瓦窯嶺瓦斯隧道安全施工控制要點

朱得斌

（山西交通職業技術學院，山西 太原 030031）

瓦窯嶺瓦斯隧道安全施工控制要點

朱得斌

（山西交通職業技術學院，山西 太原 030031）

論文主要基于瓦斯隧道在施工過程中的安全控制，對施工中瓦斯的檢測與控制方法、施工中主要控制要點等內容進行了系統的分析。

瓦斯隧道；瓦斯檢測；安全施工

一、工程概況

瓦窯嶺隧道為上、下行分離式雙向四車道長隧道；位于臨汾市鄉寧縣雙鶴鄉境內，隧道起訖樁號左線ZK209+315～ZK210+779.44，全長 1464.44 m；右線YK209+310～YK210+780,全長1470 m，該隧道為采空區瓦斯隧道，且全長位于小西溝、陽山煤礦2號、10號煤層采空區范圍。該隧道設計行車速度80km/h，凈高5.0m，單向縱坡2.00%。最小曲線半徑1050m；隧道穿越Ⅳ、Ⅴ級圍巖，設計為復合式襯砌，隧道進口、出口均采用削竹式洞門。

瓦窯嶺隧道為采空區瓦斯隧道，且全長位于陽山、小西溝煤礦2號煤層和10號煤層采空區影響范圍內，施工中必須重點注意瓦斯隧道的通風和相關技術要求和隧道土建結構施工之前的采空區治理。根據對煤層瓦斯涌出量計算結果，其最大瓦斯壓涌出量為0.805m3/min，大于瓦斯涌出量臨界值0.5 m3/min。將瓦窯嶺隧道評定為高瓦斯隧道該煤層具有煤與瓦斯突出危險性。針對瓦窯嶺隧道瓦斯檢測及評價情況，瓦窯嶺隧道按高瓦斯工區施工，在施工中加強瓦斯檢測。瓦窯嶺隧道瓦斯監測系統采用自動監控和人工監測兩種方式并行使用，取得了良好的監測效果。自動監測系統和人工監測職能互動、功能互補，形成了嚴密有效的瓦斯監控檢查體系。采取聯控措施后，瓦窯嶺隧道進、出口多次涌出瓦斯乃至濃度含量達到8%的險情，均得到監控系統的及時報警和報告，為動態卡控采取相應的防范措施提供了有力的依據。

二、瓦斯檢測與控制

1．瓦斯檢測方法

在整個施工的過程中，為防止瓦斯泄漏給施工帶來一定的安全隱患，造成人身和財產損失，施工中采用瓦斯檢測系統和人工瓦斯檢測方法、超前探孔與超前地質預報相結合的方式檢測洞內瓦斯濃度。做到提前預報、自動監控、及時報警，較好地預防由于瓦斯濃度過高而帶來的安全隱患，保證了施工安全。

（1）人工瓦斯檢測方法

人工瓦斯檢測方法主要采用便攜式瓦斯檢測儀24小時監控隧道內部瓦斯變化。洞內設有瓦斯濃度記錄標志牌，每天將測得數據按時間記錄，以每3小時檢測一次，分別對掌子面、下導坑、仰拱處的瓦斯濃度進行檢測，并將檢測數據記錄與檢測設備的檢測數據對比匯總，以供洞內施工技術人員參考。如發現洞內瓦斯過大，及時切斷電源，將人員撤出、設備熄火，打開風機高速送風，待瓦斯濃度降低到0.5%后方可允許人員進入。便攜式瓦斯檢測設備主要使用光學瓦斯檢定器測定瓦斯濃度。

（2）瓦斯檢測系統檢測方法

瓦斯監控采用中國煤炭科學研究院重慶分院研制的KJ90新型寬帶快速反應綜合監控系統，監控分站采用八模八開KFD-2型大分站，在開挖掌子面、襯砌臺車、洞口回風流中設置KG9701低濃度瓦斯探測器。

