楊 濤

(中鐵十六局集團(tuán)鐵運(yùn)工程有限公司，河北 高碑店 030032)

0 引 言

我國(guó)是目前世界上公路隧道建設(shè)規(guī)模最大、難度最高與數(shù)量最多的國(guó)家[1]。隨著隧道數(shù)量的增多，越來(lái)越多的隧道穿越瓦斯積聚區(qū)山脈，瓦斯問(wèn)題日益突出。瓦斯隧道分為煤系地層瓦斯隧道和非煤系地層瓦斯隧道。煤系地層隧道瓦斯分布位置、煤層參數(shù)可通過(guò)勘探獲知，便于組織施工和采取針對(duì)性的防治對(duì)策。但是非煤系地層隧道在勘探階段很難發(fā)現(xiàn)瓦斯存在，多在施工時(shí)意外出現(xiàn)，突發(fā)性強(qiáng)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外瓦斯隧道事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果，非煤系地層隧道瓦斯事故率遠(yuǎn)大于煤系地層[2]。因此，對(duì)于非煤系地層隧道的瓦斯管理和控制十分關(guān)鍵。

非煤系地層隧道瓦斯的來(lái)源、溢出規(guī)律、涌出量是進(jìn)行瓦斯等級(jí)評(píng)估的重要依據(jù)。康小兵等[3]將非煤系地層分為三構(gòu)造連通型、圍巖變質(zhì)型和復(fù)合型，構(gòu)造連通型分為斷層連通型、褶皺連通型、裂隙連通型。魏有儀等[4]指出非煤系地層瓦斯的賦存形式一般以游離態(tài)為主，在隨道中的涌出地點(diǎn)、壓力和涌出量具有不確定性。當(dāng)隧道開(kāi)挖直接揭穿瓦斯氣體相對(duì)密閉的存儲(chǔ)空間時(shí)，瓦斯便會(huì)突然涌入隧道。由于非煤系地層隧道在設(shè)計(jì)時(shí)難以確定瓦斯設(shè)防位置，因此施工過(guò)程中勢(shì)必要對(duì)瓦斯?jié)撛诘貙舆M(jìn)行超前探測(cè)，瓦斯意外出現(xiàn)后還需進(jìn)行應(yīng)急處置。陳其學(xué)等[5]針對(duì)非煤系地層隧道瓦斯異常涌出危險(xiǎn)性，提出基于動(dòng)力現(xiàn)象和基于瓦斯壓力測(cè)定的定性定量結(jié)合預(yù)判手段。非煤系地層隧道瓦斯危險(xiǎn)性較高時(shí)，還需進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。宋彬[6]指出設(shè)計(jì)變更直接影響設(shè)項(xiàng)目費(fèi)用的使用狀況，使高速公路建設(shè)項(xiàng)目費(fèi)用難以控制。因此，目前業(yè)主單位對(duì)設(shè)計(jì)變更的管理日趨嚴(yán)格，但是目前依然缺少針對(duì)非煤系地層隧道意外出現(xiàn)瓦斯后的完整處置方案。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文以重慶石柱至黔江高速公路七曜山隧道為研究對(duì)象，結(jié)合瓦斯溢出后的處理過(guò)程，提出非煤系地層隧道瓦斯意外涌出后的變更設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以期為同類(lèi)隧道提供參考。

1 七曜山隧道

七曜山隧道為重慶石柱至黔江高速公路全線單洞最長(zhǎng)的隧道，左洞全長(zhǎng)5 378 m(起訖里程K16+368-K21+764)，右洞全長(zhǎng)5 400 m(起訖里程YK16+386-YK21+786)，為特長(zhǎng)隧道，也是全線重點(diǎn)控制工程，如圖1所示。

圖1 七曜山隧道洞口

隧道出口端原設(shè)計(jì)不穿越煤層，勘察過(guò)程中也沒(méi)發(fā)現(xiàn)有瓦斯跡象，故出口段無(wú)瓦斯相關(guān)設(shè)計(jì)。2019年8月1日，七曜山隧道出口端左洞施工至K20+323處洞內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)異常，在K20+423處拱頂瓦斯溢出量增加，經(jīng)檢測(cè)拱頂瓦斯?jié)舛瘸^(guò)儀器量程(10%以上)。隧道在開(kāi)挖掘進(jìn)施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)左線K20+322處掌子面有瓦斯及有毒有害氣體突然突出，造成掌子面起火燃燒。

2 隧道瓦斯意外涌出后的應(yīng)急方案

七耀山隧道行超前地質(zhì)鉆探氣體采樣與檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，可以看出溢出氣體主要由甲烷、氧氣和氮?dú)鈽?gòu)成，為典型的瓦斯氣體。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，七曜山隧道出口段左洞ZK20+373、ZK20+423、ZK20+473里程處及右洞YK20+410、YK20+460、YK20+510里程均檢測(cè)到隧道內(nèi)有瓦斯氣體涌出。結(jié)合實(shí)際檢測(cè)與預(yù)測(cè)結(jié)果，七曜山隧道出口段左洞瓦斯絕對(duì)涌出量在1.70～2.16 m3/min、右洞瓦斯絕對(duì)涌出量在1.59～1.82 m3/min，為高瓦斯工區(qū)。

