錢其鋒QIAN Qi-feng

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

在鐵路設(shè)計過程中，為保證線路坡度，減少對線路經(jīng)過地段原始植被的破壞，以最優(yōu)的規(guī)劃方案完成線路設(shè)置，針對經(jīng)過山體部位多采用隧道穿越來實現(xiàn)，山體內(nèi)圍巖多變，溶洞、瓦斯、流沙、涌水等不良及特殊地質(zhì)隱藏其中成為施工過程的關(guān)鍵控制點，合理的施工方法才能有效的消除多變圍巖及不良地質(zhì)對施工產(chǎn)生的質(zhì)量、安全隱患。

在順層偏壓及高瓦斯不良地質(zhì)同時出現(xiàn)時施工難度成倍增加，通風(fēng)、支護(hù)成為重點控制項目，瓦斯放出及坍塌對隧道施工帶來很大的危害及損失。通常施工過程中先解決高危地質(zhì)災(zāi)害再解決次要地質(zhì)災(zāi)害，結(jié)合此區(qū)域施工必須先解決瓦斯問題再進(jìn)行順層偏壓加固支護(hù)問題，針對瓦斯放出主要采用風(fēng)管式、巷道式、風(fēng)墻式的通風(fēng)方式以排為主，當(dāng)順層偏壓高瓦斯出現(xiàn)時單一的通風(fēng)方式及常規(guī)支護(hù)方式無法達(dá)到風(fēng)量及加固要求，不能確保洞內(nèi)施工安全，而采用“橫洞、平導(dǎo)、通風(fēng)豎井+全封復(fù)合式襯砌”的組合方式化可以實現(xiàn)消除安全隱患及保障質(zhì)量工期。為確保安全高效的施工，同時實現(xiàn)質(zhì)量、工期、成本的有效控制。本文就采用“橫洞、平導(dǎo)、通風(fēng)豎井+全封復(fù)合式襯砌”方法作為通風(fēng)及支護(hù)的施工控制技術(shù)研究進(jìn)行闡述。

1 項目概況

成貴鐵路高坡隧道（D3K338+600.78 到D3K343+168.78），長度4.568km；其中，Ⅲ級圍巖1.15km，Ⅳ級圍巖1.93km，Ⅴ級圍巖1.50km。平導(dǎo)里程PDK340+371.46～PDK343+348.46，長2.977km。其中順層偏壓高瓦斯段里程為D3K340+390 到D3K343+169，為確保工作區(qū)域內(nèi)通風(fēng)要求，結(jié)合水文地質(zhì)及地形等條件，設(shè)置“橫洞、平導(dǎo)、通風(fēng)豎井”的輔助坑道配合施工及確保通風(fēng)要求。在左線隧道中心線大里程方向右側(cè)35m 設(shè)置平導(dǎo)，長度為2.977km，采用有軌雙車道運(yùn)輸。

2 總體施工方案

順層偏壓高瓦斯隧道作業(yè)基本原則：管理及意識加強(qiáng)，隱患消除；超前預(yù)報、過程檢測監(jiān)測，時刻掌握瓦斯含量，降低瓦斯含量；確保通風(fēng)、管控火源。

順層偏壓高瓦斯隧道防治方針：強(qiáng)化預(yù)報，預(yù)防為主。施工中必須加深炮眼和超前鉆孔來進(jìn)行瓦斯及有害氣體探測，使用防爆型電氣設(shè)備，使用非防爆型施工設(shè)備，配備便攜式甲烷探測儀。

作業(yè)過程中通風(fēng)必須連續(xù)，通風(fēng)設(shè)備必須設(shè)置備用風(fēng)機(jī)，電源設(shè)置雙電路，由于設(shè)備檢修或停電原因無法通風(fēng)時，作業(yè)人員必須撤出工作區(qū)域、電源必須切斷。正常通風(fēng)后，必須對洞內(nèi)瓦斯及有害氣體進(jìn)行檢測，符合標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)入作業(yè)。

3 施工控制技術(shù)及要點

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報

作業(yè)前采取地質(zhì)調(diào)查、洞內(nèi)加深炮眼、超前鉆孔相結(jié)合的預(yù)報，同時使用相關(guān)儀器進(jìn)行預(yù)報預(yù)測，以防止瓦斯及有害氣體放出等災(zāi)害的發(fā)生。地質(zhì)調(diào)查采取地貌、地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)推理相結(jié)合的方法，進(jìn)行定性預(yù)測預(yù)報。

