金家岩隧道低瓦斯段专项施工方案 推荐.docx

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金家岩隧道低瓦斯段专项施工方案推荐

新建铁路西安至成都线XCZQ-4标段

金家岩隧道低瓦斯区专项施工方案

1.工程概况

1.1.工程简介

金家岩隧道位于四川省江油市二郎庙境内。

起始里程DK449+901～DK461+930，全长12029m，为本标段第一长隧道，也是本标段重难点工程。

其中Ⅲ级围岩4960m，为总长的41.2％，Ⅳ级围岩2230.779m，为总长的44.4％，Ⅴ级围岩1697m，为总长的14.14％，洞口明挖段32m，为总长的0.26％。

全隧通过的地段以泥岩夹砂岩为主，单斜构造，地层岩性及地质构造相对单一，围岩整体状况较差，地下水发育程度一般，线路走向基本与岩层走向一致，右侧岩体顺层。

隧道设计了2个斜井和一个横洞，1#斜井全长221m,纵坡7%，2#斜井全长634m，纵坡10%，横洞全长260m，纵坡4.34%。

本隧道各作业面任务划分：

进口承担2299m，1#斜井承担2000m，2#斜井承担2000m，横洞西安端承担2150m，成都端承担1990m，出口段岩层全段均为Ⅳ、Ⅴ级围岩，承担1590m的施工任务。

本隧按双线隧道设计，左右线间距4.6m，设计为4.6‰、6‰、-3‰的人字坡，全隧除D4K459+749.541~D4K460+724.777段位于半径R=12000m的右偏曲线上，D4K461+368.986~D4K461+930段位于半径R=10000m的左偏曲线上外，其余地段均为直线。

1.2.建设项目所在地区特征

1.2.1.地形地貌

隧区属构造侵蚀，风化剥蚀中低山区地貌，山岭成北东向展布，在面高程760~1025m，相对高差265m，自然山坡坡度25°~60°，砂岩和砾岩部分形成80~100m高的陡崖。

覆土层较薄，基岩多裸露，多生长灌木，植被发育良好，平缓地多辟为旱地，绵广高速公路位于线路右侧200~600m附近，沿线路两侧村庄民房零星分布，隧道进出口交通条件较差。

1.2.2.气象特征

属北亚热带湿润季风气候，气候湿润温和，雨量充沛，具有春早、夏长、秋短、冬温，四季分明，雨热同季的特点。

6～9月为雨季。

1.2.3.工程地质及水文地质

1.2.3.1地层岩性

隧区上覆第四系全新统坡洪积（）粉质黏土、块石土及坡残积（）粉质黏土等；下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组上段（）和下段（）泥岩夹砂岩，另本段含油砂岩；施工可能遇瓦斯等有害气体。

1.2.3.2地质构造

隧区位于四川龙门山北东向褶皱带之东翼与四川盆地边缘弧形构造带交界处，龙门山褶皱带的褶皱发育，断裂密布，岩层多陡顷、直立或倒转，地质构造复杂，南东侧四川盆地边缘弧形构造带则表现为舒缓宽展的褶皱，断层较少，构造简单。

隧段属单斜构造，层理产状较稳定，岩层产状N47~58°E/38~50°SE，受区域构造影响，节理裂隙发育，节理多为闭合或微张型，延伸较远，主要发育两组节理：

（1）N35~62°E/37~69°NW、

（2）N27~47°W/55~82°NE。

泥岩风化节理发育，主要发育于地表浅部。

1.2.3.3地震动参数

根据1/400万《中国地震动参数区划图》（GB18306～2001），测区内地震动峰值加速度为0.15g。

地震动反应谱特征周期为0.4s。

1.2.3.4水文地质

（1）地表水

隧区地表水为山间冲沟季节性沟水，沟水受大气降雨补给，流量季节性变化较大，雨季降雨集中，地表径流突出，旱季流量很小。

（2）地下水

地下水主要为基岩裂隙水，基岩为泥岩夹砂岩，构造裂隙发育，泥岩中多呈充填闭合状，基岩裂隙水总体含量不大。

泥岩地下水含量微弱，砂岩储水条件较好，地下水含量相对丰富，由于泥岩为相对隔水层，砂岩层地下水局会形成承压水。

浅部含少量风化裂隙潜水，主要受大气降雨补给。

（3）水化学特性

水质属-或-型水，在环境作用类别为化学侵蚀环境、氯盐环境时，水中、PH、侵蚀性、对混凝土无侵蚀作用。

（4）隧道涌水量

隧道正常涌水量5283m3/d,雨季最大涌水量7924m3/d。

1.2.3.5不良地质和特殊岩土

隧区不良地质为顺层、有害气体、油砂岩、危岩落石等。

金家岩隧道地层为泥岩夹砂岩，线路走向与岩层夹角小于10°，横断层视倾角38°～48°，岩层倾向线路左侧。

DK449+883～DK450+010、DK451+890～DK452+040、DK460+290～DK460+450，D4K460+720～D4K461+934段埋深小于50m，右侧存在顺层偏压，与此同时隧道进、出口段路基右侧亦存在偏压。

