【文章內(nèi)容簡介】 般厚 2～ 8m。屬‖級普通土，分布在 DK41+015～ +243 洞身坡面上。 101_W3強(qiáng)風(fēng)化泥巖（ K1 C） 棕紅色，主要有粘土礦物組成構(gòu)造較清晰，原巖結(jié)構(gòu)，構(gòu)造較清晰，巖芯呈半巖半土狀，角礫狀及碎石狀，質(zhì)軟，手可掰碎，浸水后迅速崩解，一般厚 3～ 5m，局部稍厚，風(fēng)化差異較大，局部見全風(fēng)化層，多呈土狀，厚 1～ 3m；屬Ⅳ級軟石。 101_W2弱風(fēng)化泥巖（ K1 C） 棕紅色，主要有粘土礦物組成，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，薄一厚層狀構(gòu)造，層理較清晰，局部微層理發(fā)育，巖質(zhì)新鮮，巖芯多呈柱狀，局部碎塊狀，一般節(jié)長 530cm,RQD 達(dá) 50%— 80%，質(zhì)較堅硬，錘擊聲較脆。屬Ⅳ級軟石。 101_W3強(qiáng)風(fēng)化砂巖 褐灰色，褐黃色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，構(gòu)造較清晰，巖芯呈碎塊狀～短柱狀，質(zhì)較軟，手可掰碎，一般厚 1～ 3m，風(fēng)化差異較大，局部見全風(fēng)化層，多呈土狀，厚 1～ 3m；屬Ⅳ級軟石。 101_W2弱風(fēng)化砂巖（ K1 C） 褐灰色，褐黃色，層理較清晰，局部微層理發(fā)育，巖質(zhì)新鮮。巖芯多 呈柱狀，局部碎塊狀，一般節(jié)長 5— 25cm， RQD 達(dá) 55%～ 80%，質(zhì)較堅硬，錘擊聲較脆。屬Ⅳ級軟石。 巴達(dá)鐵路站前Ⅰ標(biāo)段張家灣高瓦斯隧道安全專項方案 中鐵七局集團(tuán)有限公司 4 101_W3強(qiáng)風(fēng)化砂巖加泥巖（ K1 C） 棕紅色，主要由粘土礦物組成構(gòu)造較清晰，原巖結(jié)構(gòu)，構(gòu)造較清晰，巖芯呈半巖半土狀，角礫狀及碎石狀，質(zhì)軟，手可掰碎，浸水后迅速崩解，一般厚 3～ 5m，局部稍厚，風(fēng)化差異較大，局部見全風(fēng)化層，多呈土狀，厚 1～ 3m；屬Ⅳ級軟石，據(jù)鉆孔揭示，據(jù)鉆孔揭示強(qiáng)風(fēng)化厚 5～ 13m。 101_W2弱風(fēng)化砂巖加泥巖（ K1 C） 棕紅色，主要由粘土礦物組成，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，薄一中 厚層狀構(gòu)造，層理較清晰，局部微層理發(fā)育，巖質(zhì)新鮮，巖芯多呈柱狀，局部碎塊狀，一般節(jié)長 5— 30cm， RQD 達(dá) 50%～ 80%，質(zhì)較堅硬，錘擊聲較脆。屬Ⅳ級軟石。 111_W3強(qiáng)風(fēng)化泥巖加砂巖（ J3p） 棕紅色，主要由粘土礦物組成構(gòu)造較清晰，巖芯呈半巖半土狀，角礫狀及碎石狀，質(zhì)軟，手可掰碎，浸水后迅速崩解，一般厚 3～ 5m，局部較厚，風(fēng)化差異較大，局部見全風(fēng)化層，多呈土狀，厚 1～ 3m；屬Ⅳ級軟石。 111_W3弱風(fēng)化泥巖加砂巖（ J3p） 巴達(dá)鐵路站前Ⅰ標(biāo)段張家灣高瓦斯隧道安全專項方案 中鐵七局集團(tuán)有限公司 5 棕紅色，主要由粘土礦物組成，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，薄 — 中厚層狀結(jié)構(gòu)， 層理較清晰，局部微層理發(fā)育，巖質(zhì)新鮮，巖芯多呈柱狀，局部碎塊狀一般節(jié)長 530cm,RQD50%～ 80%，質(zhì)較堅硬，錘擊聲較脆。