魏有儀王 鷹

（①西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 四川成都 610031②西藏大學(xué)工學(xué)院 西藏拉薩 850000）

非伴煤瓦斯隧道概念及其工程意義

魏有儀①王 鷹②

（①西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 四川成都 610031②西藏大學(xué)工學(xué)院 西藏拉薩 850000）

從工程角度定位、定性及定量難易程度來考慮,交通隧道瓦斯可以分為煤層瓦斯（伴煤瓦斯）和非伴煤瓦斯兩大類型。文章分析了數(shù)座瓦斯隧道來說明非伴煤瓦斯隧道概念的工程意義，指出非伴煤瓦斯隧道為賦存于煤系地層中遠(yuǎn)離煤層的非煤地層或非煤系地層地質(zhì)體中的有毒有害可燃天然氣體類型，一般以游離態(tài)為主；其在隧道工程中具有涌出地點(diǎn)、涌出壓力和涌出量不確定性的特點(diǎn)；其燃爆災(zāi)害具有發(fā)生概率較低，但危險(xiǎn)度極高的特點(diǎn)。因此，非伴煤隧道瓦斯最終出露狀態(tài)需要依靠施工期間的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段和隧道開挖后瓦斯涌出情況而確定。

云頂山一號(hào)公路隧道；非伴煤瓦斯；煤層瓦斯（伴煤瓦斯）；非煤系地層

引言

由于現(xiàn)代媒體的傳播能力極強(qiáng)，2005年12月22日都江堰-汶川高速公路董家山隧道瓦斯燃爆事故引發(fā)人們廣泛關(guān)注，44人死亡11人受傷的慘痛教訓(xùn)永遠(yuǎn)寫進(jìn)了中國(guó)土木工程史冊(cè)。自此之后，瓦斯隧道施工安全在我國(guó)交通隧道工程領(lǐng)域得到了高度的重視。

反思隧道瓦斯燃爆災(zāi)難發(fā)生的前因后果，總結(jié)其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)于今后類似工程建設(shè)安全極為有益。1959年1～6月貴昆線巖腳寨鐵路隧道，處于高瓦斯煤層發(fā)育地區(qū)，由于對(duì)交通隧道瓦斯危害認(rèn)識(shí)不足，加之當(dāng)時(shí)施工條件、技術(shù)及防爆措施均存在一定的局限性，5次燃燒2次爆炸造成了多達(dá)220人的死傷[1]。1994年4月達(dá)成鐵路線炮臺(tái)山隧道由于對(duì)非煤系地層瓦斯（侏羅系紅層）認(rèn)識(shí)不足，勘探設(shè)計(jì)階段并未提出瓦斯危害問題，隧道平導(dǎo)施工遭遇瓦斯燃爆造成13人死亡。都汶高速公路董家山隧道，全隧道穿行于三迭系須家河組煤系地層，施工前各方由于主要關(guān)注的是煤層瓦斯，勘探設(shè)計(jì)資料和施工中也經(jīng)煤炭專業(yè)單位鑒定，隧道定性為低瓦斯隧道并按低瓦斯隧道組織施工，2005年12月22日，瓦斯爆炸，當(dāng)場(chǎng)死亡44人，傷11人，爆炸氣流充滿1500米巷道并沖出洞口，將洞外幾十噸臺(tái)車推出幾十米遠(yuǎn)。2002年6月渝懷鐵路線圓梁山隧道進(jìn)口平導(dǎo)掘進(jìn)二疊系溪霞組碳酸鹽巖地層100多米，由于對(duì)非煤系地層瓦斯認(rèn)識(shí)不足，在施工超前探水水平地質(zhì)鉆孔時(shí)，發(fā)生瓦斯噴孔并被照明用電弧燈引燃，火焰直抵距掌子面20～30米遠(yuǎn)的通風(fēng)管口，造成作業(yè)臺(tái)車上的十多人不同程度燒傷，其中一人因傷重不治第二天死亡。作為瓦斯防治較為成功的南昆鐵路家竹箐隧道，1996年2月4日下午斜井工區(qū)與平導(dǎo)11號(hào)橫通道交叉處，1名工人躺在坍方口，使用打火機(jī)引起瓦斯燃燒。據(jù)目擊者稱，一股藍(lán)色火光沿拱腰左側(cè)連續(xù)閃爍幾次，火苗粗獷，驚心動(dòng)魄。70～80米長(zhǎng)的火焰持續(xù)幾秒鐘后幸而突然熄滅，避免了一場(chǎng)災(zāi)難。運(yùn)營(yíng)期間補(bǔ)打卸壓孔排放瓦斯，曾多次發(fā)生燃燒，所幸未造成瓦斯災(zāi)害。[2]合肥-武昌客運(yùn)專線紅石巖隧道出口繼2005年10月28日之后多次發(fā)現(xiàn)渣堆瓦斯燃燒，其后五福堂隧道、周家坳隧道、九斗沖隧道等8座隧道也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)渣堆瓦斯燃燒現(xiàn)象，該地區(qū)范圍內(nèi)隧道圍巖為片麻巖、片巖和花崗巖類。因此結(jié)晶巖地區(qū)隧道瓦斯問題也是客觀存在的。

