公路隧道施工過程瓦斯安全控制技術(shù)研究

薛軍波

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津市 300162）

公路隧道施工過程瓦斯安全控制技術(shù)研究

薛軍波

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津市 300162）

在公路隧道工程施工過程中，由于瓦斯具有不可視性和隱蔽性，在施工時(shí)很容易出現(xiàn)瓦斯突出、瓦斯爆炸等災(zāi)害，因此做好公路隧道瓦斯安全控制至關(guān)重要。以實(shí)際工程為例，對隧道工程中存在的瓦斯安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，然后提出了瓦斯安全控制措施，保證了隧道施工安全。

公路隧道；瓦斯安全；地質(zhì)雷達(dá)探測

1 工程概況

石黔高速設(shè)計(jì)總長82.998 km，雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，隧道、橋梁實(shí)行雙向分離，橋隧比占85%。中鐵十六局集團(tuán)承建段落起于石柱境內(nèi)的三店，在原三店立交與三店服務(wù)區(qū)之間與G50滬渝高速相接，此處設(shè)三店樞紐立交，其后經(jīng)平橋、三匯、龍?zhí)丁ⅠR武，止于三義隧道，共長約40.052 km。其中隧道左線K17+933～K17+958及右線YK17+941～YK17+961段穿越二疊系吳家坪組煤層，穿越厚度為0.2～0.32 m，為低瓦斯。

2 安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測

通過對本隧道工程的考察和評估預(yù)測，預(yù)測到在施工過程中可能會(huì)發(fā)生瓦斯燃燒爆炸、煤層自燃爆炸、涌突水、變形塌方等事故。在高瓦斯區(qū)域作業(yè)時(shí)，由于瓦斯過于集中，所以在隧道內(nèi)會(huì)經(jīng)常發(fā)生瓦斯燃燒、爆炸等事故；在有煤層煤和瓦斯過多的區(qū)域施工時(shí)，要做好安全措施，因?yàn)榇藚^(qū)域是煤與瓦斯事故多發(fā)區(qū)。在有自燃煤層區(qū)的隧道作業(yè)時(shí)，要特別注意煤層自燃、煤塵爆炸等現(xiàn)象。在有溶隙和溶洞區(qū)域的隧道施工時(shí)，由于溶隙和溶洞內(nèi)可能會(huì)積聚瓦斯，所以施工過程中容易造成施工人員H2S中毒和瓦斯爆炸等事故發(fā)生[1]。

3 開展事故預(yù)防工作

3.1 利用超前探孔進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控

本工程采用瞬變電磁法和超前探孔相結(jié)合的方法進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，現(xiàn)場應(yīng)用示意見圖1。此次TEM超前預(yù)報(bào)50 m，從得到的探測結(jié)果看出，總體上該里程裂隙和節(jié)理發(fā)育，電阻率比較低，初步可以判定存在含水性煤層，綜合分析掌子面50 m范圍圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性和完整性差，為了獲取更加全面的煤層地質(zhì)信息，需要立即進(jìn)行鉆孔超前預(yù)報(bào)。

圖1 現(xiàn)場應(yīng)用示意圖

該隧道利用加深炮眼5孔的方法對隧道地質(zhì)進(jìn)行超前探測，對隧道內(nèi)的瓦斯分布情況進(jìn)行探測分析，并在瓦斯分布區(qū)域做好安全防范措施，以免發(fā)生瓦斯爆炸等事故，在探測工作開展的時(shí)候，需要工作人員連續(xù)對多個(gè)孔的空氣進(jìn)行瓦斯?jié)舛葯z測，當(dāng)檢測到的瓦斯?jié)舛却笥?.0%的時(shí)候，隧道挖掘工作必須要暫停，在瓦斯?jié)舛刃∮?.0%并處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)才能繼續(xù)隧道挖掘工作。

在打孔探測工作中，重點(diǎn)對孔內(nèi)空氣中存在的有毒氣體，和預(yù)測到有瓦斯、天然氣等區(qū)域的的氣體進(jìn)行探測，對掌子面前方區(qū)域的氣體進(jìn)行探測，探測后需要給相關(guān)部門提交一份探測檢測報(bào)告。只有對以上區(qū)域的氣體情況了解掌握，才能為后續(xù)的工作提出建議和治理措施，方便后續(xù)工作的順利開展。

為了使地質(zhì)預(yù)報(bào)更加準(zhǔn)確，在打孔探測的同時(shí)利用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行二次探測工作。

