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摘要：四川盆地侏罗系地层中的浅层天然气主要来源于深部油气的向上运移和聚集，它的分布较第四系生物成因气更为复杂多变。黄家梁隧道位于四川盆地西北缘、龙门山断裂带北段，隧道最大埋深约265m，隧道内所含天然气属浅层天然气。本文中主要对其油气瓦斯隧道瓦斯防治综合施工技术进行了简要的分析。
关键词：油气瓦斯；隧道瓦斯；防治技术
引言
本文主要对黄家梁隧道瓦斯防治综合施工技术进行了简要的分析，以供参考。
1工程概况
黄家梁隧道位于西成客运专线四川段剑门关-江油北区间，进口位于广元市剑阁县上寺乡猫儿坝村，出口位于青川县金子山乡金子山村。隧道全长11632米，起讫里程为DK431+660～DK443+292，为双线隧道。
2超前地质预报对瓦斯赋存的地质情况、瓦斯溢出量分析
2.1超前钻探瓦斯浓度
在获取TSP报告后，对前方地层情况有了初步判断，通过地质素描根据围岩情况，选定钻孔数量及位置，采用开挖钻探法进行复核验证，开挖钻探法是最可靠的超前预报方法，通过对钻孔取样的分析，判断地层变化、岩性差异、地层含水量、隧底岩溶等不良地质情况。依照需要预报距离的远近程度能够使用不同类型的钻机，黄家梁隧道主要选用30m长钻孔进行预报，连续预报时前后两循环钻孔重叠5米。黄家梁隧道主要采用三台阶法和两台阶法进行施工，断面方量约为120m3，一般布置5个孔，当岩体类别多样、层叠时适当增加钻孔；成孔后采用气体膨胀置换法对岩芯孔隙率进行测定。另外，测定孔内瓦斯浓度，同时做好记录。
2.2加深炮孔测定瓦斯浓度
长钻探完成后，前方地质构造情况已基本清晰，在进行施工过程中，每循环采用加深炮孔超前钻探，在每一次开挖钻孔过程中，指定在拱顶、两侧拱腰、两侧边墙脚及仰拱底部的3～5个辅助眼加深3米以上，同时通过采集孔内瓦斯浓度判定前方瓦斯浓度情况，并作为基础数据保存。
2.3超前预报瓦斯浓度的计算
在上述内容中已经介绍过，隧道开挖后瓦斯急剧升高，主要由两方面因素造成：一方面岩石中的瓦斯在岩石破碎后从孔隙和裂缝中逸散；另一方面掌子面附近的围岩中也会从空隙和裂缝中逸散；但综合考虑本隧道在施工过程中采用气密剂混凝土对围岩外露面进行封闭，极大的降低了围岩中瓦斯逸散，所以计算仅需对岩石破碎后的瓦斯进行计算即可。
我们可以知道在无裂隙发育、相同体积，且同等岩性的围岩中，瓦斯含量与岩体孔隙率应成正比，而相同体积的围岩瓦斯浓度相同。在引入孔隙系数后，可形成如下公式：
N—瓦斯浓度；
i—岩性调整系数；
T—孔内瓦斯浓度；
A—围岩体积，m3；
δ—围岩空隙率。
由此结合超前钻孔与加深炮孔数据，我们可以根据超前钻孔资料可对前方30米范围内爆破开挖后瓦斯浓度进行初步预报，而采用加深炮孔可较为精准的预报下一循环瓦斯浓度，指导现场施工。
3防治瓦斯施工工艺措施
3.1水压爆破工艺
3.1.1水袋及炮泥的制作
水袋加工配置一台塑袋封口机，先将封口机开机预热，将水袋安装在喷嘴上，水袋灌满后自动热熔封口。水袋为聚乙烯塑料，长20厘米，直径为3.5厘米。
炮泥制作配置一台炮泥同，炮泥采用粘土、砂和水制作。制作时，先将粘土、砂、水人工拌合均匀，经炮泥机挤压成型与炸药直径大小相当。
3.1.2水压爆破钻爆设计
相较于常规爆破参数而言，水压爆破与其参数大致相同，有所区别的是水压爆破炮眼中将水袋增加。
黄家梁隧道内存在瓦斯等易爆炸气体，在施工高瓦斯工区过程中，所使用的炸药是三级煤矿许可使用的乳化炸药；当在低瓦斯施工区域时，所使用的炸药是二级煤矿允许使用的乳化炸药，规格都是为φ32毫米（200g）.雷管采用煤矿许用毫秒延期电雷管（1、2、3、4、5段），防爆起爆器起爆。
掏槽方式：斜眼掏槽；周边眼间距：40厘米；抵抗线：50厘米。
黄家梁隧道内存在瓦斯等易爆炸气体，明洞工区属于低瓦斯工区，在施工低瓦斯工区时，炸药采用一级煤矿许用乳化炸药，规格均为φ32毫米（200g），雷管采用煤矿许用毫秒延期电雷管（1、2、3、4、5段），防爆起爆器起爆。
