BRIDGE ANDTUNNEL ENGINEERING桥隧工程Western China CommunicationsScience ＆Technology西部交通科技文章编号：1673-4874（2012）3-0057-004超前钻探法在瓦斯隧道施工中的应用曾晓勤，张啸，李辉忠（四川路桥建设股份有限公司公路隧道分公司，四川成都610200）作者简介曾晓勤（1963—），男，重庆人，主要从事隧道工程建设与管理工作。
摘要：文章根据成都至自贡至泸州高速公路马鞍山隧道所处的煤层瓦斯地质状况，利用超前钻探法对隧道围岩的掌子面和钻孔瓦斯浓度进行了测试，测试结果能有效判定前方岩层的瓦斯赋存和涌出情况。
关键词：超前钻探法；煤层瓦斯；隧道施工；应用中图分类号：U458．1文献标识码：AApplications of Advanced Drilling Method on Gas Tunnel ConstructionZENG Xiao-qin ，ZHANG Xiao ，LI Hui-zhong（Sichuan Road ＆Bridge Group Co．，Ltd．Highway Tunnel Branch ，Chengdu ，Sichuan ，610200）Abstract ：According to the geological conditions of coal seam gas where Ma ’anshan Tunnel of Chengdu-Zigong-Luzhou Expressway is situated ，the article tested the gas concentration at tunnel face and boreholes of rocks surrounding the tunnel through the advanced drilling method ，and the test results could effectively determine the gas occurrence and emission situations at front rock layers．Key Words ：Advanced drilling method ；Coal seam gas ；Tunnel construction ；Applications0前言随着我国交通建设事业和铁路建设事业的迅速发展，城市隧道、铁路隧道和山岭隧道的建设进入了高速发展期。
虽然先进的隧道瓦斯探测技术能有效减少瓦斯事故的发生，但是由于瓦斯隧道的体地质情况复杂多变，施工过程中瓦斯及有毒有害气体的分布不明，从而引起的瓦斯工程事故数不胜数，如2011年3月12日1时0分，贵州六盘水市盘县特区松河乡新成煤业复采单位四采区，发生一起瓦斯爆炸事故，当时井下有34人，15人生还，16人死亡，3人失踪；2011年10月29日下午6时多，湖南衡阳霞流冲煤矿发生瓦斯爆炸事故，事发时井下共有35名矿工，除6人经营救生还外，被困井下的其他29名矿工全部遇难。
因此本文以成都－自贡－泸州高速公路马鞍山隧道超前探测为例，利用超前钻探法对前方隧道固岩的掌子面瓦斯赋存情况进行了测试，测试结果可为类似隧道施工提供参考。
1工程背景成都－自贡－泸州高速公路马鞍山隧道位于威远县境内，左洞长1827m，右洞长1862m，左线隧道最大埋深173m，右线隧道最大埋深约170m。
其中出口左右线为小净距隧道。
隧道共设车行横通道2个，人行横通道4个。
隧道主要穿越的不良地质为煤层采空区、煤层瓦斯。
隧址区所处含煤地层为三叠系须家河组，主要含煤段为T3xj3和T3xj2地层，其中T3xj3地层含煤段厚51m左右，岩性为灰色薄层状泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩、粉砂岩互层，夹煤层3 5层，含1 2层可采煤层，主采煤层为顶部草皮炭层。
据DZ－马鞍山隧道－深－1钻孔揭露，隧址区有两层煤层且厚度不大。
T3xj2夹层泥质岩段为含煤段，厚9．2m左右，岩性为灰色薄层状泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩、粉砂岩互层，夹煤层1 2层，含1层可采煤层。
根据DZ－C6马鞍山隧道－深－1孔和附近煤矿调查揭示，该层煤为夹层，且呈透镜体分布，厚度不均。
图1马鞍山隧道煤层开挖出露情况示例图据调查及相关资料收集，隧址区煤层主要赋存于须家河组三段，根据钻孔揭露和综合测井资料可知，隧道区内含煤地层属区域性含煤不稳定的地层，含煤层数少，厚度小，厚度变化大，煤变质阶段属烟煤阶段，煤系中还夹杂一些炭质泥岩及灰黑色泥岩，因此煤层及煤系地层有一定的生烃能力，但煤层薄、层数少、瓦斯生成总量有限。
瓦斯气体以吸附状态和游离状态赋存于煤层、炭质泥岩和围岩裂、孔隙中。
