水电站水隧洞施工安全防治研究

导语：水电站水隧洞施工安全防治研究一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

［摘要］针对四川雅安新庙水电站引水隧洞开挖过程中出现的低瓦斯气体，通过采取超前地质预报、瓦斯抽排与封堵、隧洞通风、机械设备防爆改装以及施工工艺等改进措施，有效地解决了低瓦斯隧洞施工安全问题，其措施经验可为类似工程施工提供参考。

［关键词］低瓦斯；引水隧洞；防治

瓦斯在煤矿生产中较为常见，但在水工隧洞开挖施工中还比较鲜见。目前关于水电工程瓦斯防治施工技术研究仍处于起步阶段[1-3]。水电工程瓦斯防治与煤矿工程瓦斯防治相比较为鲜见，大多数水电工程人员都缺乏对瓦斯防治的认识，导致前期勘测设计对瓦斯防治的重视不够，特别是低瓦斯防治，而且施工中的机械设备也大多不防爆。再由于水工隧洞开挖断面大，洞室长，结构复杂，一旦出现瓦斯突出或聚集情况，很容易发生安全事故[4-6]。本文以新庙水电站低瓦斯引水隧洞为例，通过对低瓦斯隧洞防治方法和施工技术进行分析介绍，以其为类似低瓦斯引水隧洞安全施工提供有益的经验借鉴。

1工程概况

新庙水电站位于四川省雅安市荥经县荥河干流上。工程区地跨荥经县三合、新庙和泗坪乡三个乡境内，为荥河干流上的龙头水电站，装机81MW，混合式开发。坝址位于两河口电站厂房至建政沟沟口河段，厂址位于罗家湾上游约800m的荥河左岸河滩地，引水线路位于左岸，采用高压引水+气垫式调压室方式，总长11.553km。引水线路沿线谷坡陡峻、沟壑纵横，山顶高程在2196－2538m，相对高程1000－1500m，为高中山河谷地貌，河谷为不对称“V”型。引水线路河段在平面上呈肘型拐弯，河流由坝址至新庙镇S35°E总体流向在新庙镇转为N45°E总体流向。引水线路区域分布有灰岩岩、泥质灰岩等可溶性碳酸盐岩，山体裸露性、埋藏型溶穴、溶隙、溶沟、溶槽等岩溶现象有所发育，规模由数厘米至数米不等，按陆地地貌类型属裸露性岩溶山地之峰丛高中山区。

2隧洞瓦斯类型判定

施工过程中在对1#支洞，隧5+800m－隧10+100m洞段开挖时，现场采用便携式气体检测仪对几个典型掌子面的可燃气体浓度进行了检测，检测出瓦斯气体。具体情况如下：1#支洞支0+346断面处左右两侧靠近边墙部位、0+876断面处左右两侧靠近起拱线附近、1+125断面处左右两侧靠近边顶拱部位的可燃气体检测浓度分别为3%LEL、10%—14%LEL以及6%—12%LEL。隧5+800断面处拱顶部部位、隧7+600断面处左右两侧靠近边顶拱部位以及隧10+100断面处拱顶部部位的可燃气体检测浓度分别为27%—48%LEL、4%LEL以及83%—85%。将检测出的可燃气体样本送至实验室进行气体成本检测，检测结果见表1。根据掌子面有害气体监测结果，1#支洞和隧5+800m－隧10+100m洞段属于低瓦斯隧洞[7]。

3瓦斯防治及施工

3.1超前地质预报

为了确保瓦斯隧洞段的施工安全，防治措施遵循“动态设计、动态施工、先判断后处理”的处置原则，首先在施工掌子面施作两个孔径大小为76mm，长度为40m超前钻孔作为初步判断钻孔段是否存在瓦斯赋存情况的依据。当发现超前钻孔存在瓦斯突出或者有瓦斯长时间涌出时，再在距离瓦斯突出的位置增钻两个20m深的超前水平浅孔，将这两个孔作为瓦斯判断的验证孔和定位孔，通过现场验证和定位，对即将爆破开挖洞段的瓦斯情况进行先期预判，并根据预判结果制定施工技术措施[8]。

