高海拔鐵路隧道施工突出氣體防治與監(jiān)測措施

陳 志 春

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

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高海拔鐵路隧道施工突出氣體防治與監(jiān)測措施

陳 志 春

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

介紹了米林隧道施工中突出氣體的發(fā)現(xiàn)過程，對該氣體的成分進行了檢測，并分析了氣體的成因，從人工巡回檢測、自動監(jiān)測、超前地質(zhì)預(yù)報、施工通風(fēng)、爆破等方面，提出了有害氣體的防治措施。

隧道，有害氣體，自動監(jiān)測系統(tǒng)，爆破方案

0 引言

近年來，隨著西部的經(jīng)濟發(fā)展，越來越多的鐵路隧道開始在西部青藏高原修建。目前我國西部已建成的鐵路有青藏鐵路、拉日鐵路，拉林鐵路正在修建，工程施工中關(guān)于西部高原地質(zhì)情況了解有限，對于隧道中的有害氣體研究還局限于普通地層。通常地層中的有害氣體來源于含煤層、砂巖、泥巖、白云巖、灰?guī)r、頁巖、含瀝青的地層等，在建的拉林鐵路米林隧道的突出氣體來源于片麻巖地層。本文通過對米林隧道橫洞突出有害氣體成分的研究，制定了防治措施，并對防治措施進行現(xiàn)場驗證。

1 工程概況

米林隧道位于念青唐古拉山與喜馬拉雅山之間的藏南谷地高山區(qū)，山高谷深，氣候極端惡劣。山脈呈南北向縱貫延展，谷嶺相間，地勢起伏跌宕。隧道縱斷面標(biāo)高范圍為：2 965 m～3 076 m。隧道位于西藏林芝市米林縣，隧道為單線隧道，全長11 560 m，設(shè)置一處長1 602 m無軌單車道橫洞，一處長1 632 m無軌雙車道斜井。

2 隧道施工中突出氣體的發(fā)現(xiàn)

米林隧道橫洞自2015年10月4日開工，計劃2016年11月16日完工，采用無軌運輸，截止到出現(xiàn)氣體時完成開挖支護1 338 m，剩余264 m。2016年7月22日上午8:00，米林隧道橫洞正在進行鉆孔施工，在掌子面左側(cè)起拱線距底板4 m高位置的周邊眼鉆孔施工過程中，鉆至3 m深度時，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)向外涌出氣體，氣體涌出壓力較大，掌子面共施作炮孔13個，出現(xiàn)不明氣體的為進洞左側(cè)起拱線上約1 m的2個周邊眼炮孔，炮孔深度約3 m，初始涌出氣體無異味，洞內(nèi)氧氣含量正常。本處隧道埋深約770 m，揭露基巖為新元古—中元古界念青唐古拉巖群八拉巖組片麻巖，受地質(zhì)構(gòu)造影響輕微，節(jié)理不發(fā)育，總體巖體完整，呈巨塊狀結(jié)構(gòu)，掌子面未見地下水活動跡象，為Ⅱ級圍巖。

發(fā)現(xiàn)情況后，現(xiàn)場技術(shù)人員立即向項目部領(lǐng)導(dǎo)匯報，項目部決定，立即暫停洞內(nèi)一切施工，撤出洞內(nèi)所有施工人員和施工機械，切斷洞內(nèi)的施工用電，向洞內(nèi)持續(xù)通風(fēng)稀釋洞內(nèi)不明氣體濃度，并上報業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計單位。

3 出現(xiàn)氣體后的應(yīng)急措施

洞口設(shè)卡，禁止一切機動車輛和非檢測人員進洞，并立即通知專業(yè)機構(gòu)到現(xiàn)場進行氣體成分檢測。值班員采用ADKS-4便攜式氣體檢測儀每30 min進洞檢測一次，監(jiān)測人員進洞前必須佩戴防毒面罩、便攜式氧氣瓶，并關(guān)閉手機，結(jié)伴步行進入洞內(nèi)。洞內(nèi)照明采用36 V安全電壓，進洞人員配備防爆手電。

4 氣體成分檢測

通常隧道內(nèi)有害氣體成分主要為甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氫(H2S)，本隧道通過便攜式氣體檢測儀檢測出氣體內(nèi)主要包含可燃氣體、硫化氫兩種有害成分，從檢測記錄情況可知，有害氣體的含量隨時間在逐漸減弱，有害氣體檢測曲線如圖1所示。

2016年7月26日項目部聯(lián)系了拉薩博源環(huán)境檢測有限公司到米林隧道橫洞取樣，檢測了硫化氫、二氧化硫、氨、氮氧化物、總烴5種項目，檢測結(jié)果顯示均不超標(biāo)，檢測結(jié)果如表1所示。

表1 有害氣體檢測結(jié)果

5 有害氣體防治措施

根據(jù)氣體檢測和監(jiān)測情況，采取以H2S氣體防治為主的監(jiān)測防治措施。選用人工檢測和自動監(jiān)測系統(tǒng)兩種形式相結(jié)合的方式，兩種監(jiān)測結(jié)果相互印證，并結(jié)合超前預(yù)報工作、加強洞內(nèi)通風(fēng)、優(yōu)化爆破方案等措施，加強對H2S及其他不明氣體的防治，確保施工安全。

