国内瓦斯压力最大的隧道贵昆铁路六沾(贵州六盘水-云南沾益)线乌蒙山一号隧道,于011年6月30日建党90周年前夕胜利贯通。
那一刻,负责施工的中国铁建二十二局集团六沾铁路指挥部指挥长尹久清,和为之奋战了近五年的职工们紧紧相拥,喜极而泣。
那一刻,高瓦斯、高突泥、高涌水三道国内隧道技术难题也宣告成功***。随着山门洞开,建设者们在这座被国内专家称为“
地质博物馆”的隧道中,用智慧和勇气书写了我国岩溶地质高瓦斯隧道建设的奇迹。
1 挑战“世界级难题”
全长6451米的乌蒙山一号隧道,是目前国内在建隧道瓦斯压力最大的隧道,是2007年铁道部两个半重难点工程的其中一项。
最大埋深500米的该隧道穿越梅花山主脉。此山是长江水系和珠江水系的分水岭,属云贵高原典型的喀斯特地貌,地质构造独特而复杂:
隧道穿越区发育有15条断层和两个背斜、一个向斜,溶岩强烈发育,溶洞、暗河密布,部分地段水位高,涌水量惊人。
时任负责隧道出口端的该集团五公司项目部总工程师肖辉介绍说,该隧道穿越两个煤系地层,瓦斯压力最大3.626兆帕,远大于0.74兆帕的瓦斯突出临界值,居国内之最,稍不注意,就有煤尘爆炸危险。同技术相对成熟的煤矿揭煤作业相比,普通煤矿巷道断面最大21平方米,而该隧道正洞最大170平方米,最小也有110平方米所有这些,都使乌蒙山一号隧道高瓦斯煤层施工面临严峻挑战。
高瓦斯、高涌水、高突泥,是摆在建设者面前的三道重大技术难题。更严峻的是,该隧道处在我国西南地区独特的岩溶地质上,
一旦处理不好,就会对隧道结构产生影响,危及其使用寿命,被专家称为“世界级难题”。
那段时间,整个工地谈瓦斯色变,一些人甚至打起了退堂鼓,使乌蒙山一号隧道的实施性施工组织设计方案一再“难产”。
在工地呆了五个年头的集团指挥部副总工程师兼工程部长赵振兴说,2007、2008年两年多的时间里,他和一些技术骨干主要任务就是编制、
修改乌蒙山一号隧道施工组织审计方案。有一次,方案经国内有关隧道专家研讨后报上去,但某负责人却迟迟不敢签字,“最好再请煤矿专家、安监局等领导论证一下”。从谈瓦斯色变到对瓦斯的敬畏,那时的每个人都小心翼翼,不敢有丝毫马虎。
正洞与平导掘进施工中采用有轨运输还是无轨运输,是专家争执的焦点,也是方案“难产”的主因。
普通煤矿通道断面最大21平方米,进行有轨运输已非常成熟,可乌蒙山一号隧道断面最大达170平方米,因地质破碎,需采取上下台阶法施工,
两者高差12米,如果采用有轨运输,轨面到洞顶坡陡且急,因掌子面到仰拱仅50米,有轨车辆将不能到达掌子面。另外,仰拱需要下挖,而有轨车辆的扒砟机不能下挖作业,无法进行装车运输。
于是,技术小组多次组织中国工程院院士王梦恕等隧道、煤矿专家进行会诊,深入地方煤矿考察学习,并拿着方案深入水城煤矿进行请教,
最后提出了有轨与无轨运输结合的施工组织设计方案,即在正洞利用防爆改装后的车辆实行无轨运输,而在断面较小的平导采用有轨运输。
2009年4月,在业主、监理、设计单位及隧道、煤矿、安监局等专家参加的论证会上,经多次修改后的施工组织设计方案终于顺利通过了。
2 拆除 “ 火药桶 ” 引信
在乌蒙山一号隧道贯通前的每一天,工人们都如坐针毡,因为只要有一丝明火,高瓦斯段隧道瞬间就会变成一个点燃引信的“火药桶”。
2009年9月20日,出口段平导施工至宣威群第二层煤层时,突然,瓦斯检测员刘小区发现便携式瓦斯检测仪红灯闪烁,随之发出“嘟嘟”的报警音。同时,另一套瓦斯检测设备KJ-90瓦斯自动监控系统洞内、洞外的声光报警系统也发出警报,表明瓦斯浓度已超过0.5%。
发现瓦斯浓度直线上升时,刘小区没有慌张,而是冷静地和正在隧道掌子面值班的总工程师肖辉启动了防瓦斯爆炸应急系统,平导风电闭
锁系统也同时启动,施工动力设备等全部瞬间自动停电,洞内人员以最快的速度撤到了避难室,并打开自救器。
事故的原因很快查明。原来,在进行揭煤层作业打锚杆孔时,隧道周边岩石裂隙中的瓦斯渗透了出来,不巧的是,职工们在煤层掘进施工时,外面正降暴雨,电力线路遭到损坏,导致通风系统突然断电,掌子面瓦斯迅速集聚,出现了上述惊险一幕。