3.2瓦斯抽排与封堵

瓦斯赋存洞段岩层为煤黑色铅煤岩，厚度约为0.3—0.5m属非区域性出现。为了节约工程投资，采取局部防突措施，既在瓦斯赋存洞段工掌子面钻设37个抽放钻孔（包括25个注浆孔），孔径大小为76mm，将这37个钻孔分为5组，第一组钻孔8个，钻孔深度为设置为37.7m，外倾角设置为9。；第二组钻孔8个，钻孔深度为设置为30.5m，外倾角设置为12。；第三组钻孔8个，钻孔深度为设置为13.5m，外倾角设置为24。；第四组钻孔1个，位于掌子面中心，钻孔深度为设置为32m，外倾角设置为0。，抽排孔搭接长度为10m；第五组钻孔12个，分三轮布置，每轮布置4个，钻孔深度为设置为25m，外倾角设置为5。。在钻孔之前均需要利用C20混凝土对掌子面进行封闭处理，封堵结构见图1。抽排施工参数：瓦斯抽排量抽排率为40%，抽排规模为1.9m3/min，抽排半径为8m，孔口负压为13kPa，封孔段长度≥5m，抽排主管直径大于200mm。抽放泵型号为2BEA-42型水环真空泵，最大抽气量为42m3/min，最大真空度33kPa，抽放泵需距离掌子面至少200m以上，同时在抽放泵位置的环境甲烷传感器报警值/断电值设置为不小于0.5%，复电值设置为小于0.5%，电源电压值为380V，采用专用防爆开关。注浆封堵施工参数：注浆前，对掌子面施作1m厚的止浆墙，注浆材料为水泥一水玻璃双液浆，每循环帷幕注浆加固长度为35m，搭接长度为5m。注浆孔的顺序为第二组→第三组→第一组→第四组，共计25个注浆孔。

3.3加强隧洞通风

在施工过程中，采用压入式供风，55KW*2轴流式通风机，并采用备用应急电源，应急供风风机也为55KW*2的轴流式通风机，洞内通风排烟采用一正一负的通风方式，在起拱线之下布置两条Ф800的风管，其中一条为柔性风管，正对工作面吹送新鲜空气；另一条为铁皮风管负压抽排。在洞内每隔200m布置一台750m3/min轴流通风机，随隧洞开挖进尺接长通风管和轴流通风机，前后鼓风机用风管串联后，严格进行供风管理，及时测定风速，保证洞内风速不得低于0.5m/s。同时还需严格控制风带口至掌子面的距离，通常情况下水利水电规范规定风带距离掌子面的长度为30—50m，而煤矿隧洞规范不得大于10m，因此参照煤矿隧洞规范，根据本工程的实际情况，其风带距离掌子面的长度设计为小于10m来防止掌子面附近瓦斯的聚集。

3.4机械设备防爆改装

由于瓦斯隧洞属于高风险施工区域，普通机械设备无法在隧洞内进行正常施工。本工程对相关机械设备进行防爆改装，改装后的主要技术措施为：将机械设备的被动防御防爆策略改为主动防御防爆策略，即在机械设备内安装瓦斯超限警报装置，当洞内瓦斯浓度超过0.5%时，矿用防爆型设备就会发出警报，机械设备会自动停止作业，经采取措施处理后，待瓦斯浓度降至0.5%后，机械设备再自动重启作业。

3.5施工工艺改进

隧洞瓦斯浓度与应该采取的施工措施对应关系见表2。正常情况下，隧洞钢拱架、连接筋会采用焊接作业方式，但是一旦洞内瓦斯浓度超过0.25%时，就必须停止洞内的焊接作业，但为了不影响施工进度，其钢拱架、连接筋采用机械连接方式，以确保洞内施工安全。

4结语

本文以新庙水电站引水隧洞开挖为例，针对隧洞开挖中存在的低瓦斯情况，经采取超前地质预报、瓦斯抽排与封堵、隧洞通风、机械设备防爆改装以及施工工艺的改进等措施，实现了及时预警和有效防治，隧洞开挖施工未发生安全事故。该措施可为类似低瓦斯隧洞开挖施工提供宝贵经验。

参考文献：

[1]季旭.辽宁某重点输水隧洞油气瓦斯形成机理与风险分级研究[J].水利技术监督，2021（1）：70-73+130.

[2]王雷.高瓦斯隧洞施工通风系统改造[J].东北水利水电，2020，38（9）：28-30.

[3]李如才.龙泉山隧洞施工中采取的瓦斯防治安全技术措施[J].四川水力发电，2019，38（S2）：143-145+149.

[4]杨汉铭，赵德才，夏云东.水打桥隧洞煤与瓦斯突出段专项治理实践[J].水利水电快报，2019，40（6）：73-75.

[5]陈波，苏小明，田赟.龙泉山隧洞瓦斯防治技术[J].四川水力发电，2018，37（5）：20-22+58.

[6]纪振瑶.低瓦斯输水隧洞施工技术探讨[J].吉林水利，2018（1）：56-58.

[7]周维.摩天岭输水隧洞工程中瓦斯灾害治理问题的相关分析[J].黑龙江水利科技，2018，46（5）：75-77.

[8]纪云静.煤系地层开挖水库隧洞的工程地质及涌出量分析[J].中国水能及电气化，2020（8）：59-63.

作者：赵江河 单位：广东水电二局股份有限公司