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南充~大竹~梁平（川渝界）高速公路华蓥山隧道
瓦斯隧道施工安全专项方案
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四川公路桥梁建设集团有限公司
南大梁高速公路TJ-E项目经理部E10分部 2011年8月
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华蓥山瓦斯隧道施工安全专项方案
一、 隧道概况
华蓥山隧道进口位于四川盆地东部，横穿走向北北东向华蓥山背斜北段，路线走向与越岭山脊走向近于正交。左线隧道起止桩号为K105+869～K110+000，全长4131m，隧道进、出口分别位于渠县临巴镇杨家弯和大竹县田坝乡李家附近。左右线最大埋深分别为577m和604m.左右线隧道线间距为28.9m～37.328m，华蓥山为典型的梳状褶皱山地形。穿越局部段过煤层采空区，含瓦斯。同时，地下水主要为第四系孔隙潜水入下伏基岩裂隙水，埋深浅，富水性一般，受地表水及降雨影响明显。隧道段以碳酸盐岩类裂隙溶洞水为主，碳酸盐岩系水文地质条件较复杂,水量较丰富,构面隧道重要涌水或突水层段。隧道施工中可能存在瓦斯、采空区及涌水突泥等高风险。
二、
工程地质概况
主要技术标准
本线隧道采用以下主要技术标准： （1）道路等级：双向四车道高速公路 （2）设计速度：80km/h （3）建筑限界： 1）一般地段
净宽：0.75（左侧检修道）+0.5（左侧侧向宽度）+2×3.75（行车道）+0.75（右侧侧向宽度）+0.75（右侧检修道）＝10.25m，净高：5.00m
2）紧急停车带段
净宽：0.75（左侧检修道）+0.5（左侧侧向宽度）+2×3.75（行车道）+3.5（紧急停车带宽，包含右侧侧向宽度）+0.75（包含右侧检修道）＝13m
净高：5.00m
3）人行横通道：2m×2.5m（宽×高） 4）车行横通道：4.5m×5m（宽×高） （4）行驶方向：隧道分修，单向行驶 （5）设计荷载：公路－I级
（6）隧道防水等级：正洞、车行及人行横道、联络风道、运输通道、排烟通道及救援通道防水等级统一为一级，隧道：防水等级为二级，二次衬砌混凝土抗渗等级为S8。车行、人行横道：防水等级为二级，地下机房、电器室及风机消音器安装断面防水等级为一级，二次衬砌混凝土抗渗等级为S12。联络风道、运输通道、排烟通道及救援通道防水等级为二级，二次衬砌混凝土抗渗等级为S8。竖井防水等级为三级，二次衬砌混凝土抗渗等级为S6.
（7）地震基本烈度：地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，其对应地震基本烈度为Ⅵ度。 2.3 施工现场条件
2.3.1地形地貌
拟建华蓥山隧道为双洞特长隧道，华蓥山为典型的梳状褶皱山地形背斜成山，随址区地势总体表现为南高北低、中部高两侧低的地貌特征，地貌单元属侵蚀——构造岭脊
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或单面状中低山区，地形地貌展布与构造线基本一致。区内最高标高1190m。
背斜轴部为三叠系雷坡组、嘉陵江组等碳酸盐岩地层形成的岩溶槽谷地貌，标高一般为950～970 m，两翼主要为三叠系须家河组和部分侏罗系砂岩、泥岩形成的高陡岭脊或单面山地貌，标高一般为300～700 m，属切割较强烈的中低山区，山体两侧羽状V形冲沟较发育。岭脊段植被茂密，乔木发育，斜坡地带灌木丛生。
背斜中部为灰岩出露区，山体多呈孤立的贝壳状浑圆形山峰；两翼主要为砂、泥岩出露，山体多呈不规则状连成片状的浑圆形山体。
2.3.2气象