3.2非焊接施工工艺
3.2.1锚杆施工
隧道内锚杆体系主要由普通砂浆锚杆和中空锚杆组成。普通砂浆锚杆的主要组件为锚杆体、垫板、螺栓；自进式中空锚杆组件为锚杆体、螺母、垫板、锚头、止浆阀。
普通砂浆锚杆应根据设计要求选用砂浆锚杆的锚杆（HRB400ф22钢筋），并于杆体末端车丝，丝头长度10厘米，用于连接垫板及螺栓。施工过程中垫板紧贴岩面，即能够有效避免垫板周边的一定范围内破碎岩块坍落。
中空锚杆杆体为中空全螺纹锚杆体，锚杆装设注浆后安设配套螺母及垫板。
锚杆通过螺纹相连接，与垫板相配合具备足够的刚度，能够有效的锚固围岩，防止地质危害的发生。
3.2.2钢筋网片施工
一般情况下，钢筋网需要使用绑扎的方法进行搭接，钢筋网的绑丝使用20#冷镀锌铁丝，每根绑丝的长度为15厘米，网片要求搭接1至2个网格，绑扎位置要纵环向钢筋的交叉处，在对网片进行施工中，需要将岩面贴紧。
3.2.3钢架连接施工
钢架作为隧道初期支护的骨架，对隧道施工安全起到了决定性的作用，钢架的连接质量直接决定初期支护的稳定性；在隧道施工中，钢架通常情况下可分为格栅钢架以及型钢钢架；其中格栅钢架主要由主筋、腹筋、连接角钢洞外焊接成型，考虑施工的方便一般将格栅钢架分成若干节，节与节之间采用角钢和螺栓连接；型钢钢架主要由型钢、连接件组成，各接型钢的连接通过型钢连接件和螺栓连接而成。
3.3气密性混凝土工艺
3.3.1在进行二次衬砌混凝土浇筑过程中，必须要进一步加强施工的管理，在施工现场，要将浇筑准备工作做好。同时，还应该使用刚度适当的模板台车，这样尽可能减低二衬与初支间出现的间隙；当二次衬砌的强度达到最初设计的规定标准，才可以将模板拆除。
3.3.2在混凝土的浇筑过程中，通常使用泵送浇筑工艺，机械振捣密实。在泵送之前首先要根据设计的配合比搅拌的水泥或是根据骨料减半配制的混凝土将管道进行润滑。混凝土按照下至上分层、左右交替、对称灌注。除此之外，为了避免在浇筑过程中两侧侧压力过大而导致台车出现移位，两侧混凝土灌注面高差一般应该控制在50厘米内。
3.3.3在施工时，泵的输送需要持续运转，泵送需要持续的灌注，一般情况下要防止停歇导致“冷缝”的情况出现，间歇的时间如果超出规定的标准，则依照施工缝进行处理。
3.3.4当混凝土浇筑到作业窗下50厘米时，应将在作业窗闭合之前，要将窗口周边的混凝土液残渣或是赃物彻底清除，同时应该涂刷脱模剂，并将其关紧，以免窗口位置混凝土表面产生不规则的补丁或是漏浆等情况。
3.3.6针对封顶处，需要使用顶模中心封顶器接输送管，逐步压注混凝土封顶。
①拆模：在拆模过程中，必须要根据施工中的规定标准采用最后一盘封顶混凝土试件达到的强度来进行控制。如果没有承受外荷载时，混凝土的强度需要满足5mpa或者是在拆模的过程中，混凝土表面以及棱角不被破坏且可以承受自重时拆模；当衬砌的施工作业时间提前，在承受有围岩压力时，需要根据规定的标准来进行。
②养护：在将模板拆除之前，应该先使用清水将模板外表面进行冲洗，在拆模之后使用高压水喷淋砼表面，这样能够有效将水化热现象减低，在养护期间，最少要达到14 d。
3.4高瓦斯隧道防排水的重点
为能够有效防止瓦斯渗入隧道，隧道全环铺设EVA防水板以及无纺布作为瓦斯隔离层，已经达到全封闭式隔离瓦斯的效果。
在防水板超前二次衬砌20～25米的施工过程中，使用自动爬行热焊机实行焊接，采用专用台车实行铺设。在分离式防水板铺设的过程中，通常采取由下至上的顺序进行铺设，松紧必须掌握适当，同时要预留空隙，在检查中应该确保防水板全部面积都可以抵到围岩。在分离式防水板铺设之前，需要使用带热塑性圆垫圈的射钉将缓冲层平整顺直地固定在基层上，缓冲层搭接宽度为50毫米，每幅防水板布置适当排数垫圈，垫圈间距：侧壁应该按照0.8至1.0米梅花进行布置，拱部50厘米应该按照0.5至0.8米梅花进行布置。
4防治瓦斯施工辅助措施
4.1设置防爆型供电设备
