（中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津300300）
摘要：瓦斯突出及高瓦斯隧道一般采用有轨运输，大茶山隧道作为铁路客专隧道，具有断面大、标准高的特点，且为长大瓦斯突出隧道，采用无轨运输有很高风险，需要加强现场组织和管控。本文从施工组织方面进行探讨，以期保证隧道施工的安全和质量，保障人民群众生命财产安全。
关键词：铁路客专；瓦斯；隧道；无轨运输；施工组织
前言
沪昆铁路客运专线贵州段大茶山隧道地处云贵高原，为典型喀斯特地貌，不良地质表现为岩溶及岩溶水、煤层瓦斯及采空区、危岩落石、顺层偏压、断层破碎带，特殊岩石为石膏。
本隧道为瓦斯突出危险隧道，采用无轨运输施工。进口工区、斜井工区属于瓦斯突出工区，施工中存在煤与瓦斯突出危险。瓦斯工区穿煤施工总体工作思路是“在严格管理、严格工装改造、严格环境控制基础上突破规范，采用无轨运输”。
1工程概况
大茶山隧道全长9956m，为双线隧道，分横洞工区、斜井工区、平导工区和出口工区共计4个工区，横洞工区承担正洞施工长度2677m；斜井工区承担正洞施工长度1295m；平导工区承担正洞施工长度3678m；出口工区承担正洞施工长度2306m。
含煤地层为二叠系上统龙潭组（P2l），厚约430m，岩性以灰、深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、灰岩为主，含煤（线）20余层；勘探揭示出隧道洞身主要穿越6层煤。隧道穿越煤层属半亮-半暗型，变质程度烟煤阶段，为瓦斯气体主要生气阶段。煤层及煤系地层生烃能力较强，瓦斯气体以吸附状态和游离状态赋存于煤层、炭质泥岩和围岩裂、孔隙中。龙潭组上部粉砂岩、灰岩、砂质泥岩为瓦斯盖层，岩石颗粒较细、致密，对瓦斯封闭较好。根据本隧煤层瓦斯专题地质评价，隧道穿越的6层煤层均属瓦斯突出危险性煤层。
2施工准备
2.1设备改装
在瓦斯隧道内采用无轨运输，就需要对设备进行改装，满足防爆要求。主要对开挖设备、支护设备、运输设备的电机及开关进行防爆改装处理，对设备上的照明设备、开关、插销都进行防爆改装。
在运输车辆上安装专用车载瓦斯监控系统，实时监测车辆周围环境空气中的瓦斯浓度，当环境瓦斯浓度超过设定的报警限值时，系统发出声光报警司机发现异常后立即将汽车熄火并关闭电瓶电源；如果司机未及时处理报警，当环境瓦斯浓度继续升高达到熄火控制浓度时，控制器自动发出控制信号，控制车辆电子熄火装置实现自动熄火，同时输出断电控制信号，控制车辆总电源继电器实现车辆断电。当报警解除后，汽车方可再次启动。采用了主动防御的方式对危险源进行提前处理。
2.2洞内风、水、和通讯的配置
横洞工区和斜井工区均配置2套通风系统同时向作业面供风，风机设置两路电源并装设风电闭锁装置，确保出现故障后能在15min内启动备用风机，均采用内径1.8m抗静电、阻燃的双抗风筒。
洞内高压水管采用Φ100焊管。
本隧道连接洞内外通讯采用有线通讯，洞内所有通讯设备采用防爆型。电话交换机设在值班室，将洞内、值班室、营区所有电话联通。
2.3瓦斯检测与视频监控
在隧道内掌子面、二衬台车、及其它特殊位置分别安装1台监控分站，不同的分站分别连接不同功能、数量的传感器，在隧道洞口附近的安全监控值班室内安装1台监控计算机、1台数据传输接口及1套声光报警器，通过电缆将洞内监控分站与监控计算机相连。