隧区位于川西北油田边缘，深层天然气蕴藏量大，可能受油气浸蚀严重，属低瓦斯和可能原油浸蚀隧道。

隧道进出口坡面陡峭，软硬岩相间分布，加之构造节理裂隙切割，差异分化易形成危岩。

2.瓦斯的特性及危害性

本隧道有害气体主要是原油伴生天然气，蕴藏在地下多孔隙岩层中，比重约0.65，比空气轻，具有无色、无味、无毒之特性，易积聚在坑道顶部，渗透性高，扩散速度大，约为空气的1.6倍，容易透过裂隙发达，结构松散的岩石。

其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体。

2.1.瓦斯的特性

2.1.1.爆炸性

瓦斯本身是不会自燃和爆炸的，但当和空气（氧气）以一定比例混合均匀并达到一定浓度后，遇到火源，才会燃烧和发生爆炸。

2.1.2.渗透性

瓦斯的渗透性极高，扩散速度快，其扩散性较空气高1.6倍，容易透过裂隙发达、结构松散的岩石或煤层，渗透到隧道开挖空间里。

2.1.3.不稳定性

瓦斯在煤体和围岩中以游离状态和吸着状态存在。

两种状态的瓦斯是处在不断变化的动平衡中，当温度、压力等外界条件变化时，平衡就被打破。

压力升高温度降低时，部分瓦斯将由游离状态转化为吸着状态，反之，压力降温度升时，又会有部分瓦斯由吸着状态转化为游离状态。

2.1.4.窒息性

瓦斯是无毒、无色、无味的，但不适合呼吸。

瓦斯浓度升高，空气中氧气浓度急剧下降，会引起人员窒息。

煤矿许多瓦斯伤亡事故中，有很大部分是瓦斯窒息造成的。

2.2.瓦斯爆炸的必要条件

瓦斯爆炸必须具备三个条件：

一定的瓦斯浓度，一定温度的引火源和足够的氧气。

2.2.1.瓦斯浓度

瓦斯爆炸是有一定的浓度范围的，在新鲜空气中，当甲烷浓度低于5%界限时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层；浓度高于16%界限时，在遇火源时不爆炸也不燃烧。

一般情况下，瓦斯在空气中的浓度为5%～16%时，才可能发生爆炸。

当然，瓦斯的爆炸界限不是固定不变的。

当瓦斯中混入某些可燃性气体时，不仅增加了爆炸性气体的总浓度，而且会使瓦斯爆炸的下限降低。

当隧道（或矿井）空气中含有煤尘时，也会使瓦斯的爆炸下限降低，增加爆炸的危险性。

此外，瓦斯混合气体的初温越高，爆炸界限就越大。

所以，当隧道（矿井）发生火灾时，高温会使原来不具备爆炸条件的瓦斯发生爆炸。

但如有惰性气体混入，可在一定程度上降低瓦斯爆炸的危险性。

少量加入惰性气体可缩小瓦斯爆炸界限，多量加入甚至能使瓦斯混合气体失去爆炸性。

2.2.2.引火源

瓦斯爆炸的第二个必要条件是高温火源的存在。

一般，瓦斯的引火温度为650～750℃左右。

明火、煤炭自燃、电气火花、炽热的安全灯网罩、吸烟、甚至撞击或摩擦产生的火花等，都足以引燃瓦斯。

不同浓度的瓦斯引火温度不同，高温也可能引燃低浓度的瓦斯。

由于瓦斯的热容量很大（约空气的2.5倍），当其遇火后并不立即发生反应，需要迟延一个很短的时间后才能燃烧和爆炸，这种现象称为延迟引火现象。

其延迟引火的时间称为感应期，这种现象对隧道（矿井）的安全生产有着重要作用。

在使用安全炸药进行爆破时，即使爆温能高达2000℃左右，但由于爆焰存在的时间极短（通常仅为千分之几秒），也不致将附近的瓦斯引爆。

2.2.3.足够的氧气

大量实验证明，当含瓦斯的混合气体中氧浓度降低时，瓦斯的爆炸界限随之缩小，当氧浓度低于12%时，瓦斯混合气体即失去爆炸性，即使遇到明火也不会发生爆炸。

2.3.瓦斯隧道分类

瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种，瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。

瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区共四类。

低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出量进行判定。

当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m3/min时，为低瓦斯工区:

大于或等于0.5m3/min时，为高瓦斯工区。

瓦斯隧道只要有一处有突出危险，该处所在的工区即为瓦斯突出工区。

高、低瓦斯隧道分类是相对的，低瓦斯隧道若通风效果不好，瓦斯聚集后也会形成高瓦斯，高瓦斯隧道加强通风后亦能变成低瓦斯隧道。

瓦斯隧道施工，关键在于加强通风、监测、超前地质预报及控制爆破等工序。

3.瓦斯隧道施工方案

3.1.总体施工方案

1）隧道通风采用压入式通风,瓦斯检测采用人工检测,隧道施工采用新奥法施工，人工风钻打眼，矿用炸药、煤矿许用电雷管起爆，光面爆破，超前小导管和喷射砼支护，台阶法开挖，砼在洞外集中拌和，砼运输车运输，泵送入模。

2）隧道开挖后立即施作初期支护，及时进行仰拱施工，尽快完成二次衬砌，及早封闭，减少瓦斯溢出量。

遵循短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌的原则稳步前进。

3）隧道通风采用压入式通风，掌子面至模板台车地段的死角、塌腔等部位设置移动式局扇（采用轴流风机）配合软风管供风，以增加瓦斯易聚地段的风速，将积聚的瓦斯吹出，防止瓦斯积聚。

辅助坑道与正洞交叉洞安装2台110KW射流风机（1台备用），所有掘进工作面的局部扇风机都须装设三专（专用变压器、专用开关、专用线路）、一闭锁（风、电）设施，保证局扇、风机可靠运转。

4）施工模式的选择

结合本工程特点，采取瓦斯浓度限值防爆施工模式组织施工。

（1）瓦斯浓度限值

参考和借鉴同类隧道施工方法，拟定以下四种施工状态：

①、瓦斯浓度＜0.25%为正常作业状态，在此限值内宜采用通用设备。

②、瓦斯浓度在0.25%～0.5%时为防爆作业状态，在此限值内宜采用“矿用一般型”设备。

③、瓦斯浓度在0.5%～1.0%时为警戒防爆作业状态，在此限值内郭应选用“矿用防爆型”设备。

④、当瓦斯浓度在1.0%～1.5%时为警戒防爆监视作业状态，在此限值内郭应选用“矿用防爆型”设备。

指挥员和瓦斯检测安全员必须在现场随时进行监督测，以掌握瓦斯变化状态，及时报警并进行处理。

金家岩隧道设计为低瓦斯隧道，拟采用通用施工机械设备，减少投资和提高施工效率。

3.2瓦斯监测方案

3.2.1.瓦斯监测方法

金家岩隧道采用人工现场监测，实行装药前，放炮前，爆破后人工进行瓦斯检查（即一炮三检查）。

使得开挖过程中监测瓦斯浓度做到不间断，对隧道范围进行24小时全天候监控。

（1）瓦斯压力的测定

采用在掘进工作面打孔测压，用直径6—8mm的紫铜管作为测压导孔，连接精度1.5级以上的压力表，封孔后，测取瓦斯压力值。

（2）瓦斯含量的测定

测定隧道内空气中游离瓦斯和吸附瓦斯的总和。

测试分为固定点测定和巡回测定，组成瓦斯监测系统。

（3）测定仪器

使用瓦斯报警定点悬挂装置及手持仪表洞内巡回监测仪器进行人工监测。

在隧道的掘进工作面和回风地段分别安设瓦斯遥测报警断电仪，当测试点的瓦斯浓度达到控制的允许浓度时，切断电源并发出声响和灯光报警。

瓦斯检查员配备手持式瓦斯检测仪，进行巡回检查。

每工作面各配备3台JCB-2型甲烷测定报警器，用于洞内巡回检测；配备3台GWJ-IA型光干涉型甲烷测定器，该装置不但能测甲烷，还能测出二氧化碳浓度。

普通型携带测量仪表只准在瓦斯劳动保护浓度1%以下地点使用。

（4）瓦斯监测的时间安排

①工作面的瓦斯监测连续进行，回风道的瓦斯监测每班监测两次，装药前，放炮前，爆破后由瓦斯专职监测人员进行监测（即一炮三检制度）。

②低瓦斯工区每班不少于2次，瓦斯突出危险地段或瓦斯涌出量大、变化异常地段，应设专人观测。

③长期停工后复工作业面、处理塌方的工作面，作业前必须先检查瓦斯浓度。

（5）瓦斯监测人员培训