屬Ⅳ級軟石。 地質(zhì)構(gòu)造及地動參數(shù) 受北部大巴山弧形構(gòu)造、東側(cè)川東弧形構(gòu)造帶、西北側(cè)龍門山北東向褶斷帶、南西側(cè)川中北西西向褶皺帶的影響，構(gòu)造線展向多變，呈環(huán)形排列，組成四個旋回帶，構(gòu)造形跡總的以平緩褶皺為主，斷裂不發(fā)育。川東弧形構(gòu)造帶為一系列 N10～ 30176。 E 的褶曲組成，一般背斜較緊窄，兩翼不甚對稱，傾角變化較大，向斜較寬緩。根據(jù)《中國地震動峰值加速區(qū)劃圖》，地震動峰值加速度小于 ，地震動反應(yīng)譜特征周期為 。 水文地質(zhì)特征 ⑴地下水類型及地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄 下水類型主要有第四系孔隙水及基巖裂隙水兩種。 孔隙水賦存于坡殘積、崩坡積土層中。因區(qū)內(nèi)土層厚度不大，降水多沿坡面匯集于沖溝外泄，補(bǔ)給水量有限，含水量甚微。基巖裂隙水賦存于泥巖、砂巖節(jié)理裂隙中。泥巖裂隙水多見于地表及淺部，深部含水甚微，可視為相對隔水層，富水性及導(dǎo)水性均微弱；砂巖裂隙水則主要賦存于構(gòu)造裂隙發(fā)育帶，節(jié)理裂隙既是地下水運(yùn)移的通道，亦是地下水賦存的空間。 大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給水源，但因洞 身坡面有幾個較大的巴達(dá)鐵路站前Ⅰ標(biāo)段張家灣高瓦斯隧道安全專項方案 中鐵七局集團(tuán)有限公司 6 水塘，有較多的儲水，由于砂巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，地下水將通過裂隙通道進(jìn)入隧道，將會對隧道構(gòu)成一定的影響。 ⑵地下水化學(xué)特征 經(jīng)附近采樣分析，地下水水質(zhì)類型為 +.K+型水，無侵蝕性 CO2，該地下水對砼無侵蝕性。施工過程中應(yīng)加強(qiáng)取水樣化驗工作。 工程地質(zhì)條件評價 （ 1） 在外力作用下，泥巖呈碎屑狀剝落，局部形成淺表層坍滑。 （ 2）有毒有害氣體。 （ 3）隧道位于淺層天然氣發(fā)育地區(qū)，鉆孔測試結(jié)果顯示有天然氣溢出，為高瓦斯隧道。 3 瓦斯的定義 瓦斯是隧道從地層中涌出的以甲烷為 主的各種有害氣體的統(tǒng)稱，由 gas 音譯而來，其成分比較復(fù)雜，它含有甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)?、和?shù)量不等的重?zé)N以及微量的稀有氣體等，但主要成分是甲烷（ CH4，俗稱沼氣），占 80%～ 90%。沼氣無色、無味、無毒，難溶于水，比空氣輕，遇火即燃燒或爆炸。 鐵路瓦斯隧道遇到瓦斯多出現(xiàn)在煤系地層。瓦斯無色、無味。但若與其它芬芳族氣體混合，則發(fā)出類似蘋果的香味。其熔點(diǎn)為℃，沸點(diǎn)為 164℃，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為 ，相對于空氣的比重為 ，因此易積聚在坑道的滲透性高，擴(kuò)散速度大，約為 空氣的 倍，容易透過裂隙發(fā)達(dá)，結(jié)構(gòu)松散的巖石。