鐵路瓦斯隧道分類分級標準探討

高 楊， 楊昌宇， 鄭 偉

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川 成都 610031)

鐵路瓦斯隧道分類分級標準探討

高 楊， 楊昌宇， 鄭 偉

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川 成都 610031)

瓦斯隧道分類分級對施工、運營安全有著極為重要的影響。首先，分析和對比現行瓦斯隧道規程、規范、指南以及煤礦系統相關規范對瓦斯隧道(礦井)的分類分級和設防標準； 然后，總結瓦斯隧道分類分級中存在的問題，提出根據規劃、建設、運營階段掌握的資料深度及工作重點采用三階段分類分級法，并給出各階段的分類分級標準； 最后，以運營隧道瓦斯環境等級分級為基礎，構建瓦斯隧道設防標準，根據設防標準可建立瓦斯設防結構體系，為瓦斯隧道建設和運營安全提供保障。

鐵路隧道； 瓦斯； 分類分級； 瓦斯壓力； 瓦斯含量

0 引言

TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》[1]頒布實施已經15年，該規范是參照和借鑒《煤礦安全規程》(能源安保[1992]1017號)、《防治煤與瓦斯突出細則》(煤安字[1995]30號)，在南昆線家竹箐隧道、天生橋隧道和侯月線云臺山隧道等鐵路瓦斯隧道修建技術科研及工程實踐基礎上編制的，就瓦斯隧道分類、分級作出了明確的規定，建立了鐵路瓦斯隧道分類方法，為鐵路瓦斯隧道安全施工、揭煤防突、襯砌防瓦斯措施的選擇(瓦斯設防結構體系的建立)打下了基礎，對鐵路瓦斯隧道的設計、施工起到了重要的引領、指導作用，公路隧道設計、施工中也長期參照該規范。然而，隨著近年煤礦瓦斯防治技術的發展、安全生產要求的提升，該規范參照的礦井瓦斯等級劃分有所調整，且隨著大量交通瓦斯隧道的修建，瓦斯監測技術、施工通風技術、施工管理技術的進步和施工經驗的積累，使得瓦斯隧道安全風險管理水平得以提升,該規范的缺陷也日漸顯現。工程經驗表明，TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》中對瓦斯隧道分級分類方法和指標已經不適應隧道建設的需要，與隧道建設規模、施工效率、經濟性的需要不相契合，作為瓦斯隧道瓦斯設防措施基礎的瓦斯地段等級劃分也暴露出一些先天不足。實際上，近年來公路部門已經在設計指南或規程中就瓦斯隧道等級劃分進行了修改調整，TB 10003—2016《鐵路隧道設計規范》[2]中也對瓦斯隧道等級劃分進行了嘗試性修改并相應調整了瓦斯隧道的部分設計要求。本文對TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》中采用的瓦斯隧道分類方法存在的利弊和含瓦斯地段分級方法存在的問題等進行深入分析，按照隧道勘察、設計、施工及運營不同階段對瓦斯隧道進行分級分類，并構建瓦斯隧道設防標準。

1 煤礦瓦斯礦井的分類分級及演變

1.1煤礦瓦斯礦井分類

煤礦中將礦井分為煤與瓦斯突出礦井、瓦斯礦井2類，但兩者均將煤與瓦斯突出作為礦井瓦斯等級劃分中的一級，瓦斯礦井根據礦井的絕對瓦斯涌出量進行分級。雖然兩者為一個等級劃分系統，但瓦斯礦井等級鑒定和突出礦井鑒定各自有指定的規范。

1.2煤礦瓦斯突出礦井確定

AQ 1024—2006《煤與瓦斯突出礦井鑒定規范》[3]中對瓦斯突出礦井的確定首先依據的是實際發生的瓦斯動力現象： 1)當礦井在采掘過程中發生1次符合煤與瓦斯突出基本特征的瓦斯動力現象，發生動力現象的煤層即確定為突出煤層，該礦井定為突出礦井。2)對于發生了瓦斯動力現象但煤與瓦斯突出基本特征不明顯，不能確定或排除為瓦斯突出現象時，則通過發生動力現象過程中拋出煤的噸煤瓦斯涌出量是否大于30 m3或為本區域煤層瓦斯含量的2倍及以上作為突出礦井的劃分指標。3)對按上述規則還不能判定性質的瓦斯動力現象，采用煤層突出危險性指標進行煤與瓦斯突出危險性判定時，應根據實測鑒定煤層的最高煤層破壞類型、最小堅固性系數、最大瓦斯放散初速度和最大瓦斯壓力值來確定煤層突出危險性指標臨界值； 在沒有實測資料時，可參考表1，只有全部指標達到或超過表中臨界值時，才可將發生動力現象的煤層確定為突出煤層。