本文主要論及的成德南高速公路云頂山一號(hào)特長(zhǎng)高瓦斯隧道，屬于非伴煤瓦斯隧道類型的一個(gè)典型實(shí)例。隧道所在區(qū)域?yàn)橄湫螐?fù)式褶皺龍泉山大背斜南東翼，巖層產(chǎn)狀SE100-110°∠8-10°，隧道縱軸與背斜軸交角較大，隧道范圍無區(qū)域性主干斷層通過。隧道穿越地層為侏羅系上統(tǒng)蓬萊組青灰色砂巖、紫紅棕紅色泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖不等厚互層（見圖1）。

圖1 云頂山一號(hào)隧道右線縱面圖

云頂山一號(hào)隧道與曾經(jīng)發(fā)生瓦斯爆炸的炮臺(tái)山鐵路隧道相距不遠(yuǎn)（見圖2），處于同一地質(zhì)構(gòu)造部位。由于勘探設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)資料無法確切地描述隧道瓦斯?fàn)顟B(tài)，云頂山一號(hào)隧道施工之初對(duì)于應(yīng)采取何種技術(shù)措施，進(jìn)行何種程度的投入才能保障施工和今后營(yíng)運(yùn)安全，建設(shè)各方有不同的認(rèn)知。為此在隧道施工早期階段參與建設(shè)的各方在技術(shù)認(rèn)識(shí)和思想觀念方面有過較為激烈的交鋒。2010年底隧道開挖以來在出口工區(qū)超前地質(zhì)鉆孔首次探出有瓦斯出露，曾引發(fā)個(gè)別作業(yè)工人因害怕瓦斯災(zāi)害而辭職的事情。隨著隧道施工的深入與隧道瓦斯出露狀態(tài)的揭示，建設(shè)各方的認(rèn)識(shí)逐步得到了統(tǒng)一，有針對(duì)性地不斷強(qiáng)化了安全措施和安全投入，且在施工進(jìn)度影響不大的基礎(chǔ)上，瓦斯隧道施工安全也得到了有力的保障。

從上述的幾個(gè)實(shí)例中不難看出，瓦斯隧道圍巖類型涉及沉積巖、變質(zhì)巖和巖漿巖等三大巖類，工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，一般工程技術(shù)人員很難掌握；瓦斯隧道施工與運(yùn)營(yíng)安全管理理念仍有待進(jìn)一步理清，管理措施需進(jìn)一步加強(qiáng)，在增加安全措施資金投入的同時(shí)更需要有針對(duì)性地加以使用。近年來除煤系地層瓦斯隧道外，已有不少國(guó)內(nèi)研究者關(guān)注到了非煤系地層隧道瓦斯問題[3-9]。然而由于交通隧道與煤礦巷道存在明顯的差異性，交通建設(shè)工程領(lǐng)域在瓦斯出露類型的認(rèn)知、安全操作規(guī)程和安全管理制度以及安全設(shè)施配備與投入上仍存在諸多問題有待解決。例如，在隧道開挖之前，如何給出瓦斯在隧道中可能的涌出地點(diǎn)、涌出壓力、涌出量等重要技術(shù)指標(biāo)，這個(gè)非常重要的問題在勘探設(shè)計(jì)階段并未得到很好的解決。如何從便于勘探設(shè)計(jì)、工程施工與管理角度上對(duì)隧道瓦斯進(jìn)行分類，并給出不同隧道瓦斯類型的基本特征有著很強(qiáng)的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

