瓦斯隧道安全高效施工技術(shù)與控制管理研究

摘" 要：隧道穿越瓦斯煤系地層時，隧道安全施工難度加劇。該文從瓦斯隧道施工技術(shù)與管理的角度出發(fā)，系統(tǒng)研究瓦斯環(huán)境施工技術(shù)及安全管理措施。通過對瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)及運行、通風管理、防塵防火措施以及機械防爆技術(shù)的深入分析，提出針對性強、操作性高的技術(shù)方案與管理策略。研究結(jié)果表明，科學的瓦斯監(jiān)測、嚴格的防塵防火和防爆措施以及通風管理措施能夠有效降低施工風險，提高安全性。

關(guān)鍵詞：瓦斯隧道；施工技術(shù)；瓦斯監(jiān)測；通風管理；安全管理

中圖分類號：U455.49""""" 文獻標志碼：A""""""""" 文章編號：2095-2945（2025）04-0106-04

Abstract： When a tunnel passes through gas-coal measures strata， the safety construction of the tunnel becomes more difficult. From the perspective of gas tunnel construction technology and management， this paper systematically studies gas environment construction technology and safety management measures. Through in-depth analysis of the construction and operation of the gas monitoring system， ventilation management， dust and fire prevention measures， and mechanical explosion-proof technology， a highly targeted and operable technical plan and management strategy are proposed. The research results show that scientific gas monitoring， strict dust， fire and explosion prevention measures， and ventilation management measures can effectively reduce construction risks and improve safety.

Keywords： gas tunnel; construction technology; gas monitoring; ventilation management; safety management

隧道施工技術(shù)的不斷進步與創(chuàng)新，為交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了有力的支持。然而，在瓦斯隧道施工過程中，瓦斯的存在增加了施工的復雜性，對施工安全要求更高。光明隧道作為金仁桐高速項目的一部分，穿越瓦斯煤系地層，使得瓦斯監(jiān)測與控制管理至關(guān)重要。本研究旨在通過詳細分析光明隧道瓦斯環(huán)境下的施工技術(shù)與安全措施，提出科學有效的解決方案，確保施工過程的安全高效，為類似隧道施工提供參考和借鑒。

1" 工程概況

光明隧道瓦斯區(qū)位于金仁桐高速項目土建第JRTSG-4標段，該標段處于遵義市仁懷市壇廠鎮(zhèn)枇杷社區(qū)明光組。標段起點樁號YK25+495，穿過光明隧道，與明光寺大橋相接，終于YK40+080填方路基處，終點樁號為YK40+080，全長14.585 km。光明隧道設(shè)計為分離式長隧道。左線的起訖樁號為ZK25+490至ZK27+144，全長1 654 m；右線的起訖樁號為YK25+495至YK27+126，全長1 631 m。在左線的ZK25+795至ZK26+030（235 m）處，隧道穿越了瓦斯煤系地層。隧道內(nèi)輪廓的設(shè)計高程距拱頂高度為5 m，凈寬為10.25 m。

2" 瓦斯監(jiān)測

2.1" 瓦斯氣體

瓦斯氣體因其特性和潛在危險，可分為可燃與爆炸性成分、窒息性成分以及有毒性成分[1]。在礦井或隧道環(huán)境中，這些氣體統(tǒng)稱瓦斯，因沼氣（占比80%～90%）為主要來源，故通常將沼氣作為瓦斯的主要代表。標準狀態(tài)的瓦斯密度為0.716 kg/m3相對空氣比重為0.554，能夠輕易穿透裂縫密集、結(jié)構(gòu)松散的巖石[2]。瓦斯易燃，卻無自燃能力。當瓦斯與空氣混合至特定濃度范圍時，遭遇火源，就可能發(fā)生燃燒或爆炸，這一濃度界限的具體數(shù)值見表1。

2.2" 瓦斯監(jiān)控布置

在光明隧道出口端部署KJ90型隧道安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實時監(jiān)測瓦斯?jié)舛取L速、CO含量以及風機運行狀態(tài)，確保隧道掘進施工的順利與安全。

采取雙重瓦斯監(jiān)測預警體系，即自動監(jiān)測系統(tǒng)與人工監(jiān)測相結(jié)合。施工期間，高度重視瓦斯?jié)舛取⒂砍隽?、風速等關(guān)鍵參數(shù)的測量。在光明隧道進出口區(qū)域，建立KJ90型煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)和人工監(jiān)測網(wǎng)絡。每個作業(yè)面配備2名瓦斯安全責任人，洞內(nèi)安裝各類傳感器監(jiān)測有毒有害氣體參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至主控計算機進行分析處理。在煤與瓦斯突出隧道的施工中，每個工點成立瓦斯檢測班，使用專用設(shè)備進行人工瓦斯檢測見表2。

