王春雷
中铁九局集团第二工程有限公司 四川 乐山 614000
摘要：在高速公路隧道工程的建设过程中，低瓦斯隧道虽然比较常见，但由于其施工危险性相对较高，相关施工要求也十分严格，因此要想保证低瓦斯隧道的施工质量与施工安全，则要充分保障施工技术的实施具有合理性。基于此，本文结合实际工程案例，对高速公路工程低瓦斯段隧道施工的相关技术要点进行了分析，希望能够对相关工程中低瓦斯隧道施工的顺利完成有所帮助。
关键词：高速公路；低瓦斯隧道；瓦斯
引言：瓦斯隧道通常是指在勘测、施工阶段于煤层中发现瓦斯的隧道工程，由于瓦斯本身属于易燃、易爆、有害气体，一旦在隧道工程施工阶段出现，就很容易引发瓦斯中毒、爆炸、火灾、塌方等事故，给施工人员生命安全带来巨大威胁，并使工程施工作业陷入停滞，因此在高速公路低瓦斯隧道工程施工中，施工单位必须要对各项施工技术工艺的细节落实进行严格把控，而对于相关施工技术要点与施工质量安全控制措施的相关研究，自然也是十分必要的，下面以乐西高速公路项目简塘湾隧道为例展开探讨。
一、工程概况
简塘湾隧道长度2030m，起于沐川县黄丹镇里平村至钟平村境内，分左、右线隧道。不良地质现象主要表现为斜坡堆积体，煤层、瓦斯、塑性变形及危岩等不良地质现象。隧址区主要地层为侏罗系~三叠系香溪群地层，岩性主要为砂岩、粉砂质泥岩等，在孔深25.20~25.8m见煤层（0.6m）。通过钻孔进行煤质、瓦斯测定资料，本隧道属于低瓦斯隧道，易造成瓦斯积聚的可能。
二、施工中引发瓦斯爆炸的主要原因
瓦斯是从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体，无色、无味、无臭。在隧道开挖穿过含瓦斯地层过程中会释放出来。在隧道施工中，发生瓦斯爆炸的条件有三个方面，即是具有一定浓度的瓦斯、高温火源以及充足的氧气。首先瓦斯爆炸有一定的浓度范围，具有相应的界限。当瓦斯浓度界限处于5%-16%之间时，一旦其他两项条件得到满足，就会发生瓦斯爆炸事故。其中5%浓度为爆炸下限，低于这一界限，遇到明火不会发生爆炸，但会在火焰的外围形成燃烧层。当浓度在16%以上时，虽然失去爆炸性，但仍会在空气中发生燃烧。如果瓦斯浓度在9.5%左右时，其与氧气完全反应，爆炸威力最大[1]；高温火源是瓦斯的引火温度，也是点燃瓦斯的最低温度，通常是在650℃-750℃范围内，不过受到瓦斯浓度以及火源性质和混合气体的压力等因素影响，也会发生一定的变化。当瓦斯与高温火源发生直接接触时，并不会立即发生爆炸，其存在较短的感应期。在高速公路施工中发生爆炸的原因主要有炸药质量不合格、炮泥填充不紧密、放炮操作不规范等；充足的氧气是瓦斯发生爆炸的必要条件之一，如果氧气浓度超过12%，且瓦斯浓度和高温火源等条件满足时，就会发生爆炸事故[2]。
三、瓦斯隧道施工技术要求
1.开挖爆破要求
在隧道开挖阶段，还需尽量缩小开挖面，做好超前支护，并将开挖进尺控制在2m以内，以免出现坍塌意外、瓦斯瞬间大量溢出等情况。在超前支护阶段，需要先利用钻机钻设锚杆孔，并将前段为锥形的小导管（钢管）插入到锚杆孔中，或是使用凿岩机将导管直接从型钢钢架上打入，组成完整的与支护体系。导管打入后还要按照隔孔注浆的方式，用高压注浆泵将水泥净浆注入到锚杆孔内，并在孔口处设置止浆塞，注浆压力达到最大值并持续15min后，再终止注浆，完成对瓦斯隧道的超前支护作业。在完成超前支护后，则可直接进入围岩的开挖，开挖必须要注意对支护钢架的间距进行严格控制，保证其能够符合设计要求，只有再按照“先支后挖、短进尺、弱爆破、强支护”的基本原则，根据围岩的完整情况来确定具体开挖进尺长度[3]。
2.爆破工艺要求
低瓦斯隧道施工区的瓦斯含量虽然相对较低，但在进行爆破作业时，却仍然存在着很多风险隐患，因此施工中还需采用弱爆破的方式来降低爆破强度，且加强通风和检测，并使用煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管，在炸药中掺入适量的消焰剂，以免因爆炸产生火花而将瓦斯引爆、引燃。从施工作业流程来看，爆破前应使用湿式凿岩法完成打眼，以提高作业安全性，避免瓦斯被引燃，并对炮眼深度、位置进行严格控制，待完成打眼施工后向炮眼内填充炸药与炮泥（炮泥填充应根据炮眼深度而定）。待炸药等填充完毕后，则需要对爆破区域内进行全面检查，确定所有人员撤离且不存在安全隐患后，再利用电力起爆器完成爆破[4]。低瓦斯隧道爆破后至少通风15min后，应由专职人员检查通风、瓦斯、煤尘、瞎炮、残炮等情况，在确定工作面甲烷浓度小于0.5%，20m以内风流中甲烷浓度小于1%，二氧化碳浓度小于1.5%后，方可进行下道工序施工。
