(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610081)

1 概述

渝廣高速華鎣山隧道屬特長隧道，設計為雙洞六車道，隧道左線(ZK23+467m～ZK28+485m)全長5018m，右線(K23+467m～K28+467m)全長5000m，總體走向約298°，為雙向隧道，兩線相距16m～30m，隧道凈空高度為8.0m，寬度達12.5m。隧道縱坡設計為“人”字坡，進口端為0.507%的上坡，出口端為1.993%的上坡。

隧道洞身圍巖為Ⅲ、Ⅴ、Ⅳ類圍巖，其中Ⅳ、Ⅴ類圍巖占隧道總長的75%。隧道穿越斷裂構造、巖溶、巖溶水、煤層等不良地質和特殊地質，隧道中部為煤與瓦斯突出隧道，巖溶及巖溶水發(fā)育。隧道施工存在極大的安全風險。

2 安全風險分析

根據本隧道工程特點，安全風險主要為瓦斯燃燒爆炸、煤層自燃爆炸、煤與瓦斯突出、涌突水、突泥、變形塌方等。

隧道施工通過高瓦斯工區(qū)時，易造成瓦斯局部富集，施工中可能發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸事故；通過煤層煤與瓦斯突出危險工區(qū)時，可能發(fā)生煤與瓦斯突出事故；隧道通過自燃煤層工區(qū)時，施工中易發(fā)生煤層自燃、煤塵爆炸事故。同時，隧道通過溶隙和溶洞工區(qū)時，溶隙和溶洞內有天然氣積聚，施工中易造成瓦斯爆炸及H2S中毒等安全事故。

隧道施工通過高壓富水斷層帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶、高壓富水充填性溶腔溶洞、煤礦采空區(qū)時，可能發(fā)生涌突水、突泥災害事故。隧道施工通過軟巖、斷層破碎帶及其影響帶、采空區(qū)段時，易發(fā)生變形塌方。

經安全風險評估，華鎣山隧道施工安全風險為Ⅳ級(極高風險)，瓦斯控制對本隧道施工安全尤為關鍵。因此，應根據本工程實際情況，從檢測預報、通風供電、設備配置、施工方案等多方面采取安全控制措施，預防安全事故發(fā)生，為隧道順利施工提供保障。

3 安全控制措施

3.1 超前地質預報

本隧道施工設置專業(yè)地質預報組，以地質素描法、TSP地震波法、地質雷達、地質水平鉆探等相結合的綜合手段，對前方圍巖情況進行探測，對掌子面前方的隧道圍巖進行長期、中期及短期預報。通過長、中、短期預報，提高預報的準確度，對異常地質情況及時采取相應的防治手段。

對于本隧道地質較差段，每個開挖循環(huán)均進行地質素描，根據地質素描對前方圍巖進行判斷。同時采用TSP超前預報，每次預測距離為100m。根據預測圍巖的地質情況，對TSP探測斷層、裂隙發(fā)育的地段，可采用超前鉆孔重點探測。

利用超前鉆孔驗證物探探測的異常地段，長距離鉆孔超前探測50m，每30m一循環(huán)，每孔長50m；短距離鉆孔超前探測20m～30m，每25m一循環(huán)，每孔長30m。

為提高地質預報的準確型，除采用上述方法進行地質預報外，同時利用地質雷達進行地質超前預報。地質雷達探測范圍40m內，是一種非破壞型的探測技術，具有抗電磁干擾能力強、分辨率高的特點，可現場直接提供實時剖面記錄圖，圖象清晰直觀。

3.2 隧道通風供電

本隧道局部高瓦斯，施工階段在第一條車行橫通道貫通前，施工通風采用壓入式通風，此后采用巷道式通風。為防止局部瓦斯聚集，各階段通風均配置防爆局扇，局扇采用設有低、中、高速度的防爆型風機。施工通風均采用不間斷連續(xù)通風，通風管采用抗靜電、阻燃軟風管。掌子面至二襯砌臺車地段，采用移動式局扇配合軟風管供風，以增加瓦斯易聚集地段的風速，防止瓦斯聚集。在施工過程中要及時接長風管，風管末端距工作面距離不應超過15m。

通風量計算必須綜合考慮以下三方面因素，并取最大值：洞內同一時間最多人數，稀釋和排除炮煙所需風量，消除頂層瓦斯積聚所需風量。

瓦斯隧道主供電配置兩套電源，隧道內采用雙電源線路。電纜采用礦用橡套阻燃防爆電纜，并在電路中安裝漏電保護裝置和防爆自動饋電開關。為保證隧道通風、照明及監(jiān)測系統(tǒng)等一級負荷供電，當一路電源停止供電時，另一路電源應在10min內接通。當設兩套電源困難時，必須配置備用發(fā)電機，并安設風電閉鎖裝置。

根據相關規(guī)定，瓦斯隧道施工洞內供電必須做到“三?！薄ⅰ皟砷]鎖”。即專用變壓器，專用開關，專用供電線路；瓦斯?jié)舛瘸瑯藭r與供電的閉鎖，壓入式通風的風機與洞內供電的閉鎖。因此，高瓦斯和瓦斯突出工區(qū)洞內的局部通風機和電氣設備，必須與瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進行風電、瓦電閉鎖，當局部通風機停止運轉時，應能立即自動切斷局部通風機供風區(qū)段的一切電源。