圖2 云頂山一號(hào)隧道與炮臺(tái)山鐵路隧道空間位置圖

1 非伴煤瓦斯隧道概念

從工程角度看，交通隧道瓦斯可以分為煤層瓦斯（也可稱伴煤瓦斯）和非伴煤瓦斯兩大類型。煤層瓦斯指的是煤層中吸附的和緊鄰煤層泥巖、砂巖巖石孔隙和裂隙中游離態(tài)賦存的天然氣體。作為賦存瓦斯的煤層在煤系地層中的層序部位相對(duì)穩(wěn)定，且一個(gè)地區(qū)的煤層瓦斯含量相對(duì)穩(wěn)定，通過地勘，上述指標(biāo)在設(shè)計(jì)資料中可以較為明確地給出具體的數(shù)據(jù)。雖然具體到隧道個(gè)體數(shù)據(jù)會(huì)有差異，但差異也不會(huì)太大。這一點(diǎn)對(duì)于施工方案的制定與安全措施的采取極為有利，也易于隧道安全措施費(fèi)用的計(jì)算。目前，我國(guó)交通工程建設(shè)領(lǐng)域多數(shù)瓦斯隧道施工指南與施工規(guī)范主要針對(duì)該類煤層瓦斯類型制定[10-12]。非伴煤瓦斯類型是指賦存于煤系地層中遠(yuǎn)離煤層的非煤地質(zhì)體或是非煤系地層地質(zhì)體中的有毒有害可燃天然氣體類型，一般以游離態(tài)為主，在隧道工程中具有涌出地點(diǎn)、涌出壓力、涌出量等三不確定性，其燃爆災(zāi)害具有較低發(fā)生概率，但有極高的危險(xiǎn)度。非伴煤隧道瓦斯最終出露狀態(tài)得依靠施工期間的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段和隧道開挖后瓦斯涌出情況而定。

煤層瓦斯（伴煤瓦斯）和非伴煤瓦斯是從工程角度定位、定性、定量難易程度來考慮的，不是從瓦斯地質(zhì)成因角度進(jìn)行分類的。非伴煤瓦斯類型的瓦斯可以是成煤過程中形成的煤層氣，也可以是無機(jī)成因的來自地幔的天然氣。如Welham和Craig(1979)在東太平洋海隆熱液噴出口觀測(cè)到射出的甲烷氣。在加勒比海深大斷裂附近，曾測(cè)得每10日天然氣逸出量達(dá)1m3×106m3，天然氣中含有少量乙烷與丙烷。[13]就烴氣的來源而言有多種途徑，可以是由沉積物中分散有機(jī)質(zhì)經(jīng)微生物降解、熱解作用所形成的，也可以由石油、煤和油頁巖等有機(jī)可燃礦產(chǎn)熱解作用所形成。此外，還有數(shù)量不等的烴氣是無機(jī)成因的。該隧道瓦斯類型分類弱化烴氣來源的地質(zhì)屬性，強(qiáng)化了氣體賦存狀態(tài)空間特性，對(duì)于隧道勘探設(shè)計(jì)階段瓦斯隧道的定性和隧道施工安全防范措施的制定極為有利。

2 非伴煤瓦斯隧道概念的工程意義

2.1 有助于人們從理論角度重新認(rèn)識(shí)與理解瓦斯隧道的概念，增強(qiáng)對(duì)不同地質(zhì)條件下瓦斯隧道具有不同特性的直觀感受，從理念上摒棄人們提起瓦斯（天然氣）總是與煤和煤層甲烷（石油）聯(lián)系在一起的觀念。

瓦斯這個(gè)概念首先在煤炭部門使用，使得人們提起瓦斯總是與煤和煤層甲烷狹隘地聯(lián)系在一起，這不利于人們對(duì)天然氣的成分特征和賦存狀態(tài)多樣性的認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)產(chǎn)、儲(chǔ)、蓋和圈閉等概念的再認(rèn)識(shí)，不利于對(duì)天然氣新的理論與技術(shù)的吸收和應(yīng)用。而提起天然氣，人們往往又與石油聯(lián)系在一起，感覺上天然氣埋深很大，離自己很遠(yuǎn)，需要深鉆才能夠得著。因此，籠統(tǒng)提瓦斯、瓦斯隧道或者天然氣，容易模糊認(rèn)識(shí)，對(duì)瓦斯隧道安全問題反而不利。

