瓦斯隧道施工安全专项方案#四川.doc

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南充大竹梁平（川渝界）高速公路华蓥山隧道瓦斯隧道施工安全专项方案编制：审核：复核：四川公路桥梁建设集团有限公司南大梁高速公路tj-e项目经理部e10分部2011年8月华蓥山瓦斯隧道施工安全专项方案一、 隧道概况华蓥山隧道进口位于四川盆地东部，横穿走向北北东向华蓥山背斜北段，路线走向与越岭山脊走向近于正交。左线隧道起止桩号为k105+869k110+000，全长4131m，隧道进、出口分别位于渠县临巴镇杨家弯和大竹县田坝乡李家附近。左右线最大埋深分别为577m和604m.左右线隧道线间距为28.9m37.328m，华蓥山为典型的梳状褶皱山地形。穿越局部段过煤层采空区，含瓦斯。同时，地下水主要为第四系孔隙潜水入下伏基岩裂隙水，埋深浅，富水性一般，受地表水及降雨影响明显。隧道段以碳酸盐岩类裂隙溶洞水为主，碳酸盐岩系水文地质条件较复杂,水量较丰富,构面隧道重要涌水或突水层段。隧道施工中可能存在瓦斯、采空区及涌水突泥等高风险。二、 工程地质概况主要技术标准本线隧道采用以下主要技术标准：（1）道路等级：双向四车道高速公路（2）设计速度：80km/h（3）建筑限界：1）一般地段净宽：0.75（左侧检修道）+0.5（左侧侧向宽度）+23.75（行车道）+0.75（右侧侧向宽度）+0.75（右侧检修道）10.25m，净高：5.00m2）紧急停车带段净宽：0.75（左侧检修道）+0.5（左侧侧向宽度）+23.75（行车道）+3.5（紧急停车带宽，包含右侧侧向宽度）+0.75（包含右侧检修道）13m净高：5.00m3）人行横通道：2m2.5m（宽高）4）车行横通道：4.5m5m（宽高）（4）行驶方向：隧道分修，单向行驶（5）设计荷载：公路i级（6）隧道防水等级：正洞、车行及人行横道、联络风道、运输通道、排烟通道及救援通道防水等级统一为一级，隧道：防水等级为二级，二次衬砌混凝土抗渗等级为s8。车行、人行横道：防水等级为二级，地下机房、电器室及风机消音器安装断面防水等级为一级，二次衬砌混凝土抗渗等级为s12。联络风道、运输通道、排烟通道及救援通道防水等级为二级，二次衬砌混凝土抗渗等级为s8。竖井防水等级为三级，二次衬砌混凝土抗渗等级为s6.（7）地震基本烈度：地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，其对应地震基本烈度为度。2.3 施工现场条件2.3.1地形地貌拟建华蓥山隧道为双洞特长隧道，华蓥山为典型的梳状褶皱山地形背斜成山，随址区地势总体表现为南高北低、中部高两侧低的地貌特征，地貌单元属侵蚀构造岭脊或单面状中低山区，地形地貌展布与构造线基本一致。区内最高标高1190m。背斜轴部为三叠系雷坡组、嘉陵江组等碳酸盐岩地层形成的岩溶槽谷地貌，标高一般为950970 m，两翼主要为三叠系须家河组和部分侏罗系砂岩、泥岩形成的高陡岭脊或单面山地貌，标高一般为300700 m，属切割较强烈的中低山区，山体两侧羽状v形冲沟较发育。岭脊段植被茂密，乔木发育，斜坡地带灌木丛生。背斜中部为灰岩出露区，山体多呈孤立的贝壳状浑圆形山峰；两翼主要为砂、泥岩出露，山体多呈不规则状连成片状的浑圆形山体。2.3.2气象隧址区气候属亚热带温暖、湿润季风气候，雨量充沛，具冬暖、春早、夏热、多秋雨特征。