公路工程瓦斯隧道施工技術(shù)研究

孫飛

摘要 文章以公路工程瓦斯隧道施工技術(shù)為研究對(duì)象，針對(duì)瓦斯隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)和質(zhì)量控制問(wèn)題展開(kāi)深入研究。首先，梳理了瓦斯隧道施工的特點(diǎn)和常用方法。其次，結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)瓦斯隧道鉆爆法施工方法、工藝和施工關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)剖析，并提出了相應(yīng)的施工工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)。研究成果將為瓦斯隧道施工技術(shù)和質(zhì)量控制提供有益的參考，對(duì)類(lèi)似項(xiàng)目施工具有一定的參考和借鑒意義。

關(guān)鍵詞 公路工程；瓦斯隧道；鉆爆法；技術(shù)方法；質(zhì)量控制

中圖分類(lèi)號(hào) U458.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）06-0058-04

0 引言

隨著我國(guó)公路建設(shè)的快速發(fā)展和復(fù)雜地質(zhì)條件的日益凸顯，瓦斯隧道的建設(shè)已成為公路工程中的一項(xiàng)重要任務(wù)。瓦斯隧道施工涉及復(fù)雜的環(huán)境因素和高風(fēng)險(xiǎn)因素，需要采取有效的技術(shù)措施和管理手段來(lái)保障施工安全和質(zhì)量。瓦斯隧道的施工技術(shù)直接關(guān)系到隧道的安全性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性，因此對(duì)瓦斯隧道施工技術(shù)進(jìn)行深入研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。該文重點(diǎn)圍繞瓦斯隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)展開(kāi)研究，包括隧道開(kāi)挖方法、瓦斯監(jiān)測(cè)與管理等方面的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的施工工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)，為瓦斯隧道施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 瓦斯隧道施工概述

1.1 瓦斯隧道的定義與分類(lèi)

瓦斯隧道是指在施工過(guò)程中，隧道內(nèi)存在較高濃度的瓦斯氣體，對(duì)施工安全和工程質(zhì)量構(gòu)成一定威脅的隧道。瓦斯是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒的氣體，主要成分是甲烷，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。瓦斯氣體的燃點(diǎn)較低，容易發(fā)生燃燒和爆炸，因此在瓦斯隧道施工過(guò)程中，必須采取有效的安全措施和技術(shù)手段，確保施工安全和質(zhì)量。

根據(jù)瓦斯含量的不同，瓦斯隧道可分為高瓦斯隧道、低瓦斯隧道和一般瓦斯隧道。其中，高瓦斯隧道是指瓦斯含量較高，對(duì)施工安全和工程質(zhì)量構(gòu)成較大威脅的隧道；低瓦斯隧道是指瓦斯含量較低，但仍需采取必要的安全措施的隧道；一般瓦斯隧道則是指瓦斯含量較低，對(duì)施工安全和質(zhì)量影響較小的隧道。此外，根據(jù)瓦斯來(lái)源的不同，瓦斯隧道還可分為煤系地層瓦斯隧道和碳酸鹽地層瓦斯隧道。煤系地層瓦斯隧道是指瓦斯氣體主要來(lái)源于煤層中的甲烷氣體，而碳酸鹽地層瓦斯隧道則是指瓦斯氣體主要來(lái)源于石灰?guī)r等碳酸鹽巖層中的甲烷氣體[1]。

1.2 瓦斯隧道施工的特點(diǎn)與挑戰(zhàn)

瓦斯隧道施工具有以下特點(diǎn)與挑戰(zhàn)[1]：

（1）瓦斯的不穩(wěn)定性：瓦斯氣體的濃度、壓力和成分可能隨時(shí)間和空間發(fā)生變化，這給施工過(guò)程中的瓦斯檢測(cè)和評(píng)估帶來(lái)了很大的不確定性。同時(shí)，瓦斯的流動(dòng)性強(qiáng)，容易擴(kuò)散和滲漏，對(duì)通風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)提出了更高的要求。

