摘要:天然气高瓦斯隧道中的瓦斯不可预见性很大。施工过程中，在遇到隧道洞身段局部岩体节理裂隙发育、围岩破损带、断层处，均可能发生瓦斯逸出甚至瓦斯突涌现象，现场存在很大的瓦斯安全隐患。主要研究了TSP探测、地质雷达、超前钻探等方法在瓦斯隧道施工中的应用情况，多种物探手段与钻探相结合对不良地质体进行综合预测，取得了较好的预报效果，有力保障了现场施工安全。
关键词:瓦斯隧道;TSP探测;地质雷达;超前钻探
0引言
新建龙泉山隧道为成都轨道交通18号线的控制性工程，设计上为高瓦斯隧道，隧道左右洞线间距30m，采用传统矿山法施工，其中隧道左线全长9690m，隧道右线全长9742m。为合理控制工期，隧道在中间段共设置2处斜井，设计上均为主、副斜井。全隧穿越浅层含油气构造带，天然气瓦斯对施工安全构成较大危险。常见的瓦斯隧道为含煤层气瓦斯隧道，煤层为瓦斯的主要载体，隧道施工在安全穿越煤层后就基本越过了瓦斯富集区，但天然气瓦斯与煤层气瓦斯有很大不同，天然气瓦斯在地下分布不均，会进行气体运移，瓦斯涌出具有较大的随机性，不可预见性较大，对隧道安全施工构成较大威胁［1］。天然气高瓦斯隧道在施工过程中，对瓦斯气体赋存状态的准确预报至关重要。对于天然气瓦斯，因其运移规律复杂多变并且瓦斯突涌随机性强，目前还没有行之有效的精准预测手段，现场实际探测施工过程中，主要还是采用规范规定的常用地质预报手段。
1隧道地质概况
龙泉山隧道设计上为天然气高瓦斯隧道，施工过程中穿越的地层主要为侏罗系中统上沙溪庙组(J2s)泥岩夹砂岩，上统隧宁组(J3s)泥岩夹砂岩、上统蓬莱镇组(J3p)泥岩夹砂岩;压碎岩Crr等。隧址区位于新华夏系第三沉降带四川盆地西缘的川西褶皱带中，龙泉山褶皱带构造体系对整条隧道的地质条件有着较大影响。而且隧道在开挖过程中，也会受到龙泉驿断层、卧龙寺向斜、龙泉山大背斜、尖尖山断层等不良地质体对隧道围岩稳定性构成的威胁，可能遇到的强富水区域主要集中在砂岩、泥岩接触带［2］。该隧道划分进口、1号斜井、2号斜井工区为高瓦斯工区，出口工区为低瓦斯工区。具体现场施工区段划分如图1所示。据区域地质调查资料及勘查设计资料显示，龙泉山隧道下穿含油气构造带，从西翼到东翼垂直构造长轴穿越整个背斜构造。隧道的西侧有苏码头洛带气田，节理裂隙在受到构造变形的影响下发育良好。从石油地质学角度来讲，背斜构造往往是储气的盖层，为天然气的大量富集提供了有利场所，而龙泉山隧道下穿背斜构造，会受到气田的很大影响。前期地勘资料显示，构造核部附近天然气瓦斯浓度相对较高，瓦斯浓度最大达到2.62%，接近爆炸极限，并且瓦斯压力较大，具有瓦斯瞬间涌出的可能。
2超前地质预报方法
龙泉山隧道在施工掘进过程中可能遇到的瓦斯灾害主要受节理裂隙发育带、断层影响带的控制，准确地探明这些不良地质体的存在，对掌握瓦斯赋存状态至关重要。在隧道开挖遇到裂隙发育带时，很有可能发生瓦斯逸出现象，甚至出现瓦斯突涌。所以使用合适的地质预报方法，准确探测前方不良地质体，提前预测瓦斯风险点，对隧道安全施工至关重要。设计上，该隧道全程采用TSP超前探测，地质异常段加以地质雷达补充精细化探测，必要时加密超前钻孔。在实施超前预报过程中，物探设备严格按非防爆设备使用管理，严格进行瓦斯检查，保证在规范允许的瓦斯浓度范围下安全实施探测。龙泉山隧道1号斜井位于隧道ZDK44+568处，距隧道进口3223m，1号斜井左线小里程在开挖至ZDK43+650处，现场出现瓦斯逸出现象，钻孔内瓦斯浓度急剧升高，孔内3m处实测瓦斯浓度100%，正处于设计高瓦斯区域，距离地勘探孔(M18Z2-LQSSK-01)约400m，该探孔勘察资料提供瓦斯浓度为1.76%。