袁鑫

摘 要：本文以南道高速公路马嘴隧道页岩气段施工为实例。由于该工程在实际施工中瓦斯情况与原设计不符，经中煤科工集团重庆研究院有限公司对涌出气体的检测、分析，对马嘴隧道进行瓦斯等级划分，根据检测结果进行施工设计修改。

关键词：瓦斯情况；等级划分；信息化施工；处治方案

0 引言

本文的马嘴隧道在施工过程中出现页岩气，经检测分析确认为马嘴隧道为瓦斯隧道。因此，如何安全有效地在瓦斯隧道内施工成为一大难题，也成为提高高速公路施工质量的重要评判。要有效地规避这些风险，并提高高速公路瓦斯隧道的施工质量，就需要积极采取有效措施对这些风险进行预测与处理，同时需要采取科学合理的手段对高速公路瓦斯隧道的施工进行合理的监督与检查 。

1 瓦斯等级划分标准及应对方案规定

目前瓦斯隧道主要以预防为主，通常采取超前探测、综合治理。同时对施工人员加强安全教育培训，设置专门的瓦斯检测人员，实时监测瓦斯，确认其浓度在安全施工范围内。

2 工程概况

2.1 马嘴隧道概况

重庆南川至贵州道真高速公路马嘴隧道位于南川区三泉镇马嘴村，是一个双向四车道高速公路隧道，设计时速80km/h。隧道总长3711.3185m（折算为左右洞平均值），为特长隧道。隧道穿越金佛山向斜末端，隧道基本垂直穿越金佛山向斜。在K17+950处为金佛山向斜轴部，断层不发育。向斜北西翼K17+000左侧1450m发育一条压性逆断层——吴家湾断层，该断层未穿越隧道，对隧道无影响。隧道穿越的地层岩性主要为奥陶系下统湄潭组页岩、奥陶系中上统灰岩、志留系龙马溪组页岩以及第四系崩坡积层块石土、粉质粘土。隧址区受构造影响，水文地质较为复杂，地下水类型主要为：第四系松散土层孔隙水、碎屑岩类的基岩裂隙水和碳酸盐类岩溶裂隙水。隧道单洞最大涌水量为9336m3/d。隧道围岩以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级为主，其中Ⅲ级围岩岩性为灰岩；Ⅳ、Ⅴ级危岩岩性为页岩。马嘴隧道主洞建筑限界净宽10.25m，净高5m，净空面积76.89m2，按新奥原理进行设计，采用复合式衬砌。

2.2 页岩气出现的过程

马嘴隧道在进口右线施工到K17+324.5时，掌子面出现不明气体，经监测，气体CH4浓度10%～20%，半小时后达到40%～50%，并出现燃烧现象。根据地质情况，初步认性为页岩气。施工单位立即停止了施工，切断电源，在洞口设立警示牌，严禁无关人员入内。经业主单位委托中煤科工集团重庆研究院瓦斯人员对其进出口掌子面取气、检测，确定不明气体为页岩气，得出如下结论：进口双线、左线出口页岩气中CH4绝对涌出量为0.7～0.9m3/min，大于0.5m3/min，初步定义为高瓦斯隧道。右线出口，页岩气中CH4绝对涌出量小于0.5m3/min，初步定义为低瓦斯隧道。为避免盲目施工，工区进行停工处理，待明确瓦斯等级，对页岩气段处置方案进行改善优化。

3 页岩气成分检测、来源分析及瓦斯等级划分

页岩气出现之后，业主单位委托了煤科院对马嘴隧道施工溢出气体成分进行检测，并在2015年1月出具了其溢出气体的成分分析报告并明确了瓦斯等级。

3.1 溢出气体成分

隧道进、出口端超前钻孔溢出气体主要由甲烷（CH4）和氮气（N2）组成，其中含有少量的乙烷（C2H6）和二氧化碳（CO2），为典型的瓦斯气体。因此，可以认定马嘴隧道进、出口端围岩溢出气为瓦斯，隧道属瓦斯隧道。

3.2 气体来源分析

根据地勘资料及隧道掘进时的地质素描资料，隧道进口端自K17+325.6里程开始，进入志留系龙马溪组页岩地层，该地层为页岩气储层，而K17+320里程之前的奥陶系灰岩中掘进时未出现瓦斯涌出。因此，可确定马嘴隧道围岩溢出的瓦斯气体来源于龙马溪组页岩地层。