（2）高風(fēng)險(xiǎn)性：瓦斯隧道施工面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)包括瓦斯爆炸、火災(zāi)等安全事故。這些事故可能對(duì)人員、設(shè)備和環(huán)境造成重大損害。因此，施工過(guò)程中必須采取嚴(yán)格的安全管理措施和技術(shù)手段，以降低事故發(fā)生的概率。

（3）技術(shù)要求高：瓦斯隧道施工涉及一系列復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，如瓦斯檢測(cè)與監(jiān)測(cè)、通風(fēng)與排風(fēng)、施工設(shè)備與工藝等。這些技術(shù)要求高，需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作和管理，以確保施工安全和質(zhì)量。

（4）環(huán)境保護(hù)要求：瓦斯隧道施工可能涉及環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，如水土保持、植被恢復(fù)等。施工過(guò)程中需采取有效的環(huán)保措施，降低對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，確保施工的可持續(xù)性。

（5）安全管理難度大：由于瓦斯隧道施工的高風(fēng)險(xiǎn)性，安全管理難度較大。需要建立健全的安全管理體系和規(guī)章制度，加強(qiáng)人員培訓(xùn)和教育，增強(qiáng)安全意識(shí)，確保施工安全。

綜上所述，瓦斯隧道施工具有技術(shù)要求高、風(fēng)險(xiǎn)性大、安全管理難度大等特點(diǎn)與挑戰(zhàn)。為確保施工安全和質(zhì)量，必須采取有效的技術(shù)措施和管理手段，加強(qiáng)人員培訓(xùn)和教育，增強(qiáng)安全意識(shí)，降低事故發(fā)生的概率。同時(shí)，還需關(guān)注環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，確保施工的可持續(xù)性。

1.3 瓦斯隧道施工的常用方法

瓦斯隧道施工常用方法如下[2]：

（1）鉆爆法：鉆爆法是瓦斯隧道施工中最常用的一種方法，它主要包括鉆孔、裝藥、起爆和出渣等步驟。在瓦斯隧道中，鉆爆法需要特別注意瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測(cè)和控制，以防止瓦斯積聚和爆炸。此外，還需要采用防爆電氣設(shè)備和專(zhuān)用炸藥，以降低爆破過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）盾構(gòu)法：盾構(gòu)法是一種通過(guò)使用大型盾構(gòu)機(jī)在地下挖掘隧道的施工方法。在瓦斯隧道中，盾構(gòu)法可以有效地避免直接接觸富含瓦斯的地層或煤層，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。然而，盾構(gòu)機(jī)的操作和維護(hù)需要高度的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)盾構(gòu)機(jī)的尺寸和重量也限制了其在某些復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用。

（3）掘進(jìn)機(jī)法：掘進(jìn)機(jī)法是一種通過(guò)使用掘進(jìn)機(jī)在地下挖掘隧道的施工方法。在瓦斯隧道中，掘進(jìn)機(jī)法可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的掘進(jìn)和支護(hù)作業(yè)，提高施工效率。然而，掘進(jìn)機(jī)的操作和維護(hù)也需要極高的技術(shù)水平和豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)掘進(jìn)機(jī)的適應(yīng)性和靈活性不如鉆爆法和盾構(gòu)法。

（4）明挖法和蓋挖法：在一些地質(zhì)條件較好、瓦斯含量較低的地區(qū)，也可以采用明挖法或蓋挖法進(jìn)行瓦斯隧道施工。這些方法通常適用于地表?xiàng)l件允許開(kāi)挖、交通干擾較小的地段，但需要注意瓦斯的監(jiān)測(cè)和控制，以及施工過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢棄物的處理。

（5）注漿加固法：注漿加固法是一種通過(guò)向隧道周?chē)貙幼⑷霛{液，以提高地層穩(wěn)定性和承載能力的施工方法。在瓦斯隧道中，注漿加固法可以有效地防止瓦斯從地層中逸出，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。然而，注漿加固法需要精確的地質(zhì)探測(cè)和設(shè)計(jì)，以及高質(zhì)量的漿液材料和設(shè)備。

