高瓦斯隧道施工工艺工法.docx

1、高瓦斯隧道施工工艺工法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

2、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。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

3、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。新鲜风的供给必须 24小时不间断，并设置“风电闭锁装置”。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

4、控制系统传递指令， 加强 通风。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。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

5、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2008105号)、铁 路隧道风险评估与管理暂行规定(铁建设2007200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)。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

6、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 3mVmin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：通钻孔抽排释放瓦通 风浓度大于%浓度小测瓦斯浓度浓度小于%初期支护二次衬砌图1高瓦斯隧道施工工艺流程图操作要点621开挖1采用台阶法开

7、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 130ms3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

8、，爆破人员方可工作，除瓦检 人员外的其他人员均撤离工作面， 设立警戒人员。线路所有连接接头应相互扭紧，明线部分应包覆 绝缘层并悬空。2） 母线与电缆、电线、信号线应分别挂在巷道的两侧，若必须在同一侧时，母线必须挂在电 缆下方，并应保持0.3m以上的间距。3） 母线应采用具有良好绝缘性和柔软性的铜芯电缆，并随用随挂，严禁将其固定。母线长度 必须大于规定的爆破安全距离。4） 必须采用绝缘母线单回路爆破，装药炮眼不响时，放炮员必须先取钥匙，再将放炮母线摘 下扭线短路，至少等15分钟，方可严线检查原因。5） 严禁将瞬发电雷管与毫秒电雷管在同一串联网路中使用。6） 爆破只许采用矿用防爆型起爆器，并定期检

9、查保养。5严格执行“一炮三检制”、“三人连锁爆破制”。6.2.2探测瓦斯1成立超前地质预测预报小组当瓦斯隧道比较集中或一座瓦斯隧道分别由进出口相向掘进时 ，宜成立一个超前地质预报小组，小组至少配置1名熟悉物探和钻探的地质工程师，1名钻机熟练操作工2根据瓦斯隧道地质分级表，开挖前以每 100m次的频率采用TSP203长距离预报开挖掌子面 前方地质状况，前后两次搭接10m探测后结合工程地质法对前方地质情况进行判释；再采用超前 深孔钻孔每30m/次，布置3孔，探测并验证前方地质状况，每次搭接 5m每孔探测时应测量钻孔 瓦斯每分钟涌出量，瓦斯压力。6.2.3瓦斯判定根据超前预测预报的资料， 对待开挖段

10、进行风险评估。根据瓦斯涌出量、浓度和瓦斯压力， 判 释其是否为高瓦斯隧道或高瓦斯工区。当瓦斯涌出量 o.5m3/min为高瓦斯隧道或工区，反之则为 低瓦斯隧道或工区。6.2.4安装防爆电器设施1高瓦斯隧道采用公用电网和自备发电站双电源供电 , 自备发电站安装备用电源自动切换装 置, 公用电网停电时自备发电机自动供电，保证通风机、瓦斯监测系统、洞内照明设备的供电和正 常运转。2按“三专”专用防爆变压器、 专用开关、专用供电线路， “两闭锁”瓦电闭锁 （瓦 斯浓度超标时与供电的闭锁） 、风电闭锁（局部通风与供电的闭锁） 布设洞内配电设备及照明电器。3洞内配电设备及照明电器全部采用防爆型 , 低压配

11、电箱必须具有断相、 短路、漏电和接地保 护功能。4采用不延燃橡套电缆布置洞内高、低压电缆，各种电缆的分支连接必须使用与电缆配套的 防爆连接器、接线盒，移动式或手持式电气设备的电缆采用专用不延燃电缆。5隧道内高压电网的单相接地按电容电流小于 20A施工，禁止高压馈电线路单相接地运行， 隧道内各种机电设备和作业机械严禁接地，作业机械严禁带电检修。6.2.5机械设备防爆改装1对洞内施工的工程机械的柴油机的“冷却方式、启动方式”进行防爆改装。2对防爆柴机在使用过程中可能受到撞击的部位采用轻金属制造成的，在其外设置喷涂保护 层，或设置钢质罩壳保护。3在柴油机的进气系统前设置阻火器， 即在空气滤清器后端设

