1 項目背景及工程概況

1.1 工程概況

貴州省桐梓至新蒲高速公路土建第TXTJ-1標(biāo)段，位于遵義市桐梓縣婁山關(guān)街道、板橋鎮(zhèn)、茅石鎮(zhèn)，其中建林巖隧道左線起訖樁號為ZK6+605～ZK10+534，長3929m，右線起訖樁號為YK6+630～YK10+520，長3890m，其中左線ZK9+480～ZK9+990（510m），右線YK9+490～YK10+010（520m）處穿越高瓦斯煤系地層。

根據(jù)設(shè)計地勘資料及現(xiàn)場顯示，隧道結(jié)構(gòu)及瓦斯段分布如表1和圖1。

表1 隧道結(jié)構(gòu)及瓦斯段分布一覽表

圖1 建林巖隧道瓦斯段左幅縱斷面圖

1.2 周邊環(huán)境

根據(jù)貴州省能源局發(fā)布的公告，隧道施工場區(qū)為高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井，與上述煤礦地質(zhì)條件相當(dāng)，按高瓦斯、煤與瓦斯突出隧道設(shè)計施工，做好揭煤防突等措施，確保隧道及施工安全。

2 施工工藝及關(guān)鍵控制要點

2.1 瓦斯隧道施工原則

瓦斯隧道施工總原則為：控火源，快封閉，防突出，強通風(fēng)，勤監(jiān)測。

瓦斯隧道貫徹“先測后進，有疑必測，不明不進”的指導(dǎo)方針，堅持“加強通風(fēng)，勤測瓦斯，嚴(yán)禁火源，工序緊跟，勤于量測”基本原則。

高瓦斯、突出隧道內(nèi)電氣設(shè)備采用EXdI防爆型，采用無軌運輸，將隧道施工機械改裝成防爆型。高瓦斯、突出隧道通風(fēng)系統(tǒng)采用“雙通風(fēng)雙電源”，雙路供風(fēng)加局部通風(fēng)，采用壓入式通風(fēng)方式。瓦斯監(jiān)控檢測采用“雙保險”措施，即自動化監(jiān)測系統(tǒng)與人工現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方式。

2.2 總體施工規(guī)劃

隧道瓦斯段采用環(huán)形開挖、預(yù)留核心土開挖方法。

采用控制爆破，初期支護噴射砼采用濕噴工藝。初期支護跟進開挖掌子工作面，盡早封閉，并根據(jù)對圍巖的支護量測變化規(guī)律，確定二次襯砌的施作時間。一般情況下，二次襯砌的圍巖和初期支護變形基本穩(wěn)定后施做，洞口段、淺埋、過煤層段、斷層、軟弱圍巖地段及早做二次襯砌，混凝土在洞外大型自動計量拌合站強制式拌合，混凝土罐車運輸，泵送入模。

2.3 主要施工方案

①隧道開挖方案。主要有兩臺階法、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、CD法，其中隧道穿越煤系地層段時采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法。

②隧道通風(fēng)方案。建林巖隧道工區(qū)左右洞均采用壓入式通風(fēng)采用兩臺風(fēng)機同時供風(fēng)進行瓦斯排放。

③供電方案。隧道施工用電為采用地方電網(wǎng)接駁施工變壓器及設(shè)置備用發(fā)電機相結(jié)合使用。

④運輸方式。建林巖隧道瓦斯工區(qū)采用無軌運輸方案，其出碴機械（包括裝載機、挖機、運碴車等）安裝車載瓦斯自動監(jiān)測報警、閉鎖系統(tǒng)。

⑤瓦斯監(jiān)控及檢測。配備自動監(jiān)測結(jié)合人工監(jiān)測進行，實時監(jiān)測和記錄相關(guān)有害氣體的情況。

3 煤層及瓦斯處治措施

根據(jù)詳勘資料，建林巖隧道按高瓦斯、煤與瓦斯突出隧道進行設(shè)計與施工管理。

3.1 探煤方案

煤與瓦斯突出隧道煤系地層探煤措施采用超前鉆探孔的方法進行探測。

3.2 危險性預(yù)測

對煤層超前地質(zhì)預(yù)報后，對煤層進行煤與瓦斯突出預(yù)測，判定該煤層是否具有突出危險性。

超前水平鉆孔確認(rèn)煤層厚度、位置后，距煤層垂距10m處，施作一組（5孔）煤層區(qū)域突出危險性預(yù)測鉆孔，孔徑為89mm，深度為40m左右，并做巖芯資料的詳細記錄，確定煤層與隧道的關(guān)系、確定其傾角、厚度和走向等數(shù)據(jù)情況，分析掌握瓦斯動力的詳細情況。（圖2）

圖2 煤層區(qū)域突出危險性預(yù)測鉆孔橫斷面圖

3.3 瓦斯抽放措施

隧道經(jīng)預(yù)測所揭煤層有突出危險性，則揭穿煤層采取預(yù)抽煤層瓦斯和排放鉆孔的防突措施。在煤層距離Ⅰ部及Ⅱ部掌子面向前端煤層布設(shè)排放鉆孔（直徑?108mm）。（圖3、圖4）

