高瓦斯隧道施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-SD-0504-2011 第五工程有限公司 李建铭
1 前言
1.1 工艺工法概况
新中国成立后，我国修建的瓦斯隧道累计80多座，其中1999年前修建了18座，2000年以后修建了70余座，这些隧道中1959年修建的贵昆线贵阳六枝段岩脚寨隧道，和2005年修建的都汶高速公路董家山隧道先后发生过瓦斯爆炸等恶性事故，引起了业界的普遍关注。瓦斯是埋藏在地下的煤在其变质过程中生成的或埋藏在地下的天燃气逸出的烃类气体的总称，一般以甲烷为主，它以游离、吸附和吸收3种状态赋存在煤层及煤层围岩内。隧道建设过程中，滞留在煤层、煤层围岩或游离在围岩裂隙内的瓦斯不断释放出来，就可能发生瓦斯灾害。上世纪90年代以来，随着科技的进步，技术的革新，侯月铁路云台山隧道、南昆铁路家竹菁隧道、成渝高速公路中梁山隧道、都汶高速公路紫坪铺隧道开始部分借鉴矿用技术和管理经验取得了成功；2009年开始修建的兰渝铁路图山寺隧道，系统的引进吸收消化和创新矿用技术和管理经验，并将先进自动化管理技术用于高瓦斯隧道施工，使得瓦斯隧道施工技术日臻成熟，并取得了良好的社会经济效益。 1.2 工艺原理
瓦斯隧道施工按照“早预报、适排放、勤监测、禁火源、强通风、控浓度”的原则，循序渐进向前施工。通过超前地质预测预报探明前方未掘进地段的瓦斯储量，在开挖前（适当抽排）、开挖中和开挖后等工序作业过程中，采取多种技术和管理措施，禁绝火源，防止撞击，将瓦斯浓度控制在0.3%以内,将CO浓度控制在24ppm以内，回风风速不小0.5m/s，从而实现高瓦斯隧道安全施工。
2 工艺工法特点
2.1根据工程地质条件以及地层瓦斯含量，确定地质分级，划分高瓦斯和低瓦斯工区，在不同等级瓦斯工区选择不同的施工方案，不仅确保安全，而且节约成本。
2.2新鲜风的供给必须24小时不间断，并设置“风电闭锁装置”。
2.3采用远程自动监测系统对洞内工作面的瓦斯浓度、回风风速、CO浓度24小时不间断遥测，且监测系统和风机系统链接，当所测数据超标后，监测系统及时向风机自动控制系统传递指令，加强通风。
2.4建立两级出入隧道安全检查门岗，制定极为严格的出入隧道管理制度, 采用感应式IC智能卡管理系统对出入隧道作业人员进行实名管理，可以切实杜绝火源进洞，能准确掌握进出隧道的作业人员及其数量。
2.5高瓦隧道作业区的机械设备均要进行防爆或隔爆改装，洞内电气通风设备设施均要采用阻燃、抗静电等特殊材料生产的产品，产品更换周期长，成本高。 3 适用范围
本工法适用于在煤系地层或富存天燃气的地区修建铁路、公路或水工隧道，对在煤系地层或富存天燃气的地区修建其他地下工程。 4 主要引用标准
4.1 《铁路瓦斯隧道施工技术规范》、《煤矿安全规程》、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204)、《铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10417)、《铁路隧道施工规范》(TB10204)、《新建铁路铁路工程测量规范》(TB 10101)、《铁路隧道超前地质预报技术指南》(铁建设[2008]105号)、《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》(铁建设[2007]200号)、《铁路隧道工程施工安全技术规程》(TB10304)、《铁路工程水文地质勘察规程》(TB10049)。
4.2设计图纸、合同文件。 5 施工方法
隧道开挖前，先采用物探或钻探等超前预测预报手段探测瓦斯含量、浓度及压力，后对隧道是否为高瓦斯隧道或高瓦斯工区进行判释。对高瓦斯隧道（或高瓦斯工区后），于开挖前完成隧道内供电、通风、机械设备及设施的防爆(或隔爆)改装；配置瓦斯自动监测报警系统和人工检测仪器，建立健全瓦斯检测、通风、进洞等安全管理机构及系列安全管理制度；瓦斯涌出量＞3m3/min时，还应采取钻孔抽排释放瓦斯降低瓦斯浓度后，再进行开挖作业。
开挖使用矿用火工品进行光面爆破,开挖作业的钻孔装药、爆破前后和出碴过程中必段坚持瓦斯检测；开挖出碴完成后，应尽快采用防渗砼封闭新开挖面，减少瓦斯溢出量，及时完成隧道初期支护防止隧道坍塌引起瓦斯积聚；施工全环封闭防渗二衬砼。
6 工艺流程及操作要点 6.1 施工工序安排及工艺流程
高瓦斯隧道施工工艺流程图如下: 低瓦斯工区 高瓦斯工区 工程地质法 瓦斯探测 超前钻孔 洞身开挖 TSP203 瓦斯判定 Q＜0．5m3/min 0.5m3/min＜Q 人工瓦斯检测 配置防爆设施及设备防爆性能改装 高瓦斯隧道通风 设计及实施 浓度小于0.3% 初期支护 二次衬砌 通 风 通 风 配置自动监测瓦斯系统 Q＞3m3/min 0.5m3/min＜Q＜3m3/min 钻孔抽排释放瓦斯 通 风 浓度大于0.3% 检测瓦斯浓度 浓度小于0.3% 图1 高瓦斯隧道施工工艺流程图
6.2 操作要点
6.2.1 开挖
1采用台阶法开挖，台阶长度控制在5m以内，当瓦斯溢出量≥时0.5m3/min，开挖进尺控制在1m以内。
2 采用3#煤矿许用炸药，煤矿许用5段电雷管，电力起爆。严禁使用秒或半秒级电雷管。使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得大于130ms。
3 采用电雷管起爆时，严禁反向装药；采用正向连续装药结构时，雷管以外不得装药卷。在岩层内爆破，炮眼深度不足0.9m时，装药长度不得大于炮眼深度的1/2；炮眼深度为0.9m以上时，装药长度不得大于炮眼深度的2/3。在煤层中爆破，装药长度不得大于炮眼深度的1/2。
4 爆破网络和连线，必须符合下列要求：
1）必须采用串联连接方式，检查散杂电流，散杂电流不超标时，爆破人员方可