表1判定煤層突出危險性單項指標的臨界值[3]

Table 1 Critical values of single index for coal seams outburst risk estimation[3]

突出煤層危險性煤層破壞類型瓦斯放散初速度Δp煤的堅固性系數f煤層瓦斯壓力p/MPa突出危險Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ≥10≤0．5≥0．74

1.3煤礦系統瓦斯等級劃分

AQ 1025—2006《礦井瓦斯等級鑒定規范》[4]按瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式將瓦斯礦井分為2級，如表2所示，明確規定低瓦斯礦井必須同時滿足表中2個瓦斯涌出量的條件，而高瓦斯礦井只要滿足2個條件中的1個即可確認。該規范還將煤與瓦斯突出作為一個等級，同時規定: 1)礦井應當每年進行礦井瓦斯等級鑒定； 2)低瓦斯礦井中，相對瓦斯涌出量大于10 m3/t·d或有瓦斯噴出危險的區域定為高瓦斯區； 3)在建礦井沒有采區投產的情況下，單條掘進巷道的絕對瓦斯涌出量大于3 m3/min時，應確定為高瓦斯礦井。

表2 礦井瓦斯等級劃分[4]

為遏制煤礦瓦斯事故的發生，國家安監總局、發改委、能源局、煤安局在2011年聯合發布了《煤礦瓦斯等級鑒定暫行辦法》(安監總煤裝[2011]162號)。該辦法將《礦井瓦斯等級鑒定規范》中“低瓦斯礦井”改為“瓦斯礦井”； 在判據內增加了掘進工作面、采煤工作面的絕對瓦斯涌出量作為判定條件，如表3所示。其中，在瓦斯礦井中采用的是“各工作面”，對瓦斯礦井的確定控制更為嚴格。該辦法要求礦井每2年進行1次瓦斯等級鑒定。

表3 《煤礦瓦斯等級鑒定暫行辦法》中瓦斯等級劃分

Table 3 Mine gas classification inTemporaryManagementMethodsofMineGasLevelIdentification

礦井瓦斯等級礦井相對瓦斯涌出量/(m3/t)礦井絕對瓦斯涌出量/(m3/min)掘進工作面絕對瓦斯涌出量/(m3/min)采煤工作面絕對瓦斯涌出量/(m3/min)瓦斯≤10≤40≤3≤5高瓦斯>10>40>3>5

2016版《煤礦安全規程》第169條將礦井瓦斯等級劃分為低瓦斯礦井、高瓦斯礦井、突出礦井3個等級[5]，較《煤礦瓦斯等級鑒定暫行辦法》而言，恢復了“低瓦斯礦井”的劃分，高瓦斯礦井判定參數不變，低瓦斯礦井采用瓦斯礦井參數判定； 將《煤礦瓦斯等級鑒定暫行辦法》中“各采掘工作面”、“任一采掘工作面”統一為“任一”，對“低瓦斯礦井”確定的控制略為寬松，但仍明確規定低瓦斯礦井必須同時滿足4個瓦斯涌出量的條件，而高瓦斯礦井只要滿足4個條件中的1個即可確認。2016版《煤礦安全規程》要求礦井每2年必須進行1次瓦斯等級鑒定。

1.4煤礦礦井內瓦斯設防標準

煤礦中對瓦斯的處理均是依靠通風使礦井各工作面、各控制點的瓦斯體積分數在安全范圍內，沒有在礦井內對瓦斯進行封閉的結構措施，因此沒有相應的結構設防標準，這與交通隧道的設計理念有極大的差異。

