在溶洞施工中遇到瓦斯地层，对其的处理措施

瓦斯是地下坑道内有害气体的总称,其成分以沼气甲烷为主,一般习惯即称沼气为瓦斯;

当溶洞隧道穿过煤层、油页岩或含沥青等岩层,或从其附近通过而围岩破碎、节理发育时,可能会遇到瓦斯;如果洞内空气中瓦斯浓度己达到爆炸限度与火源接触,就会引起爆炸,对隧道施工会带来很大的危害和损失;所以,在有瓦斯的地层中修建溶洞隧道,必须采取相应措施,才能安全顺利施工;

一、瓦斯的性质

1瓦斯沼气为无色、无臭、无味的气体,与碳化氢或硫化氢混合在一起，发生类似苹果的香味,由于空气中瓦斯浓度增加,氧气相应减少,很容易使人室息或发生死亡事故;

2瓦斯比重为,仅占空气一半,所以在隧道内,瓦斯容易存在坑道顶部,其扩散速度比空气大倍,很容易透过裂隙发达、结构松散的岩层;

3瓦斯不能自燃,但极易燃烧,其燃烧的火焰颜色,随瓦斯浓度的增大而变淡,空气中含有少量瓦斯时火焰呈兰色,浓度达5%左右时,火焰呈淡青色;

二、瓦斯的燃烧和爆炸性

当坑道中的瓦斯,浓度小于5%遇到火源时，瓦斯只是在火源附近燃烧而不会爆炸;瓦斯浓度在5%~6%到14%~16%时,遇到火源具有爆炸性;瓦斯浓度大于14%~16%时,一般不爆炸,但遇火能平静地燃烧,瓦斯浓度爆炸界限见表;

瓦斯燃烧时,遇到障碍而受压缩,即能转燃烧为爆炸;爆炸时能发生高温,封闭状态的爆炸即容积为常数,温度可达2150℃ ~2650℃,能向四周自由扩张时的爆炸即压力为常数,温度可达1850℃;坑道中发生瓦斯爆炸后,坑道中完全无氧,而充满氮气、二氧化碳及一氧化碳气;这些有害气体很快传布到邻近的坑道和工作面,凡是来不及躲避的人,都会遭到中毒窒息,甚至死亡;瓦斯爆炸时,爆炸波运动造成暴风在前,火焰在后,暴风遇到积存瓦斯,使它先受到压力,然后火焰点燃发生爆炸;第二次瓦斯受到的压力比原来的压力大,因此爆炸后的破坏力也更剧烈;

三、瓦斯放出的类型

从溶洞岩层中放出瓦斯,可分为三种类型:

1瓦斯的渗出:它是缓慢地、均匀地、不停地从煤层或岩层的暴露面的空隙中渗出,延续时间很久,有时带有一种嘶音;

2瓦斯的喷出:比上述渗出强烈,从煤层或岩层裂缝或孔洞中放出,喷出的时间有长有短,通常有较大的响声和压力;

3瓦斯的突出:在短时间内,从煤层或岩层中,突然猛烈地喷出大量瓦斯，喷出的时间,可能从几分钟到几小时,喷出时常有巨大轰响,并夹有煤块或岩石;

以上三种瓦斯放出形式,以第一种放出的瓦斯量为大;

四、防止瓦斯事故的措施

1溶洞隧道穿过瓦斯溢出地段,应预先确定瓦斯探测方法,并制订瓦斯稀释措施、防爆措施和紧急救援措施等;

2溶洞隧道通过瓦斯地区的施工方法,宜采用全断面开挖,因其工序简单、面积大、通风好,随掘进随衬砌,能够很快缩短煤层的瓦斯放出时间和缩小围岩暴露面,有利于排除瓦斯;

上下导坑法开挖,因工序多,岩层暴露的总面积多,成洞时间长,洞内各工序交错分散,易使瓦斯分处积滞浓度不匀;采用这种施工方法,要求工序间距离尽量缩短,尽快衬砌封闭瓦斯地段,并保证混凝土的密实性,以防瓦斯溢出;

1加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的办法;把空气中的瓦斯浓度吹淡到爆炸浓度以下的1/5~1/10,将其排出洞外,有瓦斯的坑道,决不允许用自然通风,必须采用机械通风;通风设备必须防止漏风,并配备备用的通风机，一旦原有通风机发生故障时,备用机械能立即供风;保证工作面空气内的瓦斯浓度在允许限度内;当通风机发生故障或停止运转时,洞内工作人员应撤离到新鲜空气地区,直至通风恢复正常,才准许进入工作面继续工作;