据气象资料，年平均气温15.9，日气温最高41.5，最低-3.7，年平均降雨量1215.5mm，最大1529.8mm，最小836.6mm，降雨多集中在79月，占年降雨量的70%。相对湿度80%，无霜期292天，多东北风，平均风力一般1.62.1级，最大达8级。2.3.3不良地质现象及特殊岩土1、岩溶隧道洞身段（k105+869k110+000）主要穿越t2l 、t1j和t2f的硫酸盐可溶岩地层，出露长度约占全隧55%和68%左右。岩性以泥灰岩、泥质灰岩、角砾灰岩、灰岩等碳酸盐为主，地层易形成溶洞、溶槽、溶缝、暗河，在地表形成典型的溶蚀洼地及落水洞等岩溶地貌，溶蚀洼地及落水洞一般呈圆形发育，直径一般515m，每平方公里一般发育有58个溶蚀洼地及落水洞。灰岩地层地下水在地表以泉的形式排泄，如老龙洞61号泉（k133+200左330m）、邱家坝99号泉（k133+120右470m）、清眼洞98号泉（k133+100右1530m）、黄泥洞42-43号泉（k135+130左292m）。隧道开挖过程中上述范围内的灰岩地层中将可能遇到溶洞或暗河，其涌水量将很大。2、盐溶角砾岩隧址区中段隧道洞身段穿越的t2l1底部和t1j4顶部为盐溶角砾岩，盐溶角砾岩看似硬质岩，实则易碎裂而形成坍塌、掉顶等现象，尤其在爆破震动情况下更易碎裂。 3、涌水渗漏问题本区是以碎屑岩为主的基岩山区，核部为碳酸盐岩地层，地形起伏大，在断层、褶皱转折部位，涌水渗漏问题将严重。在两侧横向发育的冲沟中，因采煤而形成采空冒落裂隙，其沟水渗漏问题也较严重。在深切沟谷两侧，岸坡剪切裂隙发育，这些都是不可忽视的渗漏途径。4、煤层及采空区问题隧道进口、出口段均穿越须家河组（t3xj）薄至中层泥岩、砂岩夹煤层。其中t3xj1、t3xj3、t3xj5段为含煤层，煤层厚0.30.8m不等。（1）隧道进口端隧道进口段穿越正在开采水巴岩煤矿的煤层正连煤层、乌金炭煤层及内正连煤层采空区，煤层倾角分别为80、72和76.其中正连煤层和乌金炭煤层采空区+205m水平（最低采高）及内正连煤层+340m水平至地表资源已全部采空。隧道底采空区在正连煤层和乌金炭煤层处高度约155m，在内正连煤层处高度约20m。隧道于进口端穿越水巴岩煤矿南端，该矿开采+340+0m（高标）的煤层，煤层特别征见。（2）隧道出口端隧道出口段穿越石桥铺煤矿的“三夹连”煤层、“二连子”煤层，出口段c6zk136+200c6zk136+750段穿越石桥铺煤矿东端，该矿开采t3xj5的煤层，+478m以上煤层已采空，中部已采至+333水平，此段隧道路肩标高为460左右m，隧道从该矿的老采空区下方穿越，据老采空区高程相距约18m左右，对隧道有一定的影响。5、瓦斯华蓥山隧道进口段与出口段均穿越须家河组（t3xj5）一、三、五、七段的煤系层，煤系层均含有大量瓦斯工区，煤尘有爆炸性危险。6、压煤问题麂子坝久通煤矿准许开采矿区内k2、k4煤层，开采深度为+182+403m。k4煤层位于须家河组第五段上部，煤层厚度0.450.70m左右，k2煤层位于须家河组第五段上部，煤层厚度0.300.40m。两层煤按均厚1.1m计算，隧道底部往下垂深200倍采高，即隧道底部往下垂深220m（标高为+201+223m）为煤层禁采安全区。此段隧道标高约为+421m+443m，故隧道穿越水巴岩煤矿矿权范围内必然存在煤炭资源的压覆问题。石桥铺煤矿石桥铺煤矿准许开采矿区内“二连子”、“三夹连”煤层，开采深度为+478+150m。