2 《鐵路瓦斯隧道技術規范》對瓦斯隧道的分級

TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》中將瓦斯突出作為一個等級，將隧道分為低瓦斯、高瓦斯、瓦斯突出3個級別，前兩級是采用工區的瓦斯絕對涌出量是否大于0.5 m3/min作為判據，而后者則采用瓦斯壓力、瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數、煤的破壞類型等4個判定煤層突出危險性單項指標全部達到或超過臨界值作為判據。在瓦斯突出的判定方法上，該規范與煤礦相關規定的差異在于煤礦系統對煤與瓦斯突出危險性的判斷和突出礦井的認定是首先注重煤與瓦斯的動力現象，而該規范只采用煤與瓦斯突出的4個臨界值，而忽略了煤與瓦斯動力現象這一重要因素。該規范對高、低瓦斯工區的指標為絕對瓦斯涌出量 0.5 m3/min，采用該指標的理由是當1個工區瓦斯絕對涌出量為0.5 m3/min時，采用一般隧道配置的通風設備均能將隧道內瓦斯體積分數降到0.3%，按此劃分的低隧道工區就可以采用普通施工機械和管理辦法施工。然而眾多工程實踐表明，受地質構造、瓦斯賦存條件、人為擾動的影響，瓦斯隧道的瓦斯涌出位置、涌出量是一個動態變化的不均衡狀態，按預測瓦斯絕對涌出量0.5 m3/min確定采用普通施工機械施工并進行管理，其風險是極高的。此外，在該規范實施期間，由于瓦斯等級判定值過低，施工期間往往出現短時間甚至瞬間超限的情況，頻頻發生設備換裝、施工措施調整、結構材料改變等變更設計，給施工造成較大困擾。

為了根據不同的瓦斯賦存條件確定隧道的瓦斯設防措施，該規范按照噸煤瓦斯含量、瓦斯壓力將瓦斯工區劃分為非瓦斯地段和三、二、一級瓦斯地段,如表4所示。該規范還針對不同瓦斯地段等級,提出了以封閉為主要手段的防治措施。

表4 瓦斯地段等級劃分[1]

3 公路瓦斯隧道分級

3.1 《貴州高速公路瓦斯隧道設計技術指南》中瓦斯隧道分級

《貴州高速公路瓦斯隧道設計技術指南》[6]中將瓦斯隧道施工工區分為瓦斯和非瓦斯工區，瓦斯工區劃分為微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯、瓦斯突出工區，明確瓦斯隧道的等級按各瓦斯工區最高級確定。瓦斯分級增加了微瓦斯，各級瓦斯絕對涌出量相對于TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》有了修改和調整，各級瓦斯絕對涌出量見下文表9。

對于煤與瓦斯突出的判定強調借用隧址區礦井的臨界值進行預測，無礦井資料時則根據實測的最大瓦斯壓力、軟分層煤的破壞類型、煤的瓦斯放散初速度和堅固性系數進行鑒定，全部指標達到或超過表1中臨界值時確定為突出煤層； 現場條件不允許時，按《防治煤與瓦斯突出規定》，規定當按煤層瓦斯壓力等指標進行預測缺乏瓦斯資料時也可根據噸煤瓦斯含量進行預測，如表5所示； 該指南沒有強調判定煤與瓦斯突出應考察瓦斯動力現象。

表5 煤與瓦斯突出區域預測臨界值

該指南按瓦斯壓力設置隧道結構防瓦斯措施，實際上是以瓦斯壓力確定隧道結構設防等級，各等級相應瓦斯壓力如表6所示。該指南認為TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》中以噸煤瓦斯含量0.5 m3/t 作為二、三級的分級界限數值小，不合理，故不采用噸煤瓦斯含量作為設防等級的劃分標準。該指南依據交通運輸部西部交通建設科技項目“西部公路瓦斯隧道設計與施工技術研究”的成果，當透氣系數K=1.0×10-11cm/s、瓦斯壓力為0.2 MPa、穿煤長度為50 m時，二次襯砌20 min瓦斯入滲量達0.1 m3為依據，確定二、三級防護等級的分界瓦斯壓力為0.2 MPa，而瓦斯壓力大于0.74 MPa有瓦斯突出危險性，應按一級防護。