四、揭煤施工
1.揭煤施工原则
在开展揭煤施工时，应当坚持“先探测、后揭煤，先处理，后揭煤”的基本处理流程，并贯彻落实安全施工十八字方针，即短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、快封闭、紧衬砌。在具体的高速公路低瓦斯隧道施工中，应当先准确判断是否存在煤层及瓦斯爆炸的风险，提前采取有效的防突处理或者是加固处理，然后再进行揭煤施工作业。主要施工原则是隧道断面越大，则揭煤次数应当越多。同时，预测煤层有煤和瓦斯突出的危险程度越高、揭煤次数越多，目的是降低揭煤的危险系数。
2.揭煤施工工艺
具体工艺如下：
（1）超前探测。通常需要现在工作面前方进行超前钻孔（钻孔位置、数量等应根据实际瓦斯情况而定），以便于将每层内的瓦斯提前排放出来，降低瓦斯突出风险，钻孔时应注意对孔深、搭接距离等进行控制，其中钻孔深度一般在20m-30m之间，而钻探搭接距离则应在5m以上，以保证瓦斯排放、应力转移的安全距离符合要求。另外，由于低瓦斯隧道中的超前钻探同样存在一定危险性，因此在钻进过程中，还需安排专门的瓦检员对钻孔口空气的瓦斯浓度进行检测与监控，一旦发现瓦斯浓度超出0.5%，则需立即通知施工人员停止钻孔，等待瓦斯浓度降至允许范围内后，再继续开始钻孔作业。
（2）采取防突措施。一般是安装金属骨架，增强煤层的稳定性。具体施工工艺是对开挖面进行混凝土喷射封闭，加固周围岩层；清理金属骨架的钻孔，插入钢管后，将骨架放入到煤层底板的0.5-1.0m位置；对金属骨架和格栅钢架作为永久性支护结构，从与煤层垂距2.5m处到揭煤段2.5m段，严禁在施工后拆卸回收。
（3）揭煤施工的开展需要严格按照隧道断面的大小、煤层危险程度预测等而定。可选择的瓦斯排放方法有阻截钻孔排放，即是在工作面与煤层垂距为2.5m处设置排放钻孔，孔径可设为75mm，促使钻孔穿透煤层，对见煤点的布设，则是在隧道开挖附近2-3m的位置上，保障钻孔间距在3m左右，排放口要沿着隧道周边呈现弧形排列。
四、瓦斯隧道塌方处理技术措施
1.加强地下水的引流和疏排，避免地下水入侵拱脚，并且应当在喷浆之前进行导管的预埋工作，实现地下水的良好引出。如果在支护施工完成后，隧道混凝土结构出现渗水，则要凿出相应的泄水孔，防止塌方。
2.强化对塌方的监控和测量，施工人员要严格采用数据结果验证支护结构的可靠性，并采取有效的金属骨架加固措施等，确保沉降量符合施工要求。
3.如隧道内存在软土地基，应当尽可能采用人工施工方法，如需对孤石进行爆破，必须使用小药量方式，并将实际开挖进尺控制在标准的限度之内，防止因振动而影响结构稳定性。
4.如果隧道结构已经出现塌腔，施工人员先要稳定塌腔，再通过实施喷浆法对其表面进行有效的封闭，并完成表面支护，以形成良好的断面棚架，最后按照要求制作支撑拱架，再开展浇灌护拱等作业方法。
结束语：总而言之，高速公路低瓦斯隧道施工虽然具有着较高的危险性，但对于施工单位来说，只要能够把握好瓦斯爆炸的原因、开挖爆破要求以及爆破工艺等，既能够有效防止瓦斯爆炸。同时合理开展揭煤施工作业，正确处理塌方，则能够使低瓦斯隧道施工质量及施工安全性得到充分保证。
参考文献：
[1]魏福贵.浅析高速公路瓦斯隧道的施工技术[J].低碳世界，2018，(10)：251-252.
[2]刘艳丽.高速公路低瓦斯隧道安全施工技术与管理[J].建筑工程技术与设计，2017，(10)：700-701.
[3]李晓梅.低瓦斯隧道施工中瓦斯处理方案研究[J].中国标准化，2019，(8)：97-98.
[4]贺正伟.分析低瓦斯隧道施工技术及安全防范措施[J].建筑工程技术与设计，2018，(1)：100，101.