成德南高速公路云頂山一號(hào)、二號(hào)隧道施工之初就有人提出如何應(yīng)對(duì)粉塵爆炸問題，這顯然不符合這兩座隧道不存在煤層的實(shí)際情況。華鎣山公路隧道掘進(jìn)過程中在非煤系地層中發(fā)生過十多次天然氣燃燒情況，建成后隧道內(nèi)空氣中一直煤氣味很重，將2000多米長(zhǎng)的非煤系地層洞身段落和相對(duì)短得多的煤系地層圍巖洞身段落相比，現(xiàn)今逸出進(jìn)入隧道內(nèi)的瓦斯量貢獻(xiàn)孰大孰小真說不清楚。當(dāng)年華鎣山公路隧道針對(duì)營(yíng)運(yùn)階段的瓦斯問題認(rèn)識(shí)有所不足，筆者認(rèn)為這是由于在當(dāng)時(shí)條件下對(duì)瓦斯隧道類型觀念認(rèn)識(shí)不足，自然就無法有針對(duì)性地進(jìn)行防范措施。云頂山一號(hào)隧道施工中針對(duì)瓦斯持續(xù)強(qiáng)涌出地段有針對(duì)性地增加了封閉圍巖裂隙的工程措施，目前看來效果良好。

隧道瓦斯的概念與天然氣概念是有所不同的，廣義的天然氣是指存在于自然界的一切氣體，根據(jù)其存在環(huán)境，B.A.Соколов(1971)將天然氣分為大氣、表層沉積物中氣、沉積巖中的氣、海洋中溶解氣、變質(zhì)巖中氣、巖漿巖中氣、地幔排出氣、宇宙氣等8類。[14]狹義的天然氣應(yīng)是地殼上部存在的各種天然氣體，其主體是聚集成氣藏的烴氣。作為隧道工程，人們關(guān)注的主要是對(duì)隧道施工與運(yùn)營(yíng)有害的天然氣體，隧道瓦斯的概念主要立足于有毒、有害、可燃等特性上，并不是非要以甲烷成分為主。

地殼中的天然氣依其存在的相態(tài)可分為游離態(tài)、溶解態(tài)（溶于油和水中）、吸附態(tài)和固態(tài)氣水合物；依據(jù)其分布特點(diǎn)可分為聚集型和分散型，依據(jù)其與石油產(chǎn)出的關(guān)系可分為伴生氣和非伴生氣。隧道瓦斯可能出現(xiàn)的主要賦存狀態(tài)為游離態(tài)、吸附態(tài)，部分可以是溶解態(tài)（溶于油和水中）。作為煤層瓦斯（伴煤瓦斯）因與煤層相伴，其成分與賦存狀態(tài)在勘探中容易研究清楚，而非伴煤瓦斯會(huì)因地質(zhì)條件的復(fù)雜多變性呈現(xiàn)出較為豐富的特性，其地質(zhì)成因、賦存空間、隧道開挖揭露后可能的變化，是需要更多地借助石油部門天然氣地質(zhì)學(xué)方面的知識(shí)加以認(rèn)識(shí)。

現(xiàn)階段土木工程界從業(yè)人員對(duì)天然氣的認(rèn)識(shí)，多停留在I.C.White(1885)“背斜學(xué)說”的基礎(chǔ)上。而天然氣生、儲(chǔ)、蓋層及圈閉概念實(shí)際有了很大的變化（見表1），關(guān)于圈閉分類方案就與背斜學(xué)說已相去甚遠(yuǎn)。

表1 依封閉條件的圈閉分類方案[15]

值得關(guān)注的是謝澤華描述的多級(jí)氣藏成藏模式中的儲(chǔ)集體的概念是對(duì)儲(chǔ)層概念外延的拓展和內(nèi)涵的深化，天然氣運(yùn)移與圈閉近源圈閉要優(yōu)先于背斜圈閉，多級(jí)補(bǔ)給和多級(jí)成藏，淺產(chǎn)深儲(chǔ)的模式對(duì)于工程界認(rèn)識(shí)非伴煤瓦斯賦存狀態(tài)是有好處的。[16]于鳳嶺等定義的儲(chǔ)集體是一個(gè)具備有效儲(chǔ)集空間和滲濾通道，不受巖性和層界控制，為不同性質(zhì)的邊界條件所封閉的孔喉－裂隙網(wǎng)絡(luò)所組成的富含油氣的地質(zhì)塊體。儲(chǔ)集體由三大要素組成：①不同巖性的巖石；②不同地層；③這些巖石和地層被裂隙所切割和穿插。儲(chǔ)集體氣藏是非層狀的，跨地層的，其外形是不規(guī)則的，它是一個(gè)帶“枝杈”的形態(tài)怪異的地質(zhì)體。突出了斷裂系統(tǒng)在天然氣儲(chǔ)集和運(yùn)移中的主導(dǎo)作用。楊天泉等[17]關(guān)于復(fù)雜氣田地質(zhì)特征的描述對(duì)于我們認(rèn)識(shí)某些天然氣藏的特征也有所幫助，如，不含凝析油的低硫天然氣與中低礦化度地層水組合，以二疊系、石炭系氣藏為典型，H2S含量一般<10g/m3；“自生自儲(chǔ)”的二疊系氣藏的異常高壓等，筆者認(rèn)為這兩點(diǎn)與圓梁山隧道瓦斯（天然氣）實(shí)際狀況較為吻合。