整個隧道配備兩套模擬總線傳輸方式的KJ90NA型安全監控系統。在隧道雙向左洞、右洞的掌子工作面分別設計2臺瓦斯傳感器和1臺一氧化碳傳感器；分別在洞口動力和照明防爆總開關處各設計斷電及饋電傳感器1臺，各隧道口設計1臺風速傳感器；分別在洞口（或值班室）各設計1臺聲光報警器。距離掌子面200m處各設計安裝1臺瓦斯傳感器，各監控分站1臺距離掌子面不超過300m負責所有傳感器的數據采集。隨著隧道的延伸，在隧道距離掌子面700m處設計安裝1臺瓦斯傳感器，同時根據現場情況，在隧道穿越煤層的地方布置瓦斯傳感器。

（3）超前地質預報

該標段所承建的瓦窯嶺隧道地質較為復雜，有斷層、揉皺帶、節理等不良地質，應采用隧道洞內觀察與地質描述、TSP203地震波探測儀、地質雷達和超前水平地質鉆探方法，建立隧道綜合超前地質預報體系。通過多種超前探測方法的相互驗證，準確地預報隧道掌子面前方圍巖構造及瓦斯富集情況，以準確判斷掌子面前方地質狀況，制定出相應有效的瓦斯治理方法、特殊地質地段的隧道開挖方式、穩定圍巖的輔助措施和調整初期支護參數或修改襯砌結構類型。

（4）超前探孔檢測瓦斯濃度

隧道正洞進行全斷面超前探測，在超前探孔處設置檢查點，以檢測是否有有害氣體涌出。若探測到有害氣體，根據記錄確定有害氣體的涌出位置。在煤層或出氣點垂距10m處施作Φ75探測孔，詳細確定煤層位置或瓦斯涌出量；并在距煤層或出氣點5m處施作一組瓦斯探測孔，按《防治煤與瓦斯突出細則》進行煤與瓦斯突出危險性預測。如有煤與瓦斯突出危險性及時提出，以修正設計和調整施工方法。

2.瓦斯檢測管理規定

（1）開挖掌子面及其他作業地點風流中瓦斯濃度達到1.0%時，必須停止打炮孔；爆破地點附近20m以內風流中瓦斯濃度達到1.0%時，嚴禁爆破。

（2）開挖掌子面及其他作業地點風流中、電動機或其開關安設地點附近20m以內風流中的瓦斯濃度達到1.0%時，必須停止工作，切斷電源，撤出人員，進行處理。

（3）開挖掌子面及其他地點，體積大于0.5m3的空間內積聚的瓦斯濃度達到2.0%時，附近20m內必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進行處理。

（4）對因瓦斯濃度超過規定被切斷電源的電氣設備，必須在瓦斯濃度降到1.0%以下時，方可通電開動。

（5）開挖掌子面風流中一氧化碳濃度達到1.5%時，必須停止工作，撤出人員，查明原因，制定措施，進行處理。

（6）隧道施工必須有因停電和檢修通風機停止運轉或通風系統遭到破壞以后恢復通風、排除瓦斯和送電的安全措施。恢復正常通風后，所有受到停風影響的地點，都必須經過通風、瓦斯檢查人員檢查，證實無危險后，方可恢復工作。

（7）臨時停工區內瓦斯或一氧化碳濃度達到3.0%或其他有害氣體濃度超過規定不能立即處理時，必須咨詢有關專家，制定安全技術措施后方可進行排放。

（8）停風區中瓦斯濃度超過1.0%或一氧化碳濃度超過1.5%，最高瓦斯濃度和一氧化碳濃度不超過3.0%時，必須采取安全措施，控制風流排放瓦斯。停風區中瓦斯濃度或一氧化碳濃度超過3.0%時，必須制定安全排瓦斯措施。