12、置阻火器空气关断阀。 在柴油机 的排气设置水洗箱及阻火器， 水洗箱安装在阻火器前， 以使防爆柴油机废气排出前通过水洗箱， 消 除火星。4改装柴油机，使其具有声光报警功能，当排气温度高于 70C，表面温度高于150C,冷却水 温度高于95C或厂家设计值，废气处理箱缺水，润滑油压力、液压油压力、压缩空气压力低予最 低压力，超过最高转速时自动报警。6.2.6通风1瓦斯隧道通风设计参数的选择瓦斯隧道通风设计， 除按普通隧道通风设计考虑 “洞内同一时间所有作业人员消耗新鲜风空气 需风量、 洞内所有内燃机械工作消耗新鲜风所需风量、 稀释爆破作业所生产有害气体所需风量、 保 持洞内作业环境适宜的温度所需风速

13、外” ，还应特别计入 “稀释瓦斯降低瓦斯浓度所需风量和确保 洞内回风风速V1m/S所需风量”，来综合比较进行设计。2选择通风方式1） 对于单线隧道，隧道开挖面积小于64吊,当隧道施工的长度v 1200胡寸，可采用压入式通风； 当隧道施工的长度1200m时，宜采用混合式通风。2） 当单线隧道设计有平导或双线隧道施工，可采用巷道式通风。3通风系统的布置1） 在瓦斯隧道配置双风机双管路，风机安装在洞口外，距洞口距离不小于 20m其中风机为防爆风机，通风管道为阻燃抗静电风管。其中在开挖掌子面50m范围内设置可移动式通风管道，确 保在开挖或超前预报作业时风管距掌子面距离不大于 5m,爆破作业时，将风管快

14、速撤至掌子面 50m以外。2） 在洞内综合洞室、台车前、断面变化处设置防爆局扇排除瓦斯， 对局扇实行风电闭锁措施。 在拱顶坍腔处，采取在高压风管上接出分支管，设置喷嘴射风排除积聚瓦斯。3） 当采用巷道式通风时，应在横洞处设置防爆射流风机导流，在横通道对应位置设置导风过 渡段。4） 在隧道洞口衬砌砼上设置风速传感器， 通过通信光缆与洞口瓦斯监测中心室的 KJ90监测系 统连接。4成立专门通风管理小组 , 负责通风管理。1） 专门通风管理小组由组长、洞内通风管道维护班、风机操作司机和维护人员组成。2） 其中组长宜由作业队副队长担任，通风管道维护班除根据开挖掘进进度及钻爆作业进程安 装拆除通风管道外

15、，还应随时巡视通风管道的破损情况，用风速仪、风压计测风速、风压，确保通 风管道顺直和完好率，及漏风率不大于 2%洞内回风速度不小于0.5m/s，并作好记录。3） 风机操作司机和维护人员，应随时检视风机运行状况，搞好风机的日常保养维护，确保工 作风机 24小时不间断动转，备用风机能在工作风机发生故障后随时启用，并按要求填好风机运转 记录。4） 小组组长应定期（一般为 1 周）组织技术员、安全员进行测风工作及风电闭锁测试，分析 总结 1 周通风过程中出现的问题， 并制定整改措施； 根据开挖进度， 确定是否调整通风方式及动态 增加通风设备。6.2.7瓦斯检测与监测高瓦斯隧道瓦斯浓度测量， 采用“人工

16、检测和远程自动监测”相结合的方式，人工检测与远程 监测互相校核，以人工移动方式检测弥补远程监控系统自动监测部位固定的局限。1 成立专门的瓦斯检测组一座隧道多口掘进时， 每个口必须成立一个专门的瓦斯检测组， 检测组下设专职洞内移动式瓦 斯检测班和专职洞口远程监控系统管理班。 专职洞内移动式瓦斯检测班每口配置 3 人，专职洞口远 程监控系统管理班配置 2 人，洞内检测和洞口远程监控均 24 小时不间断进行。2设备配置1） 人工检测，专职瓦斯检测班，配置CJG10型光干涉式瓦检仪和AZG-2000便携式瓦斯检测报 警仪检测瓦斯。2） 洞口瓦斯监测室，配置 KJ90瓦斯自动监控系统，通过安装在洞内的瓦