隧址区气候属亚热带温暖、湿润季风气候，雨量充沛，具冬暖、春早、夏热、多秋雨特征。据气象资料，年平均气温15.9℃，日气温最高41.5℃，最低-3.7℃，年平均降雨量1215.5mm，最大1529.8mm，最小836.6mm，降雨多集中在7～9月，占年降雨量的70%。相对湿度80%，无霜期292天，多东北风，平均风力一般1.6～2.1级，最大达8级。
2.3.3不良地质现象及特殊岩土
1、岩溶
隧道洞身段（K105+869～K110+000）主要穿越T2l 、T1j和T2f的硫酸盐可溶岩地层，出露长度约占全隧55%和68%左右。岩性以泥灰岩、泥质灰岩、角砾灰岩、灰岩等碳酸盐为主，地层易形成溶洞、溶槽、溶缝、暗河，在地表形成典型的溶蚀洼地及落水洞等岩溶地貌，溶蚀洼地及落水洞一般呈圆形发育，直径一般5～15m，每平方公里一般发育有5～8个溶蚀洼地及落水洞。灰岩地层地下水在地表以泉的形式排泄，如老龙洞61号泉（K133+200左330m）、邱家坝99号泉（K133+120右470m）、清眼洞98号泉（K133+100右1530m）、黄泥洞42-43号泉（K135+130左292m）。隧道开挖过程中上述范围内的灰岩地层中将可能遇到溶洞或暗河，其涌水量将很大。
2、盐溶角砾岩
隧址区中段隧道洞身段穿越的T2l1底部和T1j4顶部为盐溶角砾岩，盐溶角砾岩看似硬质岩，实则易碎裂而形成坍塌、掉顶等现象，尤其在爆破震动情况下更易碎裂。
3、涌水渗漏问题
本区是以碎屑岩为主的基岩山区，核部为碳酸盐岩地层，地形起伏大，在断层、褶皱转折部位，涌水渗漏问题将严重。在两侧横向发育的冲沟中，因采煤而形成采空冒落裂隙，其沟水渗漏问题也较严重。在深切沟谷两侧，岸坡剪切裂隙发育，这些都是不可忽视的渗漏途径。
4、煤层及采空区问题
隧道进口、出口段均穿越须家河组（T3xj）薄至中层泥岩、砂岩夹煤层。其中T3xj1、T3xj3、T3xj5段为含煤层，煤层厚0.3～0.8m不等。
（1）隧道进口端
隧道进口段穿越正在开采水巴岩煤矿的煤层正连煤层、乌金炭煤层及内正连煤层采空区，煤层倾角分别为80°、72°和76°.其中正连煤层和乌金炭煤层采空区+205m水平（最低采高）及内正连煤层+340m水平至地表资源已全部采空。隧道底采空区在正连煤层和乌金炭煤层处高度约155m，在内正连煤层处高度约20m。
隧道于进口端穿越水巴岩煤矿南端，该矿开采+340～+0m（高标）的煤层，煤层特别征见。
（2）隧道出口端
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隧道出口段穿越石桥铺煤矿的“三夹连”煤层、“二连子”煤层，出口段C6ZK136+200～C6ZK136+750段穿越石桥铺煤矿东端，该矿开采T3XJ5的煤层，+478m以上煤层已采空，中部已采至+333水平，此段隧道路肩标高为460左右m，隧道从该矿的老采空区下方穿越，据老采空区高程相距约18m左右，对隧道有一定的影响。
5、瓦斯
华蓥山隧道进口段与出口段均穿越须家河组（T3XJ5）一、三、五、七段的煤系层，煤系层均含有大量瓦斯工区，煤尘有爆炸性危险。
6、压煤问题
麂子坝久通煤矿准许开采矿区内K2、K4煤层，开采深度为+182～+403m。K4煤层位于须家河组第五段上部，煤层厚度0.45～0.70m左右，K2煤层位于须家河组第五段上部，煤层厚度0.30～0.40m。两层煤按均厚1.1m计算，隧道底部往下垂深200倍采高，即隧道底部往下垂深220m（标高为+201～+223m）为煤层禁采安全区。此段隧道标高约为+421m～+443m，故隧道穿越水巴岩煤矿矿权范围内必然存在煤炭资源的压覆问题。石桥铺煤矿石桥铺煤矿准许开采矿区内“二连子”、“三夹连”煤层，开采深度为+478～+150m。“三夹连”煤层位于须家河组第五段上部，纯煤厚度0.35～0.74m，平均厚度0.49m，“二连子”煤层位于须家河组第七段下部，纯煤厚度0.30～0.48m，平均厚度0.40m，按煤层均厚1.0m计算，隧道底部往下垂深200倍采高，即隧道底部往下垂深200m（标高为+258m）为煤层禁采安全区。此段隧道标高约为+458m左右，故隧道穿越水巴岩煤矿矿权范围内必然存在煤炭资源的压覆问题。
