关于重庆市缙云山隧道矿山法段专项技术防控措施

关于重庆市缙云山隧道矿山法段专项技术防控措施

任旭立

中国水利水电第四工程局有限公司   青海西宁  810000

【摘要】重庆轨道交通27号线土建工缙云山隧道为双洞单线隧道，复合式衬砌，开挖宽度7820～11670mm、开挖高度9160～12190mm，埋深4.8～248m；缙云山隧道矿山法段存在众多复杂断层带、采空区、低瓦斯段、岩溶段、富水段、土层段等重大风险地段，针对上述不良地质风险，采取以下针对性技术措施降低施工风险。

1 重大风险地段主要技术防控措施

1.1 断层带、破碎带安全技术防控措施

本工程范围分部有梨树坪和凉亭关两大断层带，分别影响范围100～200m不等，是本工程最难处理风险。断层和破碎带不仅岩层破碎，围岩自稳性差，还通常伴随富水带。针对该类地层，在探明进入风险区后，开挖前采用中管棚进行超前支护，支护长度9m，搭接长度3m；地下水丰富时，钻孔泄水泄压，防止出现突水突泥。开挖施工中采用短进尺，严控开挖进尺，不得随意增加循环进尺长度；开完完成后立即进行初期支护，尽快封闭成环。

1.2 采空区安全技术防控措施

本工程已探明采空区长度186m，其中67m需要注浆处理，其余119m范围需要加强监测。在采空区范围开挖尽量采取震动较小开挖方式，防止采空区因震动发生活化。采空区施工需加强瓦斯探测和监测，防止出现瓦斯聚集和突出，供风采用压入式供风，也可增加局扇加强供风换气。在雨季施工，采空区水位亦容易上升，施工期间多备水泵和水带，增加排水能力。如探测拱顶为破碎带岩层，需进行管棚超前支护，若探出为溶腔，开挖后处理拱顶。采空区注浆后需加强底板监测，防止沉降超限，沉降超限，需联系设计及相关单位商讨另外加固处理措施。

1.3 低瓦斯安全技术防控措施

根据地勘资料，本隧道约有699m低瓦斯施工段。针对低瓦斯施工安全风险，主要采取以下措施减少风险。施工接近低瓦斯段落前，加强瓦斯探测和超前地质预报，探明是否存在瓦斯气体，瓦斯浓度是否超标。施工期间配备瓦斯自动监测系统和专职瓦检员，实时监测瓦斯等有害气体浓度。瓦斯地段增加局扇，加强通风，降低瓦斯气体浓度，若瓦斯气体超标，需停止施工，采取措施降低浓度后方可继续施工。瓦斯工区爆破采用煤许矿用炸药，雷管采用电子雷管。

1.4 富水岩溶段安全技术防控措施

根据超前地质预报，在富水层暂未形成溶腔地层按照富水地层处理，处理措施主要为注浆加固岩体，按照周边注浆加固、帷幕注浆加固、局部注浆加固等方式超前加固围岩，提高围岩自稳能力，改变施工范围内岩体地下水径流系统。注浆加固后钻孔泄水泄压，可在掌子面钻孔，安装孔口管泄处施工范围地下水，防止突水突泥。水流量大，水流具有持续性时 ，在附近开挖集水坑，封闭掌子面，从新在侧壁开孔泄水，水流汇入集水坑，持续抽排至洞外。若探明为岩溶时，根据超前探测，先开挖溶腔断面，处理溶腔后再扩挖，防止塌孔。溶腔处理按照岩溶处理措施处理。

1.5 浅埋土层安全技术防控措施

前面土层主要为地表注浆加固，本隧道一共有三处，分别为小里程进洞超浅埋土层注浆加固，大里程施工通道洞口注浆加固，大里程盾构接收洞超浅埋地层注浆加固。加固完成后钻孔取芯验证注浆效果符合设计要求后方可开挖。浅埋土层开挖严控每循环开挖进尺和支护方式，严格按照设计进尺开挖，开挖过程中大断面采用临时横撑支护。

2 重大施工部位主要技术防控措施

2.1 洞口仰坡施工主要技术防控措施

洞口仰坡开挖前应提前布置好开口线周边监测点，做好初始值采集，并按照设计监测频率进行监测，及时将监测数据对现场进行反馈；洞口仰坡施工范围内土方机械、施工人员的安全距离应符合规范要求；洞口仰坡边线2m范围不得堆载材料；洞口仰坡施工时，施工机械应与开口线边沿保持安全距离；洞口仰坡喷锚支护结构没有达到设计强度，严禁进行下一层土方开挖施工。