圖3 WS-V襯砌斷面圖

圖4 瓦斯排放系統(tǒng)布置示意圖

隧道高瓦斯工區(qū)瓦斯排放系統(tǒng)由環(huán)向盲管、盲管、瓦斯排放管、橫向盲管及中心排水溝組成，其作用流程為：高瓦斯工區(qū)襯確背后的瓦斯氣體通過環(huán)向盲管進入兩端縱向盲管，經(jīng)水氣分離裝置分離后，瓦斯氣體通過上面的瓦斯排放管沿縱向從納雍端洞口排出，而水通過橫向盲管從中心排水溝排走。瓦斯村砌段落橫向盲管直接連接到中心排水溝，禁止連通到邊側(cè)排水暗溝，防止水氣分離不徹底使瓦斯氣體進入隧道。在高瓦斯襯砌段落，橫向盲管和水氣分離裝置縱向間距為24m。

瓦斯氣體通過內(nèi)徑? 100縱向瓦斯排放管引到洞門后，排放至地面，設(shè)置接地固定裝置，遠離明火火源和易燃、易爆物品區(qū)域。

隧道縱向瓦斯排放管采用2根內(nèi)徑?100高分子復(fù)合管，分設(shè)于襯砌兩側(cè)邊墻底部，沿隧道每24m（橫向排水盲管前）及瓦斯排放孔前設(shè)置水氣分離裝置，將瓦斯氣體引于排放。

3.4 瓦斯抽放措施效果檢驗

隧道揭煤區(qū)域防突措施執(zhí)行后，進行區(qū)域措施效果檢驗。

位于待揭煤層處采用鉆屑檢驗措施的效果。

若檢驗結(jié)果各項指標(biāo)均在該煤層突出危險臨界值數(shù)據(jù)以下，且無其他異常情況，則瓦斯抽放措施有效；反之，則判定為瓦斯抽放措施無效。檢驗方法及要求與工作面突出危險性預(yù)測方法相同。

3.5 揭煤作業(yè)

揭煤作業(yè)前，須將隧道已開挖部位施作的初期支護和超前支護等做好成品防護。不得同時進行揭煤，采用濕式鉆孔，爆破施工時須符合煤礦施工采用的爆破方式。

隧道在施工揭煤時，注意當(dāng)次作業(yè)只能揭一層，嚴(yán)禁同時多層揭煤，施工作業(yè)面與煤層設(shè)置安全巖柱和安全垂距。視巖層的松軟破碎程度，增加適當(dāng)?shù)陌踩咕唷?/p>

4 煤層及瓦斯處治安全措施

為了確保施工安全，采取煤層及瓦斯處治安全防護措施：

4.1 遠距離放炮

無論煤層突出與否，均采用遠距離放炮（洞外放炮）揭穿煤層。遠距離放炮措施應(yīng)符合以下要求：①使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的爆破器材和礦用炸藥進行爆破作業(yè)；②采用遠距離放炮，施工人員撤離出隧道以外，隧道里全部停止作業(yè)；③爆破作業(yè)15分鐘后，應(yīng)檢查開挖工作面的爆破效果、瓦斯及有害氣體的濃度的檢測。通風(fēng)30分鐘以后，經(jīng)檢測合格以后，再安排施工作業(yè)人員進入隧道施工。

4.2 監(jiān)測監(jiān)控

隧道在施工期間應(yīng)建立瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測掘進工作面和回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速及風(fēng)機開停狀態(tài)等參數(shù)。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的布置應(yīng)設(shè)置值班人員，將現(xiàn)場情況及時通報相關(guān)負責(zé)人，監(jiān)控瓦斯及有害氣體的濃度，設(shè)置報警值，監(jiān)測到異常情況時，立即處置。

4.3 加強通風(fēng)

隧道工區(qū)左右洞均采用壓入式通風(fēng)，配置足夠數(shù)量的瓦斯檢測儀器、設(shè)置自動報警裝置。確保隧道最大通風(fēng)量。

隧道施工的過程中，容易產(chǎn)生瓦斯積聚的部位，采用引射器和風(fēng)機等設(shè)備，實施通風(fēng)消除。在施工過程，保持連續(xù)通風(fēng)。

4.4 壓風(fēng)自救系統(tǒng)

隧道出口端左、右幅掘進：在隧道內(nèi)每隔50m設(shè)置1組壓風(fēng)自救系統(tǒng)，每組配5個ZY-J型壓風(fēng)自救袋。（圖5）

圖5 壓風(fēng)自救系統(tǒng)安裝示意圖

4.5 注漿止氣

有害氣體的含量較高的施工地段，采取小導(dǎo)管中進行注漿的方式，加強對周邊圍巖的裂隙進行封堵，防止害氣體滲漏。采用直徑42mm的無縫鋼管呈梅花型布置，在開挖面周邊外插角鉆孔，將注漿管置入鉆孔內(nèi)，孔口及縫隙以錨固劑堵塞嚴(yán)密，采用水泥+水玻璃雙液漿摻加強型防水劑漿液填充封閉，達到防止瓦斯及有害氣體滲漏的目的。同時采用專用設(shè)備加強對H2S、SO2等有害氣體的監(jiān)測，H2S氣體的濃度不得超過0.00066%。SO2氣體的濃度不得超過0.0005%。

5 結(jié)語

通過采取超前地質(zhì)預(yù)報、探煤、瓦斯抽放、加強監(jiān)測、加強通風(fēng)等系列處治措施，安全、有序地完成了建林巖隧道通過高瓦斯煤系地層施工，取得了良好的經(jīng)濟效益、社會效益及技術(shù)效益，為進一步確保高速公路隧道通過高瓦斯煤系地層的施工安全可控提供借鑒和參考。