岩层产状近似水平状态，利于瓦斯的富集储藏。
据马鞍山隧道深孔瓦斯压力测试结果，瓦斯压力范围为0．3 0．42MPa，属低瓦斯压力煤层。
由于煤层复杂的岩性结构和储运生烃条件，隧道在穿越煤系地层前，必须做好充分的准备，一旦发生瓦斯爆炸或瓦斯突出事故，将可能造成重大的人员伤亡和财产损失。
因此，为保证马鞍山隧道穿越煤系地层时的安全，防止瓦斯事故的发生，必须进行隧道瓦斯的超前探测和预报工作。
2超前探孔技术目前隧道超前探孔技术众多，主要有地质调查法、超前钻探法、物探法、超前导坑预报法等。
2．1地质调查法根据提供的地质调查资料和隧道内地质素描图，通过地层层序、分界线、构造线以及相关性分析、对比来揭示掌子面前方的地质情况。
2．2超前钻探法超前地质钻探主要采用冲击钻和回转取芯钻，二者搭配使用来探测前方围岩的地质情况。
一般根据冲击钻响声、钻孔速度、卡钻状况等来粗略预报岩石强度、暗河及地下水发育程度等地质情况。
2．3物探法物探法有弹性波反射法（TSP）、电磁波反射法（地质雷达）等。
2．3．1弹性波反射法（TSP）在左右拱墙、拱顶打小孔，安装少量的炸药，爆炸而产生振动波，并用电脑接收该振动波信号，通过TSP 软件数据处理，从而得到前方围岩的力学参数和强度指标以及地层地质状况等。
2．3．2电磁波反射法（地质雷达）地质雷达法利用超高频电磁波探测地下介质分布，其基本原理是发射的脉冲电磁波讯号在岩层中遇到探测目标时，会产生反射讯号，并将直达讯号和反射讯号传回放大后由示波器显示出来。
根据有无反射汛号，可以判断有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速，可以大致计算出探测目标的距离。
鉴于瓦斯地质情况的复杂性以及超前钻探的准确性，为了确保隧道的施工安全，节约施工成本，本隧道施工采用超前钻探法探测前方围岩的地质状况。
3Φ108超前探孔布置方案为验证前述地质素描分析、超前物探工作的准确性，对煤系地层段进行地质超前钻孔。
根据最新版《防治煤与瓦斯突出规定》，所有突出煤层外的掘进巷道（包括钻场等）距离突出煤层的最小法向距离应＜10m 时，必须边探边掘，确保最小法向距离不≮5m 。
基于新的《防突规定》，超前钻孔探测必须在10m 前发现前方煤层及瓦斯赋存情况。
根据25m 一个循环，马鞍山隧道左线ZK114+662 ZK115+000及右线K114+625 K115+000段的超前钻孔布置方案如图2所示。
左线隧道ZK115+000 ZK116+489及右线隧道K115+000 K116+487段的瓦斯超前钻孔布置方案如图3所示。
（a ）横断面图（b ）A －A 断面图图2低瓦斯工区超前钻孔布置图打钻后瓦斯浓度为0．01%；打钻过程中最高瓦斯浓度为0．02%。
测试表明，在钻孔过程中隧道施工通风系统状态良好，掌子面瓦斯浓度一直控制在较低水平。
4．2钻孔瓦斯浓度测试利用泵吸式瓦斯检定器，对1#、2#、3#钻孔不同深度的瓦斯浓度进行了测试，测试结果见表1。
测试结果表明：钻孔内暂无瓦斯涌出。
表1不同钻孔深度处瓦斯浓度表1#孔2#孔3#孔孔深/m浓度/%孔深/m浓度/%孔深/m浓度/% 2．400．002．400．002．300．007．000．006．700．006．900．00 11．100．0211．200．0110．900．02 15．200．0515．100．115．200．119．400．119．300．219．400．223．600．523．500．523．500．527．700．527．700．227．700．432．000．2032．000．1031．900．20 36．200．0235．300．0136．100．015结语本次钻探测试获得了掌子面前方大致的围岩岩性及瓦斯赋存情况，得出以下结论：（1）超前地质钻孔实施过程中，无卡钻、顶钻和喷孔等瓦斯突出动力现象，掌子面前方没有构成煤与瓦斯突出的煤层。
（2）打钻前后掌子面有微量瓦斯存在，超前钻孔钻进一定深度后有微量瓦斯溢出，表明前方赋存一定瓦斯。
（3）隧道掌子面和钻孔内有少量瓦斯存在，因此，应落实瓦斯检测制度，加强瓦斯浓度检测和隧道通风，防止瓦斯聚集，确保施工安全。
（4）由于瓦斯和有毒有害气体的分布不确定性、突发性和窒息性，使得瓦斯超前探测显得非常重要，探测前方围岩瓦斯以及其他有毒有害气体的浓度是否超过安全限制，以及是否有煤和采空区的存在，能有效减少瓦斯爆炸及有毒有害气体中毒窒息工程事故的发生，有助于隧道的安全施工，有效地保障了工作人员的生命安全和财产安全，对提高隧道施工进度起到了一定的推动作用，也节约了单位工程的经济成本。
（5）实践表明，充分、周密的瓦斯探测需要根据隧道的围岩条件、埋深、瓦斯地质分布情况、施工工艺、施工进度、瓦斯的动态状态等来准备。
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