17、斯传感器， CO浓度 传感器和风速传感器监测瓦斯浓度。KJ90瓦斯自动检测系统由高低浓度瓦斯传感器、温度传感器、 风速传感器、洞内分站、远程断电仪、瓦斯风电闭锁装置、主控计算机、备用计算机、专用阻燃电 缆、防雷设施组成。3瓦斯检测部位和频率1 ）瓦斯人工检测实行三班倒 24 小时连续检测，连续检测开挖掌子面、模板台车、横通道、各 类洞室、断面变化等瓦斯易积聚部位；掌子面一般检测 5 点，即拱顶、左右侧拱腰，左右侧拱脚。 一般情况下，检测 1 次/ 小时，当瓦斯浓度超过 %后, 应检测 1 次/ 1 5min 。2） 瓦斯自动远程监测实行24小时连续监测，传感器布置在距掌子面 5.0m的拱顶，开

18、挖平台 的上部，二衬台车的上部。3） 严格执行“爆破工、工班长、瓦斯检查员”在场的“一炮三检制”和“三人联锁爆破制”， 并及时将检测报表报经理部安质部及总工程师审阅。4瓦斯检测仪器的校验及频率1） 瓦斯传感器、CO浓度传感器、风速传感器，每10天自检1次，每6个月检定1次。2） 光干涉式瓦检仪、便携式瓦检仪，每 1 周自检 1 次，每 6 个月检定 1 次。3） KJ90瓦斯自动监控系统，每10天自检1次，每6个月检定1次。5定期公示和反馈瓦斯检测浓度1）瓦检员每次检测后，必须将检测结果及时告知工作面带班工班长，形成的检测报告，必须 有工作面工班长或带班人员签认， 若无签认的记录， 一律视为无

19、效记录，并追究瓦检员责任。 瓦斯 检查必须满足“三对口”的制度，即“隧道检查地点的记录板、瓦斯检查员随身携带的检查手册和 瓦斯台帐（或调度日志）”三者上面填记的有关情况和数据要完全一致，而不能出现矛盾、不符或 遗漏。2）在每座瓦斯隧道的洞口设置一个瓦斯人工动态检测公示牌，每小时公布洞内各检测部位的 瓦斯浓度情况。当瓦斯浓度超标时，现场应立即按照规定启动应急预案。628抽排释放瓦斯1瓦斯抽放的临界条件当掌子面瓦斯涌出量 3mVmin,对于全隧绝对瓦斯涌出量大于或等于 40mVmin,应抽放瓦斯。2卸压钻孔抽放1） 在卸压钻孔抽放时，隧道开挖方式宜采用短台阶，每隔 1015m,在左侧或右侧将开挖断

20、 面加宽，加宽段横向宽 35.0m，纵向长5.0m。2） 在每个加宽段内采用钻机钻孔 12个，孔径4560mm孔深515.0m。3） 预埋瓦斯抽放封孔器，钻孔钻至设计深度后，在抽放管外卷缠聚氨酯等发泡聚合材料药液 进入钻孔将钻孔密封，钻孔孔口采用锚固剂固定。4、连接抽放管路抽放瓦斯。6.2.9初期支护爆破出碴完成后，立即对新开挖面采用 48cm厚抗渗砼初喷封闭以减少瓦斯溢出量；然后按 设计及时施作锚杆+钢筋网+钢架+复喷砼的初期支护，及时使初期支护封闭成环。喷射混凝土宜掺 用气密剂，透气系数不应大于10-11cm/s。二次衬砌1在衬砌外拱墙范围设置环向盲沟，两侧边墙各设一条纵向盲沟。环向盲沟接

