隧道瓦斯地層不良地質(zhì)處理瓦斯地層的施工瓦斯是地下坑道內(nèi)有害氣體的總稱，其成分以沼氣（甲烷CH4）為主，一般習(xí)慣即稱沼氣為瓦斯。當(dāng)隧道穿過(guò)煤層、油頁(yè)巖或含瀝青等巖層，或從其附近通過(guò)而圍巖破碎、節(jié)理發(fā)育時(shí)，可能會(huì)遇到瓦斯。如果洞內(nèi)空氣中瓦斯?jié)舛纫堰_(dá)到爆炸限度與火源接觸，就會(huì)引起爆炸，對(duì)隧道施工會(huì)帶來(lái)很大的危害和損失。所以，在有瓦斯的地層中修建隧道，必須采取相應(yīng)措施，才能安全順利施工。1瓦斯的性質(zhì)（1）瓦斯（沼氣）為無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的氣體，與碳化氫或硫化氫混合在一起，發(fā)生類似蘋果的香味，由于空氣中瓦斯?jié)舛仍黾樱鯕庀鄳?yīng)減少，很容易使人窒息或發(fā)生死亡事故。（2）瓦斯比重為0.554，僅占空氣一半，所以在隧道內(nèi)，瓦斯容易存在坑道頂部，其擴(kuò)散速度比空氣大1．6倍，很容易透過(guò)裂隙發(fā)達(dá)、結(jié)構(gòu)松散的巖層。（3）瓦斯不能自燃，但極易燃燒，其燃燒的火焰顏色，隨瓦斯?jié)舛鹊脑龃蠖兊?，空氣中含有少量瓦斯時(shí)火焰呈蘭色，濃度達(dá)5％左右時(shí)，火焰呈淡青色。瓦斯燃燒時(shí)，遇到障礙而受壓縮，即能轉(zhuǎn)燃燒為爆炸。爆炸時(shí)能發(fā)生高溫，封閉狀態(tài)的爆炸（即容積為常數(shù)），溫度可達(dá)2150℃～2650℃，能向四周自由擴(kuò)張時(shí)的爆炸（即壓力為常數(shù)）；溫度可達(dá)1850°C?？拥乐邪l(fā)生瓦斯爆炸后，坑道中完全無(wú)氧，而充滿氮?dú)猓趸技耙谎趸細(xì)?。這些有害氣體很快傳布到鄰近的坑道和工作面，凡是來(lái)不及躲避的人，都會(huì)遭到中毒窒息，甚至死亡。瓦斯爆炸時(shí)，爆炸波運(yùn)動(dòng)造成暴風(fēng)在前，火焰在后，暴風(fēng)遇到積存瓦斯，使它先受到壓力，然后火焰點(diǎn)燃發(fā)生爆炸。第二次瓦斯受到的壓力比原來(lái)的壓力大，因此爆炸后的破壞力也更巨劇烈。2瓦斯放出的類型從巖層中放出瓦斯，可分為三種類型：（1）瓦斯的滲出：它是緩慢地、均勻地、不停地從煤層或巖層的暴露面的空隙中滲出，延續(xù)時(shí)間很久，有時(shí)帶有一種嘶音。（2）瓦斯的噴出：比上述滲出強(qiáng)烈，從煤層或巖層裂縫或孔洞中放出，噴出的時(shí)間有長(zhǎng)有短，通常有較大的響聲和壓力。（3）瓦斯的突出：在短時(shí)間內(nèi)，從煤層或巖層中，突然猛烈地噴出大量瓦斯，噴出的時(shí)間，可能從幾分鐘到幾小時(shí)，噴出時(shí)常有巨大轟響，并夾有煤塊或巖石。以上三種瓦斯放出形式，以第一種放出的瓦斯量為大。3防止瓦斯事故的措施（1）隧道穿過(guò)瓦斯溢出地段，應(yīng)預(yù)先確定瓦斯探測(cè)方法，并制訂瓦斯稀釋措施、防爆措施和緊急救援措施等。（2）隧道通過(guò)瓦斯地區(qū)的施工方法，宜采用全斷面開(kāi)挖，因其工序簡(jiǎn)單、面積大、通風(fēng)好，隨掘進(jìn)隨襯砌，能夠很快縮短煤層的瓦斯放出時(shí)間和縮小圍巖暴露面，有利于排除瓦斯。上下導(dǎo)坑法開(kāi)挖，因工序多，巖層暴露的總面積多，成洞時(shí)間長(zhǎng)，洞內(nèi)各工序交錯(cuò)分散，易使瓦斯分處積滯濃度不勻。采用這種施工方法，要求工序間距離盡量縮短，盡快襯砌封閉瓦斯地段，并保證混凝土的密實(shí)性，以防瓦斯溢出。（3）加強(qiáng)通風(fēng)是防止瓦斯爆炸最有效的辦法。把空氣中的瓦斯?jié)舛却档奖舛纫韵碌?／5～1／10，將其排出洞外，有瓦斯的坑道，決不允許用自然通風(fēng)，必須采用機(jī)械通風(fēng)。