瓦斯微溶巴達(dá)鐵路站前Ⅰ標(biāo)段張家灣高瓦斯隧道安全專項方案 中鐵七局集團(tuán)有限公司 7 于水，溶解度為 %；極易燃燒，但不能自燃，當(dāng)與空氣混合到一定濃度時，遇火源能燃燒或爆炸，瓦斯無毒，但其成分中的乙烷，丙烷等氣體具有麻醉性，容易使人頭暈?zāi)垦?、頭痛，甚至昏迷，瓦斯?jié)舛冗^高時，相對降低空氣中氧氣含量能使人窒息。 瓦斯的特性 爆炸性 瓦斯本身是不會自燃和爆炸的，但當(dāng)和空氣（氧氣）以一定比例混合均勻并達(dá)到一定濃度后，遇到火源，才會燃燒和發(fā)生爆炸。 滲透性 瓦斯的滲透性極高，擴(kuò)散速度快，其擴(kuò)散性較空氣高 倍，容易透過裂隙發(fā)達(dá)、結(jié)構(gòu)松散的巖石或煤層，滲透到隧道開挖空間里。 不穩(wěn)定性 瓦斯在煤體和圍巖中以游離狀態(tài)和吸著狀態(tài)存在。兩種狀態(tài)的瓦斯是處在不斷變化的動平衡中，當(dāng)溫度、壓力等外界條件變化時，平衡就被打破。壓力升高溫度降低時，部分瓦斯將由游離狀態(tài)轉(zhuǎn)化為吸著狀態(tài)，反之，壓力降溫度升時，又會有部分瓦斯由吸著狀態(tài)轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)。 窒息性 瓦斯是無毒、無色、無味的，但不適合呼吸。瓦斯?jié)舛壬?，空氣中氧氣濃度急劇下降，會引起人員窒息。煤礦許多瓦斯傷亡事故中，有很大部分是瓦斯窒息造成的。 巴達(dá)鐵路站前Ⅰ標(biāo)段張家灣高瓦斯隧道安全專項方案 中鐵七局集團(tuán)有限公司 8 瓦斯爆炸的 必要條件 瓦斯爆炸必須具備三個條件：一定的瓦斯?jié)舛?，一定溫度的引火源和足夠的氧氣? 瓦斯?jié)舛? 瓦斯爆炸之所以產(chǎn)生，是瓦斯氧化反應(yīng)劇烈發(fā)展的結(jié)果。如果生成的熱量超過周圍介質(zhì)的吸熱和散熱的能力，即形成熱量的積聚，促使氧化進(jìn)一步發(fā)展結(jié)果就會釀成爆炸。瓦斯爆炸是有一定的濃度范圍的，在新鮮空氣中，當(dāng)甲烷濃度低于 5%界限時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，此燃燒層呈淺蘭色或淡青色；濃度高于 16%界限時，在遇火源時不爆炸也不燃燒。一般情況下，瓦斯在空氣中的濃度為 5%～ 16%時，才可能發(fā)生爆炸。當(dāng)然，瓦斯的 爆炸界限不是固定不變的。當(dāng)瓦斯中混入某些可燃性氣體時，不僅增加了爆炸性氣體的總濃度，而且會使瓦斯爆炸的下限降低。當(dāng)隧道空氣中含有煤塵時，也會使瓦斯的爆炸下限降低，增加爆炸的危險性。此外，瓦斯混合氣體的初溫越高，爆炸界限就越大。所以，當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)時，高溫會使原來不具備爆炸條件的瓦斯發(fā)生爆炸。但如有惰性氣體混入，可在一定程度上降低瓦斯爆炸的危險性。少量加入惰性氣體可縮小瓦斯爆炸界限，多量加入甚至能使瓦斯混合氣體失去爆炸性。 引火源 瓦斯爆炸的第二個必要條件是高溫火源的存在。一般，瓦斯的引火溫度為 650～ 750℃左右。明火、煤炭自燃、電氣火花、熾熱的安全燈網(wǎng)罩、吸煙、甚至撞擊或摩擦產(chǎn)生的火花等，都足以引燃瓦斯。巴達(dá)鐵路站前Ⅰ標(biāo)段張家灣高瓦斯隧道安全專項方案 中鐵七局集團(tuán)有限公司 9 不同濃度的瓦斯引火溫度不同，高溫也可能引燃低濃度的瓦斯。