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复杂地质条件
高瓦斯隧道施工工法
1.前言
1.1工程概况
重庆市肖家坡隧道，左线起讫桩号为ZK51+386～ZK54+105，全长2719米，右线起讫桩号分别为YK51+400～YK54+130，全长2730米。隧道最大埋深约460m。隧道穿越地层重要为志留系上统罗惹坪群第二段、第一段和志留系上统龙马溪群第二段，以粉砂岩、页岩、砂质页岩互层、水云母页岩为主。设计为无瓦斯隧道。
1.2工法形成通过
12月，肖家坡隧道右线初次在YK53+690处测得瓦斯浓度为0.35%。从12月8日到12月，在每次掘进放炮后，均对隧道右线内瓦斯进行测定，这期间测得掘进工作面附近瓦斯浓度维持在0.26～0.36%之间，肖家坡隧道右线YK53+622位置最大绝对瓦斯涌出量为4.69m3/min。随后于9月19日在肖家坡隧道出口左线ZK53＋034处掘进工作面左侧离地3m处钻孔附近浮现不明气体，现场对瓦斯浓度进行了测定，孔口瓦斯浓度8.2%、拱顶0.16%、下部0.12～0.13%。依照已开挖进隧道实际瓦斯涌出状况和对未开挖段隧道瓦斯涌出量分析，将肖家坡隧道定为高瓦斯隧道。在高瓦斯隧道施工中，如何有效防止和采用必要办法，防止瓦斯安全生产事故发生，咱们通过重复研究，从超前地质预报、钻爆、出渣及运送、支护、衬砌、防排水、风水电等各道工序上针对瓦斯特性，通过对肖家坡高瓦斯隧道施工工程实践，经总结形成了本工法。
2.工法特点
1、超前预报与地质工作相结合，提前探明瓦斯成因及规模，进行瓦斯突出性预测，采用防治瓦斯突出办法，有效减少开挖爆破时瓦斯安全生产事故风险。
2、控制隧道内及工作面瓦斯浓度是防止瓦斯爆炸核心。通过瓦斯检测预警系统与合理通风设计，在施工中每个环节都必要保证有强大通风量与风速，将瓦斯浓度控制在0.5﹪如下，有效地减少隧道内瓦斯浓度，保证施工安全。
3、采用新型防水板、气密性混凝土、水玻璃、水气分离装置、防爆机械等新材料新设备保证施工和营运期间安全。
4、隧道开挖后及早地对围岩（含掌子面）进行封闭支护，以及采用径向预注浆办法可以防止围岩中释压节理、岩层层理或者构造构造面在开挖松驰后互相贯通，切断瓦斯运移通道，避免了瓦斯灾害突涌。
5、健全有效安全管理制度是高瓦斯隧道施工重要制度保障。
3.合用范畴
合用于穿越地层中赋存有石油和油气共生地段以及浅层地表天然气贯通等外源性高瓦斯隧道施工。
4．工艺原理
针对外源性高瓦斯隧道施工特点，采用超前预报与地质工作相结合，提前探明瓦斯成因及规模，进行瓦斯突出性预测，采用光干涉甲烷检定仪、便携式甲烷检测报警仪、瓦斯自动监控系统对瓦斯实时检测监控。工前教诲培训，每道工序所有采用防爆型，禁止火源进入隧道，采用径向注浆切断瓦斯运移通道，开挖后及时采用气密性混凝土进行支护和衬砌，这些办法有效地规避了高瓦斯隧道突涌灾害风险，避免了人员伤亡和财产损失，保证了施工和运营安全。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1高瓦斯隧道施工工艺流程
图5.1-1高瓦斯隧道施工工艺流程图
5.2高瓦斯隧道施工工法操作要点
5.2.1超前地质钻孔
为精确判断前方地质状况和瓦斯浓度，对隧道施行5个持续超前探孔。钻孔采用ZK-150地质钻机，配有φ75和φ89两种钻头，通过取芯可精确判断掌子面地质状况。通过测定钻孔内瓦斯浓度和瓦斯压力以及鉴定前方裂隙带地质状况拟定爆破方案。
5.2.1-1钻孔布置图
5.2.2瓦斯测定
在掌子面设立两个光干涉甲烷检定仪探头对隧道内瓦斯进行24小时不间断监测。1号探头距掌子面10m，2号探头距掌子面20m，每次进尺放炮后，对隧道内瓦斯浓度进行测定，对检测数据进行整顿分析。检测办法和需要进行气样分析如下表。
表5.2.2-1瓦斯监控系统检测
探头
编号
瓦斯浓度（﹪）
第一种循环放炮后
第二个循环放炮后
第三个循环放炮后
1＃
(瓦斯浓度数据)
(瓦斯浓度数据)
(瓦斯浓度数据)
2＃
(瓦斯浓度数据)
(瓦斯浓度数据)
(瓦斯浓度数据)
表5.2.2
组份
体积比例（%）
氧气O2
（所占比例）
氮气N2
（所占比例）
甲烷CH4
（所占比例）
一氧化碳CO
（所占比例）
二氧化碳CO2
（所占比例）
乙烷C2H6
（所占比例）
乙炔
（所占比例）
乙烯
（所占比例）
依照所检测分析得出瓦斯浓度数据，得出肖家坡隧道最大瓦斯浓度值C=0.18%。
依照孔口瓦斯浓度可以算出瓦斯涌出量。其详细计算过程如下：
现场实测隧道平均风速：v=0.53m/s
隧道风量：q＝v×s×t=0.53×82×60＝2607.6m3
S—隧道开挖断面积；
t—通风时间；
最大瓦斯涌出量：Q=q×C＝2607.6×0.18﹪＝4.69m
Q—隧道瓦斯绝对涌出量，m3/min；
q—隧道进风量，m3/min
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