21、至纵向盲沟，纵 向盲沟加设水气分离装置，将瓦斯通过排气管引至洞口排出，地下水通过横向水管引入侧沟。2喷射砼与二衬砼间设置全环瓦斯隔离板，其接缝均与隧道“纵向、横向施工缝和沉降缝”错 开；并在二衬砼外紧贴防水板埋设背贴式止水带， 在二衬砼中间埋设中埋式止水带， 纵向施工缝设 中埋式止水带。3采用模板台车施工二衬砼，砼采用耐腐蚀砼。7劳动力组织高瓦斯隧道涉及到的工序主要有电器及机械设备防爆改装，超前预报、通风、瓦斯检测、 抽放瓦斯、开挖、初期支护、砼施工等，劳动力配置如下表：表1主要工序作业劳动组织表序号工作项目工种人数1电气设备改装及维护电气工程师1电工32机械设备改装机械工程师1机械工23瓦斯

22、检测瓦检员64通风通风工65物探地质工程师1钻探钻机司机4 :其他工序作业劳动力配置按普通隧道施工配置8主要机具设备主要施工机具见表6:表2主要施工机具表序 号作业名称规格型号单位数 量备注1物探TSP预报系统TSP-203套1长距离物探2钻探全液压钻机MKD-5S套1深孔钻探凿岩机YT-28台5浅孔钻探3瓦斯监测自动监控系 统KJ90套1光干涉式瓦 斯检测仪CJG10台10便携式瓦检 仪AZG-2000台10CO传感器KG9201台瓦斯传感器KG9701型台10风速传感器GFW-1饉台54通风轴流式通风 机SDF(C)-NO13台2132KWA 2射流式通风 机37kw台2局扇K45台6通风

23、筒 120cmm2000阻燃、抗静电可移动式支 架自制m50用于距悬挂掌子面50m范围内可收缩 式风筒5人员进出 洞监控感应式IC智 能卡管理系 统套16通信矿用电话KTH-H门27照明和电 力防爆低压变 压器36v,20Kw台2防爆咼压变 压器250KVA台1防爆照明灯KBB-60/127V只150防爆射灯DGS-60/127V只3防爆电缆MY3*25m20001WV防爆电缆MY3*35+1*16m2000照明总电缆380V防爆电缆MY3*50+1*16m400扒碴机、输送泵防爆电缆MY3*70+1*25m2000动力380V（主电缆）防爆电缆:MY3*16+1*10m2000 动力380V

24、 J防爆电缆P MY2*+1*10m1000照明灯8开挖风钻YT-28台40钻孔自卸车15T台6防爆改装挖掘机PC220台1防爆改装装载机WA380台1防爆改装9初期支护钢筋切断机GQ40-F台1钢筋（型钢）加工钢筋弯曲机GW40-1台1电焊机BX-300台4钢筋冷弯机台1台式钻床24025台2混凝土喷射 机TK-500F台2初期支护混凝土搅拌 机JS500台210二次衬砌整体钢模台 车9m/台套1二次衬砌混凝土施工混凝土泵套1混凝土罐车SX3255BM324台3搅拌站50nn/min ,JS750台2发电机320KW台111量测及测量仪器防爆全站仪R-322NXm台1防爆对讲机KENWOOD

25、3 06台3精密水准仪DP3000台1水准仪NL24A台2收敛计JSS30A台19瓦工监 制 易出 问题斯施测控现的9.1.1瓦斯检测仪和瓦斯自动监测系统由于自检和校正不及时所测数据失真； 爆破后，自动监测系统受爆破震动影响，有时会自动归零，导致记录数据失真。9.1.2人工使用光干涉式瓦检仪测量前，未认真换气或换气不彻底，导致所测数据不准确，误 导施工管理和作业人员；换气地点温度、 气压与检测地点不相当，相差较大，导致所测数据准确性差。9.1.3瓦斯检测员未按照瓦斯检查计划图表的要求逐点检查，导致漏检，存在不安全隐患。保证措施9.2.1定期自检和聘请第三方检测机构校正仪器； 人工每班检测应米用

