渝广高速华蓥山隧道安全技术措施及管理机制

渝广高速华蓥山隧道安全技术措施及管理机制

袁坤

中国水利水电第七工程局有限公司    成都  611730

摘要：华蓥山是隧道界的一个魔咒，已建的广临高速、南大梁高速、渝广高速的华蓥山隧道均存在煤层瓦斯灾害，并且施工过程中均发生了大规模涌突水事件。渝广高速华蓥山隧道是一条大断面、高瓦斯、高富水、围岩破碎的极高风险高速公路特长隧道，主要面临瓦斯防控、涌水突泥、揭煤防突、不良地质四大风险，施工过程中通过对行业内已知技术措施的严格执行、深入研究和综合应用，多次成功避免重大安全事故发生，给高风险隧道的施工安全管理提供了一个经典工程实例，具有较高的总结推广价值。

关键词：华蓥山隧道  涌水突泥  高瓦斯  揭煤防突

一、工程概况

重庆渝北至四川广安高速公路是成渝经济区的重要路段，是重庆都市圈北部、两江新区对外重要的公路通道，也是重庆市连接西安、北京最便捷的陆上通道。本项目实施将优化京昆射线通行路径，缓解国家高速公路网通行压力，满足区域经济的发展需要。渝广高速重庆段起于重庆市渝北区悦来镇，与绕城高速公路相接，经北碚区复兴镇、静观镇、合川区清平镇、三汇镇、双槐镇，终点止于香龙镇川渝交界处，与本工程四川段相连，全长69.79公里。

华蓥山隧道位于渝广高速重庆段K23+467至K28+485段，全长为5018米，设计为100公里每小时，双线六车道高速公路特长隧道。

二、地质情况

华蓥山隧道横穿观音峡背斜，该山脉属华蓥山向西南延伸的支脉，整个背斜山呈现“一山三岭夹两槽”的地貌景观。用汉字“山”来形容最为贴切，三座山峰内发育煤系地层，两个槽谷内分布季节性河流。以观音峡背斜为中心，隧道进出口分别对称穿越侏罗系、三叠系、二叠系地层，主要岩性分布为砂岩、泥岩、页岩、灰岩、岩溶角砾岩等。

按里程分布，隧道将在K24段穿越三叠系上统须家河组共9层煤，该洞段从“红光煤矿”内大连采空区底板下方10米穿过，在揭穿老窑采空区时有产生大的股状涌水风险。隧道将在K25段穿越东岩溶槽谷高承压水段，该洞段地表溶洞发育、泉眼出露，岩溶发育部位出现涌水突泥的可能性高。隧道将在K26段穿越观音峡背斜核部，该洞段地质构造复杂，主要发育F1、F2、和F4三条压扭性斜冲逆断层；该段二叠系龙潭组地层共含煤10层，受断层影响，隧道三次通过K8、K6煤层。龙潭组地层中所有煤层均有自然发火倾向和煤层爆炸性，且K8煤层和K2煤层具有煤与瓦斯突出危险，施工中易发生坍塌、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等安全事故。隧道将在K27段穿越西岩溶槽谷，该洞段埋深较浅，地表径流及溶洞可见，岩溶发育较东翼更加强烈，多处钻探、物探，已探明的岩溶发育区与隧道相交，盐溶角砾岩、溶洞填充区易发生坍塌事故，涌水突泥危险性较高。隧道将在K28段再次穿越三叠系上统须家河组共9层煤，其中内大连、外双连煤层为白岭煤矿主采煤层，隧道于该段正穿内大连和外双连采空区。

隧道共穿越：一条地下暗河，两个岩溶槽谷、三条断层破碎带、五套高瓦斯煤系地层、上穿下穿和正穿七座煤矿及采空区，总穿煤次数超过90层。是名符其实的“地质博物馆”。

三、信息化安全技术措施

1、超前地质预报：华蓥山隧道施工阶段，采用了极精细的全里程超前地质预报，采用TSP地震波反射法进行长距离物探；对于物探异常区采用地质雷达扫描法进行短距离补充探测；在岩溶发育区和高承压水地段，采用瞬变电磁法探测地层中存在的地下水体位置及含水量大小；全程采用超前地质钻探法对物探结论进行验证，并且在高承压水段和煤系地层不间断采用了长距离水平取芯钻探，前方地层中的断层破碎带、岩溶发育区、煤层采空区一目了然。

2、水文长观：华蓥山隧道采用“水文长观在线实时监测系统”，对洞顶的泉点、暗河、溶洞及落水洞进行在线自动监测，发生涌突水事故和饮用水干涸等情况时，进行数据分析，采取正确的治理措施。

3、监控量测：华蓥山隧道监控量测进行周边收敛、顶拱下沉、地表沉降、围岩压力、锚杆轴力、应力监测等项目，发现数据异常及时预警分析决策，并进行加固处理。

4、人工瓦检：华蓥山隧道瓦斯检测和应急救援由《重庆天府矿业有限责任公司矿山救护大队》承担。应急救援队具有丰富的煤矿和非煤矿山事故处理经验，救护队员常驻洞口现场，带领和参与隧道的应急演练、事故灾害救援和一般安全技术工作。