洞内电源使用双回路电源，在隧道中的配电变压器必须禁止与中性点直接接地，禁止通过洞外中性点直接接地的变压器向瓦斯隧道送电，瓦斯隧道一定要使用独自设立的接地保护装置与措施。瓦斯隧道施工用电包括通风、照明、动力、监控、通信等等，每类必须建立独立的供电线路，在各路电源线中不允许分接其他的任何负载；同时双洞或多洞不得使用同一供电线路和供电源，即供电线路专用，严禁混合。洞内所有使用的电缆必须具有煤矿安全标志的抗阻燃电缆，洞内电缆插头一定要使用煤矿专用插头禁止使用普通插线板。
4.2自动监测
4.2.1 KJ-101自动监测系统原理
KJ-101自动监测系统采用分部式网络化结构，一体化嵌入式设计，具有红外遥控设置，独特的三级断电控制和超强异地交叉断电能力，可实现计算机远程多级联网集中控制和安全生产管理。该系统由洞外计算监控中心、洞内分站、洞内甲烷传感器、CO传感器、H2S传感器、风速传感器、远程断电仪和自动报警器组成。
4.2.2风瓦电闭锁装置的功能
风瓦电闭锁装置的断电值设为0.5％CH4，复电值设为0.4％CH4，在实施瓦斯隧道施工过程中供电实现“两闭锁”功能即“瓦电闭锁”与“风电闭锁”。本工程各工区均安装一套KJ101N型矿用安全监控系统，可以配接瓦斯、CO、风速、机电开停等传感器，传感器将洞内的实时监测数据分别输送到监控主机。当某一监测数据超过系统所设置的断电值或当风机停止运转（风机开停传感器没有感应电流通过）时，系统就会自动发出信号，通过远程继电器，使所控制的超限或停风影响区域内的动力电源开关断电并形成闭锁，只有当传感器监测数据低于所设置的复电值或风机运转时，被控开关才能解锁恢复送电。进而有效避免安全事故的发生，给安全生产带来了强有力的保障。
4.2.3全自动化瓦斯安全监测监控系统
①辅助导坑开挖阶段：距离开挖掌子面5米的位置应该设置甲烷传感器3个（分别设置于拱顶及拱腰位置）、一氧化碳传感器1个，硫化氢传感器1个，二衬作业面50米位置成洞地段拱顶下布设风速传感器1个。②辅助导坑进入正洞（或明洞工区）一定距离后，在每正洞工作面设一分站。每个分站在距开挖掌子面5m处布设甲烷传感器3个（分别布设在拱顶及拱脚位置）、一氧化碳传感器1个，硫化氢传感器1个，二衬台车位置顶部布设甲烷传感器1个，二衬作业面50米左右成洞地段拱顶下布设风速传感器1个。由于隧道不断的被挖掘与进尺，掌子面、台车处传感器也会同时前移。防水板台车上共计布置5个甲烷传感器，5个风速传感器。为确保准确的检测瓦斯溶度，传感器悬挂高度为距离拱顶以下10至15厘米，开挖掌子面随着掘进的进尺传感器应随着延伸，距离掌子面不大于5米。
4.3通风方式
黄家梁隧道中的各个工作面，都采取了压入式通风方式，通过双抗风管将清新的空气输送至作业面，通风管离作业面5米。通风机均设置在每个洞口的离洞外约30厘米位置，这样防止形成的回风污染。在各隧道二衬台车及断面变化位置上设5.5KW防爆局扇向洞口的方向进行引风，将模板台车顶部、死角等位置瓦斯成功引出。针对每个隧道中的紧急避车洞位置应该设置5.5kW局扇一台，这样能够有效将此位置汇集的瓦斯吹散。在作业面到模板台车位置的死角、塌面等其他位置，应该依照瓦斯检验结果就其位置输送高压风，将该位置汇集的瓦斯吹散并有效排出。
结束语
综上所述，黄家梁隧道位于四川盆地西北缘、龙门山断裂带北段，隧道最大埋深约265米，它的分布较第四系生物成因气更为复杂多变，而且隧道内所含天然气属浅层天然气。本次检测多为夜间进行，无其它施工干扰，在本次检测时间段及检测环境下测点处隧道瓦斯浓度均小于0.5%，瓦斯防治措施满足设计要求。
参考文献
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作者简介：柏小明（1967-），男，本科学历，高级工程师，现任职于中铁五局成都公司副总经理。
论文作者:柏小明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/6/6
标签：瓦斯论文; 隧道论文; 传感器论文; 围岩论文; 混凝土论文; 位置论文; 钢架论文; 《建筑学研究前沿》2019年3期论文;