监控计算机实时读取监控分站中的各传感器数据，并将数据存储在计算机中，通过数据分析，判断隧道内的瓦斯浓度是否超出标准，并及时给予安全提示及报警。
在距离隧道的掘进工作面5m以内处的正上方和回风侧各安装一台甲烷传感器。这组传感器随着隧道的向前推进而推进，直到隧道中部距离隧道口约800～1000m处停止。然后在隧道中部安装监控分站一台并安装甲烷传感器一组继续跟着隧道推进而推进。
3超前瓦斯探测及排放施工
3.1瓦斯探测技术
采取“以地质法为基础、以超前钻孔为主要手段，结合物探法和瓦斯浓度监测”的综合方法实施瓦斯隧道瓦斯探测。
在综在超前地质预测预报结合物探工作基础上，施作一个超前地质钻孔予以验证，来直接验证异常区内的地质情况。该孔在第I部开挖前施作。当综合物探有异常时，还应施作2、3号孔，超前钻孔直径为Φ108，钻孔与煤层顶板（底板）交点应控制在衬砌开挖轮廓线外10m范围内，确保在正洞开挖在遇到煤层前10m外了解煤层的大致位置。超前钻孔水平距离每20m一环，每环3孔，每孔长约32m。在超前综合物探异常时，且I部超前钻孔尚未揭示煤时，在 II、III、IV 部施工时，应加强分析工作，必要时应增加钻孔加以探测。
在正洞 I 部施工时，在距离煤层垂直距离为10m的位置施作Φ89超前钻孔，并取岩（煤）芯，根据超前钻孔验证煤层的具体位置、煤层厚度、煤层的倾角及煤层的平面方程。并根据钻孔资料相应修正煤层的平面方程。Φ89超前钻孔应穿过煤层并进入岩层不小于0.5m。在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部施工时，应加强对岩层产状、走向等的记录分析工作，若有突变或受褶曲等影响，必要时在这三部（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部）施作至少一个超前钻孔准确判定其位置，避免煤层位置突变，从而造成误揭煤。
在Ⅰ部施工时，在距离煤层（垂直距离）5m时施作3个预测孔，预测孔采用Φ89钻孔，采用钻屑指标法进行，当掘进工作面距煤层顶板垂距5m时，打穿透煤层全厚的预测钻孔，见煤后改用电煤钻（钻头直径Φ42）打穿煤层，每打1m煤孔，收集全部钻屑。尔后在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部开挖时，均需施作不少于1个验证孔以判定。
距离煤层5m处的具体里程应在超前钻孔验证煤层平面并修正后，重新计算。
根据对以上超前地质预报结果，综合分析掌子面围岩的岩性、结构、构造和地下水情况，判断掌子面前方围岩的工程地质、水文地质特征，并依此提出工程措施建议和进一步预报的方案。
3.2瓦斯排放
当预测煤与瓦斯有突出危险时，揭煤前采取瓦斯排放措施。由于正洞煤层倾角较小，部分煤层厚度较厚，一次排放钻孔过长，钻杆易折断，钻孔效率低，因此瓦斯排放孔采用分段分部多次排放，一次钻孔长度为30m，前后两次钻孔搭接长度为5m，但首次排放钻孔的穿煤深度不得小于1.0m。在距预测煤层5m垂距掌子面处向煤层前段布设排放钻孔（Φ89），排放钻孔应穿透煤层并进入顶（底）板岩层不小于0.5m。
瓦斯排放结束前至少打1个检验孔，进行煤与瓦斯突出危险性检验，当仍有突出危险性时，应采取延长排放时间，增加排放钻孔或采取瓦斯抽放等补救措施，当无突出危险后，方可进行揭煤作业。
4穿越含煤瓦斯地层施工
4.1超前支护