2.2 洞身开挖施工主要技术防控措施

隧道洞身开挖方式和开挖方法应根据地质条件、覆盖层厚度等确定，不得擅自变更开挖方法。隧道施工采用钻爆法开挖时，应采用光面爆破或预裂爆破并进行钻爆设计，爆破参数要合理调整保证爆破效果。在浅埋条件下有邻近建筑物、既有线隧道等特殊情况地段爆破时，应采用仪器检测围岩爆破扰动范围和振速，并采取措施控制爆破对围岩和邻近建筑物的扰动程度。

隧道开挖后应及时进行初期支护。采用分部开挖时，应在初期支护喷射砼强度达到设计强度的70%及以上时进行下一部分的开挖；隧道通过膨胀性围岩时，支护应紧跟开挖、尽快封闭、对围岩施加约束。分部开挖施工过程中应加强对临时支护的保护。不良地质地段隧道开挖应根据实际情况采取短进尺、弱爆破、强支护、勤量测的施工方法。隧道开挖断面的中线和高程，施工单位应按每一开挖循环检查1次，监理单位按检验数量的10%平行检验。

2.3 爆破主要技术防控措施

爆破作业必须按照国家《爆破安全规程》（GB6722-2014）要求，编制爆破设计方案，制定相应的技术措施。爆破人员应持有当地公安部门核发的爆破工操作证，禁止无证上岗；爆破作业人员严禁穿摩擦产生静电的化纤衣服。爆破材料的领取，应由装炮负责人按一次需用量填写领药凭证到库房提取。炸药和雷管严禁由一人同时搬走，炸药搬运人员与雷管领用人员同行时，两人之间距离不得小于50m。

装炮时应使用木质炮棍装药，严禁火种。无关人员与机具等均应撤至安全地点，装药与钻孔不得平行作业。装药前应检查爆破工作面附件的支护是否牢固；炮眼内的泥浆、石粉应吹洗干净；刚打好的炮眼热度过高，不得立即装药。如果遇有照明不足，发现流砂、泥流未经妥善处理，或有可能有大量溶洞涌水时，严禁装药爆破。

2.4 初期支护背后注浆主要技术防控措施

注浆管用直径42mm钢管制成，长度等于初期支护加100mm（外露）外漏端应有连接管路的装置。回填注浆应采用水泥砂浆，有特殊要求的地段可采用强度高、流动性好的自流平水泥浆。自流平水泥浆基砂浆3min后的流动度为不小于260mm，30min后的流动度为不小于240mm。注浆顺序沿线路上坡方向进行，注浆过程中要时刻观察注浆压力和流量的变化。

注浆压力和注浆量控制。正常灌浆情况下压力控制在0.2MPa以内，用压力控制浆量。灌浆结束标准。达到下列标准之一者可视为该孔灌浆结束：在设计灌浆压力下，注入量不大于5L／min，延续灌注15min后；漏浆严重，采取间歇性、低压、浓浆灌浆，经反复多次（3次以上）仍不能恢复注浆的，宜采取加入速凝剂的特殊方法结束灌浆；注浆时，附近待注孔的拱顶孔渗浆，经反复停、注，仍然漏浆的，灌浆孔和检查孔施工检查结束后，使用水泥砂浆将管孔封填密实。

3 重大风险低瓦斯隧道安全技术保证措施

瓦斯隧道必须坚持“加强透风、勤测瓦斯、严禁火源”三条基本原则。防止瓦斯燃烧爆炸的关键，一是及早探明隧道瓦斯的出露里程、部位；二是防止瓦斯的聚集，降低瓦斯在空气中浓度。

3.1 瓦斯涌出量计算

瓦斯涌出量分绝对通出量和相对涌出量两种，分别按下列公式计算。

（1） 绝对涌出 Qw：

QwQ1+Q2P2+Q3P3/3*100(m³ /min)

式中 Q1、 Q2、 Q3——取样化验时测得的风量值 m³/min；

P1、 P2、 P3——空气试样中瓦斯含量， %。

（2） 相对涌出量 qw

qw=1440Qwn/A (m³ /t)

式中 QW——绝对瓦斯涌出量， m³/min n

n——通过薄煤层区所需的工作日， d；

A——通过薄煤层区范围的总开挖量， t。

（3）施工通风风量计算

隧道穿过含瓦斯煤系地层时， 施工通风风量计算除一般隧道的通风有关要求外， 还要按瓦斯涌出量计算需要风量（Q） ， 并采取其中最大值。

Q=Qw/C*K=100 QwK1 (m³ /min)

式中 QW——绝对瓦斯涌出量， m³/min——开挖工作面回风流中瓦斯允许浓度， C=1% 1——通风系数， 包括瓦斯涌出不均衡和风量备用等因素， K1=1. 5～2. 0；