3.2 隧道內(nèi)通風(fēng)與供電設(shè)備的安裝

本隧道內(nèi)的瓦斯?jié)舛却?，所以在進(jìn)行施工時(shí)要利用壓入式通風(fēng)方法對隧道進(jìn)行通風(fēng)，在施工完成后利用巷道式通風(fēng)方法進(jìn)行通風(fēng)。為了增大隧道的通風(fēng)范圍，在使用不同的通風(fēng)方法的時(shí)候都配備防爆局扇，局扇內(nèi)部設(shè)置不同速度的防爆型風(fēng)機(jī)。在施工的過程中必須保持持續(xù)通風(fēng)的狀態(tài)。

在進(jìn)行通風(fēng)工作時(shí)會(huì)利用到長風(fēng)管，在安裝長風(fēng)管的時(shí)候要注意將風(fēng)管末端與工作面的距離保持在15 m以內(nèi)。在計(jì)算通風(fēng)量的時(shí)候必須結(jié)合以下因素：在洞內(nèi)工作的人數(shù)總和；稀釋和排放炮煙的風(fēng)量值；消除瓦斯所需的風(fēng)量值。國家對隧道挖掘工作的相關(guān)規(guī)定，在瓦斯含量過多的隧道作業(yè)時(shí)，要在供電方面做到“三?！?、“兩閉鎖”?！叭龑！笔侵敢袑Ｓ玫淖儔浩?、開關(guān)、供電線路；“兩閉鎖”是指當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^限定后需立刻關(guān)閉電源，壓入式風(fēng)機(jī)電源與洞內(nèi)電源的閉鎖。

3.3 對普通機(jī)械設(shè)備進(jìn)行防爆改裝

在隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛容^高的區(qū)域作業(yè)時(shí)，應(yīng)使用防爆型的電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備。防爆型機(jī)械設(shè)備的造價(jià)高，一般用于煤礦開采?？紤]到本工程的具體情況，通過對普通機(jī)械設(shè)備進(jìn)行防爆改裝，制作了一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案，具體措施為：給機(jī)械設(shè)備配置一個(gè)斷電控制裝置，當(dāng)斷電控制裝置監(jiān)測到的空氣瓦斯?jié)舛却笥?.3%CH4時(shí)，就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，當(dāng)監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛却笥?.5%CH4時(shí)，該裝置就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉電源，直到監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛刃∮?.3%CH4時(shí)，該機(jī)械設(shè)備才能繼續(xù)工作。為了節(jié)約成本，加快工程進(jìn)度，在通風(fēng)正常，隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊颓姨幱诜€(wěn)定的前提下，允許普通機(jī)械設(shè)備進(jìn)隧道作業(yè)。

3.4 瓦斯安全控制技術(shù)

在對瓦斯隧道進(jìn)行供電時(shí)，為了保證隧洞內(nèi)通風(fēng)，避免停電導(dǎo)致通風(fēng)中斷使瓦斯積聚，需要使用雙回路直供電源線路進(jìn)行供電，隧道低瓦斯工區(qū)要設(shè)置兩套電源。當(dāng)建立雙電源有難度時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況布置備用發(fā)電機(jī)。備用發(fā)電機(jī)的發(fā)電量要達(dá)到通風(fēng)機(jī)通風(fēng)要求。如果通風(fēng)出現(xiàn)中斷，恢復(fù)通風(fēng)時(shí)需要從外向里逐步開展，當(dāng)全隧道瓦斯?jié)舛认陆抵?%后才可以向洞內(nèi)通電，由地面架空線路引入到隧道中心的供電線路，需要將避雷設(shè)置安裝到隧道洞口外。任何非防爆型設(shè)備必須在瓦斯?jié)舛刃∮?.25%CH4時(shí)才可以進(jìn)入施工現(xiàn)場開展作業(yè)。

3.5 隧道進(jìn)行爆破工作的注意事項(xiàng)

施工過程中，在瓦斯?jié)舛雀叩膮^(qū)域要遵守以下原則：開挖的尺度要小，爆破的力度要弱，支護(hù)工作要到位，在挖掘過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測，加強(qiáng)隧道內(nèi)的通風(fēng)量。在挖掘過程中每一次挖掘的進(jìn)尺不能大于2 m。根據(jù)有關(guān)部門的規(guī)定，在瓦斯隧道進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)應(yīng)采用煤礦許用炸藥或者毫秒電雷管進(jìn)行爆破。許用炸藥里面含有食鹽，可以作為消焰劑來使用，它不僅能吸收爆炸時(shí)散發(fā)的熱量，使爆炸環(huán)境的溫度降低，還能削弱瓦斯與氧的反應(yīng)，提高了爆破作業(yè)的安全系數(shù)。