（9）在排放瓦斯過程中，排出的瓦斯與全風壓風流混合處的瓦斯和一氧化碳濃度都不得超過0.75%，且隧道回風系統內必須停電撤人，其他地點的停電撤人范圍應在措施中明確規定。只有恢復通風的隧道風流中瓦斯濃度不超過1.0%和一氧化碳濃度不超過1.5%時，方可人工恢復局部通風機供風、隧道內電氣設備的供電和隧道回風系統內的供電。

（10）開挖掌子面接近地質破壞帶時，必須有專職瓦斯檢查工經常檢查瓦斯，發現瓦斯大量增加或其他異狀時，必須停止施工，撤出人員，進行處理。

三、高瓦斯隧道施工通風

（一）施工通風方案

根據隧道高瓦斯地質情況，總體通風方案壓入式通風，具體通風方案如下：

隧道采用壓入式通風，洞口設置3臺2×110kw軸流通風機，配φ1500mm風管，每個人行橫道、車行橫道設置1臺35KW射流風機，保證洞內通風流動性暢通，降低瓦斯濃度。

瓦斯隧道通風是降低瓦斯濃度最直接、最有效的方法，應成立通風作業隊，統一管理，實行24小時通風，并設隊長1人，每班8人（進出口各4人），共25人，主要職責是根據瓦斯濃度監測報告，適時調整通風量，檢查風機、風管運行情況，對設備、儀表進行定期維修、保養，及時延長風管，修補因爆破等原因引起的風管破裂，檢查備用風機和電源，在緊急情況下，15分鐘內啟用備用風機通風，風管穿越襯砌臺車及工作臺車等工作。

（二）施工通風監測及保障措施

1.施工通風監測

施工期間必須建立通風檢測的組織系統，測定氣象參數、風速、風量等參數。

通風量監測：與管道通風測點相同截面用電子風速儀以9點法測試風速、風量。

2.通風管理措施

（1）通風機經驗收合格后方可投入使用，通風機必須執行專人管理制度，按規程要求操作風機。

（2）通風機應按規定實現“三專”，即專用變壓器、專用線路和專用開關。

（3）在施工期間，應實施連續通風。因檢修、停電等原因停風時，必須撤出人員，切斷電源，并在各入口處設置柵欄、警示牌。恢復通風前，必須檢查瓦斯濃度。當停風區瓦斯濃度不超過1%，并在通風機及其開關地點附近10m以內風流中的瓦斯濃度不超過0.5%時，方可人工開動通風機。當停風區中瓦斯濃度超過1%時，必須制定排除瓦斯的安全措施，還必須停電撤人。

3.通風管理職責

作業班組瓦斯檢查員職責：

（1）負責班中按照瓦斯檢測儀操作規程進行CH4、CO，3次以上的檢查工作，并及時填寫瓦斯檢查記錄和工作面瓦斯檢查記錄牌板。

（2）嚴格執行“一爆三檢”制度。瓦斯檢查記錄、瓦斯檢查牌板、瓦斯值班日報“三兌口”制度。

（3）嚴格執行鐵路瓦斯隧道風流中CH4在0.5%以下的正常瓦斯工作環境；CH4在0.5%～1%為瓦斯超限工作環境，立即匯報項目部總工程師采取措施進行處理；CH4超過1%時，立即采取切除隧道內一切電源，撤出所有人員并匯報項目部當班值班長、總工程師采取措施進行處理三梯度的操作制度。

（4）嚴格執行交接班制度、班中三匯報制。

（5）根據瓦斯檢查三梯度的操作過程，作出相應的決策和措施。

四、施工中安全保證措施

瓦斯隧道施工總的原則是“弱爆破、短進尺、多循環、勤監測、強通風、快封閉”，防止有害氣體的溢出。

1.開挖技術措施

開挖工作面前方接近煤層2.0m左右，向煤層打若干的超前鉆孔排放瓦斯，鉆孔周圍形成卸壓帶，使集中應力移向煤體深部，達到防止突出的目的。在進行開挖之前，使用高壓水射流，在突出危險煤層中，沖出若干直徑較大的孔洞，使瓦斯解吸和排放，降低煤層瓦斯含量和瓦斯壓力。