2 瓦斯隧道鉆爆施工方法及工藝

2.1 項(xiàng)目概況

鎮(zhèn)巴（川陜界）至廣安高速公路通江至廣安段，位于巴中市通江縣廣納鎮(zhèn)蒙子埡村至構(gòu)花坪村境內(nèi)，主線起于廣納鎮(zhèn)蒙子埡村樁號(hào)K110+500，止于廣納鎮(zhèn)構(gòu)花坪村樁號(hào)K117+471。廣納隧道左洞為ZK111+341～ZK114+767段，左洞長(zhǎng)3 426 m；右洞為K111+345～K114+769段，右洞長(zhǎng)3 424 m；瓦斯工區(qū)劃分：ZK111+341～ZK114+767段、K111+345～K114+769段為高瓦斯段落（全隧道都屬于高瓦斯工區(qū)）。

2.2 鉆爆施工方法

在施工高瓦斯工區(qū)時(shí)，均采用相應(yīng)安全等級(jí)的瓦斯專(zhuān)用炸藥及雷管。隧道開(kāi)挖必須盡可能減少對(duì)圍巖的振動(dòng)，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。鉆爆作業(yè)是保證開(kāi)挖斷面輪廓平整準(zhǔn)確、減少超欠挖、降低爆破振動(dòng)、維護(hù)圍巖自穩(wěn)能力的關(guān)鍵。采用光面爆破作業(yè)，根據(jù)圍巖情況及時(shí)修正爆破參數(shù)，以達(dá)到最佳爆破效果，形成整齊準(zhǔn)確的開(kāi)挖斷面。

光面爆破的特點(diǎn)：炮孔布置除周邊眼和掏槽孔外都是線形，炮孔布置簡(jiǎn)單，炮孔間距比傳統(tǒng)炮孔間距大，節(jié)約鉆孔時(shí)間，炮孔參數(shù)準(zhǔn)確；對(duì)圍巖的擾動(dòng)小，最適合采用“新奧法”施工；炮孔都是平行的，便于鉆孔，可提高鉆孔效率；易于采用光面爆破，控制開(kāi)挖輪廓；可以控制爆破塊度，提高裝運(yùn)效率。此外，還可減輕對(duì)周?chē)貙拥恼駝?dòng)[3]。

2.3 光面爆破施工工藝流程

該隧道周邊采用光面爆破，以確保開(kāi)挖輪廓平整圓順，其光面爆破施工工藝流程如圖1所示

2.3.1 光面爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的各段落圍巖等級(jí)及設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，結(jié)合圍巖地質(zhì)條件，選擇合理的光爆層厚度和周邊孔間距。爆破采用斜眼掏槽，并適當(dāng)加深加大掏槽眼（比其他眼深約20 cm），以保障掏槽效果。根據(jù)“新奧法”施工要求，隧道開(kāi)挖必須盡可能減輕對(duì)圍巖的振動(dòng)，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。故在鉆爆作業(yè)中采用微震控制爆破技術(shù)，實(shí)施光面爆破，并根據(jù)圍巖情況，及時(shí)修正爆破參數(shù)，達(dá)到最佳爆破效果，形成整齊準(zhǔn)確的開(kāi)挖斷面，減少超欠挖[4]。

2.3.2 放樣開(kāi)挖輪廓線及爆破孔位放樣

在隧道鉆孔前，應(yīng)先測(cè)量放樣出開(kāi)挖輪廓線，再標(biāo)識(shí)出各爆破孔位置。

2.3.3 爆破孔位鉆孔

采用YT28型鉆機(jī)鉆孔，鉆孔時(shí)控制好鉆進(jìn)方向，所有炮孔的孔底應(yīng)位于道軸線，垂直同一平面內(nèi)，鉆孔后用高壓風(fēng)槍清孔。