从揭示的隧道底板出现瓦斯较大逸出的情况，逸出点附近紧贴底板位置检测到瓦斯浓度最大值16.0%，其余部分段底板20cm以下在初支拱脚、贴近底板面等多处部位通过便携式甲烷检测报警仪能检测到浓度为2.0%～4.0%的瓦斯，施工现场存在极大的瓦斯安全风险。对于上述施工中出现的瓦斯逸出点，在前期TSP超前预报中均有预判。根据TSP地质探测数据图像分析。结合地勘资料及掘进面围岩地质揭示情况推断如下:(1)推测掘进面前方ZDK43+641～+625岩体纵波波速为3929～4129m/s，推测为强—中风化泥岩夹砂岩。岩体构造较发育，主体由2组构造面组成。其中主要的一组走向与隧道轴向交角约为30°，右侧先见构造带。构造面间距为3～4m，构造面倾向于小里程方向，视倾角约为80°，有可能成为瓦斯通道，须谨慎施工。(2)推测掘进面前方ZDK43+602～+576岩体纵波波速3929～4529m/s，推测为构造破碎带。岩体构造密集发育，由3组构造面交切而成。构造带走向与隧道轴向交角约为35°，右侧先见构造带。构造面视倾角约80°，分别倾向于大、小里程方向，极可能成为瓦斯通道，且在ZDK43+599～+587、ZDK43+582～+578区段可能含地下水。TSP探测结论初步推测，在里程ZDK43+641～+625、ZDK43+602～+576段为构造破碎带，为瓦斯运移通道。现场掘进面地质素描揭示围岩节理裂隙发育，泥岩、砂岩及泥岩夹砂岩互层结构，层间结合较差。为了进一步查明掘进面前方地质情况，继续采用地质雷达进行补充精细化探测。由地质雷达成果图综合推测如下:在里程ZDK43+644～+630区段，反射信号较强烈，同向轴紊乱，不连续，推测围岩主体为强—中风化泥岩夹砂岩，岩体构造较发育，推测为构造发育带，构造带内有泥质填充，中—薄层为主，岩体软弱，局部较破碎，可成为瓦斯通道，进一步验证了TSP探测结果。为避免发生瓦斯安全事故，紧接着进行超前钻探，超前钻探是目前各种超前地质预报方法中最直接、最准确的预报方法，但其存在钻探成本高、会占据大量正常施工时间等缺点。因掘进面局部存在瓦斯逸出点，要求施工现场必须严格使用防爆液压钻机，钻孔直径89mm，超前探测长度不小于30m。钻孔过程中，瓦检员全程进行瓦斯检测并记录。结合勘查设计文件及现场地质条件，分析认为目前隧道开挖区位于卧龙寺向斜西翼，靠近断层破碎带，为纵张节理发育区，距瓦斯来源较近，具有较好的瓦斯赋存条件，同时上覆160m致密泥岩，提供了良好的封存条件。以上分析得到了现场物探和钻探成果的验证。根据物探及钻探探测成果可知，此次探测范围内，存在多组裂隙发育区及砂岩分布区，分布于里程ZDK43+644～+598各区段，物探与钻探结论基本相符。根据综合地质预报结果，结合现场瓦斯浓度检测情况，判定施工现场存在瓦斯安全风险。现场通过增加一路风管加强通风，严禁动火作业，严格检查瓦斯，成立瓦斯防控工作组进驻现场24h值班等措施，确保了现场瓦斯风险安全可控。
3结论
龙泉山天然气高瓦斯隧道在施工过程中运用多种地质预报手段，综合预判，先后成功的穿越了龙泉山断层、马鞍山断层、高瓦斯涌出地段等多个高风险地段，最终实现了双线全线顺利贯通，未发生一起地质灾害事故。(1)天然气高瓦斯隧道在进行地质预报前，必须严格对探测现场进行瓦斯浓度检查，确保满足规范规定的安全瓦斯浓度环境下，方可实施探测作业。(2)TSP预报可以提前预测掘进面前方地质异常带，再通过地质雷达、超前钻探等手段，可以进一步判定不良地质体的规模、位置，判别其是否为导气构造，进而采取应对措施，保障现场施工安全。
作者:李枝文 单位:中煤科工集团