3.2 施工通風(fēng)控制要求

施工通風(fēng)目的是為了確保區(qū)域內(nèi)有害氣體濃度、氧氣含量、溫度等符合規(guī)定。

作業(yè)區(qū)域內(nèi)氧氣含量≧20%（以體積計算）；10%以上游離粉塵容許濃度，二氧化硅粉塵≦2mg/m3，二氧化硅礦物性粉≦4mg/m3；一氧化碳≦20mg/m3，短時間（15min）接觸容許濃度≦30mg/m3；二氧化碳≦0.5%（以體積計算）；氮氧化物＜5mg/m3；氣溫≦28℃。

順層偏壓高瓦斯隧道作業(yè)區(qū)域內(nèi)通風(fēng)必須能滿足各作業(yè)區(qū)所需的最小通風(fēng)要求，新鮮空氣保證每人≧4m3/分，通風(fēng)風(fēng)速，全斷面開挖時≧0.15m/s，在分部開挖的坑道中≧0.25m/s，并均≦6m/s，瓦斯隧道進(jìn)行爆破作業(yè)時，爆破作業(yè)點20m 內(nèi)，流動空氣中瓦斯?jié)舛缺仨殻?.5%（以體積計算）。

3.3 施工通風(fēng)量計算

高坡隧道附屬坑道通風(fēng)長度為2977m，附屬坑道井身開挖斷面為57.33m2。通過以上數(shù)據(jù)計算附屬坑道通風(fēng)量，確保滿足各作業(yè)區(qū)所需的最小風(fēng)量同時為通風(fēng)機(jī)選擇提供依據(jù)。

3.3.1 按洞內(nèi)同時作業(yè)人數(shù)最大值計算風(fēng)量：Q=q·k·m

q—新鮮空氣量（每人/每分鐘），取4.0m3/min；

m—洞內(nèi)同時作業(yè)人數(shù)最大值，45 人；

k—備用風(fēng)量系數(shù)，取1.3。

計算得：Q=q·k·m=4m3/min*45*1.3=234m3/min

3.3.2 按排除炮煙計算風(fēng)量

一次爆破最大用藥量：附屬坑道Gmax=236.2kg；

爆破后計劃排煙時間：t=30min。

附屬坑道排煙最大量為948.55m3/min。

公式中：?—淋水系數(shù)；掘進(jìn)巷道沿干燥巖層，取值0.8；b—爆破時生成有害氣體量，巖層中爆破取值b=40；K—擴(kuò)散系數(shù)取值0.4；L臨—炮煙稀釋符合允許濃度時所需隧道長度（m）；p—風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)。

3.3.3 按允許最低風(fēng)速計算風(fēng)量：Q=60*V*A

V—工作面最小風(fēng)速全斷面開挖時為0.15m/s，導(dǎo)坑開挖為0.25m/s。考慮洞內(nèi)溫度高，作業(yè)環(huán)境差，高地溫，按0.5m/s 要求；A—掘進(jìn)面積，斜井全斷面法開挖取57.33m2。

計算得：Q=60*0.5*57.33=1719.9m3/min

根據(jù)風(fēng)量計取值:以上計算結(jié)果取最大值Q=Max（234，948.55，1719.9）=1719.9m3/min 作為控制設(shè)計通風(fēng)量配置通風(fēng)設(shè)備。針對此項目所配置通風(fēng)設(shè)備通風(fēng)量滿足控制設(shè)計通風(fēng)量要求。

3.4 瓦斯檢測、監(jiān)控

為確保施工安全，必須隨時檢測與監(jiān)控洞內(nèi)瓦斯?jié)舛燃坝袩o瓦斯存在，明確施工過程中施工方法和施工設(shè)備動態(tài)調(diào)整方案。本項目順層偏壓高瓦斯區(qū)域根據(jù)設(shè)計相關(guān)要求，采用自動監(jiān)測為主、人工檢測為輔的檢測方法，主要檢測儀器詳見表1。

表1 瓦斯檢測儀器

人工檢測的控制位要求，一般地段按照每班不少于3次頻進(jìn)行檢測，特殊地段有煤層與瓦斯放出地段、異常變化地段設(shè)專人進(jìn)行檢測；掌子面的瓦斯應(yīng)連續(xù)監(jiān)測，按照裝藥前、放炮前、爆破后進(jìn)行人工檢測（一炮三檢制），遇異常變化時需隨時檢測。