由于瓦斯的熱容量很大 (約空氣的 倍 )，當(dāng)其遇火后并不立即發(fā)生反應(yīng)，需要遲延一個很短的時間后才能燃燒和爆炸，這種現(xiàn)象稱為延遲引火現(xiàn)象。其延遲引火的時間稱為感應(yīng)期，這種現(xiàn)象對隧道的安全生產(chǎn)有著重要作用。在使用安全炸藥進(jìn)行爆破時，即使爆溫能高達(dá) 2020 ℃左右，但由于爆焰存在的時間極短 (通常僅為千分之幾秒 )，也不致將附近的瓦斯引爆。 足夠的氧氣 大量實(shí)驗證明，當(dāng)含瓦斯的混合氣體中氧濃度降低時，瓦斯的爆炸界限隨之縮小，當(dāng)氧濃度低于 12%時，瓦斯混合氣體即失去爆炸性，即使遇到明火也不會發(fā)生爆炸。 瓦斯突出 瓦斯突出是施工過程中，發(fā)生的一種瓦斯的突然劇烈運(yùn)動并造成十分巨大的動力效應(yīng)現(xiàn)象，其機(jī)理較為復(fù)雜，但破壞性極大，易引起瓦斯爆炸等突發(fā)性自然災(zāi)害。一般認(rèn)為飽含瓦斯的煤層或地質(zhì)構(gòu)造，在構(gòu)造力、地層靜壓力等的綜合作用下積蓄了較大的彈性能量并處于平衡狀態(tài)，當(dāng)隧道施工影響造成該平衡狀態(tài)下瓦斯壓力體系的破壞時，巨大的彈性能量和游離瓦斯突然釋放，在 極短的時間內(nèi)大量瓦斯混合物噴射到施工空間，造成人員窒息，引起瓦斯燃燒或爆炸。瓦斯突出與地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯含量與地層壓力等密切相關(guān)。 瓦斯涌出形式 普通涌出：煤系地層或巖層中瓦斯緩慢、均勻、長時間地向坑道巴達(dá)鐵路站前Ⅰ標(biāo)段張家灣高瓦斯隧道安全專項方案 中鐵七局集團(tuán)有限公司 10 內(nèi)釋放，這是瓦斯涌出的基本形式。 瓦斯噴出：含瓦斯煤系地層的地質(zhì)破碎帶、空洞或裂隙中積存有大量的高壓瓦斯，當(dāng)坑道開挖接近時，瓦斯突然以噴出形式大量釋放。 煤巖與瓦斯突出：存在于地層中具有一定壓力的氣體和固體混合物，沖破煤巖覆蓋層后，大量的煤和巖石被拋出，并釋放出大量的瓦斯。 瓦斯突出的一般規(guī)律 煤巖與瓦斯突出前后，都有地應(yīng)力、瓦斯和煤巖的地質(zhì)構(gòu)造與力學(xué)性質(zhì)的種種異常表現(xiàn)。歸納起來發(fā)生突出有三個主要因素：地應(yīng)力、瓦斯和煤巖結(jié)構(gòu)，而地應(yīng)力和煤巖中瓦斯的存在是引起突出貢獻(xiàn)的主要因素。其突出的一般規(guī)律為： （ 1） 突出最易發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶及其附近，如斷層、褶曲、扭轉(zhuǎn)地帶、火成巖侵入?yún)^(qū)、煤層傾角驟陡、走向拐彎、層厚變化異常等地段。 （ 2） 在開挖形成的應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力增大，突出危險性隨應(yīng)力增大而增大，如坑道的上隅角，相向開挖接近區(qū)、坑道開挖分支處等。 （ 3） 突出次數(shù)和強(qiáng)度，隨煤層厚度和煤層傾角放散初速度高、瓦 斯含量大、層理紊亂，無明顯節(jié)理、光澤暗淡、容易粉碎、有分枝型節(jié)理等特征。 （ 4） 突出前常出現(xiàn)各種預(yù)兆，如坑道支撐壓力增大；巖塊迸出、掉碴、外鼓或移動加?。