梅岭隧道瓦斯成因及超前地质预报

摘要 赣韶铁路梅岭隧道未穿越含煤地层，隧道附近也无含煤地层分布，但在隧道施工过程中掌子面处发生燃烧现象，依据掌子面处气体及岩石成分的检测结果和瓦斯监测，确定瓦斯产生于炭质板岩地层内。本文重点介绍了赣韶铁路梅岭隧道瓦斯成因及如何在瓦斯隧道施工工程中做好超前地质预报工作。

关键词 铁路隧道；S瓦斯；炭质板岩；瓦斯成因；超前地质预报；预防

中图分类号U45文献标识码A文章编号 1674-6708（2011）45-0232-02

1 工程概况

赣韶线梅岭隧道位于江西省大余县与广东省南雄市交界处，全长4 080m，最大埋深320m，隧道穿越主要地层为寒武系板岩夹炭质板岩、震旦系板岩。隧道位于南华地台之桂坳和赣闽隆起南雄断陷地带，区内经历了从加里东期到喜马拉雅期的多次构造运动，地质构造复杂，褶皱、断裂发育，后期由于构造运动的加强或强烈干扰，而使前期构造进一步复杂化。

2010年3月7日梅岭隧道出口工区施工至DK66+719处，掌子面发生可燃气体燃烧现象；2010年3月9日进口工区施工至DK62+928处，掌子面发生可燃气体燃烧现象。随即施工单位配备了瓦斯检测仪，在进、出口端洞内及掌子面处进行检测、监测，3月1日~4月14日的检测结果显示，洞内瓦斯浓度最高处为掌子面附近，施工爆破后及超前炮眼打完后的瓦斯浓度最高，浓度范围0%~2%，爆破20min~30min后，瓦斯浓度降到0%~0.2%。 4月24日，铁五院、监理会同施工单位在一次爆破后测得的瓦斯浓度为1.09%。

2 试验研究

燃烧事故发生后，设计方中铁五院集团公司在梅岭隧道出口工区DK55+560掌子面处打一超前水平钻孔，并在超前钻孔内及隧道掌子面处取样，气样用3.5L氧气袋封装、岩石样用钢瓶封装，送湖南湘煤工程监测有限公司做监测，具体采集地点如下：

梅岭隧道出口工区：钻孔WSZ-1 中（取样时间2010年5月8日）取气体样品1袋和岩石样品2罐（深度分别为2.2m~2.3m、13.0m~13.1m），DK66+570新爆破后暴露掌子面处取气体样品1袋和岩石样品1罐。

所取袋装气体样品分析结果如表1所示，岩石内气体解析、分析结果如表2所示，岩石样品煤质工业分析结果如表3所示。

根据试验分析结果，岩石中可燃物成分主要为甲烷、乙烷、丙烷及少量有毒一氧化碳气体，这一结果很好的解释了施工现场发生可燃气体燃烧现象。经计算，吨煤（岩）瓦斯（CH4）含量在0.0096m3/吨~0.024m3/吨，按每日开挖进尺2m估算瓦斯涌出量小于0.053m3/min，按每日开挖进尺3m估算瓦斯涌出量小于0.069 m3/min，隧道属于低瓦斯隧道。

3 瓦斯涌出机理分析

瓦斯气体常伴生于有机岩石及土类，如炭质页岩、油页岩、炭质板岩、泥灰岩、煤层等岩类中，集中分布聚集于天然气、石油、煤层的分布地区及富含有机物的腐殖土、泥炭层的分布地区。一般将含煤系地层中的瓦斯称为煤系地层瓦斯，赋存于一般岩石中的瓦斯称为非煤系地层瓦斯。在隧道施工过程中，两种类型的瓦斯都经常会遇到。

结合区域地质资料、地质勘探、地质调查、瓦斯检测成果数据等资料综合判定，寒武系下统板岩中所夹炭质板岩层内赋存少量有害气体，为非煤系地层瓦斯，因炭质板岩非煤层，岩体较致密，瓦斯除岩体内赋存部分外，有害气体主要以游离方式存在于封闭的裂隙内，分布不均匀，平均浓度较低，但不能排除个别封闭裂隙发育带有害气体较富集现象。