5.1 防護措施

洞外設(shè)吸氧室和手機火種存放室，進洞人員一律禁止攜帶電子產(chǎn)品和火種。進洞穿防護服，背氧氣瓶，頭戴過濾式消防自救面罩，與洞內(nèi)空氣隔絕，配備多參數(shù)氣體檢測報警儀騎自行車進入洞內(nèi)監(jiān)測。

5.2 人工巡回檢測

人工巡回檢測采用便攜式有害氣體檢測報警儀。主要檢測硫化氫、一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲烷等有毒有害氣體，配備專職的有毒有害氣體檢測員，施工中如發(fā)現(xiàn)有以上氣體，加強對該種氣體的檢測頻次。除了檢測氣體含量還監(jiān)測出氣口風(fēng)速以及隧道內(nèi)水中是否含有有害物質(zhì)。

5.3 自動監(jiān)測系統(tǒng)

自動監(jiān)測系統(tǒng)型號為KJ83N，該監(jiān)測系統(tǒng)能通過傳感器監(jiān)測到各種氣體含量，并能自動報警，控制洞內(nèi)風(fēng)機及各種機電設(shè)備開停等生產(chǎn)參數(shù)和電壓、電流、功率等電量參數(shù)，以及綜合監(jiān)控各種機電設(shè)備的運行情況，具有很好的聯(lián)網(wǎng)擴展功能。

自動監(jiān)測部位主要為距掌子面5 m處、防水板臺車處布設(shè)自動監(jiān)測傳感器，隨著隧道不斷掘進，掌子面、臺車處傳感器同時前移。另外在已經(jīng)開挖段，由于回風(fēng)距離長，在回風(fēng)段每隔500 m安裝一組傳感器。

5.4 超前地質(zhì)預(yù)報

采用地質(zhì)雷達和超前鉆孔相結(jié)合的方式，在隧道開挖面布置超前鉆孔，鉆孔方向呈放射狀延伸到隧道周邊外。采用6孔超前鉆孔，每個孔深30 m，每個循環(huán)搭接5 m。6個孔分別布置在掌子面拱頂、兩側(cè)拱腳和兩側(cè)墻角距坑道周邊20 cm處以及掌子面中心處。

5.5 施工通風(fēng)

通風(fēng)采用壓入式通風(fēng)。為了加強通風(fēng)效果，由原有1組風(fēng)機(132 kW×2)調(diào)整為兩組風(fēng)機(132 kW×2)，共架設(shè)兩套通風(fēng)管道。每個回車洞內(nèi)均設(shè)置1臺局扇通風(fēng)。

5.6 爆破方案

根據(jù)氣體檢測報告不明氣體中含有H2S，采用水壓爆破的同時，對炮泥、水袋制作用水采用碳酸氫鈉溶液，洞內(nèi)降塵噴水改為噴灑弱堿性NaHCO3溶液降低硫化氫氣體濃度。開挖爆破應(yīng)采用煤礦許用炸藥及煤礦許用電雷管。

6 氣體成因

依據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、出現(xiàn)氣體部位地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和氣體濃度成分等，拉林鐵路米林隧道橫洞出現(xiàn)的天然氣體有以下特點：

1)隧道圍巖巖性(片麻巖)本身不具備生成可燃氣的條件，依據(jù)檢測結(jié)果分析，天然氣體可能是巖體形成時期形成的相對富集的氣囊，后期構(gòu)造活動通過斷裂帶運移在本區(qū)的構(gòu)造破碎巖體中滯留。

2)天然氣體僅出現(xiàn)在米林隧道橫洞局部巖層相對較完整地段，有一定的局限性。目前在相同地質(zhì)構(gòu)造背景下，同樣地層開工的8座隧道中未出現(xiàn)氣體現(xiàn)象。

3)出氣孔中氣壓隨時間推移由0.1 MPa衰減至0.05 MPa，且有明顯的衰減趨勢。

上述特點表明，拉林鐵路米林隧道橫洞天然氣體僅出現(xiàn)在局部相對較完整圍巖地帶，其氣體“濃度低、消散快、基本無補給”，因此與常規(guī)煤系地層和油氣地層的瓦斯隧道有著本質(zhì)區(qū)別。在加強預(yù)報、檢測和施工通風(fēng)的前提下，區(qū)別不同地段的不同情況，采取適當(dāng)?shù)陌踩婪洞胧淼朗┕ず瓦\營安全基本不會受到影響。

7 結(jié)語

米林隧道橫洞出現(xiàn)不明氣體后采取了有針對性的防治、監(jiān)控措施，采用防爆型超前鉆機對氣體減壓，影響工期1個月。對突出氣體段落增加徑向注漿封閉、初期支護噴射混凝土加厚及增加二襯；后續(xù)隧道施工繼續(xù)加強監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進行結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計及施工。

[1] 張玉偉.高海拔寒區(qū)隧道施工粉塵及有害氣體監(jiān)測與控制技術(shù)[J].隧道建設(shè),2014(8)：190-192.

On emphasis of outburst gas and monitoring measures in railway tunnel construction in areas with high altitude

Chen Zhichun

(No.5EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway17thBureauGroup,Taiyuan030032,China)

The paper introduces the finding of the outburst gas in Milin Tunnel, tests the components of the gas, analyzes the reasons for the gas, and points out the prevention measures for the hazardous gases from the manual data-logging test, autonomous test, advanced geological prediction, construction ventilation, and blast.

tunnel, hazardous gas, autonomous monitoring system, blast scheme

1009-6825(2017)13-0192-02

2017-02-25

陳志春(1983- )，男，工程師

U455

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