通风方式及要求瓦斯隧道的防爆工作极为重要， 而防爆的关键， 除了 诸如火源不得进洞、采用防爆机械等措施外， 主要还是依靠施工通风。通风有两个目 的，一是冲淡和稀释瓦斯； 二是防止瓦斯在角隅和洞顶滞留。 前者主要与风量有关，而后者则与风速有关。

参照《铁路隧道工程施工安全技术规程》规定， 当隧道穿过煤层时， 其通风方式应采用压入式通风， 现场实际施工中， 如出现瓦斯时， 可适当增设射流风机加强通风。

3.2 通风主扇要求

3.2.1 洞内工作人员最多时能保证每人每分钟有 4m³新鲜空气供应。

3.2.2 洞内各开挖面同时放炮， 应能保证在 30min 内通风完毕， 使炮烟浓度稀释到规定要求；

3.2.3 施工通风的风量应能保证洞内各部位的瓦斯浓度不超过规定浓度。

3.2.4 施工通风系统应能每天 24h 不停地连续运转， 在正常运转时， 洞内各部位的风速不应小于最小允许风速。

3.2.5 主扇应有同等能力的备用风机。

3.3 防止瓦斯局部聚积措施

施工过程中，尽管已规定了最小风速的限值，断面形状突变处、较大的超挖或坍方处、洞室内以及洞壁很不平齐部位，仍不可避免的地有瓦斯聚积，防止措施如下：

提高光面爆破效果，使巷道壁面尽量平整，达到通风气流顺畅；及时喷混凝土封堵煤（岩） 壁面的裂隙和残存的炮眼， 减少瓦斯渗入巷道；向瓦斯聚积部位送风驱散瓦斯， 一般采用：用高压风管引出高压风驱散局部积聚的瓦斯；用压气引射器驱散瓦斯。

4 重大风险低瓦斯隧道瓦斯防治技术措施

4.1 瓦斯防治具体技术措施

4.1.1隧道在掘进过程中，预防瓦斯燃烧与爆炸的主要措施是加强通风以降低瓦斯浓度，使其在允许值之下。在掘进工作面的前方或两侧钻孔， 探明是否有断层、裂缝和煤层及其分布位置、 瓦斯贮存情况， 以便采取相应措施。

4.1.2排放瓦斯：瓦斯含量不大时，使其自然排放，亦可用风筒或管子将瓦斯引至回风流或距工作面20m以外的坑道中，以保证工作面开挖放炮的安全。当瓦斯量大，喷出强度大，持续时间长时，则可插管排放，当开挖面瓦斯含量较大，而且裂隙多、分布广时，可暂停开挖，封闭坑道抽放瓦斯。

4.1.3在裂隙小、瓦斯含量小时，可用粘土、水泥浆或其它材料堵塞裂隙， 防止瓦斯喷出。在开挖工作面前方接近煤层3m以上，向煤层打若干φ75～300mm的超前钻孔排放瓦斯，钻孔周围形成卸压带，使集中应力移向煤体深部，达到防止突出的目的。

4.1.4在进行开挖之前，使用高压水射流，在突出危险煤层中， 冲击若干直径较大的孔洞，使瓦斯解吸和排放，降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力。在工作面布置较多的炮眼并装较多的炸药， 撤出人员后远距离起爆， 利用爆破时强大的震动力一次揭开具有突出危险性的煤层。

4.1.5在开挖工作面向煤体深部的应力集中带内布置几个长炮眼进行爆破。 其目 的在于利用炸药的能量破坏煤体前方的应力集中带， 在工作面前方造成较长的卸压带，从而预防突出的发生。通过钻孔将压力水注入煤层， 使煤体湿润以改变煤的物理机械性质， 减小或消除突出的危险性。

4.2 加强施工人员安全防范

4.2.1开挖工作面风流中瓦斯浓度达到 1%时，必须停止用电钻打眼，并在放炮地点附近 20m 以内严禁放炮；达到1.5%必须停止工作、撤出人员、切断电源进行处理；个别地段达到2%时，人员撤离并立即进行处理，瓦斯浓度必须在1%以下， 才准开动机器。禁绝火源火种入洞。

4.2.2当隧道通过煤层时，宜采用水炮泥，放炮喷雾，装岩（煤）洒水和通风等综合防尘措施。含瓦斯地段隧道衬砌断面，宜采用带仰拱的封闭式衬砌或加厚铺底，并视地质情况向不含瓦斯地段延伸一段距离（一般可采用 10～20m）。 对施工缝、沉降缝采用膨胀水泥砂浆填塞严密。