通風(fēng)設(shè)備必須防止漏風(fēng)，并配備備用的通風(fēng)機(jī)，一旦原有通風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，備用機(jī)械能立即供風(fēng)。保證工作面空氣內(nèi)的瓦斯?jié)舛仍谠试S限度內(nèi)。當(dāng)通風(fēng)機(jī)發(fā)生故障或停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，洞內(nèi)工作人員應(yīng)撤離到新鮮空氣地區(qū)，直至通風(fēng)恢復(fù)正常，才準(zhǔn)許進(jìn)入工作面繼續(xù)工作。（4）如開(kāi)挖進(jìn)入煤層，瓦斯排放量較大，使用一般的通風(fēng)手段難以稀釋到安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可使用超前周邊全封閉預(yù)注漿。在開(kāi)挖前沿掌子面拱部、邊墻、底部輪廓線軸向輻射狀布孔注漿，形成一個(gè)全封閉截堵瓦斯的帷幕。特別對(duì)煤層垂直方向和斷層地帶進(jìn)行阻截注漿，其效果會(huì)更佳。膨脹土地段的施工膨脹土系指土中粘土礦物成分主要由親水性礦物組成，同時(shí)具有吸水顯著膨脹軟化和失水收縮硬裂兩種特性，且具有濕脹干縮往復(fù)變形的高塑性粘性土。決定膨脹性的親水礦物主要是蒙脫石粘土礦物。穿過(guò)膨脹土地層的隧道，常常可以見(jiàn)到開(kāi)挖后不久圍巖因開(kāi)挖而產(chǎn)生變形，或者因浸水而膨脹，或因風(fēng)化而開(kāi)裂等現(xiàn)象。使坑道的頂部及兩側(cè)向內(nèi)擠入，底部膨起，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)，支撐、襯砌變形和破壞。1膨脹土圍巖的特性（1）膨脹土圍巖大多具有原始地層的超固結(jié)特性，使土體中儲(chǔ)存有較高的初始應(yīng)力。當(dāng)隧道開(kāi)挖后，引起圍巖應(yīng)力釋放，強(qiáng)度降低，產(chǎn)生卸荷膨脹。因此，膨脹土圍巖常常具有明顯的塑性流變特性，開(kāi)挖后將產(chǎn)生較大的塑性變形。（2）膨脹土中有各種形態(tài)發(fā)育的裂隙，形成土體的多裂隙性。膨脹土圍巖實(shí)際上是土塊與各種裂隙和結(jié)構(gòu)面相互組合形成的膨脹土體。由于膨脹土體在天然原始狀態(tài)下具有高強(qiáng)度特性，隧道開(kāi)挖后洞壁土體失去邊界支撐而產(chǎn)生脹縮，同時(shí)因風(fēng)干脫水使原生隱裂隙張弛，使圍巖強(qiáng)度急劇衰減。因此，隧道施工開(kāi)挖過(guò)程中，常有初期圍巖變形大，發(fā)展速度快等現(xiàn)象。（3）膨脹土圍巖因吸水而膨脹，失水而收縮，土體中干濕循環(huán)產(chǎn)生脹縮效應(yīng)。一是使主體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度衰減或喪失，圍巖壓力增大。二是造成圍巖應(yīng)力變化，無(wú)論膨脹壓力或收縮壓力，都將破壞圍巖的穩(wěn)定性，特別是膨脹壓力將對(duì)增大圍巖壓力起疊加作用。2膨脹土圍巖對(duì)隧道施工的危害（1）圍巖裂縫：隧道開(kāi)挖后，由于開(kāi)挖面上主體原始應(yīng)力釋放產(chǎn)生脹裂；另外，因?yàn)楸韺油馏w風(fēng)干而脫水，產(chǎn)生收縮裂縫。同時(shí)，兩種因素都可以使土中原生隱裂隙張開(kāi)擴(kuò)大。沿圍巖周邊產(chǎn)生裂縫，尤其在拱部圍巖容易產(chǎn)生張拉裂縫與上述裂縫貫通，形成局部變形區(qū)。（2）圍巖膨脹突出和坍塌：膨脹土開(kāi)挖過(guò)程中或開(kāi)挖后。圍巖產(chǎn)生膨脹土變形，周邊土體向洞內(nèi)膨脹突出，開(kāi)挖斷面縮小。