铁２０１４年第２期 道建筑 ６３ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 文章编号：１００３—１９９５（２０１４）０２—００６３—０４ 不良地质状况下华蓥山隧道施工技术 何春保 ，曹朝晖 ，张兆彬 （１．华南农业大学水利与土木工程学院，广东广州５１０６４２；２．中铁二十五局第四工程有限公司，广西柳州５４５００５） 摘要：华蓥山隧道地质条件复杂，存在溶洞发育、瓦斯含量高、油气涌出、以及涌（突）水等问题。对不同 地质情况分别采取不同的措施：对探明的溶槽或溶洞进行“封、堵、排”处理；溶槽或溶洞处理完之后，才 能进行正洞掘进，掘进时施作超前支护，同时采取短进尺、弱爆破，紧跟初期支护；油气层施工以“重视 探测，严禁火种，加强通风，及时封闭”为原则，合理安排揭煤顺序，同时采用气密性混凝土施作二次衬 砌来封闭瓦斯和油气，施工中引进射流技术，采用大直径、长管路压入式通风，并对瓦斯和隧道围岩进行 监测。隧道贯通误差远小于规范要求，表明采取的施工技术措施合理可行，可供类似工程参考。 关键词：华蓥山隧道溶洞 瓦斯通风方案 中图分类号：Ｕ４５５．４文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－１９９５．２０１４．０２．２１ 华蓥山隧道是沪蓉高速公路广邻段的关键控制工 程。隧道长４ ７０５．９５ ｍ，线间距４０ Ｉｎ，为双洞单向行 车一级公路隧道。地面高程为５００—１ ２００ ｍ，相对 高差最大达７００ ｍ。华蓥山隧道处于岩爆地区，穿越 煤层和油气层…。溶洞多且大、岩溶涌（突）水量 大 ；煤层和石油沥青二次生化气有毒易燃 ，存在 岩爆和燧石结核等，与其它不良地质条件隧道施工 Ｆ１ 相比 ，华蓥山隧道不良地质状况更为复杂。这些 复杂地质情况给施工安全和进度造成极大影响。本 文介绍该隧道工程的施工技术，以期为类似工程借 鉴参考。 １ 隧道主要不良地质状况 华蓥山隧道右线地质纵断面如图１所示。 泥灰岩．灰岩夹页岩． 灰岩． 灰岩夹泥岩 。灰岩 图１右线地质纵断面 华蓥山隧道存在的不良地质状况分述如下。 １）岩溶 ３）煤层采空区 华蓥山地区采煤历史悠久，隧道区不同高程上都 华蓥山隧道岩溶发育不均。近洞Ｅｌ段岩溶化程度 高，洞身岩溶发育程度低，一般只有孔隙裂隙型岩溶。 ２）瓦斯 开凿有采煤巷道，形成了大面积的煤层采空区。隧道 位于煤层采空区和巷道之下。 ４）石油、天然气及硫化氢 隧道区处于油气田构造之间的强烈褶皱龙王洞背 隧道穿煤点的煤层瓦斯压力值为１．４４ ＭＰａ，瓦斯 含量为９．１６ ｍ。／ｔ。全断面揭煤时，穿煤点爆破后最大 瓦斯涌出量为ｌ７．６８ １ＴＩ ／ｒａｉｎ，炮后正常瓦斯涌出量为 斜中，且西翼出现透及地表的“通天断层”。由于残余 油气的原油和沥青可被生物分解并生成天然气，局部 具有二次生化气囊的可能性。 ５）涌（突）水 隧道区内碳酸盐岩为非均质各向异性含水层，地 下水赋存极不均一，较大可能产生涌水的地段有 １０个。 ４．０１ ｍ。／ｍｉｎ；小断面揭煤时，穿煤点爆破后最大瓦斯涌出 量为４．５８ ｍ ／ｒａｉｎ，炮后正常瓦斯涌出量为１．６９ ｍ ／ｍｉｎ。 收稿日期：２０１３－１０－１０；修回日期：２０１３—１１ ２０ 作者简介：何春保（１９７４一），男，湖南岳阳人，副教授，博士。 铁道建筑 ２ 施工技术 ２．１溶洞处理 槽。溶槽两侧打双排锚杆，纵、环向间距均为１００ Ｃ，ＩＩ１， 按梅花形布置。钢筋网格尺寸为２０（３１１＂１ Ｘ ２０ ＯＩＤ＿，喷 １５ ｃｍ厚Ｃ２０混凝土进行封闭。对溶洞，格栅钢架架 １）在遇到溶洞或溶槽时，先进一步探明岩溶的性 质，确定溶洞或溶槽的形状、范围、大小、岩层稳定程 度、填充物和地下水等情况。 ２）对探明的溶槽或溶洞采用“封、堵、排”的处理 措施。 立之后，在拱架后用Ｍ７．５浆砌片石回填、封堵，再挂 网喷混凝土进行封闭。 ３）溶槽或溶洞处理完后，才能进行正洞掘进。掘 进时施作超前支护，同时采取短进尺，弱爆破，紧跟初 期支护。 ２．２煤层区施工 设网状排水管排水。溶槽口（或溶洞口）及其前 后５ ｍ各设一道４，￣５ｏ的环向弹簧软管并与纵向排水 由于煤层地质条件复杂，存在煤、瓦斯突出危险， 管和中央排水管连通。在溶洞口一侧设２道ｔｈｌ００的 煤层坍落、涌水的可能性。根据设计图，提前３０ ｍ进 纵向软管并引入边墙脚纵向排水管，必要时用一根 行地质雷达探测，初步确定煤层位置。距煤层１０ ｍ ４，５０橡皮管引人中央排水管。 时，停止推进，布置探测孔探深。典型的煤层突出危险 采用浆砌片石和钢筋骨架喷混凝土封堵。对溶 性单项指标临界参考值与实际预测指标值分别见表１ 槽，按Ⅱ类衬砌断面检查开挖，设立格栅钢架封堵溶 和表２。 表１ 煤层突出危险性单项指标临界参考值 注：△Ｐ为煤的瓦斯放散初速度，Ｆ为煤的坚固性系数，Ｐ为煤层瓦斯压力。 表２煤层突出危险性单项指标实际预测指标值 注：Ｋ，为钻屑瓦斯解吸指标，Ｑ为可解吸瓦斯含量。 Ｉ）揭煤顺序 的Ｃ２５气密性钢筋混凝土作为二次衬砌。注浆小导 左线采用马蹄形揭煤开挖方式。从ＺＫ３５＋７００ 管超前支护。 里程起开挖顺序为①一②一③一④，②与③作业间距 ３）钻爆 ３～５ ｍ。右线采用底部导坑微超前，先揭煤层１．５～ 钻孔采用ＹＴ２８手持风钻钻孔，孔深０．７ ｍ，煤眼 ２．０ ｍ后，再进行全断面开挖。并视其岩性开挖进尺 间距１．２ ｍ，周边眼间距０．５ ｍ。采用煤矿３ 炸药和煤 Ｉ．５～２．０ ＩＴＩ，其下导坑超前不得小于１．５ ｍ，开挖顺序 矿许用电雷管，放炮器起爆。电路采用串联形式，揭开 为①一②一③一④。如图２所示。 煤层时在洞外起爆。 ２）支护方式 ２．３油气层施工 揭煤及过煤地段的强力支护不仅是防突、防煤层 以“重视探测，严禁火种，加强通风，及时封闭” 坍塌、防煤系地层围岩移动的关键，而且为隧道建成后 为原则采取有效措施，具体如下： 运营提供安全保证。结合煤层段的地质情况：断面大 １）在油气残存区施工时，超前钻探，查明油气贮 （１００ ｍ ）、围岩稳定性差（Ⅱ类围岩）、倾角缓（３３。）， 存情况。探明油气的成分、来源、储量、压力，每循环打 煤层厚度变化大、影响距离长（沿轴线９０ ｒｎ）、煤层具 １０个５ ｍ深的超前预测钻孔，用以排放有害气体和石 有突出危险等特点，经方案比较后采用格栅钢架与自 油。同时在放炮前后安排瓦检员对有害气体进行认真 进式锚杆、喷混凝土作为环向初期支护，模筑厚６０ ｃｍ 检测，防止超标。 ２０１４年第２期 何春保等：不良地质状况下华蓥山隧道施工技术 ６５ Ｔ ．Ｔ ，１Ｔ ● 上 ＩＩ一ＩＩ ／／ ／ ／一 Ｉ （／ Ｌ。。ｎ ｌ２ Ｏ２ ＼１ ７ ， ～／／ ／ 过煤地段４４ｚＫ３５＋７１。一ｚＫ３５＋６６６ ， ｌｆｂ）右线揭煤开挖顺序 图２揭煤顺序（单位：ｍ） ２）杜绝火源进入作业场所，施工机械用矿用隔爆 型设备。 向及风量进行如下控制： １）左、右线同时用４，１ ３００抗静电通风管，将洞外 新鲜空气同时压入掌子面。 ２）左线揭煤时，在右线的洞口设置２台射流风 机，向洞内通风，使右线的污浊空气经距掌子面最近的 横通道从左线排出，左线污浊空气自然排出。右线 揭煤时，将射流风机移到左线，使污浊空气从右线 排放。 ３）加强通风换气，压人新鲜空气量不小于 １ ８００ ｍ ／ｒａｉｎ，以稀释可燃气体浓度。 ４）钻孔采用湿式风钻，并超前钻孔排放。