表1 七曜山隧道瓦斯組分

3 非煤系地層瓦斯隧道變更設(shè)計(jì)要點(diǎn)

鑒于七曜山隧道的瓦斯涌出量評(píng)價(jià)結(jié)果為高瓦斯隧道，原有的施工設(shè)計(jì)已無(wú)法滿足安全建設(shè)要求。信息收集處理與決策結(jié)果為應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，將剩余瓦斯段施工設(shè)計(jì)為高瓦斯隧道標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 業(yè)主單位的設(shè)計(jì)變更管理特征

工程設(shè)計(jì)對(duì)投資影響顯著，業(yè)主單位十分重視設(shè)計(jì)階段的造價(jià)管理力度。設(shè)計(jì)變更會(huì)導(dǎo)致合同工程計(jì)量清單的工程數(shù)量、單價(jià)或總額價(jià)的變化，影響成本管理。因此，建設(shè)單位已逐步規(guī)范工程設(shè)計(jì)變更管理，以投資前提為依據(jù)，通過(guò)分級(jí)管理來(lái)控制設(shè)計(jì)變更頻率，提高設(shè)計(jì)變更審批水平，從源頭上規(guī)避設(shè)計(jì)變更的出現(xiàn)?？梢?jiàn)，業(yè)主單位從成本控制等角度是限制設(shè)計(jì)變更出現(xiàn)的。

3.2 設(shè)計(jì)變更的實(shí)施原則及策略

在業(yè)主單位嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)變更的背景下，為順利完成七曜山高瓦斯隧道設(shè)計(jì)變更工作，建設(shè)單位與設(shè)計(jì)單位通過(guò)規(guī)范變更文件、程序、保證周期以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等手段，保證設(shè)計(jì)變更順利進(jìn)行。

3.2.1 設(shè)計(jì)變更實(shí)施原則

七曜山高瓦斯隧道變更設(shè)計(jì)實(shí)施原則包括：

(1)遵循工程建設(shè)管理規(guī)定。按照工程建設(shè)管理規(guī)定進(jìn)行變更，發(fā)揮發(fā)揮不同管理層次的職權(quán)，有效改善設(shè)計(jì)變更管理效率。

(2)有效降低設(shè)計(jì)變更的影響程度，向?qū)徟鷻C(jī)關(guān)和項(xiàng)目管理機(jī)構(gòu)說(shuō)明設(shè)計(jì)變更的必要性，充分說(shuō)明設(shè)計(jì)變更對(duì)項(xiàng)目資金投入、工期以及項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中的安全問(wèn)題和質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的影響。

(3)從工程特點(diǎn)出發(fā)對(duì)設(shè)計(jì)變更予以界定，根據(jù)工程項(xiàng)目建設(shè)所具有的特點(diǎn)，制定設(shè)計(jì)變更的界定標(biāo)準(zhǔn)，防止出現(xiàn)不合理的變更內(nèi)容。

3.2.2 設(shè)計(jì)變更實(shí)施策略

(1)保證設(shè)計(jì)周期。為保證設(shè)計(jì)變更的合理性和及時(shí)性，在勘察與瓦斯檢測(cè)結(jié)果基礎(chǔ)上，按照文件的要求以及相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)工作，在有效工作周期內(nèi)完成工程建設(shè)方案，并報(bào)有關(guān)審核部門(mén)審核，以免變更設(shè)計(jì)周期過(guò)長(zhǎng)而影響工程進(jìn)度。

在2019年8月七曜山隧道出現(xiàn)瓦斯溢出量超標(biāo)及明火燃燒警情后，項(xiàng)目部立即委托第三位機(jī)構(gòu)進(jìn)行瓦斯檢測(cè)，查明瓦斯來(lái)源和測(cè)定瓦斯涌出量，確定隧道瓦斯等級(jí)。11月份即向業(yè)主提交《石柱至黔江高速公路(第SQTJ2、SQTJ3合同段七耀山隧道瓦斯氣體處治)變更設(shè)計(jì)文件》。

(2)規(guī)范設(shè)計(jì)變更內(nèi)容。設(shè)計(jì)文件變更中，出具工程變更單，涵蓋變更的原因、依據(jù)和范圍，以及采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、變更內(nèi)容，明確變更之后的項(xiàng)目數(shù)量。設(shè)計(jì)文件變更與工程量清單具有直接相關(guān)性，需要明確每一項(xiàng)變更前后的單價(jià)、數(shù)量和金額。

(3)規(guī)范設(shè)計(jì)變更程序。強(qiáng)化設(shè)計(jì)變更管理工作，設(shè)計(jì)變更由監(jiān)理單位參與監(jiān)督，設(shè)計(jì)變更導(dǎo)致資金使用情況發(fā)生變化時(shí)，明確劃分。設(shè)計(jì)變更以及監(jiān)督設(shè)計(jì)變更過(guò)程中所產(chǎn)生的資金投入增加問(wèn)題，從控制成本的角度進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