4 超前地质预报

4.1 瓦斯隧道超前地质预报的特点

瓦斯气体主要赋存、聚集于岩体内的裂隙、孔隙内，因岩体内裂隙、孔隙的发育具随机性，故瓦斯溢出的时间和部位都具有明显的随机性。要准确预报瓦斯的发育程度和段落，首先应对隧道掌子面前方围岩的岩体完整程度、节理裂隙及断层破碎带的位置、长度等进行准确的预报，还应对隧道施工开挖揭露的岩石节理裂隙发育处、断层破碎带等位置处的瓦斯浓度进行监测，根据裂隙、破碎带的发育情况和瓦斯浓度的变化情况预测瓦斯的聚集情况。

4.2 瓦斯隧道超前地质预报方法的选择

隧道施工超前地质预报的方法主要有传统地质调查法、超前钻探法、物理探测法等。

地质调查法是隧道地质超前预报最基本的方法，可以随时进行，不干扰施工。地质调查法通过收集和分析地质资料、地表详细调查、隧道内地质编录、素描、数码照相等方法，了解隧道所处地段的地质条件，通过对比、论证、推断，预报隧道前方的岩石节理裂隙及断层发育情况、水文情况。

超前钻探法是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探获取地质信息的一种超前地质预报方法，它可直接揭示隧道开挖面前方几十米的地层岩性、岩体结构完整程度、构造、地下水、岩溶洞穴填充物及其性质、岩体完整程度等资料，是瓦斯隧道内最常用、直观、效果较好的预报方法。

物理探测法是利用物体物性差异进行地质判断的方法。利用物探技术进行超前地质预报的优点是快速、探测距离大、对施工干扰相对小、可以多种技术组合应用。可选主要物探方法有：地震波反射法、TSP系统法、电磁波反射法、直流电法、声波反射法、地质雷达法等。这些物探方法，各有其适用条件和优、缺点，由于隧道的地质条件不同，在方法选择时应根据具体工程地质及水文地质情况确定，不可一概而论。

地震波反射法和TSP系统法由于需要在洞内打孔放炮，在瓦斯隧道内采用时危险性较大，安全性很难控制，应排除。

电磁波反射法及直流电法由于在施做时会产生火花，在瓦斯隧道内采用同样危险性较大，易容易引起燃烧及爆炸，也应排除。

声波反射法、地质雷达法等，由于在施做时不存在采用放炮、点火等出现明火的方法，在瓦斯隧道内安全性较高，且能较好的判断掌子面前方围岩的完整程度、构造发育情况等。

另外，应在隧道内采用专用的瓦斯检测仪检测洞内尤其是掌子面处的瓦斯浓度。

根据以上分析，梅岭隧道采取“以地质调查法为基础、以物理探测法为主要手段，结合超前水平钻探和洞内瓦斯浓度监测相结合的综合方法”实施瓦斯地质预报：

1）采用地质调查法和超前钻探法预测掌子面处及掌子面前方的瓦斯发育情况；

2）采用声波反射法、地质雷达法预测掌子面前方围岩的完整程度及断裂带发育情况；

3）在隧道内选用专用的瓦斯检测仪监测洞内尤其是掌子面处的瓦斯浓度。

5 结论

梅岭隧道通过采用“以地质调查法为基础、以物理探测法为主要手段，结合超前水平钻探和洞内瓦斯浓度监测相结合的综合方法”对隧道内瓦斯实施超前预报，实践证明以上方法是可行有效的，能够较好的预测隧道内瓦斯的发育情况，但由于瓦斯的特殊性，尚需在大量的工程实践中总结提高。

参考文献

[1]唐民德.浅谈铁路瓦斯隧道地质工作的特点和方法[J].工程地质学报，2000，8 (增刊)：254-255.

[2]任光明，赵志祥，聂德新，等.深埋长隧道有害气体发生的地质条件初探[J].山地学报，2002，20 (1)：122-125.

[3]余雷，焦苍.大别山客运专线铁路隧道瓦斯涌出机理及施工对策[J].施工技术，2006，35 (增刊)：57-60.

[4]张海波.非煤系地层瓦斯隧道设计[J].铁道标准设计，1997，11：31-35.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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