4.2.3瓦斯含量较高而且压力很大时， 除采用上述封闭式衬砌结构外， 还应向衬砌背后压注水泥化学浆液， 隔绝瓦斯通路。 当采用复合式衬砌时， 结合防水要求局部或全部设防水层籍以隔绝瓦斯渗入洞内。整体式衬砌或复合式衬砌的二次衬砌， 宜采用就地灌筑混凝土， 加强捣固， 提高混凝土的密实性， 或采用防水混凝土。

4.2.4 无论正洞或其它辅助坑道， 必须随掘进随衬砌， 务使迅速缩小围岩暴露面， 尽快封闭瓦斯地段， 以免瓦斯积滞。隧道竣工后， 应继续对瓦斯渗入及含量进行观测， 当封堵等措施仍无法隔绝时， 应考虑增设运营期间机械通风。

4.3 煤层瓦斯突出事故处理技术措施

4.3.1一般原则

救护队迅速抢救灾区遇难人员， 并对充满瓦斯的坑道进行处理；通知灾区附近受到威胁的人员停止工作， 撤出危险地段；迅速采取措施， 以最大风量供给灾区，以最短路线排除瓦斯；为了防止瓦斯扩散，应封堵瓦斯排放源；

4.3.2安全注意事项

进入隧道抢救遇难人员， 首先要切断电源， 以防止人员触电和出现火花引起瓦斯爆炸；进入隧道必须认真检查气体和温度的变化， 发现气体中一氧化碳和温度升高现象， 应提高警惕， 查明原因；当瓦斯喷出突出， 发生燃烧时， 可采用干粉、 惰气灭火等措施， 将火源扑灭， 如果是大型瓦斯燃烧事故， 应立即撤出人员， 对灾区进行封闭；

排放瓦斯时， 应尽量避免排放的瓦斯空气流经过带电的电气设备， 瓦斯浓度超过0.75%的气流排出洞口 ，洞口 50m 内应设岗哨。严禁烟火，除特许的人员以外，其它人员不得接近该地；为防止二次突出，防止突出孔洞的煤岩坍落伤人， 应设置防护板， 打密集支柱。

5 重大风险突泥突水安全技术保证措施

5.1 突泥突水主要风险成因

本工程隧址区地下水类型主要为松散岩类孔隙水，基岩裂隙水，碎屑岩孔隙、裂隙层间水，碳酸盐岩岩溶水。发生突泥突水时采用防排结合方式处置。探测到易发生突泥突水时采取超前加固注浆处理，加固施工方法详见不良地质处理章节。

发生突泥突水后优先排出涌泥涌水，再加固处理。

隧道每个工作面加工制作一台注浆加固应急车，将注浆加固钻机、工具、注浆管、注浆机、部分注浆材料、小型备用发电机等集成在应急车上，应急车采用装载机等设备牵引，做到快速反应，快速处理，减少突水突泥扩大化。

5.2 突泥突水应急处置措施

5.2.1施工过程中在二衬距掌子面20m左右安装逃生管，逃生管伸入二衬不小于10m。逃生管采用直径700～1000mm壁厚不小于10mm钢管，单节钢管长8m，采用承插式连接。逃生钢管内放置应急包。在岩溶破碎带、采空区、富水区、断层、断裂带等不良地质区间隔30m安装救生爬梯，爬梯高度不小于4m。爬梯顶部悬挂应急包。

5.2.2发生突泥、突水事件后值班人员或工班长立即疏散洞内人员至洞外；并立即向指挥部报告。洞门安监室立即清查进洞人员是否已全部疏散，未出洞人员采用固定电话联系，采取营救措施。来不及撤出的人员可到逃生爬梯、二衬台车、硐室高处躲避，并发出求救信息，等待营救。洞外发现被困人员，要通过电话等安抚，不可冒险涉水。有人员被困时，等水流稳定后，快速反应采取营救措施。发生突泥、突水量不大时，等流量稳定后及时进行输排，及时对掌子面封闭加固。

6 结束语

重庆市缙云山隧道属于高风险隧道，穿越岩层主要有泥岩、砂岩、灰岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩、页岩等，围岩级别为III、IV、V级围岩，地下水主要为基岩裂隙水。不良地质主要为岩溶、富水区、破碎带、采空区、断层、瓦斯及浅覆土等。施工过程中项目部严格控制各项风险，目前施工正在有序推进。

【参考文献】

[1]陈轩. 浅谈铁路隧道工程施工中防水施工技术及质量控制措施[J]. 四川水泥,2020(8):271-272.

[2]蔡杰.沉管隧道管节大体积混凝土温控检测及防裂措施[J].四川建材,2022,48(5):123-124.DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2022.05.061.