在土體喪失支撐或支撐力不夠的狀態(tài)下，由于圍巖壓力和膨脹壓力的綜合作用，使土體產(chǎn)生局部破壞，由裂縫發(fā)展到出現(xiàn)溜塌，然后逐漸牽引周圍土體連續(xù)破壞，形成坍塌。（3）底膨：隧道底部開(kāi)挖后，洞底圍巖的上部壓力解除，又無(wú)支護(hù)體約束的條件下，由于應(yīng)力釋放，洞底圍巖產(chǎn)生卸荷膨脹；加之坑道積水，使洞底圍巖產(chǎn)生浸水膨脹。因而造成洞底圍巖膨出變形。隧道塌方的一般處理由于隧道地質(zhì)、水文條件千變?nèi)f化，不良地質(zhì)的出現(xiàn)及其詳細(xì)情況在開(kāi)挖揭示前很難預(yù)料，并且在隧道施工中難免也會(huì)出現(xiàn)不正當(dāng)?shù)牟僮鞯鹊龋运淼朗┕ぶ谐３３霈F(xiàn)塌方現(xiàn)象。施工中我們只有了解地質(zhì)了解塌方的成因才能制定正確的施工方法，才能盡量避免或減輕塌方對(duì)工程質(zhì)量、安全及進(jìn)度等的危害。隧道塌方原因分析1不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件（1）隧道穿過(guò)斷層及其破碎帶，或在薄層巖體的小曲褶、錯(cuò)動(dòng)發(fā)育地段，一經(jīng)開(kāi)挖，潛在應(yīng)力釋放快、圍巖失穩(wěn)，小則引起圍巖掉塊、坍落，大則引起坍方。當(dāng)通過(guò)各種堆積體時(shí)，由于結(jié)構(gòu)松散，顆粒間無(wú)膠結(jié)或膠結(jié)差，開(kāi)挖后引起坍塌。在軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育或泥質(zhì)充填物過(guò)多，均易產(chǎn)生較大的坍塌。（2）隧道穿越地層覆蓋過(guò)薄地段，如在沿河傍山、偏壓地段、溝谷凹地淺埋和丘陵淺埋地段極易發(fā)生坍方。（3）水是造成坍方的重要原因之一。地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇巖體的失穩(wěn)和坍落。巖層軟硬相間或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面的強(qiáng)度大為降低，因而發(fā)生滑坍。2隧道設(shè)計(jì)考慮不周（1）隧道選定位置時(shí)，地質(zhì)調(diào)查不細(xì)，未能作詳細(xì)的分析，或未能查明可能坍方的因素。沒(méi)有繞開(kāi)可以繞避的不良地質(zhì)地段。（2）缺乏較詳細(xì)的隧道所處位置的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，引起施工指導(dǎo)或施工方案的失誤。3隧道塌方的一般前兆（1）水文地質(zhì)條件的變化，如干燥的圍巖突然出水、地下水突然增多、水質(zhì)由清變濁等都是可能發(fā)生塌方的前兆；（2）拱頂不斷掉塊，甚至較大的噴砼塊相繼掉落，預(yù)示著圍巖即將發(fā)生塌方；（3）支護(hù)狀態(tài)變形(拱架接頭擠偏或壓劈、噴射砼出現(xiàn)大量的明顯裂紋或剝落等)、敲擊發(fā)聲清脆有力、甚至發(fā)出聲響；（4）噴錨支護(hù)的水平收斂率大于0.2mm/d、拱頂下沉量大于0.1mm/d并繼續(xù)增大時(shí)，說(shuō)明圍巖仍在發(fā)生變形，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有可能出現(xiàn)失穩(wěn)塌方。預(yù)防坍塌的措施隧道施工預(yù)防塌方，除選擇相應(yīng)的安全合理的施工方法和措施及保證確切的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)外。在施工中主要還要做到以下幾點(diǎn)：1、先排水：在施工前和施工中采取相應(yīng)的防排水措施，盡量將開(kāi)挖范圍外之水截住，不使流進(jìn)洞內(nèi)，一般采取注漿處理。