2.3.4 連線起爆

完成裝藥后用炮泥堵塞孔口。在完成全部爆破孔鉆孔、清孔和裝藥后，連接引爆網(wǎng)絡(luò)，隧道開(kāi)挖時(shí)按照“掏槽眼T輔助眼—周邊眼”的順序起爆。

2.3.5 爆破安全排查

爆破后，通風(fēng)排煙30 min，然后班組長(zhǎng)和爆破員進(jìn)洞檢查有毒有害氣體濃度，經(jīng)檢查在合格范圍內(nèi)后，進(jìn)洞查看有無(wú)盲炮及是否存在其他安全隱患，確認(rèn)無(wú)其他安全隱患后，機(jī)械方可進(jìn)入洞內(nèi)進(jìn)行出渣作業(yè)。

2.3.6 上臺(tái)階爆破參數(shù)及爆破斷面設(shè)計(jì)

隧道上臺(tái)階掘進(jìn)爆破主要參數(shù)如表1所示：

炮孔堵塞采用配比為1∶3的黏土與細(xì)沙的混合物，或黏性較好的黏土堵塞，堵塞所用的炮棍采用木質(zhì)或竹質(zhì)材料制作，光面爆破炮孔的堵塞長(zhǎng)度40～50 cm。光面爆孔的裝藥結(jié)構(gòu)形式如圖2所示：

圖2 周邊光面爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

采用數(shù)碼電子雷管起爆時(shí)，每段之間設(shè)置間隔10～

20 ms，最后一圈掘進(jìn)孔與周邊孔的間隔時(shí)間可設(shè)置為60 ms，總時(shí)間間隔不大于130 ms，如圖3所示。如果需進(jìn)一步控制爆破振動(dòng)強(qiáng)度，則一架和二架區(qū)域的掏槽孔可以先后起爆。所有周邊孔的安全導(dǎo)爆索在孔外連接時(shí)，應(yīng)采用T形連接，以保證整個(gè)周邊光爆孔安全可靠地傳爆。

2.3.7 下臺(tái)階爆破參數(shù)及爆破斷面設(shè)計(jì)

周邊孔光面爆破參數(shù)與上臺(tái)階掘進(jìn)爆破基本相同，考慮設(shè)計(jì)循環(huán)進(jìn)尺以及利于布孔，炮孔間距為0.45 m，最小抵抗線為0.7 m，線裝藥密度為0.12～0.14 kg/m。由于上臺(tái)階鉆孔及開(kāi)挖爆破的影響（上臺(tái)階底板孔需下插一定角度爆破，且鉆孔過(guò)程中大量施工用水浸入下臺(tái)階），使得下臺(tái)階上部出現(xiàn)一定厚度的浮渣層，造成主爆孔和周邊光爆孔難以按照設(shè)計(jì)要求鉆鑿。因此，可根據(jù)下臺(tái)階上部浮渣層的現(xiàn)場(chǎng)情況，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整炮孔參數(shù)。

下臺(tái)階的起爆順序：采用斜線逐排微差起爆，最后起爆周邊光爆孔，同排炮孔同時(shí)起爆。為了取得較好的光面爆破效果減少超欠挖和保證圍巖的穩(wěn)定，瓦斯隧道的開(kāi)挖爆破宜采用數(shù)碼電子雷管起爆，這樣可使得最后一排掘進(jìn)炮孔與周邊光爆孔的延遲時(shí)間增大到60～70 ms，而且可以增加起爆段別，減小爆破地震效應(yīng)，削弱爆破作用對(duì)小凈距隧道中隔墻的擾動(dòng)作用。

整個(gè)掌子面內(nèi)的所有炮孔采用同次起爆、孔內(nèi)分段延遲的起爆網(wǎng)絡(luò)。同排炮孔用同段數(shù)碼電子雷管起爆，每孔內(nèi)裝1發(fā)起爆雷管。

3 瓦斯隧道施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

瓦斯隧道施工因其特殊的地質(zhì)條件和高風(fēng)險(xiǎn)性，對(duì)施工質(zhì)量控制提出了極高的要求。瓦斯隧道施工質(zhì)量控制的要點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面[5]：