表6 瓦斯隧道結構設防等級

3.2 《公路瓦斯隧道技術規程》中瓦斯隧道分級

《公路瓦斯隧道技術規程》[7]中將瓦斯隧道分為微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯及煤(巖)與瓦斯突出4類，瓦斯隧道類別按瓦斯工區或瓦斯地層的最高類別確定。瓦斯分級增加了微瓦斯，各級瓦斯絕對涌出量相對于TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》有了修改和調整，各級瓦斯絕對涌出量見下文表9。各瓦斯等級分界指標按雙車道隧道全斷面開挖時特定風速將洞內瓦斯體積分數降到某一體積分數計算確定，如： 微、低瓦斯分界指標按通風風速不小于0.25 m/s時，洞內平均瓦斯體積分數降到0.3%； 高、低瓦斯分界指標按通風風速不小于0.5 m/s時，洞內平均瓦斯體積分數降到0.5%。對于煤與瓦斯突出的判定強調了首先根據實際發生的瓦斯動力現象，動力現象特征不明顯或沒有動力現象時則根據實際測定的最大瓦斯壓力、軟分層煤的破壞類型、煤的瓦斯放散初速度和堅固性系數進行鑒定，全部指標達到或超過表1中的臨界值時確定為突出煤(巖)層。

該規程按瓦斯壓力設置隧道結構防瓦斯措施，實際上是以瓦斯壓力確定隧道結構設防等級，各等級相應瓦斯壓力如表6所示。該規程在此問題上與《貴州高速公路瓦斯隧道設計技術指南》有相同的研究成果背景，不再贅述。

4 《鐵路隧道設計規范》中瓦斯分類分級

TB 10003—2016《鐵路隧道設計規范》中將瓦斯隧道工區按工區內瓦斯絕對涌出量、瓦斯動力現象分為非瓦斯、微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯和瓦斯突出工區5類； 瓦斯隧道的分類按隧道內瓦斯工區的最高級確定。該規范第12.3.2條及表12.3.2中將不同跨度的隧道瓦斯絕對涌出量作為分級指標，試圖體現因隧道開挖斷面大小不同而帶來的落煤量、暴露煤壁面積、瓦斯涌出量的差異； 同時也表達了“不同斷面積隧道對涌入隧道內瓦斯量有著不同容忍度”的概念。將小跨度隧道絕對涌出量乘以1.5～1.67作為中—特大跨隧道絕對涌出量判定值，但按落煤體積、暴露煤壁面積看涌出量的比值均是跨度比值的二次方關系，故表12.3.2缺乏依據。此外，該規范將瓦斯隧道中非正常通風條件下的個別情況瓦斯控制體積分數作為安全體積分數進行瓦斯絕對涌出量的計算是不合理的，如： 1)在按通風量推算瓦斯絕對涌出量時將2016版《煤礦安全規程》第498條表18中甲烷儀在“突出礦井采煤工作面進風巷”、“串聯通風的被串采煤工作面進風巷”條件下的報警、斷電、復位瓦斯體積分數作為“安全施工最大容許含量”(此時n0應取為0.5%)，因為該體積分數是考慮通風需要確定的“新風”中允許最大瓦斯體積分數； 2)將井下電焊、氣焊、噴燈焊作業地點局部風流中的瓦斯體積分數作為礦井控制安全體積分數。事實上，2016版《煤礦安全規程》要求“停止工作、切斷電源、撤出人員、采取措施、進行處理”的控制瓦斯體積分數均為1.0%，按此分析，高、低瓦斯的分界指標將2倍于該規范分析值。與公路瓦斯隧道相關規定一樣，該規范的分界絕對瓦斯涌出量考慮了開挖斷面、通風條件等人為因素，同樣值得商榷。

該規范中瓦斯突出危險性的判斷沿襲了TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》的規定，只采用煤與瓦斯突出的4個臨界值，而忽略了判定瓦斯突出的主要依據即煤與瓦斯動力現象這一重要因素。

作為瓦斯設防措施的基礎，該規范第12.3.3條提及瓦斯地段等級的劃分可根據噸煤瓦斯含量、瓦斯壓力2項指標判定，但與TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》的差異在于該規范沒有提出具體級別、相應的判定參數和標準。