2、短開(kāi)挖：在圍巖石質(zhì)較差地段，控制每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺，每次立一榀工字鋼拱架且拱架必須緊貼掌子面，使拱頂與拱架間無(wú)空隙。3、強(qiáng)支護(hù)：針對(duì)圍巖和地壓情況加強(qiáng)初期支護(hù)確保支護(hù)結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度，采取增加拱架的本身剛性強(qiáng)度、減小拱架間距及噴射砼的厚度，有時(shí)也可采取模注砼盡早封閉。4、快襯砌：必要時(shí)二次襯砌工作緊跟開(kāi)挖工作面進(jìn)行，力求襯砌盡快成環(huán)，和初期支護(hù)共同受力。5、勤檢查：安排專人對(duì)支護(hù)及圍巖等進(jìn)行檢查和量測(cè)變形，發(fā)現(xiàn)圍巖有變形或異狀，立即采取有效措施進(jìn)行處理。做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，及時(shí)了解前方的地質(zhì)和水文條件。坍塌處理方法1做好預(yù)報(bào)調(diào)查在塌方處理前，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查其范圍、形狀、塌穴的地質(zhì)構(gòu)造，查明其誘發(fā)的原因和塌方類型，然后據(jù)此再進(jìn)行確定處理的方案，這一步非常重要，要初步判斷出塌方的可發(fā)展性。塌方處理必須等待塌腔內(nèi)不再坍塌穩(wěn)定后方可處理，否則安全隱患過(guò)大。2防止塌方擴(kuò)大塌方發(fā)生后，首先防止塌方范圍繼續(xù)擴(kuò)大；（1）對(duì)坍方范圍內(nèi)頂部與側(cè)壁的危石及大裂縫，搶先清除或錨固。（2）加強(qiáng)原有支護(hù)：對(duì)塌方范圍前后原有支護(hù)進(jìn)行加固，以防止塌方擴(kuò)大，如采取周邊注漿加固2~4米厚度，在支護(hù)內(nèi)徑采取工字鋼拱架加固措施。（3）對(duì)塌體表面立即進(jìn)行噴射砼封閉（增加速凝劑參量），塌穴內(nèi)在保證安全情況下盡量也進(jìn)行噴射砼封閉。（4）加快襯砌：對(duì)塌方兩端盡快作局部襯砌，以保證塌方不擴(kuò)大。3處理塌方（1）如塌方體積較小，且塌方范圍內(nèi)已進(jìn)行噴錨或已架設(shè)了較為牢固的支撐時(shí)，可由兩端或一端先上后下地逐步清除塌方，清除時(shí)注意觀察拱頂及周邊的圍巖有無(wú)變化的可能，避免出現(xiàn)二次塌方。隨挖隨架設(shè)臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐必須緊頂?shù)剿幻?。如塌體稍大些時(shí)不能完全保證能否引起二次塌方時(shí)，不要清除塌體，在塌體上先對(duì)拱頂進(jìn)行臨時(shí)錨噴支護(hù)、鋼拱架支撐或進(jìn)行模注砼作為臨時(shí)支護(hù)，在保證安全情況下再對(duì)拱腳進(jìn)行欠挖處理進(jìn)行剛性支護(hù)。（2）如塌方體積較大，因塌體堵塞無(wú)法進(jìn)入塌方范圍進(jìn)行支護(hù)時(shí)，可采用長(zhǎng)管棚或注漿加固塌體，待其穩(wěn)定后，采用“穿”的辦法按照短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉的原則挖開(kāi)塌體，并盡早襯砌，有時(shí)為了減少塌腔的暴露時(shí)間支護(hù)可采取一次性模注砼進(jìn)行封閉。塌方段圍巖整體性較差或富水，還應(yīng)對(duì)該段周邊圍巖進(jìn)行預(yù)注漿加固處理。（3）一般塌方段的支護(hù)和襯砌需加強(qiáng)處理，模注襯砌背后與塌腔周壁間必須采取緊密支撐。塌方襯砌背后空洞的處理，當(dāng)塌方較小時(shí)，可采用漿砌片石或干砌片石回填密實(shí)