公路隧道 ２０１３年第１期（总第８１期） 公路瓦斯隧道的设计与施工要点 杜其益 （中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉４３００５６） 摘 要简要回顾了近年来公路及铁路瓦斯隧道的设计、施工状况，以仁赤高速邓家沟瓦斯隧道为依托，初步介 绍了公路瓦斯隧道的设计与施工要点，并对此提出了建议和展望。 关键词公路瓦斯隧道设计与施工 近年来．随着国家交通基建工程的突飞猛进，非 典型性隧道也在不断涌现，瓦斯隧道就是其中突出 的一例，并具有相当的危害性。像都汶高速董家山 隧道瓦斯爆炸造成４４人重大伤亡＿１］。近年施工完 成的瓦斯隧道诸如宜巴高速马家坡高瓦斯隧道、南 大梁高速华蓥山高瓦斯隧道、赣龙铁路枫树排瓦斯 隧道、达成铁路扩能改造工程云顶高瓦斯隧道等，在 设计与施工中均充分考虑瓦斯的危害性。尤其是在 前期勘察和后期工程管理上，采取加强探测和通风 等措施，保证了工程安全、顺利完成。 仁赤高速邓家沟隧道位于贵州省习水县桑木 镇，设计为上下行分离式长隧道，隧址区发育有桑木 场断层，隧道经过岩层主要为中风化泥岩、中风化泥 质灰岩，原设计不良地质现象主要为断层、岩溶，未 显示有瓦斯，后在施工中发现有瓦斯逸出（焊接发现 有明火）和薄煤层，遂停工重新进行勘察设计，并定 性为含煤层高瓦斯隧道，后对施工设备进行更换、改 装，按高瓦斯隧道进行施工，现隧道已安全顺利贯 通。 １ 公路瓦斯隧道的设计 １．１瓦斯隧道设计重点 首要的是对瓦斯隧道进行分类，从低到高分为 低瓦斯隧道、高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道，针对不同 等级的瓦斯隧道采取不同的处置措施。瓦斯隧道工 区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区和瓦斯 突出四个类型。瓦斯涌出量ｑ ｄｏ．５ｍ。／ｍｉｎ时，为 低瓦斯工区，ｑ≥０．５ｍ。／ｍｉｎ时，则为高瓦斯工区。 瓦斯隧道类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。 参照《铁路瓦斯隧道技术规范》（以下简称《规 范》），单向掘进的隧道瓦斯涌出量ｑ（ｍ。／ｍｉｎ）可按 下式计算 ｑ—ｑ１＋ｑ２＋ｑ３ ・ ４８ ・ 式中ｑ ——开挖工作面爆落煤块瓦斯涌出量， ｑｌ—ＶａＲＷ／１４４０： ｑｚ一一新爆落煤壁瓦斯涌出量，ｑｚ＝＝＝ＡＱ。．厂（ｆ）； ｑ。——喷射混凝土地段洞壁瓦斯逸出量（采用 气密性喷射混凝土，ｑｓ相对ｑ 、ｑｚ涌出 量很小，可不计）。 式中相关符号详见《规范》附录Ｌ。参照专家会 推荐的数据，经保守分析估算邓家沟隧道瓦斯涌出 量ｑ≈７．０＞０．５ｍ。／ｒａｉｎ，因此判定邓家沟隧道为 高瓦斯隧道。同时受地质资料的局限性，暂不能判 定隧道的瓦斯突出级别，暂按有瓦斯突出风险考虑， 以策安全。 图１隧道煤系、瓦斯地层超前探孑Ｌ预报 受隧道地质勘察的局限，煤系地层的瓦斯存在 着多变性和不确定性，不可能完全做到隧道瓦斯的 定量、定点和定段。