5 瓦斯隧道分類分級標準

5.1隧道瓦斯分級分類存在的問題

根據對隧道各規范、規程、指南的分析以及與煤礦部門相關規范的對比，可知目前鐵路、公路瓦斯隧道的分級分類存在以下問題： 1)瓦斯隧道分級分類缺乏階段性，不利于按規劃、勘察、設計、施工不同階段掌握的地質和瓦斯地質資料深度以及各階段不同的工作目的開展工作和進行瓦斯隧道的管理； 2)瓦斯隧道分級分類均著眼于隧道施工前和施工中，缺乏建成后的瓦斯隧道分級，難以建立系統的瓦斯隧道設防標準，無法評價運營瓦斯隧道的運營環境和隧道劣化情況； 3)瓦斯隧道分級分類基本以煤層瓦斯為對象，不能兼顧日益增多的非煤瓦斯隧道； 4)將按瓦斯絕對涌出量劃分的瓦斯隧道和按有無動力現象劃分的瓦斯隧道混淆起來，對瓦斯隧道分級、分類不統一； 5)在煤與瓦斯突出的判定中過重地依靠“缺乏實測資料時的突出煤層鑒定單向指標臨界值”，淡化了動力現象優先和動力現象不明顯時的判定方法，具有較大的安全風險； 6)在瓦斯隧道等級劃分中，考慮了隧道斷面大小、施工通風和洞內瓦斯體積分數等人為因素，使劃分標準缺乏唯一性； 7)隧道瓦斯地段分級標準不統一。

5.2瓦斯隧道分階段分級分類

在勘察、設計、施工、運營各階段應依據掌握的隧道瓦斯條件對隧道瓦斯類別、等級進行劃分，根據隧道規劃、建設、運營管理需要采用三階段分類分級法： 1)瓦斯隧道分類適用于隧道前期勘察(定測前)及設計規劃(初步設計前)階段； 2)瓦斯隧道分級適用于隧道定測、設計和施工階段，隧道的瓦斯等級按隧道各工區或區段中最高瓦斯等級確定； 3)運營隧道瓦斯環境等級分級適用于隧道運營階段。

5.2.1 瓦斯隧道前期勘察(定測前)及設計規劃(初步設計前)階段分級分類

該階段的主要目的是解決線路方案和技術可行性問題，尚難確定隧道具體設計方案，無法針對具體的隧道位置開展大量的瓦斯勘察工作，更難獲取瓦斯絕對涌出量等重要判定依據，主要以調查、收集附近礦區或工程瓦斯條件為主； 該階段收集礦區瓦斯資料、采用少量鉆孔方式獲取瓦斯含量和壓力相對較為容易，而這2項指標又是判定、影響瓦斯涌出量及瓦斯動力現象的基本條件和主要因素，故采用這2項指標進行瓦斯隧道的分類可以基本確定瓦斯隧道的性質。

根據隧道工程區域內主要煤層的瓦斯賦存條件、動力現象、鑒定結論將通過相同地層的隧道劃分為非瓦斯隧道、瓦斯隧道、高瓦斯隧道、瓦斯突出隧道4類，分類方法和參數確定如下：

1)參照《煤礦瓦斯等級鑒定暫行辦法》中的礦井劃分方式，該階段不劃分低瓦斯隧道。該階段勘察的深細度決定了該階段設計以定性為主，故不具體劃分瓦斯工區。

2)以噸煤瓦斯含量作為劃分瓦斯隧道等級的主要指標，同時結合瓦斯壓力對隧道工程瓦斯涌出量、瓦斯動力現象及瓦斯封閉體系的影響程度，將其作為等級劃分的輔助指標。兩者共同作為判據，其中一項滿足時即可認定。