震動性放炮誘導突出。在工作面布置較多的炮眼并裝較多的炸藥，撤出人員后遠距離起爆，利用爆破時強大的震動力一次揭開有突出危險性的煤層。在開挖工作面向煤體深部的應力集中帶內布置幾個長炮眼進行爆破。

通過鉆孔注入0.5Mpa～1Mpa（淺孔注水）或2Mpa～4Mpa（深孔注水）的壓力水，使壓力水沿煤層層理、節理和裂縫滲入并濕潤煤體，以減少煤塵發生量。周邊眼采用φ25mm的小直徑藥卷連續裝藥方式，其余采用φ35mm的藥卷連續裝藥、密集堵塞方法。

2.支護

瓦斯隧道爆破開挖之后，應及時進行架設鋼架和噴混凝土支護，保證開挖段的安全穩定。進行支護作業時，應隨時檢測瓦斯濃度，重查拱頂、拱腳及超挖處，以及臺架、少量坍塌面等易于形成瓦斯積聚的地方。施工中，首先在隧道拱部打設超前小導管，對拱部進行超前預加固，然后在超前小導管和注漿加固后的拱圈保護下，利用風鎬、濕鉆進行拱部開挖，架設格柵鋼架，打設注漿錨桿和網噴初期支護。噴射混凝土采用C25高強混凝土。

3.二次襯砌施工

隧道洞內襯砌采用整體混凝土襯砌臺車施工，拱墻一次成型。洞身開挖支護完成后，經施工監測各測試項目所顯示的位移率明顯減緩并已基本穩定；已產生的各項位移已達到預計位移量的80%～90%；水平收斂(拱腳附近)速率小于0.2mm/d或拱頂下沉速率小于0.15mm/d后進行邊墻及拱部襯砌施工。當支護變形量大，支護能力又難以加強，變形有明顯收斂趨勢時，在報請監理工程師批準后，提前施作二次襯砌。

瓦窯嶺隧道穿越山體煤層，為了保證本長大隧道結構的永久安全，將煤系地層段的襯砌提高一級進行結構設計。施工中，通過與科研單位進行聯合試驗研究，用硅酸鹽水泥代替普抗水泥，，經過多次試驗，研制生產出新型氣密泵送劑，煤系地層段拱墻、路面基層、中央排水管和電纜溝混凝土采用了氣密性混凝土和抗腐蝕氣密性混凝土，實現了防止瓦斯與多種有害氣體向隧道內滲漏和腐蝕介子破壞混凝土的目的。

另外，防水板施工采用無釘鋪設技術和防水板熱焊搭接技術，確保了防水層的工程質量。沿隧道全長在初期支護與二次襯砌之間設置1.0mm立體防水板，防水卷材采用鋪掛作業臺車施工，根據實際情況下料，進行精確放樣后，彈出標準線進行試鋪后確定防水卷材一環的尺寸，盡量減少接頭；采用沖擊鉆在噴層上進行鉆孔、安設掛釘，將卷材在洞外平面上展開，再將卷材從兩端同時向中心回卷，然后將卷材放在鋪掛作業臺車上扶好擺正，將卷材吊帶從拱頂向兩側依次綁扎固定在掛釘上直到拱腳；卷材與卷材搭接邊采用雙縫熱風焊機焊接，焊接完后的卷材表面留有空氣道，用以檢測焊接質量，用注射針與壓力表相接，用打氣筒進行充氣進行檢查，在0.2MPa壓力作用下5分鐘不小于0.16MPa，否則應補焊至合格為止；搭接邊完成后，再粘貼單面自粘封口條；澆筑混凝土前揭除卷材表面隔離膜并檢查驗收。

［1］TB10120-2002.鐵路瓦斯隧道技術規范［S］.北京.鐵道出版社，2003：20-22.

［2］申家喜.隧道瓦斯災害的特征及防治實踐［J］.北京.國土資源情報，2008，（7）：48-52.

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

TD

A

1673-0046（2010）11-0165-03