为了保证瓦斯隧道的施工运营 安全，必须认真做好煤系地层和瓦斯的专项超前地 质预报 ］。除常规的ＧＰＲ地质雷达、ＴＳＰ等预报 手段外，还应增加瓦斯隧道的专项超前地质预报内 容。其方法应以地质分析为基础，辅以防爆物探等 手段，结合超前钻探（布置如图１）和瓦斯浓度及压 力检测的综合预报手段。一旦发现地质变化异常或 杜其益等公路瓦斯隧道的设计与施工要点 瓦斯浓度变化异常应及时通知相关各方，以及时采 （与初支问需采用厚４ｍｍ闭孔型泡沫塑料垫层）， 取有效的处治措施。 鉴于公路隧道需检修、行人的特点，瓦斯隔离层宜全 根据《规范》要求，瓦斯隧道衬砌需采取防瓦斯 包；透水管终点设置气水分离装置；施工缝气密处理 措施Ｅ 。具体为喷射混凝土、模筑混凝土中掺用气 等措施。 密剂（《规范》推荐为ＦＳ—ＫＱ型）；设置瓦斯隔离层 表１ 瓦斯隧道衬砌支护参数表 Ｓ～Ｖ ａＷ Ｓ—ＶｂＷ Ｓ—Ｖ ｃＷ Ｓ一ⅣａＷ Ｓ一——１ＹｂＷ Ｓ一ⅢＷ 喷射混凝土 ２６ｃｍ厚Ｃ２０喷射 ２５ｃｍ厚Ｃ２０喷射 ２５ｃｍ厚Ｃ２０喷射 ２２ｃｍ厚Ｃ２０喷射 ２０ｃｍ厚Ｃ２０喷射 １６ｃｍ厚Ｃ２０喷射 混凝土 混凝土 混凝土 混凝土 混凝土 混凝土 （杆，Ｉｐ２５中空注浆锚 一４．Ｏｍ，纵 杆，Ｌ一３．５ｍ，纵 杆，Ｌ一３．５ｍ，纵 杆，Ｌ一３．５ｍ，纵 ９２２药卷锚杆，Ｌ ９２２药卷锚杆，Ｌ ２５中空注浆锚 ２５中空注浆锚 ２５中空注浆锚 系统锚杆 环间距６Ｏ＊ 环间距６０＊ 环间距８Ｏ＊ 环间距８Ｏ＊ 一３．Ｏｍ，纵环间 一２．５ｍ，纵环间 距１００＊１２０ｒｎｍ 距１２０＊１２０ｒａｍ １２０ｒａｍ １２０ｍｍ １２０ｒａｍ １２０ｍｍ 钢筋网 ９６．５，网格间距 ６．５，网格间距 （ｐ６．５，网格间距 ９６．５，网格间距 ９６．５，网格间距 （Ｄ６．５，网格间距 ２０＊２０ｃｍ ２０＊２０ｃｍ ２０ Ｒ－２０ｃｍ ２５＊２５ｃｍ ２５＊２５ｃｍ ２５＊２５ｃｍ（拱部） 钢拱架 ２０ｂ工字钢，纵距 １８工字钢，纵距 １８工字钢，纵距 １６工字钢，纵距 ｈ一１４ｃｍ格栅钢 ６０ｃｍ ６０ｃｍ ８０ｃｍ ８０ｃｍ 架，纵距ｌＯＯｃｍ ５０ｃｍ厚Ｃ２５钢筋 ４５ｃｍ厚Ｃ２５钢筋 ４５ｃｍ厚Ｃ２５钢筋 ４０ｃｍ厚Ｃ２５钢筋 ４０ｃｍ厚Ｃ２５素混 ４０ｃｍ厚Ｃ２５素混 二衬 混凝土 混凝土 混凝土 混凝土 凝土 凝土 卜ｒ — 仰拱 ５０ｃｍ厚Ｃ２５钢筋 ４５ｃｍ厚Ｃ２５钢筋 ４５ｃｍ厚Ｃ２５钢筋 ４０ｃｍ厚Ｃ２５钢筋 ４０ｃｍ厚Ｃ２５索混 混凝土 混凝土 混凝土 混凝土 凝土 超前支护 ４２超前小导管， ９４２超前小导管， ９４２超前小导管， ９４２超前小导管， ９２２超前锚杆，Ｌ Ｌ一４．Ｏｍ Ｌ一４．Ｏｍ Ｌ一４．Ｏｍ Ｌ一４．Ｏｍ 一３５０ｍ 瓦斯隧道的辅助坑道设置，应按瓦斯工区与非 设置气水分离装置（如图２所示），用金属管将分离 瓦斯工区，结合施工通风的需要，综合研究后确定方 出的瓦斯气体引出洞外在高空放散，以免瓦斯气体 案，本项目因隧道长度较短、地质情况尚可，未设置 随意泄露造成人员伤害和财产损失。瓦斯放空管上 辅助坑道。 