為節(jié)約通風供電成本，可由專業(yè)技術人員對現場通風效果和瓦斯涌出狀況進行檢測，根據檢測結果，對通風系統(tǒng)及時進行階段性調整，但必須保證洞內瓦斯?jié)舛炔怀蕖?/p>

3.3 設備防爆改裝

在隧道高瓦斯和瓦斯突出工區(qū)，電氣設備和作業(yè)機械應使用防爆型。防爆型機械設備多用于煤礦工程，對于高速公路工程，配置煤礦專用機械設備使用率偏低，不夠經濟。因此，本工程針對瓦斯隧洞施工特殊要求，對常規(guī)非防爆型機械設備進行了防爆改裝，對內燃施工機械設備加配了車載式甲烷斷電(熄火)控制裝置。該裝置實時監(jiān)測周圍環(huán)境空氣中的瓦斯?jié)舛?，當環(huán)境瓦斯?jié)舛瘸^報警限值(0.3%CH4)時，發(fā)出聲光報警；濃度超過斷電上限(0.5%CH4)時，控制裝置自動斷電熄火；濃度降到安全限值(0.3%CH4)以下時，內燃施工機械設備方可再次啟動。

為節(jié)省施工成本，在保證正常通風條件下，若洞內瓦斯?jié)舛壤^續(xù)下降或保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，非防爆的移動式機械設備也可進洞作業(yè)。

3.4 隧道爆破作業(yè)

隧道通過瓦斯段的開挖原則為：短進尺，弱爆破，強支護，勤監(jiān)測，加強通風，快噴錨。本工程每次開挖進尺控制在2m以內，采用上、下微臺階開挖，臺階長度控制在5m內。

根據相關要求，瓦斯隧道爆破作業(yè)應采用煤礦許用炸藥和毫秒電雷管。煤礦許用炸藥加入了食鹽作消焰劑，能吸收熱量，降低爆炸氣體的溫度，削弱瓦斯與氧的連續(xù)反應，安全性高。雷管總延時時間不超過130ms，使雷管延期小于瓦斯爆炸所需的感應期，以保證不會引燃、引爆瓦斯。

實施施工中反映：煤礦許用炸藥爆力和猛度只相當于一般巖石銨銻炸藥的80%，毫秒電雷管只能選用到5段，制約公路隧道大斷面的施工進度。鑒于上述原因，隧道開挖進尺過程中，在瓦斯?jié)舛葹?.3%時，可不使用煤礦許用炸藥和毫秒電雷管。

3.5 揭煤防突及瓦斯排放

根據相關規(guī)定和實際施工經驗，揭煤施工前應打超前鉆孔和預測孔，探明煤層位置和瓦斯情況，進行煤與瓦斯突出危險性預測。超前探孔可兼做炮眼，節(jié)約成本，提高功效。

隧道開挖揭煤時宜采用臺階開挖。上導坑開挖時，掘進工作面至煤層20m遠，應打至少3個穿透煤層全厚的超前鉆孔，推測煤層是否有畸變。若發(fā)現地質構造變化復雜、巖體破碎，則在隧道開挖輪廓線外5m范圍內布置一定數量的超前鉆孔，確保能準確掌握煤層厚度、角度變化及瓦斯情況等。

突出預測采用鉆屑指標法為主，鉆孔瓦斯涌出初速度法為輔的方法。隧道采用上、下導坑法開挖，突出預測孔主要控制上、下導坑斷面(預測孔直徑φ50mm)。

當預測有突出危險時，必須采取具有針對性、便于實施的防突措施。防突采用多排鉆孔排放或抽放。鉆孔控制范圍為：隧道輪廓外上方7m，左右兩側6m，底部3m。排放瓦斯順序：上導坑打排放鉆孔(坑底距煤層不小于5m)→排放瓦斯15d→揭煤穿過煤層→下導坑打超前鉆孔及預測孔。當判定有突出性危險→由下導坑底順煤層打扇形排放鉆孔→排放瓦斯15d→下導坑揭煤穿過煤層。瓦斯排放時，所有洞內掘進施工應停止。

3.6 突泥、涌水及塌方預防

隧道通過巖溶水、地下水發(fā)育的軟弱破碎圍巖及斷層地段工區(qū)時，應加強超前水文、地質探測預報，提前預知前方圍巖地質情況，預測判斷是否具有突泥、涌水可能，防止災害事故的發(fā)生。設計有超前地質鉆探預報方案時，按設計進行施工，設計無超前地質預報時，可采取超長鉆孔，鉆孔長度5m以上，以探知前方圍巖地質情況。

超前探測有突泥、涌水可能時，現場應果斷采取處理措施。施工中常采取“以引排為主，堵水為輔”的排水方案?？赡苡型荒?、涌水洞段，可采用鉆孔、小導坑方式進行應力釋放；對危險程度較高地段，可采用設止?jié){墻封堵，迂回導坑通過等技術方案。

現場發(fā)現有突泥、涌水或塌方先兆且極其危險時，必須立即停止施工，立即組織人員、機械迅速撤離危險區(qū)域，緊急情況下必須優(yōu)先組織人員撤離。

4 結語

瓦斯隧道防爆、防突、防塌為安全施工的核心問題，為防止災害事故發(fā)生，必須認真做好超前地質預報、施工通風及相應的應急救援預案，確保安全方面的資源投入不打折扣。同時，瓦斯隧道施工安全問題也是世界級難題，需要更多的工程人士和學者致力于施工安全控制研究，研討出行之有效的方法，既保障安全施工，又節(jié)約施工成本。