含天然气地层隧道设计与施工

    摘要：天然气地层中瓦斯气体以游离态型式存在，其涌出的随机性很强，隧道穿越该地
层时，较之煤系地层有其独特的地方，本文以云顶山一号隧道为工程实例，分析含天然气
地层中修建隧道的特点，从设计与施工方面提出合理的处理措施和防治手段。

 

　　关键词：天然气

 隧道 设计 施工 防治 

　　

 随着国家加大基础设施建设投资力度，一些公路项目不可避免的穿越天然气富集区地

层。而天然气地层中瓦斯涌出的随机性很强，不象煤系地层中瓦斯涌出位置可预测，因而其
设计与施工较之煤系地层有其独特的地方。瓦斯隧道施工由于需要增加治理瓦斯的措施，而
这些措施又需要增加工序或增加时间才能实现，往往付出较大的经济代价，同时，现有的
相关设计、施工规范对于指导含天然气地层隧道工程的设计与施工还是存在一定差距，给隧
道设计与施工带来一定的困难。因此，需要建设者从快速施工新工艺和新技术及配套设施等
方面出发，进一步开展含天然气地层隧道设计与施工关键技术研究，获得设计和施工成套
技术，为类似隧道工程建设提供技术参考，为公路隧道施工和施工技术广泛的修订提供依
据。

 

　　

1 工程概况 

　　

 云顶山一号隧道系四川成德南高速公路上的特长隧道，左线长 3577m，右线 3574m，

是该项目重点控制工程之一。隧道横穿龙泉山脉北段，位于龙泉山背斜断裂带的三皇庙背斜
翼部和核部，最大埋深

338m，穿越地层为侏罗系上统蓬莱镇组，岩性以泥岩和粉砂质泥岩

为主，夹砂岩，中厚层状，产状与轴线近于垂直，倾向东，倾角

9°～12°。 

　　

 隧道穿越地层中天然气来源于其底部千余米下伏的四川盆地侏罗系气藏的主要气源岩

“上三叠统须家河组须五段烃源岩”，其天然气沿气源断裂上窜至侏罗系储层富集成藏，形
成裂隙型游离瓦斯为主的天然气，其特征是压力低、流量低而稳定、分布不均匀、天然气涌出
的随机性很强，主要受裂缝系统发育情况及与储气层相通且封闭条件好的砂岩透镜体分布
范围的控制，当隧道开挖遇到这种裂隙或砂岩透镜体时，就有天然气溢出。

 

　　

 勘察阶段结合隧道穿越的地层岩性、地层产状、地质构造及裂缝发育情况，从天然气运

聚条件、盖层条件和水文地质特征对侏罗系次生气藏成藏要素综合研究，认为云顶山一号隧
道在埋深小于

50m 的洞口段含气量较低，埋深大于 50m 的洞身段含气量较高，施工过程中

需随时监测含气情况，预警裂缝集中段和隐伏断层、泥岩中透镜状砂岩储集体。同时根据石
油钻探成果，并类比同一区域铁路隧道施工情况，该隧道为高瓦斯隧道，其瓦斯成分与煤
层气相同，存在状况及危险程度与煤层气相似。

 

　　

2 结构设防设计 

　　

 云顶山一号隧道穿越含天然气地层，全隧道均可能遇瓦斯气体，因而设计原则的确定

尤为重要。本设计采取的基本思路是预设计的办法，全隧道根据天然气中瓦斯含量高低采取
分段分级设防的衬砌结构，在施工过程中根据超前水平钻孔和实时瓦斯监测情况作设计调
整，加强施工通风、钻爆控制、安全防护及合理的施工工序等多个系统及相应的措施要求，
以达到经济、合理修建隧道的目的。对运营期间的天然气防治采取了

“防、排、堵”相结合、综合

治理的原则，使天然气不渗入隧道影响运营，又使衬砌背面的天然气能够减压排放，减少
渗人隧道危险性。

 

　　

2.1 结构防水、防气系统 

　　

 为尽量避免围岩中的有害气体渗入隧道内，设计中采用多道措施全封闭地层中涌出的

天然气和地下水。

 

　　

 （1）隧道初期支护喷混凝土和模筑二次衬砌混凝土均采用防腐蚀气密性混凝土，其