淺談蘭渝鐵路圖山寺隧道瓦斯監(jiān)測與安全管理

劉亞鋒

1 工程概況

蘭渝鐵路圖山寺隧道全長3 216 m，設計為單線隧道，隧道進口、出口各設一座800 m的平導，平導與正洞間距為30 m，并與正洞連通，平導主要用于施工通風。該隧道位于川東淺層天然氣發(fā)育地區(qū)，鉆孔測試結果顯示有天然氣溢出，單孔天然氣最高濃度為9 500 ppm，設計計算隧道天然氣含量為6 087 m3，氣體壓力為0.2 kPa，天然氣絕對涌出量為3.03 m3/min，屬于高瓦斯隧道。

2 瓦斯隧道施工特點

本隧道按照新奧法原理施工，采取人工開挖鉆爆法施工，爆破作業(yè)后隧道內(nèi)瓦斯氣體溢漏面急劇增大，洞內(nèi)通風條件差，瓦斯?jié)舛茸钜咨撸踩菀壮霈F(xiàn)瓦斯突涌。加之隧道開挖未支護斷面、模板臺車附近、錯車道、隧道洞室等容易形成瓦斯積聚。此外，由于施工中存在施工用電、機電設備操作以及車輛行駛、機械設備運轉等這些都可能產(chǎn)生火源或火花。而瓦斯與空氣混合到一定濃度時遇火源能燃燒或發(fā)生爆炸。

3 隧道瓦斯監(jiān)測

結合本隧道施工特點，采用了自動監(jiān)控系統(tǒng)和人工檢測相結合的監(jiān)控體系。瓦斯自動監(jiān)控系統(tǒng)采用了KJ90自動監(jiān)控系統(tǒng)，在開挖工作面、模板臺車前后、洞內(nèi)變壓器前、錯車道、橫通道等地方分別布置瓦斯傳感器。當自動監(jiān)控系統(tǒng)檢測到瓦斯?jié)舛却笥?.5%時，自動報警;檢測到瓦斯?jié)舛却笥?%時，自動切斷電源實施瓦電閉鎖。瓦斯自動監(jiān)控系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)是對隧道內(nèi)瓦斯進行實時動態(tài)監(jiān)測的結果，其結果受溫度、爆破震動等因素的影響，監(jiān)測中通過對數(shù)據(jù)進行分析、整理，為施工安全生產(chǎn)可提供正確的參考依據(jù)。人工檢測實行24 h連續(xù)檢測，每個開挖工作面每班安排2名～3名瓦斯檢測工，采用光干涉式瓦檢儀，實時對隧道開挖面和易形成瓦斯積聚的地方進行巡回檢測。開挖掌子面一般檢查五個點(見圖1)，當瓦斯?jié)舛仍?.3%以下時，瓦檢工每4 h檢查一次;瓦斯?jié)舛仍?.3%以上時，20 min檢查一次，并做好檢測記錄，對現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)進行分析和判斷，采取相應措施，指導施工安全生產(chǎn)。處理措施見表1。

4 瓦斯安全管理

1 )嚴格落實瓦斯隧道施工安全基本要求。在本隧道施工前，首先建立健全了安全生產(chǎn)管理機構，明確落實各級人員安全生產(chǎn)責任，完善了各項瓦斯安全管理制度，并要成立隧道瓦斯監(jiān)測小組。同時，編制了瓦斯隧道專項施工方案和瓦斯爆炸安全應急救援預案。在隧道施工過程中，當檢測到瓦斯?jié)舛却笥?.5%時報警;當檢測到瓦斯?jié)舛却笥?%時命令切斷作業(yè)區(qū)電源，工人停止作業(yè);當檢測到瓦斯?jié)舛却笥?.5%時撤出作業(yè)人員，立即采取通風等技術措施，及時對瓦斯?jié)舛冗M行稀釋處理。施工遇到緊急情況下，如當臨時停電或檢修時，主要通風機停止運轉或通風系統(tǒng)運行不正常時，在恢復正常通風后，安排瓦斯檢測人員對隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛冗M行全面檢測，確認瓦斯?jié)舛仍谑┕ぴ试S范圍內(nèi)時，恢復施工生產(chǎn)。由于本隧道屬于高瓦斯隧道，施工中涉及的所有機電設備、施工機械設備等都采用了隔爆型設備或經(jīng)過防爆技術改造處理。

