清水海引水工程瓦斯超标段的施工方案与设计

　　一、工程概况
　　
　　清水海引水工程位于昆明市境内，从昆明市寻甸县清水海水库引水至昆明市区供空港经济区、机场、东城区的工业和生活用水。工程由水源工程、引水工程及输水工程组成，水源工程由 5 个水库和一个龙潭组成，引水工程和输水工程由隧洞、箱涵、渡槽、倒虹吸和埋管组成，引水、输水线路总长 74.560km.

　　恩 甲 隧 洞 为 引 水 线 上 最 长 的 隧 洞 , 隧 洞 全 长4755.128m,无施工支洞，隧洞最大埋深 496m.开挖从进出口两个工作面对向施工。

　　二、地质条件
　　
　　隧洞围岩以硬质岩为主，部分为软岩，凝灰岩、铝土岩、页岩、煤层软弱围岩，特别在 3+780m~3+877.79m 段铝土岩、页岩、煤层等软岩，厚度大，地应力高、地热增温对隧洞施工有一定影响。P1l、D3zg1等岩层中可能存在一定量瓦斯、氯、硫等有害气体。大部分隧洞处在地下水之下，隧洞埋深大，地下水埋藏浅，外水压力高，富水层、断层破碎带及影响带普遍渗水，局部涌水。隧洞工程地质条件总体较好，局部较差，围岩以Ⅲ、Ⅳ类为主。地质推测在桩号里程3+657.882~3+721.592 段穿越 F3 断层破碎带，断层宽5m~10m,为逆断层，交角为 60°，两盘岩体以碎块结构为主，围岩不稳定，地下水位高于洞顶 100m 左右。

　　三、瓦斯状况
　　
　　隧洞出口工作面开挖至 3+918 处时，掌子面揭露的围岩为灰岩，夹黄色粘土块，至 3+905 处出现黑色岩土，该掌子面钻孔爆破并通风半小时后，至掌子面采用手持便携式瓦斯检测仪检测出瓦斯浓度为 4.15%由于目前水利工程暂无关于瓦斯隧道施工和设计的相关规范，借鉴《铁路瓦斯隧道技术规范》进行指导施工。根据规范规定：开挖钻孔作业工作面附近 20m 风流中瓦斯浓度必须小于 1.5%,所以洞内停止所有施工，向洞内供风，当洞内瓦斯浓度小于 1%后才允许人员进入。

　　根据实际情况，参建己方讨论后，决定先进行瓦斯超前探测，根据探测成果再确定相应的施工方案。瓦斯超前探测成果见表 1.【表1】

　　
　　根据《铁路瓦斯隧道技术规范》规定：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。判定瓦斯突出必须同时满足下列 4 个指标：1、瓦斯压力 P->0.74 MPa（测定方法按附录 D）；2、瓦斯放散初速度△P≥10（测定方法按附录 E）；3、煤的坚固性系数，f<0.5（测定方法按附录 F）；4、煤的破坏类型为Ⅲ类及以上。

　　本隧洞内实测的瓦斯绝对涌出量为 0.57m3/min,瓦斯压力 0.07MPa<0.74MPa,坚固系数为 0.358<0.5,所以判定该隧洞为高瓦斯工区，不存在瓦斯突出的危险。

　　四、施工方案
　　
　　1、更换所有设备为防爆、防燃型，并且确保电气设备安装符合规范要求，安装瓦斯实时监测报警设备和喷淋设备。

　　2、更改供电为 2 路电源，增加供风设备，保证供风和洞内供电不间断。

　　3、采用超前地质预报，探测工作面前方围岩情况和探测瓦斯状况。具体措施为采用水平地质钻机超前钻孔并取芯，掌子面至少布置 3 个超前钻孔，确定围岩情况，在钻孔空口测量瓦斯涌出量。

　　4、在工作面附近 20m 风流中瓦斯浓度小于 1.5%后方可开始钻孔，钻孔必须采用湿式钻孔，炮眼深度不应小于0.6m.

　　5、装药与爆破时爆破地点 20m 内，风流中瓦斯浓度必须小于 1%.必须采用煤矿许用炸药，必须采用电力起爆，并使用煤矿许用电雷管，必须采用串联连接方式，爆破后工作面瓦斯浓度小于 1%,二氧化碳浓度小于 1.5%,解除警戒后，工作人员方可进人开挖工作面。

　　6、爆破出渣后应立即进行初期支护。根据本隧洞围岩情况，采用钢支撑+系统锚杆+挂网+喷混凝土支护。钢支撑采用 16 号工字钢，间距为 1.0m;系统锚杆采用Φ22 钢筋，单根长 2.5m;挂网钢筋采用;;喷混凝土采用 C20 气密性混凝土，厚 15cm.

　　五、设计方案
　　
　　根据水利工程输水隧洞的特点，运行期无车辆、行人和其他生物通过，所以隧洞在正常运行期间瓦斯浓度对安全运行基本无影响。另外隧洞贯通后加上水流的流动空气将形成对流，瓦斯气体不可能在洞内大量聚集。溶解在水中的瓦斯气体流入到清水海水库中后将会完全释放，对水质也不会产生影响。所以，鉴于水利工程输水隧洞运行条件和铁路运行条件的差别，本隧洞的衬砌结构仍然采用常规衬砌，取消了《铁路瓦斯隧道技术规范》推荐采用的围岩固结灌浆、瓦斯隔离板和气密性混凝土。

　　隧洞贯通后该段瓦斯浓度逐渐减小，不存在永久瓦斯释放，所以该段隧洞采用常规混凝土衬砌能保证隧洞运行安全。运行人员进入洞内检查或检修前，应先进行瓦斯浓度探测。

　　六、总结
　　
　　1、地质勘探需有初步结论，能给施工提供较为准确的地质资料，施工中准备相应的检测设备。

　　2、施工过程中重视瓦斯浓度检测，地质推测可能有瓦斯或有毒气体的洞段，需做到每一次爆破后进行瓦斯或有毒气体检测。

　　3、加强瓦斯隧洞施工管理，杜绝易燃易爆和易产生火花的物品进洞，如打火机、手机、相机，带铁钉的鞋、悬挂钥匙等。

　　4、更换施工设备为防爆型，照明采用低压电源。

　　5、洞内加强通风，通风机与瓦斯检测设备形成联动系统，瓦斯浓度超标时能自动启动通风设备，且工作面设置喷淋设施。

　　6、钻孔采用湿法钻孔，防止产生火花。

　　7、初期支护需加强，喷混凝土应采用气密性混凝土，厚度不小于 15cm.