自動監(jiān)測設(shè)備應(yīng)具有瓦電閉鎖功能，自動監(jiān)測設(shè)備傳感器應(yīng)設(shè)置在掌子面、作業(yè)臺車附近、電氣開關(guān)、瓦斯易于積聚等工作區(qū)域附近，所有監(jiān)測斷面處設(shè)備傳感器設(shè)置位置應(yīng)能反應(yīng)風(fēng)流中瓦斯的最高濃度。隧道任何監(jiān)測斷面設(shè)置報警濃度為0.5%（以體積計算），除電氣開關(guān)20m 范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛龋?.5%（以體積計算）需停機(jī)停止作業(yè)、加強(qiáng)通風(fēng)處理外，當(dāng)監(jiān)測瓦斯?jié)舛葹?.5%時，必須切斷作業(yè)區(qū)電源，所在作業(yè)人員停止作業(yè)，立即撤出作業(yè)區(qū)域。

3.5 順層偏壓高瓦斯地段的施工技術(shù)

高坡隧道D3K340+060～D3K343+169 通過高瓦斯地段且存在順層偏壓區(qū)，加強(qiáng)支護(hù)及結(jié)構(gòu)才能安全順利穿越此區(qū)域，施工使用全封復(fù)合式襯砌、鋼筋砼結(jié)構(gòu)，并向低瓦斯段延伸50m，同時設(shè)置CPE 卷材瓦斯隔離板，全環(huán)I20b型型鋼鋼架及拱部超前管棚加強(qiáng)支護(hù)防止順層偏壓造成坍塌。施工縫進(jìn)行氣密處理，對瓦斯封閉性能大于或等于襯砌本身，襯砌背后壓注水泥-化學(xué)漿液，另外初支及二襯砼都必須符合氣密性要求。

為有效防止巖隙水將瓦斯及有害氣體帶入洞內(nèi)，全封復(fù)合式襯砌盲管（線路方向、環(huán)向）嚴(yán)禁接入側(cè)溝，環(huán)向和線路方向盲管設(shè)置三通連通，利用水氣分離裝置對巖隙水進(jìn)行水氣分離后排入側(cè)溝，如圖1。

圖1 水氣分離裝置

3.5.1 瓦斯隔離板施工（拱部及邊墻采用無釘孔鋪設(shè)工藝詳見圖2）

圖2 瓦斯隔離板鋪設(shè)施工工藝流程圖

3.5.1.1 施工準(zhǔn)備

仰拱施工采取全幅開挖一次成型，人工清除淤泥、浮碴、積水等雜物后，制備M10 水泥砂漿找平使仰拱底圓順，無局部坑洼及巖石突出，具備條件后方可鋪設(shè)仰拱瓦斯隔離板。二襯施工時，待臺車就位后，先將初支表面裸露的錨桿頭、鋼筋頭、巖石突出等清除，制備砂漿找平將其覆蓋，對初支表面不平整部位進(jìn)行找平。

3.5.1.2 瓦斯隔離板鋪設(shè)

隧道瓦斯隔離板使用復(fù)合式防水板（規(guī)格：WRM-100，厚度≧1.5mm，單位質(zhì)量≧300g/m2）。同時使用水泥釘加塑料焊墊沿隧道開挖輪廓由頂向兩側(cè)釘掛無紡布，塑料焊墊按梅花型設(shè)置，間距要求拱部50cm*50cm，邊墻100cm*100cm。將瓦斯隔離板從臺車頂按兩側(cè)對稱沿隧道開挖輪廓鋪開，同時使用平頭木樁將瓦斯隔離板沿隧道開挖輪廓展開。使瓦斯隔離板緊貼無紡布，并且保持松緊適度，相鄰兩幅之間的搭接長度≧10cm。

鋪設(shè)工作完成后對塑料焊墊與瓦斯隔離板相貼部位壓緊，將瓦斯隔離板與塑料焊墊，熱熔粘接，達(dá)到固定瓦斯隔離板的作用。固定完成后開始正式焊接工作，采用雙輪自動爬焊機(jī)進(jìn)行焊接工作，先對設(shè)備溫度及爬行速度進(jìn)行設(shè)置，達(dá)到設(shè)置溫度后進(jìn)行試焊。試焊檢驗合格后，按試焊參數(shù)進(jìn)行正式焊接。將瓦斯隔離板接縫壓入爬焊機(jī)熱楔，啟動爬焊機(jī)，人工控制焊機(jī)前進(jìn)方向，爬焊機(jī)將兩幅隔離板接縫焊接成整體。焊接完成部位形成兩條焊縫（寬度10mm*間距50mm）。