26、两台或两台以上光干涉 式瓦检仪测量，以便校核，每班爆破检测数据后，及时将人工检测数据与自动监测系统所测数据进 行比较，不符时及时校核。9.2.2每次人工检测前， 必须在隧道内找一处空气相对新鲜， 气温、气压与待测点相当的地方 彻底换气。9.2.3严格要求专职瓦检员必须按照瓦斯检查计划图表的要求逐点检查， 隧道安全员、 领工员 及作业队负责人要定期或不定期进行抽查，对责任心不强或缺失的人员要及时更换。10. 安全措施主要安全风险分析10.1.1高瓦斯隧道主要安全风险是瓦斯燃烧、瓦斯爆炸和瓦斯突出，极易引发重大事故或特 别重大事故，造成作业人员群体伤亡和巨大的财产损失。保证措施10.2.1严格按照

27、“早预报、适排放、勤监测、禁火源、强通风、控浓度”的原则施工。10.2.2对瓦斯隧道施工的所有人员进行强化培训，并做到全员培训，持证上岗。10.2.3所有进洞作业机械设备和洞内电气设备必须进行隔爆处理或采用防爆设施、设备。10.2.4杜绝火源进洞，严格两级进洞（进入高瓦斯作业区、进入高瓦隧道两级 ）准入安全检查， 切实实行封闭式管理，严禁将易燃、 易爆、易产生火花和静电的物品携带入洞。由于洞内特殊作业 需要，确实要使用明火作业的工序，必须执行“动火使用”制度，严格申请审批手续办理，对不执 行制度的人和事要按照“四不放过”原则即犯即纠、一查倒底，严肃处理。10.2.5严格执行动火管理制度，确实需

28、要动火作业的，必须先检测洞内作业面瓦斯浓度， 当瓦斯浓度小于 %，可填写动火作业申请表，由主管生产的副经理批准后方可动火作业。动火作业 时，瓦斯检测人员必须全程跟踪检测瓦斯浓度， 直到作业完成作业部位温度恢复至洞内正常温度后 停止。10.2.6严格执行通风管理制度，瓦斯隧道施工应连续通风，无故不得随意停风，如需停 风，必须严格按照停风报批制度执行； 通风系统的所有运转情况， 必须建立运行管理档案。通风设 施安装完正常动转后，每 10天进行 1 次全面测风；对掌子面和其他用风地点根据需要进行测风， 每次测风结果做好记录并写在测风地点的记录牌上。10.2.7切实将超前预测预报纳入工序管理，做到“不

29、探不挖、不明不挖”。10.2.8严格执行瓦斯检测监控管理制度，按规定频次检测瓦斯和监控瓦斯，执行瓦检测 签认和交接班签认制度并及时填写公示牌，遇瓦斯异常及时启动应急预案和逐级上报。10.2.9成立应急抢险小组，做到方案到位、措施到位、物资供应到位和人员到位的“四位一 体”综合应急预案，并对应急预案进行定期演练。11 环保措施高瓦斯隧道施工， 24 小时不间断通风的通风机产生的噪声，是造成环境污染的主要因素，对人体健康和工作效率都有不同程度的影响。 用消声材料 （ 隔声墙、隔声值班室等 ）将发声体与周围环境隔开。 在通风机上安装消声装置，消除或减弱噪声的传播。12 应用实例 工程简介由中铁一局集团第五工程有限公司施工的图山寺隧道位于四川省南充市万家乡及老君镇境内， 隧道设计为单线隧道，设计行车速度为 160Km/h,全长3216米，最大埋深160m为施工通风，分别在进口线路右侧及出口线路左侧各设置 800m长平导一座。隧道穿过两套地层，分别为第四系土层和侏罗系泥岩夹砂岩，围岩基本分别为M、W、V级。地下水不发育，主要有第四系孔隙水和基 岩裂隙水。不良地质主要为高浓度瓦斯，隧道深孔天然气测试结果显示，单孔天然气最高浓度 9500ppm计算隧道天然气含量6087m3，瓦斯压力，天然气绝对涌出量 3.03 m3/min。施工中揭