5、质量检测：建设单位、总承包单位、施工单位平行委托多个第三方质量检测机构，定期对隧道的初支厚度、初支空洞、拱架间距、二衬厚度、二衬钢筋、仰拱质量、锚杆拉拔等项目进行检测。明确以质量保安全的工作思路。

6、隧道通风：华蓥山隧道首次在三车道大断面瓦斯隧道施工过程中，成功应用了巷道式通风，使隧道回风速度大幅提高，为瓦斯隧道施工安全提供了有力保障。

7、自动监控：华蓥山隧道采用了《综合参数无线自动监控系统》。隧道内的瓦斯、一氧化碳、硫化氢、风速、温度、粉尘等监测传感器实时采集数据上传至公网，上级管理单位可以实时掌控施工现场监测数据。该系统能够保证对有害气体进行实时监测、预警和应急处置。同时系统自动控制隧道动力电源，当监测数据超标时，系统自动断电以实现“瓦电闭锁”。

8、安检系统：华蓥山隧道设立了“机场式”安检系统。作业人员进洞先在安检室登记进洞时间，将手机、香烟、火机等危险物品放置在储物柜，随后领取自己的专用信息识别定位芯片，在安检门前接受专职保安检查，最后通过信息识别安全门进入隧道作业。出洞时先在安检室登记出洞时间，取回自己存放的物品，将自己的专用信息识别定位芯片挂回原处，然后方可离开。

9、人员定位：华蓥山隧道采用了《人员自动定位系统》。该系统集隧道人员考勤、区域定位、安全预警、总人数监控、灾后急救、日常管理等功能于一体，人员进入隧道必须领取专用信息识别定位芯片，管理人员能够随时掌握施工现场人员的分布状况。当灾害发生时，救援人员可迅速了解被困人员的位置情况，及时采取正确的救援措施。

10、视频监控：华蓥山隧道采用了《移动式无线远程视频监控系统》。该系统由隧道内高清视频监控摄像头采集图像数据，无线中转至监控室基站，并通过监控室基站上传至公网，远程用户登录监控平台后，可在办公室实现对洞内摄像头的远程控制，从而达到现场实时监控和远程视频监控的目的。

11、有线通讯：华蓥山隧道采用了《有线通讯系统》。该系统中的防爆抗噪电话具备普通自动电话机的基本功能和技术指标，广泛应用于含有易燃易爆危险气体的危险场所。解决了防爆对讲机信号被岩体阻断和瓦斯隧道不能携带手机的通迅障碍难题。

12、防爆改造：华蓥山隧道对临时用电系统进行了全面的防爆改造，采用矿用真空隔爆型开关箱和防爆配电盘；变压器、电缆、照明灯具全部采用煤矿许用防爆设备。进洞所有机械设备全部加装车载式甲烷断电仪和低浓度甲烷传感器。

13、逃生管道：华蓥山隧道严格按《隧道施工安全九条规定》在二衬与开挖面之间设置逃生管道，并在逃生管道内放置了饮水、食品和应急药品，发生坍塌时保留生命通道。

14、技术咨询：为了保证极高风险隧道的施工安全，参建各方分别聘请了设计、地质、岩土、煤矿、瓦斯、水文等方面的业内专家，对施工方案进行评审，定期现场指导提供技术咨询。

四、安全管理机制

华蓥山隧道平行委托多个第三方专业机构，按规范要求进行全面的检测检验，产生大量的报告和专业数据，为保证综合数据能够得到统筹分析和应用，建立了多项隧道第三方管理制度。根据分析结论，选取正确的设计支护参数，对异常情况进行研讨、论证处治方案。

1、成立了“综合预报检测分析办公室”，由专家组、总工程师、工区技术负责人、瓦斯、水文、地质工程师组成。总工程师任办公室主任。负责对超前地质预报数据、水文长观数据、瓦斯监测数据、监控量测数据进行分析，分析结果由总包、设计、监理、业主进行会商决策，对突发事件危险性预测、防止煤与瓦斯突出、防治涌水突泥、防坍塌等工程措施实施效果进行检查分析总结，指导后期施工。

2、成立了“通风瓦斯监督管理办公室”，由瓦斯防治专家、安全总监、安全部主任、通风工程师、瓦检员、通风工组成，安全部主任任办公室主任。负责监督各种有害气体探头、瓦斯检测仪器的定期校验鉴定，监督专人24小时实施瓦斯检测和通风防爆工作。规范华蓥山隧道通风瓦斯管理程序，确保施工过程中的通风设备和通风措施稳定正常有序，瓦斯检测精准到位。