3.3 瓦斯测定结果等级划分

根据《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）相关要求，瓦斯隧道类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定，因马嘴隧道进、出口均存在高瓦斯工区，因此，确定马嘴隧道进、出口为高瓦斯隧道。

4 穿越页岩气段处治方案

4.1 处治总体原则

按照动态设计、信息化施工的原则，以超前地质预报为基础，加强施工中的通风、瓦斯监测，依据瓦斯的绝对涌出量对瓦斯工区进行分级，根据不同的分级，采取不同的防治措施。

4.2 超前地质预报

超前钻孔布置步骤：超深炮眼中探测出页岩气时，必须进行超前探测；超前探测布置为5个，孔径为80mm，钻孔外偏角为10°；每次钻孔段长为30m，开挖25m，保留5m进行下一次探孔。应注意超前地质钻采用防爆型钻机，钻孔应采用湿钻，严禁干钻；钻孔作业时，距拱顶20cm内悬挂一台便携式瓦斯监测报警仪或自动监测甲烷传感器，且仅可在瓦斯浓度低于1%才可进行钻孔工作；观察记录瓦斯顶、喷等动力现象，如有明显顶、喷现象，应进行瓦斯突出检查。

4.3 瓦斯工区施工通风

瓦斯隧道施工应采用机械通风，隧道施工时要求不间断通风。根据规范规定，瓦斯工区所需风量，应按照爆破排烟、同时工作的最多人数、作业机械及瓦斯绝对涌出量计算，并按照允许风速进行检验，采用其中的最大值。经计算，进口施工需风量为5036m3/min，风压为3622.2Pa，采用巷道式通风；出口施工通风需风量为5259m3/min，风压为4226.7Pa，采用压入式通风。

同时，瓦斯工区施工中风速不宜小于1m/s。全隧道最低风速不低于0.25m/s；对瓦斯易积聚的空间（横通道、通风断面通突处等）和衬砌模板台车附近区域，应采取用空气引射器、气动风机、局部通风机等设备，实施局部通风方法，消除瓦斯积聚。

4.4瓦斯检测及洞内环境监控

为了确保隧道施工安全，在隧道内布置有毒有害气体传感器，通过自动监控系统，检测其浓度，确保浓度不超标。通过人工检测与自动监测相结合的方式，达到对各作业面和回流风中的甲烷等有毒有害气体浓度的连续监测。同时，瓦斯自动监控系统应具备甲烷断电仪和甲烷风电闭锁设置的全部功能，必须有切断状态和馈电状态监测、报警、显示、存储和打印报表功能，实现风、瓦斯、电闭锁和声光报警。应确保瓦斯监测和检测记录的连续性、完整性，并进行分类建档。

5 结语

瓦斯隧道施工的最大风险是瓦斯爆炸，防止瓦斯爆炸就是要阻止瓦斯爆炸条件的形成，就要控制瓦斯的浓度和杜绝火源。出现页岩气后，依据设计单位的施工设计整改方案，施工单位也对施工方法进行了严格要求并进行了安全培训，通过采取积极有效措施，确保隧道页岩气段施工的安全。在马嘴隧道出口恢复施工5个月期间，通过施工隧道超前探孔，其瓦斯检测浓度在0.1%～3.5%，探测的最高浓度达到10%。在采取压入式通风方式之后，通过人工检测，施工作业面瓦斯浓度在规定时间内浓度降至安全范围；同时，结合洞内自动监控系统，隧道瓦斯浓度均处于正常水平，说明马嘴隧道页岩气段的瓦斯处治方案是很有效的。同时，按照信息化施工的原则，也为隧道安全施工提供了重要依据，避免局部瓦斯积聚造成的安全隐患。除此之外，业主单位、建设单位和监理单位等必须进行协同配合，采取有效措施对施工风险进行控制或规避，从而提高马嘴隧道的施工质量，提升高速公路建设的整体水平。

参考文献

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[2] TB10120-2002.铁路瓦斯隧道技术规范[S].

[3] 莫观叁.跳花坡瓦斯隧道安全设防综合技术研究[J].企业科技与发展 2015，0（3）：59-61.