“三夹连”煤层位于须家河组第五段上部，纯煤厚度0.350.74m，平均厚度0.49m，“二连子”煤层位于须家河组第七段下部，纯煤厚度0.300.48m，平均厚度0.40m，按煤层均厚1.0m计算，隧道底部往下垂深200倍采高，即隧道底部往下垂深200m（标高为+258m）为煤层禁采安全区。此段隧道标高约为+458m左右，故隧道穿越水巴岩煤矿矿权范围内必然存在煤炭资源的压覆问题。7、有害气体隧道进口段与出口段均穿越了须家河组（t3xj）一、三、五段的煤系地层，煤系地层均含有大量瓦斯和其它有害气体。雷口坡组（t21）和嘉陵江组（t1j）地层可溶岩段含有天然气，并常拌含h2s。二叠系龙潭组(p21)含煤地层位于嘉陵江组（t1j）下方，中间相隔飞仙关组（t1f）和长兴组(p2c)两地层组，间距约300米（据区域资料），离隧道较近，有害气体可能通过断层、大的构造贯通裂缝和地下水运移串至隧道。在老窑、采空区、大的溶洞和封闭构造裂隙有可能聚集瓦斯和其它有害气体。8、高地应力隧道发生岩爆及地层变形的可能性预测（1）地应力华蓥山隧道处于川东褶皱带，主体构造为华蓥山背斜，展布方向为nne向。华蓥山隧道区最大埋深577m和604m，参照明月山zk3号孔5、6测试段502.74508.54m井深段sh最大主应力值19.97 mpa，同时类比二郎山隧道同深度为1836mpa，乌蒙山隧道为1221.8mpa（深203458m），相比同深度实测应力值属较低应力。（2）岩爆华蓥山隧道背斜核部的灰岩、白云质灰岩类较硬岩中因局部构造发生变化而引起的小范围应力增高，大于发生岩爆的临界埋深，因此已具备岩爆发生的埋深条件。隧址区处于较高构造应力区，而隧址区内隧道穿越了坚硬的砂岩及灰岩地层，进出口段夹有软质泥岩、页岩，隧道洞身段主要穿越t2l和t1j的灰岩及钙质泥岩，局部夹页岩地层，最大埋深为463526.5m，已具备了岩爆发生的埋深条件及软岩大变形的埋深条件，故开挖过程有可能发生岩爆和软岩大变形现象。2.3.4施工条件交通：项目区内公路交通较为方便，沿线分布的国道318以及各地方道路，可作为施工的纵向运输便道，沿线部分段落需对地方道路进行整修或新修横向便道、便桥，使便道与项目线位相连通。电力：沿线电力供应比较便利，各乡镇均国电所及各种变压器，基本能满足工程用电要求。工程用水：水资源比较丰富，水质清澈且无污染，平均运距500m，可满足工程需要。通讯：沿线移动电话信号良好，可采用移动通信与固定电话相结合的方式解决通信问题。三、 具体施工方法（一） 瓦斯隧道分类1、瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种，瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。2、瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区共四类。3、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。4、瓦斯隧道只要有一处有突出危险，该处所在的工区即为瓦斯突出工区。判定瓦斯突出必须同时满足下列4个指标：瓦斯压力p0.74 mpa；瓦斯放散初速度p10；煤的坚固性系数，f0.5；煤的破坏类型为类及以上。对华蓥山隧道第3、第4项指标不一定适合，但隧道穿越煤层区，有可能存在瓦斯积聚现象，故本隧道不排除瓦斯突出的可能性。（二） 洞身开挖与支护开挖时应按围岩类型及设计预留变形量进尺，施工中应根据围岩超前地质预报和监控量测结果及时调整施工进度。本隧道采用台阶法开挖施工。