3、成立了“机电防爆监督管理办公室”，由机电专业工程师、设备物资部主任、安全总监、机械队长、专业电工组成，安全总监任办公室主任。负责按施工方案和规范要求对现场供电线路进行定期检查，按《煤矿安全规程》和设计要求对现场机械设备、用电设备进行防爆改造，并做好相关运行、维护、保养、维修、检查记录。

五、安全管理成果

1、提前预测采空区：2013年11月18日，超前地质预报在出口K28+102外双连采空区段，地震波反射法提前20天时间发出了不良地质预警，地质雷达扫描提前7天预报了采空区准确位置，为调整支护方案、设备材料采购赢得了充裕的时间，避免了工期延误。

2、成功避免坍塌事故：2014年3月15日，监控量测在出口K27+854段检测顶拱下沉24小时累计值达70毫米，及时发出预警报告，业主、总包、设计、监理四方会商后及时采取了注浆加固措施，避免了一起隧道坍塌事故的发生。

3、顺利下穿充水巷道：2015年4月20日，华蓥山隧道利用“综合超前地质预报技术”，顺利从红光煤矿全充水巷道下方10米穿过，该巷道水源自然溢出，是静观镇自来水厂“三八水库”水源补给点。如揭穿老窑采空区将有产生大的持续涌水风险，且造成饮用水流失，面临巨额赔偿。

4、提前预测突水事件：2015年10月31日，隧道右洞K25+206高承压水段，在经过多次专家论证后谨慎揭露暗河，高峰流量仍达到9720立方米/小时。揭穿承压水前20天，运用地震波反射法已提前预测出前方断层破碎带，超前钻探提前15天已发现隧道前方存在承压水层，补充瞬变电磁法探测明确了具体含水里程，在临近突水部位时加做了地质雷达扫描，探明了溶管通道位置。施工阶段谨慎揭露排放，成功避免了突水事故的发生。

5、科学预测避免煤与瓦斯突出：2016年7月16日接到中煤科工集团重庆研究院预测报告，华蓥山隧道出口左线K26+250煤层厚度达1.7米，最大瓦斯含量为8.2立方米每吨，最大瓦斯压力0.90兆帕，均超过了《防治煤与瓦斯突出规定》中的参考临界值，且在钻孔预测过程中有瓦斯涌出和动力现象，判定该煤层具有煤与瓦斯突出危险性。项目部立即停止掌子面掘进，执行防突措施及措施效果检验。经过20多天的自然释放和瓦斯抽排后，区域验证指标均降到安全值以下，煤与瓦斯突出风险消除，保证了隧道施工安全。

6、瓦电闭锁生效避免瓦斯爆炸：2016年7月23日，隧道出口右洞下台阶爆破作业飞石击穿风筒，掌子面因供风不足造成瓦斯超限，瓦电闭锁生效自动切断动力电源。逸出瓦斯迅速在顶拱聚集浓度达到25%。工区立即启动瓦斯超限应急程序，安保人员封锁洞口，由安全员、瓦检员佩戴自救器进入工作面，经现场检测风筒损坏处瓦斯未超限情况下，通知工人佩戴自救器进洞抢修风筒，恢复通风后瓦斯被稀释、吹散，监测指标正常后恢复施工。该事件现场人员谨慎应对、科学处治、操作得当，成功避免了瓦斯燃烧或爆炸事故的发生。

7、专业矿山救护单位处置应急事件：2016年12月10日，隧道出口左线K26+026执行远距离爆破，洞外启爆后，瓦斯快速涌出，掌子面发生大面积燃烧，下部煤层连续发生爆炸闷响。现场立即启动瓦斯燃烧应急处置方案，保安封锁洞口，所有人员撤离到安全地带，由揭煤防突技术服务单位和专业矿山救护单位制定方案后实施，救护队员经过19个小时的抢险，成功将瓦斯燃烧扑灭。体现了高风险隧道配置专业矿山救援队的必要性。

8、超前钻探提前预报避免瓦斯突出：2016年12月18日，隧道出口左线K26+985进行超前取芯钻探，钻进至30米时出现钻杆被顶出现象，瓦斯从钻孔内剧烈喷出，掌子面瓦斯超限，瓦电闭锁生效自动切断动力电源，人员紧急撤离。工作面移交给揭煤防突技术服务单位和专业矿山救护单位采取防突措施，成功避免了一起瓦斯突出事故的发生。

六、结束语

华蓥山是隧道界的一个魔咒，已建的广临高速、南大梁高速、渝广高速的华蓥山隧道均存在煤层瓦斯灾害，并且施工过程中均发生了大规模涌突水事件。渝广高速华蓥山隧道是一条大断面、高瓦斯、高富水、围岩破碎的极高风险高速公路特长隧道，主要面临瓦斯防控、涌水突泥、揭煤防突、不良地质四大风险，施工过程中通过对行业内已知技术措施的严格执行、深入研究和综合应用，多次成功避免重大安全事故发生，给高风险隧道的施工安全管理提供了一个经典工程实例，具有较高的总结推广价值。