對(duì)引言中所述瓦斯災(zāi)害隧道而言，其發(fā)生災(zāi)害源頭往往不是出現(xiàn)在賦存煤層瓦斯（伴煤瓦斯）地質(zhì)空間的隧道洞身段落，而是發(fā)生在非伴煤瓦斯賦存空間段落，因開挖之前無法準(zhǔn)確探明瓦斯真實(shí)狀態(tài)，一般出現(xiàn)瓦斯強(qiáng)涌出幾率又相對(duì)較小，往往不為人們重視。一旦遭遇強(qiáng)瓦斯涌（突）出，一是尚不知情，二是措手不及，災(zāi)害就此發(fā)生。董家山隧道、炮臺(tái)山隧道、圓梁山隧道事故從某種角度上可以說是認(rèn)識(shí)不足、重視不夠的典型例子。

認(rèn)識(shí)到位、思想重視是非伴煤瓦斯隧道施工安全的先決條件。由于非伴煤瓦斯具有涌出地點(diǎn)、涌出壓力、涌出量等不確定性，隧道掌子面掘進(jìn)過程隨時(shí)都有遭遇強(qiáng)瓦斯涌（突）出可能性，有些必要的瓦斯監(jiān)測(cè)手段是不可缺少的?；剡^頭來看，董家山隧道爆炸事故發(fā)生前,檢測(cè)到瓦斯弱涌出現(xiàn)象，也有技術(shù)人員提出隧道瓦斯問題需要特別關(guān)注，遺憾的是一個(gè)低瓦斯隧道概念，將許多人的認(rèn)知帶向了歧途，尤其是水利部門在該區(qū)修建引水導(dǎo)洞時(shí)發(fā)生過瓦斯燃爆造成五六十人傷亡的特重大事故，這么重要的信息在瓦斯爆炸前未能引起人們足夠的重視。炮臺(tái)山隧道平導(dǎo)瓦斯爆炸前，掌子面80%炮眼殘孔瓦斯在燃燒，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10個(gè)小時(shí)以上，反映瓦斯強(qiáng)涌出持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，衰減作用小，如此重要的事故前特征，由于對(duì)非伴煤瓦斯危險(xiǎn)性的認(rèn)識(shí)不足，因此也沒有引起當(dāng)時(shí)人們的重視，對(duì)隧道中瓦斯分布狀態(tài)自然沒有足夠的監(jiān)控與監(jiān)測(cè)，瓦斯災(zāi)害的防范措施顯然失當(dāng)。圓梁山隧道進(jìn)口平導(dǎo)瓦斯噴孔燃燒前，實(shí)際上在隧道底部施工積水小坑中，出現(xiàn)過瓦斯從巖石裂隙中弱涌出冒水泡的肉眼可視現(xiàn)象，可惜由于屬于首次在碳酸鹽巖中遭遇較高瓦斯壓力災(zāi)害的工程實(shí)例,對(duì)于該地質(zhì)條件瓦斯?fàn)顟B(tài)從設(shè)計(jì)、監(jiān)理到施工均沒有得到很好的認(rèn)識(shí)，施工作業(yè)未有瓦斯燃爆防護(hù)措施實(shí)是遺憾。

家竹箐隧道是應(yīng)對(duì)坍方瓦斯大涌出（一次持續(xù)瓦斯涌出量可達(dá)7597m3）和瓦斯噴孔（穿18號(hào)煤層卸壓孔，噴孔率100%）成功的范例[18]。正是得益于對(duì)瓦斯信息認(rèn)識(shí)到位，措施得當(dāng)，云頂山一號(hào)隧道對(duì)于非伴煤瓦斯的危害性從隧道施工開始就引起了參與建設(shè)的建設(shè)者的足夠重視，隧道始終堅(jiān)持探查先行先導(dǎo)，監(jiān)測(cè)緊跟緊靠，措施嚴(yán)密妥當(dāng)，管理從快從嚴(yán)的方針。管理者以開放的態(tài)度面向基層、面向社會(huì)監(jiān)督，認(rèn)真分析隧道瓦斯特點(diǎn)及其動(dòng)態(tài)變化，制定了針對(duì)性的非伴煤瓦斯隧道的安全施工措施與預(yù)案，穩(wěn)扎穩(wěn)打，逐級(jí)推進(jìn)，瓦斯隧道施工進(jìn)度和瓦斯隧道施工安全均取得了較好成效。隧道施工過程中也遭遇過多次自動(dòng)瓦斯監(jiān)測(cè)探頭報(bào)警，一次2～3m3/min瓦斯持續(xù)強(qiáng)涌出情況，隧道施工按照事前制定的預(yù)案流程開展工作，施工安全得到了很好的保障。2.2有助于人們從便于隧道施工的角度選擇非伴煤瓦斯隧道施工安全技術(shù)措施與應(yīng)急預(yù)案。