2洞内空气中允许的瓦斯浓度应控制在下述规定以下:①洞内总回风风流中小于%;

②从其他工作面进来的风流中小于%;③掘进工作面2%以下;

④工作面装药爆破前1%以下;

如瓦斯浓度超过上述规定,工作人员必须立即撤到符合规定的地段，并切断电源;

5开挖工作面风流中和电动机附近20m以内风流中瓦斯浓度达到%时，必须停工、停机,撤出人员,切断电源,进行处理;开挖工作面内,局部积聚的瓦斯浓度达到2%时,附近20m内,必须停止工作,切断电源,进行处理;因瓦斯浓度超过规定而切断电源的电气设备,都必须在瓦斯浓度降到1%以下时,方可开动机器;

6瓦斯溶洞隧道必须加强通风,防止瓦斯积聚;由于停电或检修,使主要通风机停止运转,必须有恢复通风、排除瓦斯和送电的安全措施;恢复正常通风后,所有受到停风影响的地段,必须经过监测人员检查,确认无危险后方可恢复工作;所有安装电动机和开关地点的范围内,必须检查瓦斯,符合规定后才可启动机器;局部通风机停止运转,在恢复通风前,亦必须检查瓦斯,符合规定方可开动局部风机,恢复正常通风;

7如开挖进入煤层,瓦斯排放量较大,使用一般的通风手段难以稀释到安全标准时,可使用超前周边全封闭预注浆;在开挖前沿掌子面拱部、边墙、底部轮廓线轴向辐射状布孔注浆,形成一个全封闭截堵瓦斯的帷幕;特别对煤层垂直方向和断层地带进行阻截注浆,其效果会更佳;开挖后要及时进行喷锚支护,并保证其厚度,以免漏气和防止围岩的失稳;

8采用防爆设施

①遵守电器设备及其他设备的保安规则,避免发生电火,瓦斯散发区段,使用防爆安全型的电器设备,洞内运转机械须具有防爆性能,避免运转时发生高温火花;

②凿岩时用湿式钻岩,防止钻头发生火花,洞内操作时,防止金属与坚石撞击、摩擦发生火花;

③爆破作业,使用安全炸药及毫秒电雷管,采用毫秒雷管时,最后一段的延期时间不得超过130ms;爆破电闸应安装在新鲜风流中,并与开挖面保持200m左右距离;

④洞内只准用电缆,不准使用皮线;使用防爆灯或蓄电池灯照明;⑤铲装石渣前必须将石渣浇湿,防止金属器械摩擦和撞击发生火花;

五、严格执行有关制度

1瓦斯检查制度:指定专人、定时和经常进行检查,测量风流和瓦斯含量,严格执行瓦斯允许浓度的规定;瓦斯检查手段可采用瓦斯遥测装置、定点报警仪和手持式光波干涉仪;随时发现异常情况,应及时报告技术主管负责人,采取措施进行处理;

2洞内严禁使用明火,严禁将火柴、打火机、手电筒及其他易燃品带入洞内;

3进溶洞人员必须经过瓦斯知识和防止瓦斯爆炸的安全教育;抢救人员未经专门培训不准在瓦斯爆炸后进洞抢救;

4瓦斯检查人员必须挑选工作认真负责、有一定业务能力、经过专业培训、考试合格者,方可进行监测工作;

以上仅介绍了瓦斯溶洞隧道施工的几项主要制度,施工时要按照瓦斯防爆的技术安全规则与有关制度严格执行;

突水、涌水处理

(1)、预防突水技术措施:①、加强地质预报;利用液压钻孔台车超前钻挖和现场工程地质预报综合分析判断相结合,超前探明前方地质与水文情况;每次探水段长7.5m,开挖5m,保留2.5m开始下一次探水;探水孔孔径终孔为55mm,钻孔外偏角为10°,并对探水孔出水点位置、水量、水压等做详细记录;具体布置如下图所示:②、开挖中的预防;爆破开挖中,在周边与中间夹钻数个超深度的检查孔,未见异常才进行爆破作业,并严格控制爆破规模;

2)、注浆堵水:①、如果出现涌水量超过设计范围的情况,我部将首先填写实际测量的数据资料上报驻地监理办;②、对于可能突水地段超前探水孔中2/3孔出水且总水量大于10m3/h的情况采用全断面堵水注浆;