台阶法施工：台阶法施工工序横断面台阶法施工工序纵断面台阶法施工工序流程图 台阶法施工适用于iii级、iv级、v级围岩地段，上图仅表示台阶法施工工序，各级围岩对应复合式衬砌混凝土型号、衬砌钢架、超前支护设置按相关衬砌设计图及钢架设计图、施工支护设计图操作。在iii、iv、v级各类围岩中采用42单层或双层超前注浆小导管或25超前砂浆锚杆配合型钢（格栅）钢架作超前支护；22砂浆锚杆、挂单层钢筋网、湿喷砼作初期支护；衬砌砼采用仰拱先行，拱墙用液压台车一次浇注的施工方法。开挖每循环进尺控制在35米之间。为方便翻渣和整个隧道及时早封闭成环，应确保仰拱至开挖面距离约50m,上台阶长度根据施工机具条件与围岩情况确定，一般不大于10m。本隧道的施工原则：先超前支护和临时支护，后开挖和初期支护；坚持“管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则；开挖从上至下，衬砌从下至上，仰拱及时封闭，二衬紧跟，整个隧道及早封闭成一个闭合圈。台阶法开挖作业程序如下：上半断面：测量中线、水平线划出轮廓线钻眼装药、爆破通风除尘、清除危石安装拱架、打设锁脚锚杆和机械连接钢筋超前支护、系统锚杆、挂网喷砼支护超前注浆出渣检查净空下一循环。施工步骤及技术措施序号步序图施工方法及技术措施第一步：超前支护（若有）首先做好洞口和浅埋段的支护，以便为开挖做好顺接工作。在施工中，按照设计做好超前支护和注浆。第二步：上半断面开挖在超前支护完成后，进入围岩的开挖，开挖时按照钢架设计间距，根据围岩的完整情况和按照“先支后挖、短进尺、弱爆破、强支护”的原则，确定每循环的开挖进尺长度。第三步：上半断面左右侧初期支护在钢架立好后，打设22砂浆锁脚锚杆l3m长，稳固钢架，然后焊接钢架纵向连接钢筋。利用上半断面核心土按设计人工打设超前支护注浆小导管或超前砂浆锚杆，并打设25系统锚杆，根据岩壁的起伏挂设钢筋网，利用湿喷机从边墙两侧向拱部及时喷射砼，完成整个上半断面的开挖支护。第四步：下半断面开挖为防止钢架的拱脚悬空过多，对上部的稳定造成威胁，开挖时应一次进尺在两榀拱架间距长度。同时应该分左右幅开挖，间隔接长钢架，爆破时应该采取弱爆破，预裂爆破，减少对上部的围岩扰动。其中上半断面长度根据施工机具与围岩情况，一般不大于10m，并及时设置排水系统，严禁下台阶的施工水浸泡基底。第五：下台阶初期支护在开挖后，清除钢架拱脚和仰拱脚的虚土，接长钢架，打设22砂浆锁脚锚杆l3m长，稳固钢架，然后焊接钢架纵向连接钢筋，按照设计打设系统锚杆及注浆超前小导管，根据岩壁的起伏挂设钢筋网，利用湿喷机从边墙和中隔壁两侧向拱部及时喷射砼，完成下台阶的的开挖支护。第六至九步：仰拱及小边墙施工清除基底虚土和积水，若有钢架支护设计的须接长，安装钢架使之闭合成环，然后焊接钢架纵向连接钢筋。挂设钢筋网，喷射砼，及时使整个隧道闭合成环，完善隧道的受力。按设计及时施作小边墙，同时利用钢架作施工栈桥，后面已完成的仰拱在桥下绑扎钢筋，施工防腐蚀衬砌砼和c15片石填充砼，按照仰拱先行的原则进行施工。第十步：拱墙二次衬砌按照设计要求，隧道二次衬砌须及时紧跟，在开挖了50100m后，在施工完仰拱的地段，利用自制台架铺设纵、环向排水管和防水层，接长和绑扎二衬钢筋，全断面二衬液压台车就位，一次性施工拱墙砼。至此整个隧道断面的开挖、支护和二次衬砌完成。开挖从上至下，衬砌从下至上，仰拱及时封闭，二衬及时紧跟，整个隧道及早成一个闭合圈。