雷管的延誤時(shí)間要控制在130 ms以內(nèi)，這樣就可以使雷管延誤時(shí)間不超過瓦斯爆炸感應(yīng)時(shí)間，從而避免發(fā)生瓦斯爆炸的現(xiàn)象。通過實(shí)際的施工調(diào)查：煤礦許用炸藥爆力只能達(dá)到巖石銨銻炸藥爆力的80%，毫秒電雷管最多能達(dá)到5段，嚴(yán)重影響著隧道工程的施工進(jìn)度。所以，在隧道挖掘過程中，當(dāng)檢測到的瓦斯?jié)舛刃∮?.3%時(shí)，可以選用其他炸藥進(jìn)行爆破工作。

3.6 揭煤防突措施和瓦斯排放的過程

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在揭煤施工前應(yīng)對其表層打超前鉆孔和預(yù)測孔，對煤層位置和瓦斯分布情況進(jìn)行探測，對工程的危險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)行評估預(yù)測。隧道揭煤施工時(shí)應(yīng)采取臺(tái)階開挖的方法進(jìn)行。在上導(dǎo)坑施工時(shí)，掘進(jìn)工作面應(yīng)與煤層距離保持在20 m左右，在煤層打3個(gè)或3個(gè)以上的超前鉆孔，用于判斷煤層的穩(wěn)定情況[2]。

3.7 瓦斯監(jiān)測及處理措施

隧道施工全程都要有專業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)測，在裝藥、引爆前和爆破后都要安排專業(yè)人員進(jìn)行瓦斯檢查。利用直徑為Φ6～8 mm的紫銅管作為打孔測壓的導(dǎo)孔，然后連接精度較高的壓力表對瓦斯的壓力值進(jìn)行測量。

對瓦斯?jié)舛容^高的區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，當(dāng)隧道內(nèi)的風(fēng)速較小，空氣流通不暢的時(shí)候，瓦斯將會(huì)和空氣分離積聚在隧道頂部，在達(dá)到一定濃度時(shí)就會(huì)發(fā)生爆炸。因此，要在檢測區(qū)域設(shè)立相應(yīng)的檢測表，每次對該區(qū)域內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測后將數(shù)據(jù)記錄在檢測表上，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行匯報(bào)。瓦斯?jié)舛认拗导熬唧w的超限處理措施見表1。

表1 瓦斯?jié)舛认拗导俺尢幚泶胧┍?/p>

4 結(jié)語

綜上所述，在公路隧道施工過程中，瓦斯安全是施工管理的重點(diǎn)。因此，要求施工人員和管理人員做好隧道的施工通風(fēng)和地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。本工程采用上述方法進(jìn)行瓦斯安全控制后，有效避免了公路隧道工程施工的風(fēng)險(xiǎn)事故，保證了作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

[1]TB10120-2010,鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范[S].

[2]朱文衛(wèi).煤系地層隧道施工方案和安全措施[J].中國水運(yùn)（下半月）,2009(3):197-198.

重慶在建高速公路14條達(dá)850 km

目前，重慶市在建高速公路總里程約850 km，在建的高速公路有14條。在今年內(nèi)，重慶市將開建黔江環(huán)線和合安高速（合川到安岳）重慶段，建成通車萬利高速（萬州到利川）重慶段和九永（九龍坡到永川）高速永川段。江（津）習(xí)（水）高速重慶段將于2018年建成通車。

九永高速是成渝高速擴(kuò)能項(xiàng)目，路線全長49 km。通車后，九龍坡到永川全線只需40 min左右。萬利高速重慶段全長約52 km，雙向4車道，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h。重慶段起點(diǎn)為萬州城東北熊家鎮(zhèn)馬鞍石，終點(diǎn)接田家埡口與湖北利川交界,通車后，萬州到利川的車程將縮至40 min。

江習(xí)高速重慶段項(xiàng)目起于江津至四川合江高速公路刁家互通，接入貴州習(xí)水縣寨壩鎮(zhèn)兩路口，重慶段全長約72km，經(jīng)江津區(qū)慈云、李市、蔡家、柏林、四面山，與貴州習(xí)水相接，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h。

年內(nèi)重慶市還將開建合安高速重慶段和黔江環(huán)線等。其中:合安高速重慶段起于合川區(qū)草街鎮(zhèn)，止于川渝界潼南縣崇龕鎮(zhèn),全長約95.125 km，設(shè)計(jì)雙向4車道，時(shí)速100 km/h，建設(shè)工期3 a；黔江環(huán)線起于黔恩高速公路黔江北互通，經(jīng)武陵山機(jī)場、舟白電站、黔江新城馮家組團(tuán)，于龍橋互通處連接渝湘高速,全長20.6 km，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h,雙向4車道。

TD712

B

1009-7716（2017）12-0144-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.12.040

2017-06-29

薛軍波（1982-），男，四川遂寧人，工程師，從事公路施工技術(shù)管理工作。