注浆范围为隧道平均开挖半径的2倍,单孔注浆有效扩散半径为R=3.6米,注浆孔底中心距D=1.5m、R=5.4m,注浆最终压力为出水口压力的2—3倍;断层破碎带采用前进式注浆,注浆小分段长度5——10m,岩层较好,涌水量不大时,可一次全孔注浆;图示注浆段可根据现场情况进行调整;设计30m一环全断面注浆,施工中根据探水钻孔探明的出水点位置,可调整注浆长度;注浆后,总出水量小于2立方米/小时且一处出水量小于0.6m3/h,即可结束注浆;注浆材料采用水泥——水玻璃浆液,水泥为425号普通硅酸盐水泥,水灰比 W/C=,水玻璃玻镁度30-40Be,双液体积比c/s=,凝胶时间根据现场实际情况确定;③、对于灰岩地段超前探水孔中总水量小于10m3/h,但个别探水孔出水量大于2m3/h 的情况;

施工时根据探水钻孔探明的出水点位置、水量和预注浆段岩层节理、裂隙发育情况等布置注浆个数和位置;注浆范围为:在出水通道范围内,隧道开挖轮廓线以外5——6m,单孔注浆有效扩散半径R=3.6m,注浆最终压力为出水口压力的2—3倍;注浆后,总出水量小于2立方米/小时且一处出水量小于 0.6m3/h,即可结束注浆;注浆材料采用水泥——水玻璃浆液，水泥为425号普通硅酸盐水泥,水灰比W/C=,水玻璃玻镁度30-40Be,双液浆体积比c/s=,凝胶时间根据现场实际情况确定;

隧道穿过围岩断层破碎带的施工

本隧道溶洞身穿越F1断层破碎带,以碎石状压碎结构为主,围岩稳定性差;施工时易发生坍塌,对隧道施工安全和质量影响较大;为确保施工方案科学、可行、可靠,在认真阅读图纸提供资料的基础上,结合我公司以往在隧道断层破碎地段施工中的成功经历和丰富经验,采用超前钻探,全封闭深孔注浆固结、堵水,大、小管棚相结合的超前支护施工方案,特制定以下具体施工措施:

(⑴、在接近溶洞身断层破碎带20m时,加强超前地质预报和围岩量测,在开挖面拱顶、隧底、左右边墙及开挖面中心等部位超前深钻孔,依据超前钻孔施工情况,判断开挖面前方地质类别及地下水情况等,制定相应对策;

2)、在开挖断层带地段之前,对临近断裂带的溶洞身完成二次衬砌,提高意外时的应对能力;在断裂带施工期间,通过断层带的各施工工序之间的距离尽量缩短,二次模筑衬砌紧跟开挖面、初期支护施工,减短断裂带开挖后的暴涌时间;

(3)、断层带地段超前支护施工采用打设拱部超前锚杆,纵横向间距800×400mm,必要时加设钢筋格栅拱架,间距为800mm;断层地段有涌水时，采用深孔超前单液预注浆进行堵水;

(4)、采用爆破法掘进时,严格控制炮眼数量、深度及装药量,尽量减小爆破对围岩的震动;

(5)、断层带地段采用分部开挖法施工,上台阶开挖面到下台阶开挖面的距离控制在3～5米;下部开挖左右采用两侧交替作业;

(6)、断层地带的支护经常检查加固,开挖后开挖面立即进行喷砼作业;根据具体情况及时调整超前支护、初期支护参数;

(7)、将左右线隧道进入断层带施工的时间错开,先施工右线断层地段,沿路线纵向间距错开50米,避免相互影响;

(8)、断层破碎地段施工时,成立“断层带施工领导小组”和两个应急突击队,领导小组由项目经理任组长,项目总工和安全监察长任副组长,实行主要领导24小时轮流值班制度;突击队由党员、团员、模范职工、技术骨干组成,共计80人,坚持24小时轮流值班待命,做到“闻风而动”;(9)、物资设备部组成应急物资供应小组,按照施工技术方案和领导小组的指示,组织、加工、储备各种应急抢险设备、车辆、物资,运至隧道内有序堆放,做到供应及时,数量充足;

(9）、施工过程中加大围岩量测的频率,及时对量测结果进行分析,并及时向领导小组汇报分析结果和处理措施;