3.5.1.3 瓦斯隔離板施工要點

進(jìn)行瓦斯隔離板固定時，根據(jù)初支表面的平整度預(yù)設(shè)富余量，防止富余量不足而被混凝土擠破損壞；為確保瓦斯隔離板接頭焊接質(zhì)量良好，瓦斯隔離板每段鋪設(shè)長度和接縫均大于襯砌長度0.5-1m，確保接頭質(zhì)量；瓦斯隔離板鋪設(shè)完成后，盡快完成混凝土澆筑作業(yè)；預(yù)留瓦斯隔離板接頭應(yīng)采取有效的保護(hù)措施，二次襯砌模板、鋼筋、預(yù)埋件安裝及混凝土施工中要進(jìn)行有效防護(hù)，防止損壞瓦斯隔離板。

襯砌鋼筋施工時，為防止焊渣燒壞鋪設(shè)完成的瓦斯隔離板，使用“移動保護(hù)板”對鋪設(shè)完成的瓦斯隔離板防護(hù)。

地下水、巖隙水向外涌出時，結(jié)合涌水量的大小設(shè)置一根或多根直徑較大的PVC 管代替軟式透水管。

施工中出現(xiàn)淋水時，為防止淋水打濕瓦斯隔離板無法保證焊縫質(zhì)量，采取雙層鋪設(shè)瓦斯隔離板，下層起引水保證上層干燥，上層為正式層。

3.5.2 軟式透水管盲溝

盲溝環(huán)向設(shè)置在隧道拱墻處，沿線路方向設(shè)置在墻腳處，均采用軟式透水管（環(huán)向直徑5cm，縱向直徑10cm）并用錨釘加窄條PE板固定在初支上，拱墻、墻腳盲溝和墻腳泄水孔使用三通相接。

3.5.3 橡膠止水帶

本項目采用“中埋式”橡膠止水帶，設(shè)置在混凝土二襯施工縫處。按照二襯厚度和形式安裝擋頭板，擋頭板模板采用鋼模（鋼模寬度=1/2 二襯厚度），擋頭板鋼模根據(jù)安裝順序進(jìn)行編碼。臺車對位后，按照編碼順序依次安裝鋼模擋頭板，止水帶設(shè)置在擋頭板中間，沿襯砌環(huán)向埋一半留一半，擋頭板固定使用U形卡，排水管采用PE 條固定。止水帶的固定見圖3。變形縫按照設(shè)計圖紙確定部位、寬度、結(jié)構(gòu)形式，變形縫側(cè)面應(yīng)平整干燥，變形縫底部嵌入背襯材料，不得與嵌縫材料有粘結(jié)力，嵌縫必須密實。通過一系列的施工技術(shù)控制及計算，針對隧道穿越順層偏壓高瓦斯地段的施工，從超前地質(zhì)預(yù)報到設(shè)置通風(fēng)，從通風(fēng)量計算到配置通風(fēng)設(shè)備，從偏壓超前加固到瓦斯監(jiān)測，從開挖完成到全封復(fù)合式襯環(huán)環(huán)相扣順利完成順層偏壓高瓦斯地段的穿越施工，實現(xiàn)了無坍塌、無瓦斯放出、無作業(yè)區(qū)域瓦斯超標(biāo)的安全目標(biāo)。

圖3 止水帶的固定圖

4 結(jié)束語

“橫洞、平導(dǎo)、通風(fēng)豎井+全封復(fù)合式襯砌”方法作為通風(fēng)及支護(hù)的施工方法在成貴鐵路鎮(zhèn)雄至畢節(jié)區(qū)間高坡隧道穿越順層偏壓高瓦斯地段中成功應(yīng)用，實現(xiàn)了順層偏壓區(qū)域無坍塌災(zāi)害發(fā)生，高瓦斯地段無瓦斯放出災(zāi)害。完成支護(hù)開挖進(jìn)行二次襯砌施工采用全封復(fù)合式襯砌有效預(yù)防了因地下水及施工縫引發(fā)的瓦斯放出災(zāi)害?？茖W(xué)的設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)，精密計算通風(fēng)量，合理高效配置通風(fēng)設(shè)備實現(xiàn)了作業(yè)區(qū)域內(nèi)無瓦斯超標(biāo)的安全目標(biāo)。在實際施工中一系列的組合設(shè)計為隧道穿越順層偏壓高瓦斯地段施工提供了有力的保證，安全、高效、節(jié)能、零事故、零災(zāi)害的順利完成穿越施工創(chuàng)造了良好的社會效應(yīng)，同時在施工中實現(xiàn)了工期可控、成本可控、質(zhì)量可控為項目實現(xiàn)了可觀的的經(jīng)濟(jì)收益，同時還為復(fù)雜地質(zhì)與多種災(zāi)害共存時隧道施工項目提供了可借鑒的寶貴施工經(jīng)驗及施工控制技術(shù)。