（三） 爆破作业1、 钻爆设计根据围岩类别和开挖方法分别采用光面爆破、松动爆破两种爆破方式，钻爆设计按瓦斯隧道网路采用煤矿毫秒延期电雷管爆破网路，为减轻爆破对围岩的扰动，开挖断面采用多段位煤矿毫秒延期电雷管进行网路设计，电雷管最后一段的延期时间不得超过130ms；采用安全电力起爆，使用防爆型起爆器作为起爆电源，一个工作面不得同时使用两台或多台起爆器放炮。围岩开挖均采用直眼掏槽，钻孔采用自制的多功能钻孔台架，yt28风动凿岩钻机按设计眼位精确钻眼，按设计的装药量及段位装药、布管，炸药采用煤矿铵梯炸药和煤矿乳化炸药。 各级围岩采用工程类比法进行爆破参数设计，进洞后采用半经验、半试验法对爆破参数进行修正。 周边眼钻爆参数表序号使用断面位置、面积m2围岩强度mpa装药不偶合系数d间距ecm最小抵抗线w相对距离e/w装药集中度kg/m11v级上半断面64.3 m2302.2540600.670.1222iv级上半断面60.7m230601.850600.830.1533级全断面86.8 m2大于601.460650.920.20每循环进尺计划和钻孔深度表掘进部位计划进尺（m）钻孔深度（m）备 注爆破效率（%）v级上半0.750.80楔形掏槽眼0.95m94iv级上半1.001.15楔形掏槽眼1.30m87级全断面2.002.30掏槽眼深2.50m872、 钻爆操作a、 测量测量是控制开挖轮廓精确度的关键。采用宾得型全站仪进行自动测量，并与pc电脑联机进行数据处理，控制断面开挖采用自动炮孔放样测量系统进行。每循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置。b、钻孔采用钻孔台架配yt-28气腿式风动凿岩机严格按照爆破设计进行钻孔，人工装药起爆。个别孔位处不便钻孔或易于卡钻，应适当调整孔位并经专业技术人员批准和调整后方可进行。钻孔时先用短钻杆开孔，再换上长钻杆钻进。钻孔施工中应特别注意炮孔方向和角度，随时进行调整。钻孔采用风动湿式钻法，减少噪音和灰尘。对于角隅处钻孔应特别注意。严格按炮孔布置图正确对孔，确保爆破质量。周边孔外插10-20角，炮孔相互平行，周边孔在断面轮廓线上开孔，周边孔对孔误差环向不大于5cm。掏槽孔对孔误差不大于3cm，其它孔开眼误差不大于10cm。c、 装药钻完孔后，用高压风吹孔，经检查合格后装药。装药分片分组负责，严格按爆破设计规定的装药量、雷管段号“对号入座”。爆破网路连接、检查及起爆，按照爆破设计要求和爆破安全规程执行。d、 堵塞装药的炮眼均堵塞炮泥，堵塞长度不小于25cm。堵塞方法及注意事项：装药时，对孔进行检查，用一直顺的炮杆，检查其孔深及方向和角度，并对孔内有无水进行判断，对有水和可能有水的炮孔装防水胶质炸药，无水炮孔装普通岩石炸药。由于孔位存在一定误差，经检测，在装药时可局部进行调整。爆破施工工艺流程：见后附光面爆破施工工艺流程框图。3、超欠挖控制：钻爆法开挖是否经济、高效，关键是控制好超欠挖，钻爆施工中将采取如下措施。 根据不同地质情况，选择合理的钻爆参数，选配多种爆破器材，完善爆破工艺，提高爆破效果。 提高画线、钻眼精度，尤其是周边眼的精度，是直接影响超欠挖的主要因素，因此要认真测画中线高程，准确画出开挖轮廓线。 提高装药质量，杜绝随意性，防止雷管混装。 断面轮廓检查及信息反馈，了解开挖后断面各点的超欠挖情况，分析超欠挖原因，及时更改爆破设计，减少误差，配专职测量工检查开挖断面。 建立严格的施工管理，在解决好超欠挖技术问题的同时，必须有一套严格的施工管理制度来保证技术的实施，为此，从进洞前，制定严格的奖罚制度，用经济杠杆来调动施工人员的积极性，造成人人关心超欠挖，人人为控制超挖努力。