7、有害气体
隧道进口段与出口段均穿越了须家河组（T3xj）一、三、五段的煤系地层，煤系地层均含有大量瓦斯和其它有害气体。雷口坡组（T21）和嘉陵江组（T1J）地层可溶岩段含有天然气，并常拌含H2S。二叠系龙潭组(P21)含煤地层位于嘉陵江组（T1j）下方，中间相隔飞仙关组（T1f）和长兴组(P2C)两地层组，间距约300米（据区域资料），离隧道较近，有害气体可能通过断层、大的构造贯通裂缝和地下水运移串至隧道。在老窑、采空区、大的溶洞和封闭构造裂隙有可能聚集瓦斯和其它有害气体。
8、高地应力隧道发生岩爆及地层变形的可能性预测 （1）地应力
华蓥山隧道处于川东褶皱带，主体构造为华蓥山背斜，展布方向为NNE向。华蓥山隧道区最大埋深577m和604m，参照明月山ZK3号孔5、6测试段502.74～508.54m井深段SH最大主应力值19.97 MPa，同时类比二郎山隧道同深度为18～36Mpa，乌蒙山隧道为12～21.8Mpa（深203～458m），相比同深度实测应力值属较低应力。
（2）岩爆
华蓥山隧道背斜核部的灰岩、白云质灰岩类较硬岩中因局部构造发生变化而引起的小范围应力增高，大于发生岩爆的临界埋深，因此已具备岩爆发生的埋深条件。隧址区处于较高构造应力区，而隧址区内隧道穿越了坚硬的砂岩及灰岩地层，进出口段夹有软质泥岩、页岩，隧道洞身段主要穿越T2l和T1j的灰岩及钙质泥岩，局部夹页岩地层，最大埋深为463～526.5m，已具备了岩爆发生的埋深条件及软岩大变形的埋深条件，故开挖过程有可能发生岩爆和软岩大变形现象。
2.3.4施工条件
交通：项目区内公路交通较为方便，沿线分布的国道318以及各地方道路，可作为施工的纵向运输便道，沿线部分段落需对地方道路进行整修或新修横向便道、便桥，使便道与项目线位相连通。
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电力：沿线电力供应比较便利，各乡镇均国电所及各种变压器，基本能满足工程用电要求。
工程用水：水资源比较丰富，水质清澈且无污染，平均运距500m，可满足工程需要。 通讯：沿线移动电话信号良好，可采用移动通信与固定电话相结合的方式解决通信问题。
三、 具体施工方法 （一） 瓦斯隧道分类
1、瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种，瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。
2、瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区共四类。 3、低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出量进行判定。当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m3/min时，为低瓦斯工区；大于或等于0.5m3/min时，为高瓦斯工区。
4、瓦斯隧道只要有一处有突出危险，该处所在的工区即为瓦斯突出工区。判定瓦斯突出必须同时满足下列4个指标：
⑴瓦斯压力P＞0.74 MPa； ⑵瓦斯放散初速度△P＞10； ⑶煤的坚固性系数，f＜0.5； ⑷煤的破坏类型为Ⅲ类及以上。
对华蓥山隧道第3、第4项指标不一定适合，但隧道穿越煤层区，有可能存在瓦斯积聚现象，故本隧道不排除瓦斯突出的可能性。
（二）
洞身开挖与支护
开挖时应按围岩类型及设计预留变形量进尺，施工中应根据围岩超前地质预报和监控量测结果及时调整施工进度。本隧道采用台阶法开挖施工。
台阶法施工：
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