3)根據煤礦中的經驗，首先按煤與瓦斯突出的條件確定瓦斯壓力和噸煤瓦斯含量作為高瓦斯隧道瓦斯條件的上限，即瓦斯壓力為0.74 MPa、瓦斯含量為8 m3/t。以瓦斯風化帶的瓦斯特性作為高瓦斯隧道瓦斯條件的下限。一般認為風化帶底界以下煤層瓦斯含量高，可能有瓦斯動力現象，而底界以上無動力現象，瓦斯含量也隨深度減小而降低，可以作為瓦斯帶，故按風化帶底界的最小瓦斯壓力0.1 MPa、不同煤質中瓦斯含量最低的長焰煤瓦斯含量1.0 m3/t作為高瓦斯隧道判定下限指標，低于該判定值者，統劃為瓦斯隧道。根據《防治煤與瓦斯突出規定》，在防突措施上可以采用煤層殘余瓦斯壓力或含量進行效果判斷，當殘余瓦斯壓力小于0.74 MPa或殘余瓦斯含量低于8 m3/t時認為無突出危險，故前期勘察及設計規劃階段瓦斯突出隧道的分級指標為噸煤瓦斯含量為8 m3/t、瓦斯壓力為0.74 MPa。

4)非煤瓦斯包括類型較多，運移模式復雜，賦存條件各異，難以用勘察的手段確定其含量及壓力并分類，其溢出方式多由于囊狀儲存、沿裂隙或節理密集帶運移的特征而出現局部、短時間、較大量溢出，其不確定性對隧道施工安全的危害程度較大，故在前期勘察及設計規劃階段，隧道通過含非煤瓦斯地層時均劃分為瓦斯隧道。

5)在初步設計之前對瓦斯隧道進行等級劃分，可以基本控制隧道下階段的安全風險和投資風險，可以滿足該時期工程籌劃、風險評估、項目決策的需要，指導定測、初步設計工作。

綜上，前期勘察及設計規劃階段瓦斯隧道分類及分類參數如表7所示。

表7前期勘察及設計規劃階段瓦斯隧道分類表

Table 7 Classification of gas tunnel in investigation and planning phase

瓦斯隧道分類瓦斯含量/(m3/t)瓦斯壓力/MPa非瓦斯隧道0 0瓦斯隧道<1．0<0．1高瓦斯隧道≥1．0≥0．1瓦斯突出隧道≥8．0≥0．74

5.2.2 瓦斯隧道定測、設計及施工階段分級分類

該階段隧道方案已確定、大量勘察設計工作已開展，根據調查、勘察、超前地質預報、實測、鑒定資料及瓦斯動力現象，瓦斯隧道工區按工區絕對瓦斯涌出量劃分為非瓦斯、微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯4個等級和突出工區這一類型； 根據隧道各工區最高瓦斯等級，瓦斯隧道分級為微瓦斯隧道、低瓦斯隧道、高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道。

考慮到隧道掘進面與煤礦工作面的差異及掘進面瓦斯絕對涌出量測定的不確定性，本文采用與鐵路隧道施工相近的工況，沿用《礦井瓦斯等級鑒定規范》中單條掘進巷道絕對瓦斯涌出量大于3 m3/min作為高瓦斯工區的劃分標準； 為指導隧道施工通風、設備配置等的需要，繼承性地將絕對瓦斯涌出量0.5 m3/min作為微瓦斯工區的劃分上限； 瓦斯絕對涌出量為0.5～3 m3/min的工區劃分為低瓦斯工區，如表8和表9所示。

表8各級瓦斯工區絕對瓦斯涌出量

Table 8 Absolute gas outburst volumes at gas areas with different grades

工區瓦斯等級絕對瓦斯涌出量Q絕/(m3/min)非瓦斯 0微瓦斯 <0．5低瓦斯0．5～3．0高瓦斯 ≥3．0

表9 不同規范各級瓦斯工區瓦斯絕對涌出量對比表

非煤系地層瓦斯隧道在施工階段的工區劃分按實測的絕對涌出量進行判定。由于非煤系地層的瓦斯賦存條件復雜多樣，其溢出、涌出方式具有相當的不確定性，在勘察、設計期間甚至施工階段，其瓦斯涌出量也難以通過預測、測量的方式量化，故為安全計，當無法確定非煤瓦斯地層絕對瓦斯涌出量時，通過含非煤瓦斯的工區均劃分為低瓦斯工區； 根據地層中瓦斯的賦存、運移特征，當隧道工區通過圈閉構造、節理裂隙密集帶及斷層等瓦斯富集構造及運移通道時可將該段劃為高瓦斯區段。