(4)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)變更會(huì)導(dǎo)致一些不可預(yù)測(cè)的后果，因此應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)變更的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)積極、有意識(shí)地策劃和組織，對(duì)于各種不利因素做好協(xié)調(diào)工作，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)提出預(yù)防措施，避免產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)事故。七曜山變更設(shè)計(jì)文件針對(duì)瓦斯隧道安全施工進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，采取各種有效措施對(duì)瓦斯風(fēng)險(xiǎn)予以控制。

3.3 設(shè)計(jì)變更主要內(nèi)容

非煤系地層隧道施工過(guò)程中改變?yōu)楦咄咚顾淼篮?，設(shè)計(jì)變更主要內(nèi)容應(yīng)包括隧道襯砌的瓦斯封閉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全施工專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)。其中，瓦斯封閉設(shè)計(jì)包括復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、二次襯砌施工縫、變形縫設(shè)計(jì)、全封閉瓦斯隔離層設(shè)計(jì)、超前周邊注漿與開(kāi)挖后徑向注漿封閉措施設(shè)計(jì)等。安全專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)包括安全生產(chǎn)管理機(jī)構(gòu)的設(shè)置及安全培訓(xùn)計(jì)劃、機(jī)械配置及防爆設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備配置與供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與管理制度、瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與超限管理制度、鉆爆工法及爆破制度、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)制度、事故預(yù)防與應(yīng)急救援預(yù)案設(shè)計(jì)等。

《石柱至黔江高速公路(第SQTJ2、SQTJ3合同段七耀山隧道瓦斯氣體處治)變更設(shè)計(jì)文件》中針對(duì)瓦斯應(yīng)對(duì)措施的設(shè)計(jì)文件內(nèi)容包括：①變更設(shè)計(jì)說(shuō)明文件；②變更增減工程數(shù)量表；③隧道(地質(zhì))平面圖；④隧道左洞(地質(zhì))縱斷面圖；⑤隧道右洞(地質(zhì))縱斷面圖；⑥隧道穿越瓦斯氣體段作業(yè)流程圖；⑦隧道穿越瓦斯氣體段超前探測(cè)及防突設(shè)計(jì)圖；⑧洞身深埋瓦斯段Ⅴ級(jí)圍巖襯砌斷面圖;⑨洞身深埋瓦斯段Ⅳ級(jí)圍巖襯砌斷面圖;⑩洞身深埋瓦斯段Ⅳ級(jí)圍巖隧道與洞內(nèi)變電所橫通道交叉口處主洞加強(qiáng)段襯砌斷面圖;洞身深埋瓦斯段Ⅲ級(jí)圍巖襯砌斷面圖;深埋瓦斯段Ⅳ級(jí)圍巖緊急停車(chē)帶襯砌斷面圖;深埋瓦斯段Ⅳ級(jí)圍巖車(chē)行橫通道襯砌斷面圖;深埋瓦斯段Ⅳ級(jí)圍巖人行橫通道襯砌斷面圖;瓦斯段鋼拱架連接及鎖腳錨桿墊板設(shè)計(jì)圖;隧道施工縫、沉降縫防滲設(shè)計(jì)圖;隧道瓦斯排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖;隧道瓦斯段注漿堵氣動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)圖;洞內(nèi)空氣環(huán)境監(jiān)控設(shè)計(jì)圖;隧道施工環(huán)境監(jiān)控管理;CH4檢測(cè)器預(yù)埋管圖;隧道出口段消防水池設(shè)計(jì)圖;變更預(yù)算。其中，文件①～⑤為變更設(shè)計(jì)說(shuō)明文件，⑥、⑧～、為隧道本體或附屬構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)文件，⑦、、為瓦斯引排設(shè)計(jì)文件，～為瓦斯監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)文件，為總預(yù)算和各分項(xiàng)預(yù)算列表及說(shuō)明。

5 結(jié) 論

非煤系地層隧道在勘探階段往往很難發(fā)現(xiàn)圍巖中含有瓦斯氣體，施工過(guò)程中瓦斯溢出具有顯著的隨機(jī)性和不均勻性特征，突發(fā)性強(qiáng)，事故率高。在施工過(guò)程中，應(yīng)建立完善的瓦斯監(jiān)測(cè)制度和應(yīng)急處置方案。當(dāng)出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)、明火燃燒等瓦斯警情時(shí)，應(yīng)采用停止作業(yè)、撤離人員等應(yīng)急措施，并進(jìn)行瓦斯成分檢測(cè)、來(lái)源分析、涌出量監(jiān)測(cè)與等級(jí)評(píng)估等工作，明確瓦斯?jié)撛谖ｋU(xiǎn)性。

業(yè)主單位從成本控制等角度是限制設(shè)計(jì)變更出現(xiàn)的。非煤系地層隧道在進(jìn)行瓦斯出現(xiàn)后的設(shè)計(jì)變更時(shí)，建設(shè)單位與設(shè)計(jì)單位應(yīng)規(guī)范設(shè)計(jì)變更內(nèi)容與程序，向?qū)徟鷻C(jī)關(guān)和項(xiàng)目管理機(jī)構(gòu)說(shuō)明變更必要性，保證在設(shè)計(jì)周期內(nèi)完成變更。