表1 隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛认拗堤幚泶胧?/p>

2 )做好隧道瓦斯超前預報工作。本隧道施工中采用了TSP203、地質(zhì)雷達、超前探孔、超前炮眼等多種預報手段對掌子面前方地質(zhì)情況和圍巖狀況進行了探測。對TSP203判識確定的斷層破碎帶和其他不良地質(zhì)地段，采用地質(zhì)雷達預報每30 m進行一次驗證。在不良地質(zhì)地段隧道施工中，在掌子面布設5個加深炮眼，均勻分布于掌子面，炮眼加深長度大于5 m，并對加深炮眼進行檢測。當加深炮眼探測到有瓦斯等氣體后，在瓦斯涌出孔附近施作超前探孔對瓦斯提前進行釋放，施工中超前主要在隧道開挖輪廓線上設置3個探孔，拱頂1個，隧道左右大腰位置各1個。超前探孔孔徑為108 mm，每25 m施作一循環(huán)，每孔長30 m，各循環(huán)搭接長度不小于5 m。根據(jù)探孔檢測的瓦斯情況，記錄好瓦斯氣體的涌出位置、濃度、壓力等參數(shù)，根據(jù)檢測情況對不良地質(zhì)的瓦斯進行分析和判斷，制定出相應的安全措施。

3 )隧道爆破作業(yè)管理。在本隧道施工中，開挖爆破采用煤礦許用3號炸藥，有瓦斯突出地段選用了安全等級不低于三級的煤礦許用的含水炸藥和煤礦許用電雷管(起爆雷管段控制在5段以內(nèi)，最后一段的延期時間小于130 ms)，并采用了專用放炮器起爆。隧道爆破開挖時，嚴格控制裝藥用量，裝藥長度不超過炮眼長度的2/3，其余部分用炮泥全部填塞。爆破前將洞內(nèi)所有人員撤離至洞外，并嚴格執(zhí)行瓦斯隧道“三人連鎖爆破制”(指放炮前放炮員將警戒牌交給班組長，班組長派人警戒準備下達放炮命令，然后將自己的放炮命令牌交給瓦斯檢查員，經(jīng)檢查瓦斯?jié)舛确弦蠛螅賹⒎排谂平唤o放炮員)。

4 )加強隧道通風。本隧道施工先期采用壓入通風，后期利用平導采用巷道式通風。根據(jù)瓦斯隧道施工規(guī)范，圖山寺高瓦斯隧道采取獨頭開挖，開挖工作面風流中的瓦斯?jié)舛刃∮?.5%，風速大于1 m/s進行監(jiān)控;同時結合通風最不利點風量計算，隧道正洞進、出口端各配置1臺SDF(c)-NO.13(2×132 kW)型軸流風機;隧道平導進、出口端各配置一臺SDF-NO.11(2×110 kW)軸流風機，采用直徑1.5 m抗靜電、具有阻燃性的通風管，能夠滿足通風最不利點的風量需要。通風機裝設在距洞口50 m處的新風流中，采用兩路電源(動力電源和備用電源)，并裝設風電閉鎖裝置，當動力電源停止供電時，可及時啟動發(fā)電機發(fā)電保證通風機正常運轉。隧道開挖工作面附近、模板臺車襯砌地段及平導連接通道等設置射流風機進行局部通風，有效滿足了施工通風要求。

5 )隧道機電防火安全管理。隧道洞內(nèi)所有電氣設備和施工機械設備均采用防爆型設備或經(jīng)過防爆技術改裝。隧道洞內(nèi)輸電線路使用密閉電纜，電纜在洞內(nèi)接頭處，采用特制的防爆接線盒進行連接。對于隧道襯砌地段的固定照明燈具，采用EMⅡ型防爆照明燈;隧道開挖工作面附近的固定照明燈具，采用ExdⅠ型礦用防爆照明燈;移動照明采用礦燈。同時，對所有進入隧道的人員嚴格進行安全檢查，嚴禁將可能產(chǎn)生火花和自燃的物品帶入洞內(nèi)。隧道洞內(nèi)嚴禁進行電焊、氣焊等易產(chǎn)生高溫和發(fā)生火花的作業(yè)。對于特殊和不可避免的焊接作業(yè)時，嚴格按照“特殊工序管理制度”執(zhí)行，認真落實好防火安全措施，指定專人現(xiàn)場檢查和監(jiān)督，杜絕了各隧道洞內(nèi)可能出現(xiàn)的各類火源或點火溫度。

6 )建立應急保障體系。在隧道施工過程中，針對隧道瓦斯出現(xiàn)異常情況，組織開展了瓦斯事故應急預案演練，現(xiàn)場人員立即向瓦斯監(jiān)控室值班人員、項目負責人報告瓦斯情況。接到報告后，啟動應急救援預案，按照應急程序，實施搶險救援，組織撤離所有人員，停止超標區(qū)域所有作業(yè)，切斷超標區(qū)電源，達到提高作業(yè)人員應對瓦斯異常情況的應急處理能力。

5 結語

高瓦斯隧道施工，關鍵是要做好防止瓦斯積聚和消除火源。在圖山寺隧道施工中，我們精心組織，科學施工，合理安排工序，通過采用瓦斯自動監(jiān)控系統(tǒng)和人工相結合的監(jiān)測方式，加強施工過程瓦斯安全控制，有效避免了瓦斯安全事故，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，為今后類似瓦斯隧道施工積累了經(jīng)驗。

［1］ 賀傳德.光干涉在瓦斯隧道中的運用［J］.山西建筑，2009，35(34)：331-332.