端应高于隧道拱顶高程５ｍ，并妥善接地Ｅ 。 瓦斯隧道的通风是至关重要的，无论是施工阶 段还是运营阶段。施工阶段洞口送风机和洞内局部 风扇需和其他设施一起进行防爆改装，运营阶段通 风机可采取普通型。需要注意的是瓦斯隧道在运营 中，瓦斯浓度在任何时间、任何地点都不得大于 ０．５％［３＝。 １．２瓦斯隧道衬砌结构设计 结合隧道围岩地质情况，邓家沟高瓦斯隧道衬 砌分为Ｓ—ＶａＷ、Ｓ—ＶｂＷ、Ｓ—Ｖ ｃＷ、Ｓ—ＩＶａＷ、Ｓ —ＩＶｂＷ、Ｓ一ⅢＷ五种，各类型衬砌支护参数如表１ 所示 。 图２瓦斯隧道气水分离室 瓦斯隧道衬砌支护参数是根据隧道围岩地质情 为防止运营期间瓦斯窜逸，可在瓦斯工区两头 况和瓦斯等级先初步拟定，后经荷载结构法（Ｖ级围 岩）、地层结构法（ＩＶ、Ｉｌｌ级围岩）理论验算，均满足要 采取隔离措施，并将瓦斯集中排放。 求，现场需根据实际情况做灵活调整。 ２公路瓦斯隧道的施工 １．３瓦斯隧道设计细节 鉴于公路瓦斯隧道的特殊性，对细部的设计就 ２．１ 瓦斯隧道施工重点 提出了更高的要求。首先衬砌背后需压注水泥砂浆 瓦斯隧道施工中瓦斯监控方案、通风方案、供电 以尽可能的隔绝瓦斯。为减小瓦斯压力，全封闭防 方案及机械防爆改装是实施施工方案的重难点。隧 瓦斯地段纵向透水管兼做瓦斯排气管，透水管终点 道动工前需制定详尽可靠的施工与安全方案，经专 家评审通过后方可开工，并应对施工班组进行相应 ・ ４９ ・ ●』 杜其益等公路瓦斯隧道的设计与施工要点 道酿成了人员伤亡的惨重事故，足以为戒。但重视也 不代表盲目的追求保守，本文中高瓦斯隧道不同于高 瓦斯煤矿，前者瓦斯浓度定义值是后者的１／８０，且公 路隧道选线时已刻意避开煤层、瓦斯等不良地质，一 般穿煤长度也较短，开挖后迅速封闭，通风也较简单， 采取恰当措施完全可满足瓦斯隧道的施工要求，没必 要照搬照套煤矿那一套，造成不必要的浪费。 随着智能机械和自动化的快速发展，笔者有一 种设想，像高瓦斯（瓦斯突出）隧道施工这种高危工 种，可否逐步转为由人工控制来操作，施工人员不直 接进洞，在洞外通过监控视频来遥控指挥机械作业， 一方面可提高作业效率，更可避免动辄几十人的巨 大伤亡。 ４ 结语 瓦斯隧道只要在前期勘察设计中对地质调查、 勘探详尽，对（疑似）煤系地层足够重视，充分考虑， 后期精心组织、精心施工，瓦斯隧道是安全可控的， 瓦斯爆炸的危害是可防的。 邓家沟高瓦斯隧道在发现煤层、瓦斯燃烧现象 后，相关单位高度重视，及时进行补充勘察设计，拿 出切实可行、安全可靠的实施方案，经专家论证认可 后，方投入实施，现隧道已安全、顺利贯通。 参考文献 ［１］马青，郑宗溪．浅谈非煤系地层高瓦斯隧道设计要点 ［Ｊ］．高速铁路技术（增刊），２０１１． ［２］贵州省赤水至望谟高速公路（仁怀至赤水段）第二设计 合同段煤系地层、瓦斯隧道专项设计说明［Ｒ］．２０１ １． ［３］ＴＢ１０１２０／Ｊ１６０－－２００２，铁路瓦斯隧道技术规范［ｓ］．北 京：中国铁道出版社，２００２． ［４］重庆交通科研设计院．ＪＴＧ Ｄ７０－－２００４，公路隧道设计 规范Ｅｓ］．北京：人民交通出版社，２００４． ・ ５１ ・