煤層瓦斯（伴煤瓦斯）和非伴煤瓦斯是從工程角度定位、定性、定量的難易程度來考慮的，不是從瓦斯地質(zhì)成因角度進(jìn)行分類。在弱化瓦斯地質(zhì)成因的前提下，從工程技術(shù)角度選擇工程應(yīng)對(duì)措施是有可能的。

在云頂山一號(hào)、二號(hào)隧道施工中，應(yīng)對(duì)非伴煤瓦斯風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)措施脈絡(luò)可清晰地分為3個(gè)模塊，即信息收集處理與施工決策模塊、施工措施實(shí)施模塊和應(yīng)急機(jī)制響應(yīng)模塊。

由于非伴煤瓦斯具有涌出地點(diǎn)、涌出壓力、涌出量等不確定性，隧道瓦斯在掌子面前方的賦存狀態(tài)探測(cè)，隧道開挖后瓦斯涌出的動(dòng)態(tài)狀態(tài)監(jiān)測(cè)非常重要，無巧可取。正是由于非伴煤瓦斯的特殊性，云頂山一號(hào)、二號(hào)隧道瓦斯地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)采取了超前地質(zhì)鉆孔為主，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)與掌子面地質(zhì)素描等手段展開工作。從事后驗(yàn)證看，地質(zhì)鉆孔對(duì)砂巖中瓦斯探測(cè)定性與定量的結(jié)果均較好，而泥巖中，定性意義還是較好的，定量方面有時(shí)會(huì)嚴(yán)重偏小，這與泥巖中節(jié)理裂隙閉合度高、連通性差以及對(duì)瓦斯封閉作用強(qiáng)有關(guān)。開挖后采取了人工監(jiān)測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)隧道瓦斯出露動(dòng)態(tài)，防止因坍方出現(xiàn)瓦斯強(qiáng)涌出。瓦斯人工監(jiān)測(cè)安排了兩撥人平行檢測(cè)（施工單位瓦檢人員和業(yè)主聘請(qǐng)的第三方瓦檢人員），保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性。施工單位投入了足夠的瓦檢員實(shí)施了一日三班工作制，保障了一炮三檢、日常瓦斯巡視檢查和動(dòng)火作業(yè)工序施工的跟班檢查。施工班組、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、安全員也配備了簡(jiǎn)易瓦檢儀，瓦斯數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和及時(shí)性有較好的保障。瓦斯動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后及時(shí)在隧道口電子大屏幕上向全體施工人員公布。在信息采集管道方面，項(xiàng)目部通過施工作業(yè)及管理人員、瓦檢人員、專職安全人員、技術(shù)人員等4個(gè)獨(dú)立管道及時(shí)獲取信息，可以有效防止單個(gè)管道信息淤塞問題。瓦檢監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)依規(guī)依據(jù)分級(jí)并上報(bào)工區(qū)和項(xiàng)目部，根據(jù)瓦斯不同狀態(tài)，各級(jí)管理人員和技術(shù)人員在自己權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行抉擇與開展工作。項(xiàng)目部成立了信息監(jiān)測(cè)部與安全環(huán)保部進(jìn)行日常的相應(yīng)信息歸口管理工作。根據(jù)專業(yè)知識(shí)與實(shí)際處理瓦斯隧道的經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目部采取以項(xiàng)目總工為主要決策者的組織路線，實(shí)施瓦斯分級(jí)管理，信息收集處理與施工決策取得了良好效果。