加强监控量测，及时将拱顶下沉及周边收敛情况反馈给开挖工作，准确预测开挖面的拱顶沉落量和周边收敛量，有效控制超欠挖。光面爆破施工工序流程图施工准备试验验证爆破设计测量放线钻 眼药量计算信息反馈装 药 铺助眼、周边眼起爆掏槽眼起爆装碴运输爆破效果分析良好不良好进入下一循环4、钻爆施工安全控制注意事项：a、钻孔必须采取湿式钻孔，必须严格按设计和规范要求使用爆破器材。b、爆破炮孔必须进行填塞封泥，应采用粘土、砂子或粘土和砂孔混合物等不燃性材料，不应含有煤粉、块状材料或其它可燃性材料、炮孔的堵塞长度应符合设计要求。c、爆破网路必须采用串联连接，线路所有连接头应相互扭紧，明线部分应包裹绝缘层并悬空。d、必须采用绝缘母线单回路爆破。e、用防爆型起爆器作为起爆电源，一个开挖工作面不得同时使用两台以上起爆器起爆。f、爆破15分钟后应巡视爆破地点，检查通风、瓦斯、煤层、瞎炮、残炮等情况，遇有危险必须立即处理。5、瓦斯工区钻爆施工安全注意事项： 钻孔作业：开挖工作面附近20m风流中瓦斯浓度必须小于1.5%；采用湿式钻孔；炮眼深度不小于0.6m。 装药与爆破作业：爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度小于1%； 爆破地点20m内，矿车、碎石、煤碴等物体阻塞开挖断面不大于1/3； 通风风量足，风向稳，局扇无循环风； 炮眼内煤、岩粉清除干净；炮眼封泥不足或不严不进行爆破。每次钻眼前后、装药前后及放炮前后均须在距放炮、开挖面20米以内进行瓦斯含量测定。此项工作应以爆破工班为主，并会同瓦检员共同进行，检查后做好记录，并共同签认。 瓦斯工区的爆破作业采用煤矿许用炸药，矿用电雷管，矿石起爆器。 瓦斯工区采用电力起爆，并使用煤矿许用电雷管。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130 ms。 瓦斯工区采用电雷管起爆时，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，炮眼深度在0.61.0米时，装药长度不得大于炮眼深度的1/2；炮眼深度超过1.0米时，堵塞长度不小于0.5米；深孔爆破时，封泥长度不得小于1.0米。所有炮眼的剩余部分用炮泥封堵，炮泥可用塑性较好的砂粘土之类的混合物制成，有条件也可采用水炮泥，它具有消烟、消焰及除尘的作用。禁止使用竹屑、石屑或其它燃性材料作炮眼堵塞物。 电力起爆使用防爆型起爆器作为起爆电源，一个开挖工作面不得同时使用两台及以上起爆器起爆。 在低瓦斯工区和高瓦斯工区进行爆破作业时，在放炮前经过不短于20min的通风后，由开挖班长、瓦检员、找顶工及工班安全员进行检查，主要检查通风、瓦斯、煤尘、瞎炮、残炮等情况，遇有危险立即处理。在瓦斯浓度小于1%，二氧化碳浓度小于1.5%，并消除其它不安全因素后，方可撤除警戒后，继续 工作。（四） 瓦斯检测建立健全有关瓦斯隧道施工的各项规章制度，如防爆教育制度、瓦斯检查制度、洞口检身制度、施工安全检查制度等，并在施工中严格执行这些制度。配备专职瓦斯检查员，采用便携式瓦检仪人工检测、超前钻孔探测和安全视频监控自动检测报警断电装置系统相结合的检测方式，实行“三班制”24h不间断巡查检测，快速撤离现场，降低事故发生的风险，确保施工安全。1、 确定重点检测地段开挖面及其附近20m范围内的风流中；断面变化交界处上部，导坑上部，衬砌与未初砌交界处上部以及衬砌台车内部等容易积聚瓦斯的地方；局