cm/s。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)龍泉山 2#隧道嚴(yán)格按照瓦斯隧道要求進(jìn)行施工,瓦斯控制得當(dāng),未發(fā)生瓦斯突出、燃燒。經(jīng)四川省康泰安全評(píng)估公司評(píng)價(jià)為:“制度健全,管理受控,措施到位”;

(2)目前隧道單洞開(kāi)挖進(jìn)尺 1 150 m,最大月進(jìn)尺 122 m,二襯單月最高單工作面襯砌 180 m,施工進(jìn)度滿足要求;

(3)龍泉山 2#隧道為高瓦斯隧道,其特點(diǎn)為油田溢出型,有別于其它含煤瓦斯隧道,對(duì)超前預(yù)報(bào)、隧道施工方案、瓦斯監(jiān)控、施工通風(fēng)要求更高。

通過(guò)對(duì)龍泉山 2#隧道的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié),為其它類似長(zhǎng)距離高瓦斯隧道提供了一定的借鑒。