爆破作 业采用低爆温炸药，爆破时掘进设备及电气设备撤离 至油气区以外２００ ｍ的位置。 ５）掘进面附近及油气区设置消防器材，一旦发生 燃烧，首先测定巷道内可燃气体及有害气体浓度，采用 干粉灭火器环向交叉喷洒高压水形成水幕，使燃烧面 断氧、降温。 ３）所有横通道除将距掌子面最近的横通道（７ ） 作为回风联系巷外，其余横通道（８ ，９ ）临时封闭，以 防风流短路、循环风和瓦斯逆流。 ６）在油气溢出及油苗残存区喷不低于１０ ｃｍ厚 Ｃ２０混凝土进行注浆封堵。并掺入适当气密剂，以封 闭油气。 ４）揭煤隧道掌子面供风量不小于１ ５００ ｍ ／ｒｎｉｎ。 工作面瓦斯浓度控制在１％以内，工作面后方３０ ｍ范 围内瓦斯浓度不得大于０．７５％，并不得有局部瓦斯积 ７）模筑不小于３５ ｅｍ厚的Ｃ２５气密性混凝土二 次衬砌。透气系数不大于１．０×１０ ｅｍ／ｓ。混凝土 背后适当设置排放盲管以集中引排油气。 累。同时，未揭煤隧道掌子面的供风量不小于 １ ５００ ｍ ／ｒａｉｎ，并不得有循环风进入掌子面。 ５）局部小范围瓦斯聚积时采用引射器稀释。 ２．５ 瓦斯监测 同时对华蓥山隧道瓦斯设防段采用全封闭复合式 衬砌封堵有害气体，并用气密性混凝土进行二次衬砌。 ２．４施工通风 采用ＡＹＪ一２型五路瓦斯遥测仪、ＡＹＴ．２型单路瓦 斯遥测警报断电仪各１台，人工和自动监测相结合，同 时对左、右线揭煤工作面及通风主要通道进行监测。 并建立瓦、电联锁系统，自动声光报警系统。 引进射流技术，采用大直径（ １．３ ｍ）、长管路 （２ ０００ ｍ）压入式通风，通风系统布置如图３。风流方 ６６ 铁道建筑 图３通风系统布置 ３ 隧道监测 华蓥山隧道地质情况十分复杂，对围岩的变形进 誓 表３量测项目及方法 ≥ 和指导施工至关重要。量测项 根据量测信息调整设计或施工方法： １）当位移量或位移速率超过设计容许值时，除加 强支护外还应调整施工方法、改进掘进进尺、加速锚喷 育的地区，施工难度大、任务重。经过精心设计、施】 及技术攻关，工程施工进展顺利。隧道贯通误差远小 于规范要求，隧道净空断面符合设计要求和施工规范， 隧道分项工程合格率１００％，分部工程优良率９９％，达 到优良工程验收标准。 参 考 文 献 支护时间和提前封底，使衬砌成环，必要时采用超前预 支护等措施。 ２）围岩位移量或位移速度超过容许值时，应增加 锚杆数量和长度；锚杆长度应大于测试所得松动区的 范围并有一定富余量；当测试所得锚杆轴向力大于锚 杆屈服强度时，应增加锚杆数量和直径。 ３）初始喷层厚一般为５～１０ ｃｍ，当喷层应力大或 围岩压力大，喷层厚度已较大时，可增加锚杆数量或调 整施工方法。 ［１］卢平，马德芹，曾裕平．华蓥山隧道工程地质条件及不良地 质问题［Ｊ］．路基工程，２００５（６）：９６．９７． ［２］刘建国，刘义立．华蓥山隧道特大涌水突泥的综合治理［Ｊ］． 公路，２００３（１０）：２５—２８． ［３］唐协，陈贵红，周仁强．华蓥山隧道硫化氢气体检测及综合 整治研究［Ｊ］．现代隧道技术，２０１１，４８（４）：２５ ３０． ４）当收敛值超过预留变形量时，应修改断面 尺寸。 ［４］张会远，穆静静．岩溶区大断面隧道突泥突水的防治［Ｊ］．铁 道建筑，２００９（６）：４９—５１． ［５］邹艳琴．深埋隧道施工组织及不良地质地段施工方法［Ｊ］． 铁道建筑，２００８（１０）：５１—５３． ５）根据围岩稳定情况，调整初期支护设计及二次 衬砌施作时间。 ４ 结语 华蓥山隧道地质条件复杂，灾害问题突出，既是岩 溶发育强烈的喀斯特地区，又是海相碳酸盐岩油气发 ［６］张红艳，余莉，罗林．超埋深特长隧道地质灾害分析与防治 措施研究［Ｊ］．铁道建筑，２０１３（６）：７７．８０． （责任审编 葛全红）