施工措施實(shí)施模塊核心部分設(shè)在工區(qū)，技術(shù)措施從杜絕火源、降低隧道瓦斯?jié)舛鹊慕嵌日归_，其中主要包括：制定并實(shí)施經(jīng)安全評(píng)審的瓦斯隧道通風(fēng)和用電方案，洞內(nèi)使用煤礦許可使用的照明設(shè)施設(shè)備，使用有防爆能力的行走機(jī)械設(shè)備和施工設(shè)備，隧道支護(hù)與防水工程實(shí)施不動(dòng)火作業(yè)工藝，嚴(yán)格執(zhí)行隧道內(nèi)動(dòng)火作業(yè)申請(qǐng)與審批制度，嚴(yán)格實(shí)施作業(yè)人員與作業(yè)機(jī)械進(jìn)出洞登記與火源物品禁入管理制度，通風(fēng)設(shè)施設(shè)備專人管理與維護(hù)，密切監(jiān)測(cè)通風(fēng)設(shè)施狀態(tài)，保障隧道動(dòng)態(tài)通風(fēng)能力。爆破作業(yè)采用煤礦許可使用的炸藥雷管與遠(yuǎn)程爆破工藝，隧道口設(shè)置避雷裝置，采用加強(qiáng)超前支護(hù)和初期支護(hù)等防止隧道坍方技術(shù)措施，保障隧道開挖進(jìn)度。

應(yīng)急機(jī)制響應(yīng)模塊分為兩個(gè)部分，一部分是萬一發(fā)生災(zāi)害怎樣對(duì)外請(qǐng)求救護(hù)與暢通對(duì)外救生通道，對(duì)外請(qǐng)求救護(hù)方面建立與當(dāng)?shù)蒯t(yī)院和礦山救護(hù)大隊(duì)的密切聯(lián)系，定期進(jìn)行互動(dòng)活動(dòng)，適當(dāng)加大投入，建好與維護(hù)好隧道與外界聯(lián)系的施工便道、便橋，保障救援道路暢通。另一部分是配置發(fā)生災(zāi)害后在隧道內(nèi)逃生人員使用的避災(zāi)設(shè)施與物品，并置于隧道相應(yīng)部位，制定并落實(shí)隧道瓦斯異常時(shí)各級(jí)施工與管理人員避險(xiǎn)辦法與工作流程。2012年3月2日3:50，云頂山1號(hào)隧道進(jìn)口端右洞瓦檢員監(jiān)測(cè)到瓦斯持續(xù)涌出強(qiáng)度很大，達(dá)到3m3/min左右，現(xiàn)場(chǎng)值班人員立即啟動(dòng)瓦斯異常涌出處理機(jī)制，馬上組織洞內(nèi)人員全部撤離到洞外，停止洞內(nèi)施工，關(guān)閉洞內(nèi)電源，加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)，等待項(xiàng)目部技術(shù)部門的下一步指示。本次事件驗(yàn)證了隧道瓦斯異常應(yīng)急機(jī)制運(yùn)行正常。

2.3 有助于從系統(tǒng)管理角度更好地配置施工資源、組建施工機(jī)構(gòu)，制定管理制度和工作流程。

隨著云頂山一號(hào)、二號(hào)隧道施工推進(jìn)，隧道瓦斯?fàn)顟B(tài)變化不斷被揭露。云頂山一號(hào)隧道出口超前鉆孔瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，進(jìn)而掌子面電焊作業(yè)時(shí)點(diǎn)燃了地下一道裂隙中逸出的瓦斯氣體；云頂山二號(hào)隧道炮后瓦斯探頭報(bào)警，人工檢測(cè)掌子面瓦斯?jié)舛冗_(dá)到了0.1%以上，引起項(xiàng)目部各級(jí)技術(shù)與管理的重視，重新修訂了瓦斯隧道安全管理辦法，加強(qiáng)了對(duì)各級(jí)施工人員的安全知識(shí)培訓(xùn)，進(jìn)一步指明了非伴煤瓦斯基本特點(diǎn)及工作的難點(diǎn)重點(diǎn)。重新修訂的瓦斯隧道安全管理辦法不僅從組織路線角度闡明了各級(jí)管理人員的崗位設(shè)置、安全責(zé)任與工作范圍，也從以下幾個(gè)技術(shù)方面進(jìn)一步完善了相關(guān)的工作制度、工作范圍、工作方法和工作流程：①隧道瓦斯探測(cè)與監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段與方法；②與施工開挖和支護(hù)方法相適應(yīng)的用電管理辦法、責(zé)任制度；③以瓦斯檢測(cè)濃度和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)為依據(jù)的瓦斯分級(jí)管理辦法；④適合隧道施工的風(fēng)、瓦電閉鎖管理辦法；⑤與瓦斯分級(jí)管理相適應(yīng)的開挖爆破管理辦法；⑥瓦斯隧道通風(fēng)方案的編制修訂及日常通風(fēng)管理辦法；⑦不動(dòng)火作業(yè)工藝與隧道圍巖加固關(guān)系、外防水冷粘工藝與防水防氣效果間的技術(shù)關(guān)系等。