根据超前地质预报结果，当拱顶穿煤长度小于3m时，采用Φ42*3.5超前小导管，缩短导管间距（20～30cm），管长4m每一榀拱架施作一环超前小导管。当拱顶穿煤长度大于3m采用Φ76*6超前中管棚，管棚间距30cm，管长以穿透煤层进入硬岩1m长度，若穿煤长度大于8mΦ，中管棚每循环搭接不小于2m。
4.2开挖爆破技术
隧道瓦斯地段的开挖爆破施工中，总的原则是“早封堵、短进尺、多循环、快封闭”，防止有害气体的溢出。
开挖采用YT28气腿式风动凿岩机钻孔，配用ф42钻头。正洞瓦斯段设计主要为Ⅴ级围岩，部分为Ⅳ级围岩。Ⅴ级围岩开挖工法采用CRD法，Ⅳ级围岩采用台阶法加临时横撑。爆破使用煤矿许用乳化炸药和毫秒电雷管。
4.3气密及防水处理
由于本隧存在瓦斯突出风险，故采用全封闭复合衬砌，喷射混凝土及模筑混凝土中掺气密剂、设置瓦斯隔离层、施工缝进行气密处理。在各施工缝、收缩缝等位置处设置橡胶止水带（条）、镶嵌材料。
混凝土气密性对气密效果影响较大，施工中采用如下方法提高混凝土气密性：
提高泵送的减水率，尽可能降低混凝土的水灰比，最大限度地减少毛细孔的数量；掺加硅粉、粉煤灰和外加剂等引入活性组分，最大限度地充填各种因素造成的孔隙，减少水泥水化收缩，防止产生收缩裂缝。
4.4水气排放系统
在瓦斯设防段（全封闭衬砌段），初期支护与二次衬砌之间满铺铺设防水板及闭孔型泡沫塑料垫层。且初期支护及衬砌混凝土均采用气密性混凝土。
为避免地下水将瓦斯气体带入隧道内，全封闭段落纵向及环向盲管内不得接入侧沟，环向盲管与纵向盲管三通连接，通过水气分离室对地下水进行水气分离后，方可排入侧沟。全隧共设置8处水气分离室。
全封闭段落瓦斯等有害气体的排放路径：环向波纹管→纵向波纹管→洞内水气分离室→纵向Φ100镀锌钢管（Φ100HDPE波纹管）→排出斜井洞口。
全封闭衬砌左右边墙均设置2根Φ100HDPE波纹管作为纵向盲沟。
由于煤系地层瓦斯压力较大，水气分离出的瓦斯气体采用1根Φ100镀锌钢管排出，镀锌钢管既为瓦斯排放管又兼做瓦斯降压管，镀锌钢管延伸至斜井洞口地面上10m处，其上端管口应妥善接地，防止雷击。瓦斯排放管的接地电阻不得大于5Ω，其周围20m内禁止有明火火源及易燃易爆物品。
环向盲管与纵向盲管、纵向盲管之间、以及瓦斯排放管等各类接头之间必须进行有效可靠地连接，保证排水、排气的通畅。
水气分离室用于对煤系地层段地下水进行水气分离，由水气室与水室组成，采用锚网喷防护，二次衬砌为40cm厚C35气密性钢筋混凝土。为确保水气分离室密封完好，衬砌必须整体灌注，并采用相应的全封闭措施。水气分离室施做完毕后，应进行灌水处理，水位高度不小于150cm，防止瓦斯气体串入斜井及正洞。
5结语
大茶山长大瓦斯隧道通过严格车辆、照明、供电等改造、加强通风、瓦斯检测与视频监控、超前瓦斯探测、预测及排放、全封闭复合衬砌、水气排放系统等措施和手段，保证了施工质量和安全。
瓦斯突出危险隧道采用无轨运输施工可节约成本、加快施工进度，但对安全管控要求异常严格，仍需继续研究。
参考文献：
[1]TB10120-2002铁路瓦斯隧道技术规范[S]
[2]高速铁路隧道工程施工技术指南[S]
[3]杜永昌．高速与客运专线铁路施工工艺手册[M]．北京：科学技术文献出版社，2006
论文作者:陈高峰
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年11月下
论文发表时间:2016/9/22
标签：瓦斯论文; 煤层论文; 隧道论文; 钻孔论文; 超前论文; 工区论文; 水气论文; 《建筑建材装饰》2015年11月下论文;