在瓦斯監(jiān)測過程中，若瓦斯?jié)舛冗_到0.3%至0.5%的預警閾值，瓦斯檢測員立即執(zhí)行報告程序，并加強監(jiān)測。對于瓦斯?jié)舛仍?.3%至0.5%之間的輕微異常，項目部負責處理；當瓦斯?jié)舛冗_到0.5%至1.0%時，處理工作由施工及監(jiān)理單位協(xié)同處理；若瓦斯?jié)舛瘸^1.0%且存在重大風險時，建設(shè)單位需召集施工和監(jiān)理單位共同參與決策和應對措施的研究，以確保所有相關(guān)方的緊密合作和危機管理的有效性見表3。

2.3" 安全監(jiān)測系統(tǒng)

瓦斯自動監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建以四大關(guān)鍵模塊為主：瓦斯監(jiān)控子系統(tǒng)、信息聯(lián)網(wǎng)平臺、短信預警模塊和隧道口LED顯示系統(tǒng)。瓦斯監(jiān)控子系統(tǒng)負責實時監(jiān)控隧道內(nèi)的瓦斯?jié)舛?、風速等環(huán)境變量，同時對重要通風設(shè)備的運行狀態(tài)進行連續(xù)監(jiān)控。

地面中心站設(shè)有專用的瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務器，用于存儲歷史數(shù)據(jù)并分析。隧道內(nèi)部設(shè)傳感器節(jié)點，實時收集有害氣體參數(shù)。信息聯(lián)網(wǎng)平臺通過集成的軟件接收并上傳監(jiān)控數(shù)據(jù)。短信預警模塊則實現(xiàn)了對系統(tǒng)異常信息的分級自動化推送。整個系統(tǒng)的設(shè)計采用KJ90型煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)，其典型配置如圖1所示。

3" 瓦斯隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

電力供應與隧道瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)采用聯(lián)動控制機制，確保洞內(nèi)施工供電實現(xiàn)“三?！焙汀半p鎖定”原則：專用變壓器、專用開關(guān)和獨立供電線路。當瓦斯?jié)舛瘸瑯藭r，供電開關(guān)會自動切斷，同時壓入式通風風機亦會聯(lián)動斷電以保障安全。

瓦斯工作區(qū)域的變壓器和接地系統(tǒng)遵循嚴格規(guī)定，不允許中性點直連接地。隧道供電采用中性點不接地的IT保護接地設(shè)計，確保系統(tǒng)的電氣安全。

在低壓饋電線路中，設(shè)置帶選擇性漏電保護的饋電開關(guān)，從總隔爆饋電開關(guān)到分支開關(guān)設(shè)有雙重檢漏繼電器，其動作電流和時間參數(shù)需協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)分級保護功能。

防雷系統(tǒng)至關(guān)重要，所有進出洞線路都安裝避雷器，特別是在動力、監(jiān)控和通信電纜上。嚴格遵守安裝規(guī)范，確保洞口防雷接地電阻不超過20 Ω，并定期檢查。

電氣設(shè)備的防爆性能由專業(yè)人員嚴格檢驗，失效的設(shè)備需立即修復或替換，非專業(yè)人員禁止擅自操作。

洞內(nèi)電氣設(shè)備的配置遵循明確的原則，包括三級配電系統(tǒng)?？傞_關(guān)設(shè)于變壓器附近，分支開關(guān)靠近設(shè)備密集區(qū)，設(shè)備間距離限制在30 m以內(nèi)。每個設(shè)備配備專用隔爆開關(guān)，禁止一個開關(guān)控制多臺設(shè)備。隔爆開關(guān)需避開易受沖擊、振動、液體濺射和高溫的區(qū)域，并保持操作和維護空間充足，且設(shè)置警示標識。高壓設(shè)備區(qū)需設(shè)置防護柵欄和消防設(shè)施。

4" 施工方案與管理制度

項目部構(gòu)建全面的瓦斯隧道施工安全管理框架，涵蓋10項核心制度，如進洞管理、儀器設(shè)備管理、地質(zhì)預報、爆破安全、防火防爆、瓦斯監(jiān)測和通風管理等，強調(diào)各項制度的制定、實施和記錄，確保施工過程的合規(guī)、安全。

針對設(shè)計圖紙和工程實際情況，項目部編制了瓦斯隧道專項施工方案，包括通風、安全、供電、爆破、瓦斯監(jiān)測和應急預案等，經(jīng)過總監(jiān)理工程師和技術(shù)負責人的嚴格審批后執(zhí)行，并報建設(shè)單位備案。以確保技術(shù)的精確性和實施方案的有效性。