在这一触即发之际,项目部紧急启用了紧急备用电源,两台75千瓦发电机启动,通风系统随之恢复,15分钟后,瓦斯浓度降到0.5%以下。好险!工人们长舒了一口气后,更为项目部此前精心打造的“万无一失”的瓦斯防爆系统而折服。
为了能与“火”共舞,项目部先后投入数千万元,购买了煤矿专用的变压器、衬砌台车、电缆等防爆设备。平导中的有轨运输设备,包括
扒砟机、梭式矿车、电瓶车、轨行混凝土罐车等一律为防爆型;正洞设备车辆等则按照防爆要求进行了改头换装。对作业人员,他们明令禁止穿化纤衣服,防止静电产生,可谓“武装到了牙齿”。
“瓦斯尽管很可怕,但只要做到两条,一是瓦斯检测到位,二是保证有效通风,完全可以让狡猾的瓦斯乖乖就范”为此,项目部引进了先进的KJ-90瓦斯自动监控系统,随时在隧道口的电子屏幕不间断更新显示隧道内的甲烷、一氧化碳、硫化氢等有毒气体浓度,以及洞内温度、湿度、风速等。他们还专门从山西煤矿高薪聘请了3名经验丰富的瓦斯检测员,与10多名班组兼职
瓦斯检测员组成瓦斯监测队伍,让大家始终对瓦斯这种无色无味的气体有知有觉。
通风在这里是“生命一号”问题。技术人员经过论证,决定变传统的巷道式通风为主扇巷道式通风局扇在洞内,主扇在洞外,如遇紧急情况,主扇可先行启动降低瓦斯浓度,局扇随之启动。为以防万一,他们还实行双电源,平时施工用电为从当地接入的电源,另一方面从邻近既有铁路引入备用电源,并准备发电机作为紧急电源。
3 巧战“涌水”和“突泥”
乌蒙山一号隧道地表岩溶强烈发育,溶洞、地下暗河、漏斗、断层等密布,开挖过程中多次遭遇喷射而出的裂隙水。一旦正面遭遇暗河,人和机械设备瞬间就会被吞噬。
为此,项目部不与涌水、突泥正面交锋,而是利用X光线进行“体检”,提前探得“身怀鬼胎”的隧道。他们广泛采用TRT6000地震波地
质预报系统、HY-303红外探水等技术,并从煤炭行业引进XY-2PC型超前钻孔、地质素描等技术,加强地质预测预报,勘探地质最远150多米,最近几米。正是利用这种长短距离结合的地质勘测手段,做到了涌水突泥早知道,避免了多起事故的发生。
2010年6月8日,四公司负责的平导施工到距离进口2869米处,此处处于由高向低的反破施工段。当职工们超前地质钻探钻到30米时,钻孔内有水流出,巨大的水压逼迫钻机退了出来。10分钟后,每小时至少达800立方米的水流量,很快将掌子面淹没。
赶到现场的项目经理马延辉冒着大雨,带领一干人对隧道地表进行究查。经密切观察,他们判断此次遇到的涌水不是暗河,而是山体溶洞水。随后,大家在掌子面打了口积水井,进一步加大抽排水。在施工中,他们坚持用超前帷幕注浆和超前局部注浆,对掌子面及前方围岩进行加固处理。为了对付源源不断的裂隙水,二次衬砌完成后,他们又留了两个排水孔,至今隧道贯通了,水依然以每小时200立方米的速度流出来。
2010年11月25日,正洞施工到距离进口3350米处,中导洞超前钻孔打了十多米,突然发生了突泥。此处为五级围岩,地质破碎,泥沙喷了十天,足有4000多立方米。
经过研究分析,大家终于找到了造成突泥的原因,发现里面正是技术人员勘测到的裂隙溶槽。随后,技术人员会同业主、设计、监理等人员制定了处理方案,决定在掌子面初期支护时根据水量大小在出水点布设排水盲管,将水引到排水沟。同时,加强支护,正洞增加直径89毫米的管棚,每环40根并注浆加固,钢架每榀间距为60厘米。另外,隧道中间的中导洞线路偏离中轴线1米左右,随后沿中导洞扩挖,起到了超前地质预报和加快进度作用,最终顺利通过了这处突泥段。
“高瓦斯、高涌水、高突泥都不可怕,只要我们掌握了科技手段,乌蒙山就是只纸老虎”本着这一科学理念,2011年6月30日,乌蒙山一号隧道在全线三座重难点控制隧道中率先贯通。依靠在乌蒙山一号隧道建设中创新的通风技术、防瓦斯喷孔技术以及石门揭煤技术等,该项目部技术人员大大提升了国内原有的以煤矿为基础的揭煤技术,实现了从局部防突、全断面一次性揭煤到区域防突、分部揭煤的巨大跨越,对成功贯通国内岩溶地质高瓦斯隧道起到重要推动作用。
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