3 結(jié)論

3.1 煤層瓦斯（伴煤瓦斯）和非伴煤瓦斯是從工程角度定位、定性、定量難易程度來考慮的，不是從瓦斯地質(zhì)成因角度進(jìn)行分類的。非伴煤瓦斯具有涌出地點(diǎn)、涌出壓力、涌出量等不確定性，其地質(zhì)條件類型是非常多樣的。

3.2 非伴煤瓦斯隧道施工安全需要從瓦斯探查與監(jiān)測(cè)、隧道施工防爆及其災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案著手，從制度建設(shè)、資源配置和措施落實(shí)上真抓實(shí)干才能真正避免瓦斯突出、瓦斯燃爆災(zāi)害的發(fā)生。

[1][2]姚振武.高瓦斯隧道施工指南[M].北京：人民交通出版社,2008:9-113,202-207.

[3]郭偉偉.隧道施工超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)綜合技術(shù)方法研究[D].成都:西南交通大學(xué)，2006.

[4]吳俊猛.達(dá)成線提速改造工程天臺(tái)寺隧道天然氣涌出危險(xiǎn)性分析[J].科學(xué)技術(shù)通訊,2003（3）:14-17.

[5]崔連友,陳西動(dòng),等.華鎣山隧道有害氣體綜合治理措施[J].鐵道建筑技術(shù),2001（1）:45-46.

[6]王慶國(guó).云頂瓦斯隧道非煤系地層施工技術(shù)研究[J].西部交通科技,2010(5):78-81.

[7]張海波.非煤系地層瓦斯隧道設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),1997(11):31-35.

[8]周瑩.非煤系瓦斯隧道施工通風(fēng)模擬及其瓦斯安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[D].成都:西南交通大學(xué),2013.

[9]康小兵.非煤系地層瓦斯隧道形成機(jī)制研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2011,48(3):35-39.

[10]四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.公路瓦斯隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南[M].北京:人民交通出版社,2011:11.

[11]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范TB 10120-2002 J160-2002[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2002.

[12]雷升祥.瓦斯隧道施工技術(shù)與管理[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2011:9.

[13][14][15]陳榮書.天然氣地質(zhì)學(xué)(第二版)[M].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1989:8,125.

[16]謝澤華.天然氣成藏模式與勘探方法：以川西天然氣藏為例[J].石油與天然氣地質(zhì),2000(2):144-147.

[17]楊天泉,梅清,張紅梅,李愛國(guó).四川盆地芭蕉場(chǎng)石炭系儲(chǔ)層特征研究[J].天然氣勘探與開發(fā),2006(3):1-4.

[18]郭偉偉,魏有儀.片麻巖區(qū)隧道施工炮后碴堆燃燒現(xiàn)象初析[J].路基工程,2007(6):70-72.

Conception of Non-associated Coal Gas Tunnel and its Engineering Significance

Wei You-yi①Wang-Ying②
(①Faculty of Geosciences and Environmental Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,Sichuan;②School of Engineering,Tibet University,Lhasa 850000,Tibet)

The traffic tunnel gas can be divided into coal seam gas(coal-related gas)and non-associated coal gas from civil engineering point of view.In the present paper,the conception of non-associated coal gas tunnel and its engineering significance was described based on the analyzing a number of gas tunnels.Non-associated coal gas is a toxic,harmful,flammable natural gas occurring in coal strata keeping away from non-coal seam or non-coal series strata of coalsteam as free state generally.It has feature of uncertainties in emission site,emission pressure,emission quantity in tunnel engineering and low probability of explosion hazard occurrence in feature,but it also has feature of high degree risk.Therefore the non-associated coal gas tunnel eventual exposed state depends on advanced geological forecast method during the construction and determining the gas emission case after excavation.

Yunding mountain highway tunnel;non-associated coal gas;coal-related gas;non-coalsteam strata

U458

A

1005-5738(2014)02-117-08

[責(zé)任編輯：索郎桑姆]

2014-06-11

2014年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“G318西藏林芝-波密段斜坡動(dòng)力響應(yīng)與滑坡啟動(dòng)機(jī)理研究”（項(xiàng)目號(hào)：41462012），2012年度四川省交通廳科技支持項(xiàng)目“成德南高速公路龍泉山高瓦斯隧道基于超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的預(yù)警技術(shù)研究”（項(xiàng)目號(hào)：20120019）階段性成果。

魏有儀，男，漢族，江西南昌人，西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殍F路隧道與橋基病害調(diào)查及其整治及隧道天然氣地質(zhì)等。