（1）瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)與控制：瓦斯隧道施工中，瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測(cè)和控制是最重要的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)之一。需要在施工過(guò)程中持續(xù)進(jìn)行瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)和施工方案，確保瓦斯?jié)舛仁冀K保持在安全范圍內(nèi)。

（2）通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行：通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行是保證瓦斯隧道施工安全和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。需要根據(jù)瓦斯隧道的具體地質(zhì)條件、施工方法和安全要求，合理設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)，并在施工過(guò)程中保持其穩(wěn)定、高效和安全運(yùn)行。

（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工：支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工是保障瓦斯隧道穩(wěn)定性的重要措施。需要根據(jù)瓦斯隧道的地質(zhì)條件、施工方法和安全要求，合理選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型和參數(shù)，并在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

（4）爆破作業(yè)控制：在采用鉆爆法進(jìn)行瓦斯隧道施工時(shí)，爆破作業(yè)的質(zhì)量控制至關(guān)重要。需要根據(jù)瓦斯隧道的地質(zhì)條件、施工方法和安全要求，合理選擇炸藥類(lèi)型和裝藥量，并在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制爆破作業(yè)的質(zhì)量和安全。

（5）材料質(zhì)量控制：瓦斯隧道施工中使用的各種材料（混凝土、鋼材、注漿材料等）的質(zhì)量直接影響工程的安全性和耐久性。因此，需要對(duì)所有施工材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)和驗(yàn)收，確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。

（6）施工工藝控制：瓦斯隧道施工中的每一道工序都需要嚴(yán)格按照規(guī)定的工藝流程和操作規(guī)程進(jìn)行，以確保施工質(zhì)量和安全。需要對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)控和記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正施工中存在的問(wèn)題和隱患。

（7）環(huán)保與安全措施：瓦斯隧道施工過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢棄物對(duì)環(huán)境和人體健康可能產(chǎn)生影響，需要采取有效的環(huán)保和安全措施，包括設(shè)置廢氣處理設(shè)備、廢水回收系統(tǒng)和廢棄物處理設(shè)施等。

4 結(jié)語(yǔ)

公路工程瓦斯隧道施工技術(shù)是公路工程建設(shè)中的重要部分，需要采取科學(xué)的技術(shù)措施和管理手段，加強(qiáng)質(zhì)量控制和安全管理，確保施工安全和質(zhì)量。該文對(duì)公路工程瓦斯隧道施工技術(shù)進(jìn)行了深入探討和系統(tǒng)分析，重點(diǎn)闡述了瓦斯隧道鉆爆施工方法和工藝，提出了瓦斯隧道施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，為瓦斯隧道施工提供了科學(xué)的理論指導(dǎo)和實(shí)踐參考。瓦斯隧道施工技術(shù)仍是一個(gè)不斷發(fā)展和進(jìn)步的領(lǐng)域，未來(lái)還需要進(jìn)一步地研究和探索，以適應(yīng)不斷變化的地質(zhì)條件和工程技術(shù)要求，推動(dòng)我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)的持續(xù)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)

[1]張偉. 高速公路低瓦斯隧道施工技術(shù)研究[J]. 四川建材， 2022（5）： 133-134.

[2]李盼. 低瓦斯隧道施工瓦斯防治技術(shù)與措施[J]. 科技資訊， 2020（36）： 41-43.

[3]賈澤龍. 探究煤炭溝低瓦斯隧道施工技術(shù)及防治對(duì)策[J]. 中國(guó)化工貿(mào)易， 2019（14）： 167.

[4]王軍. 聚能水壓光面爆破技術(shù)在崤山隧道施工中的應(yīng)用研究[J]. 鐵道建筑技術(shù)， 2017（5）： 81-84.

[5]萬(wàn)東東. 鉆爆施工技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用控制策略[J]. 交通世界， 2019（13）： 102-103.