施工前，項目部進行了詳盡的瓦斯隧道安全風險評估，通過辨識和評價潛在風險，明確風險管控措施和責任人，確保風險得到有效管理和控制。

重視員工教育培訓，項目部組織管理層和一線作業(yè)人員深入學習相關(guān)規(guī)范、設(shè)計文件和技術(shù)指南，實施全面的安全技術(shù)培訓和交底。

5" 施工安全管理

5.1" 通風管理

隧道出口兩側(cè)各安置一臺高效能軸流風機，通過φ1.5 m直徑的雙抗風管向洞內(nèi)輸送新鮮空氣。在隧道襯砌施工達到500 m前安裝射流風機，用于抽排洞內(nèi)廢氣，增強空氣流通，該風機根據(jù)預先設(shè)計的永久通風設(shè)施固定在拱頂部位。鑒于光明隧道的煤與瓦斯突出風險，風管材料選擇至關(guān)重要，采用防靜電和阻燃材質(zhì)以保障安全[3]。風管的懸掛策略遵循實用性與安全性原則：在二次襯砌臺車的位置，風管布局在臺車右側(cè)下方，具體安裝位置如圖2所示。

通風管理系統(tǒng)由專業(yè)團隊負責，所有團隊成員皆具備瓦斯隧道通風的基本知識，并通過專業(yè)培訓和考核。通風工人依據(jù)施工進度適時安裝、保護和更換風管。而風機操作員則根據(jù)實際通風效果和施工工序調(diào)控風機的啟停和風量，同時保持與調(diào)度和瓦斯檢測員的緊密溝通。

5.2" 防塵防火管理

5.2.1" 防塵管理

1）施工期間，所有使用柴油機設(shè)備的操作均配備排氣凈化器，以降低空氣污染。

2）禁止在隧道內(nèi)使用以汽油或液化石油氣為燃料的內(nèi)燃機。

3）在噴射混凝土施工過程中，采用濕噴工藝，降低空氣中的粉塵濃度。

4）對隧道內(nèi)空氣實施定期監(jiān)測，半月一次空氣成份分析，每月一次含塵量檢測。

5）在噴漿作業(yè)回風側(cè)100 m處設(shè)置防塵噴霧設(shè)施，抑制塵埃擴散。

5.2.2" 防火安全防護措施

1）隧道內(nèi)禁止一切明火作業(yè)。

2）瓦斯工區(qū)及洞口周邊嚴禁儲存任何油類物質(zhì)，嚴格執(zhí)行油料運輸管理規(guī)定。

3）所有防火、防爆機械設(shè)備需按照批準的施工計劃采購，并進行檔案管理。

4）工區(qū)每周一次全面防火、防爆設(shè)備安全檢查，施工隊每日巡視，所有檢查均有記錄，安全隱患需制定明確的整改措施。

主供水管道每隔100 m需設(shè)置“消防三通”和閘門，以便快速響應火災需求。

5.3" 機械作業(yè)防爆

瓦斯工區(qū)作業(yè)機械在停風或瓦斯?jié)舛瘸霭踩拗档那闆r下，禁止進行作業(yè)，以確保人員安全。在瓦斯突出工區(qū)，行走作業(yè)機械需配備車載瓦斯自動監(jiān)控報警與斷電系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控并自動響應，當瓦斯?jié)舛瘸^0.5%時，會觸發(fā)聲光警報并切斷電源，直至瓦斯?jié)舛然謴椭涟踩健?/p>

施工機械的防爆改造不限于固定設(shè)備，對于移動設(shè)備，如出碴車輛、挖掘裝載設(shè)備等，將在使用移動式檢測設(shè)備進行實時監(jiān)控，一旦瓦斯?jié)舛瘸瑯耍⒓磿和Ｊ┕で彝瑫r加強通風。在瓦斯?jié)舛冉档椭涟踩秶?，才恢復作業(yè)。在高瓦斯區(qū)域，所有電氣設(shè)備和作業(yè)機械必須強制使用防爆型。施工機械和設(shè)備需送至具有防爆改裝資質(zhì)的單位進行改造，改造后的設(shè)備需通過驗收，以確保其完全符合施工安全標準。

6" 結(jié)束語

在瓦斯隧道施工過程中，通過實時監(jiān)控瓦斯?jié)舛群推渌泻怏w，可以預先預警并采取應對措施，避免潛在危險，確保施工安全?？茖W的通風設(shè)備布置結(jié)合合適的通風策略能有效排除有害氣體，改善空氣質(zhì)量，保護施工人員健康與提升施工環(huán)境質(zhì)量。高風險的瓦斯區(qū)施工中，嚴格的防塵防火措施和設(shè)備防爆改造至關(guān)重要，它們能顯著降低施工過程中火災和爆炸的風險，保障施工機械和人員的安全。

參考文獻：

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