幻簬r與支架發(fā)生破裂聲、悶雷聲、折斷聲等；瓦斯涌出量忽大忽小；煤塵增多；煤體及工作面溫度略有下降或升高；巴達(dá)鐵路站前Ⅰ標(biāo)段張家灣高瓦斯隧道安全專項方案 中鐵七局集團(tuán)有限公司 11 煤質(zhì)變軟、干燥；頂鉆夾鉆等。 （ 5） 絕大多數(shù)突出發(fā)生在掘進(jìn)工序，尤其在爆破時，突出的危險性隨著對煤體的震動而加劇。 （ 6） 突出具有延時性，其遲延時間從幾分鐘到幾十個小時。 突出與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系 絕大多數(shù)瓦斯突出發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)，如 :斷層、褶曲、 向斜、扭轉(zhuǎn)、背斜和火成巖侵入?yún)^(qū)。在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)，煤層受著強(qiáng)大的地質(zhì)構(gòu)造力的作用而積蓄大量的能量，同時破壞了的煤體形成了貫通裂隙，促使瓦斯積聚，給突出創(chuàng)造了條件。當(dāng)開挖工作接近這一區(qū)域時，在地壓的參與下，煤巖中所積蓄的潛能突然釋放，瓦斯突然涌出，就造成瓦斯的突出。就地質(zhì)構(gòu)造來講，向斜的軸部，扭轉(zhuǎn)地帶的突出危險要大于背斜。 突出與瓦斯壓力的關(guān)系 煤層中或巖體中的瓦斯含量與瓦斯的壓力是突出的重要因素之一，瓦斯含量與瓦斯壓力越大，突出危險越大，一般瓦斯突出發(fā)生在瓦斯壓力大于 10Mpa 的情況。 突 出與地壓的關(guān)系 地壓力越大，突出的危險性越大。埋深增加時，突出的次數(shù)和強(qiáng)度都有可能增加。此外，在應(yīng)力集中區(qū)，瓦斯突出的危險性也大幅度增加。 突出與地層的關(guān)系 在軟弱煤層或巖層中，瓦斯突出的危險性較高。若煤層頂?shù)装鍨榘瓦_(dá)鐵路站前Ⅰ標(biāo)段張家灣高瓦斯隧道安全專項方案 中鐵七局集團(tuán)有限公司 12 堅硬而致密的巖層且厚度較大時，其彈性與集中應(yīng)力較大，瓦斯不易釋放，其突出危險也較大。此外，瓦斯突出與隧道的開挖方向和煤層的走向也有一定的關(guān)系，一般兩者垂直時，瓦斯易突出。 突出與水文地質(zhì)的關(guān)系 煤層比較濕潤，隧道涌水量大時，突出的危險性小，反之則大。 4 高瓦斯隧道災(zāi)害的預(yù)測及特 點(diǎn) 災(zāi)害的預(yù)測 本隧道位于川中產(chǎn)油產(chǎn)氣地層，氣田一般埋深 2020～ 2800m。天然氣等有害氣體可能順著巖層構(gòu)造裂隙上逸，并在隧道洞身范圍基巖裂隙或縫隙中局部游散富集，形成氣囊，并具有隨機(jī)性和不均勻性。 災(zāi)害可能發(fā)生的原因和位置 可能發(fā)生的原因 瓦斯爆炸的主要原因是由于瓦斯積聚，通風(fēng)不當(dāng)導(dǎo)致而成。一方面爆破作業(yè)后，因爆破作業(yè)后瓦斯溢漏面急劇增大，洞內(nèi)通風(fēng)條件差，瓦斯?jié)舛茸钜咨?，另一方面是瓦斯突涌。還有引起爆炸的原因是電力線短路、電氣焊防火不當(dāng)以及車輛、機(jī)械設(shè)備保養(yǎng)不及時等原因產(chǎn)生火花引 起爆炸。 可能發(fā)生的位置 隧道設(shè)計采用新奧法施工，采用人工手持風(fēng)鉆鉆爆開挖和模板臺車進(jìn)行二次襯砌，因此爆破后未支護(hù)斷面及模板臺車附近是最容易形成瓦斯積聚，發(fā)