瓦斯突出隧道的確定是相對復雜的過程,其管理也是動態的。1)首要依據是隧道通過的煤層實際發生的瓦斯動力現象。當礦井在采掘過程中發生1次符合煤與瓦斯突出基本特征的瓦斯動力現象，發生動力現象的煤層即確定為突出煤層，通過該煤層的隧道即為瓦斯突出隧道。2)對于發生了瓦斯動力現象,但煤與瓦斯突出基本特征不明顯，不能確定或排除為瓦斯突出現象時，則通過發生動力現象過程中拋出煤的噸煤瓦斯涌出量是否大于30 m3/t或為本區域煤層瓦斯含量的2倍及以上作為突出煤層的確定指標，通過該煤層的隧道即為瓦斯突出隧道。3)采用以上方法還不能判定煤層突出危險性時，則應實測發生動力現象煤層的最大瓦斯壓力、煤的破壞類型、煤的瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數等突出危險性指標臨界值或典型突出預兆進行鑒定，只有當無實測臨界值條件時，才可采用表1中的突出危險性單向指標臨界值進行判斷，實測所有指標都達到或超過時，可確定為瓦斯突出煤層。4)在實際施工中，瓦斯突出危險性的判定還有所需參數較少、參數獲取相對簡單的方法，可以作為輔助判定方法： ①煤的瓦斯含量大于8 m3/t且瓦斯壓力大于0.74 MPa時，煤層具有突出危險。②煤層瓦斯壓力和煤層堅固性系數達到表10規定值時，煤層具有突出危險。

表10煤層堅固性系數和瓦斯壓力判定表

Table 10 Estimation values of solidity coefficient and gas pressure of coal seam

煤的堅固性系數f瓦斯壓力p/MPa突出危險判斷 f≤0．3p≥0．74突出0．3

5.2.3 瓦斯隧道運營環境等級分級

目前所有有關瓦斯隧道的規范中都無建成后的瓦斯隧道的分級標準。瓦斯隧道所處的原始瓦斯環境、隧道施工對瓦斯采取的排放措施、隧道瓦斯設防結構封閉措施和隧道采用的瓦斯排放系統不同，滲漏進入隧道的瓦斯量不同，隧道運營通風、列車運行間隔、自然風也可使隧道內空氣中瓦斯體積分數隨之發生變化，影響因素的眾多使評價體系變得十分復雜，結果也可能是動態的，瓦斯體積分數還隨隧道通風狀態的變化而變化。隧道內的瓦斯體積分數正是決定隧道瓦斯環境下運營安全的一個重要甚至是唯一指標。指標體系可以表現隧道防瓦斯結構體系對瓦斯防治的效果，作為瓦斯隧道驗收標準的一部分，形成瓦斯隧道運營期間通風、信號設備運行的控制標準，建立運營期間防瓦斯結構體系劣化的評價和維護標準，還能成為隧道內設備系統設計和選用的依據。建立這個指標體系實際上就是建立了瓦斯設防等級體系。

依照煤礦系統在長期建井、開采過程中積累的機電設備運行、作業、人員安全的經驗，控制礦井內瓦斯體積分數是重中之重，結合鐵路隧道施工運營、維護作業需要，按建成后隧道內瓦斯體積分數將運營隧道瓦斯環境等級劃分為5級，各級瓦斯體積分數如表11所示。

表11 運營隧道瓦斯環境等級劃分表

1)一級是無瓦斯狀態的表述，是從建筑材料、施工工藝方面還不能達到的不滲透狀態，不能作為瓦斯隧道的工程要求。

2)二級瓦斯體積分數≤0.3%，根據運營瓦斯隧道的監測可知該瓦斯體積分數下運營瓦斯隧道內的運營、維護活動是安全的； TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》中也明確規定：“當瓦斯體積分數降到0.3%以下時，可停止通風。”

3)三級瓦斯體積分數為0.3%～0.5%，根據TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》， 0.5%是運營隧道內的瓦斯允許體積分數，煤礦中的生產實踐經驗表明，該體積分數是限制串聯通風等上游新風瓦斯體積分數的控制值，在洞內運營機電設備具有一定防爆功能的前提下，該體積分數并不影響隧道運營及洞內作業。

4)四級瓦斯體積分數為0.5%～1.0%，根據煤礦安全生產經驗和2016版《煤礦安全規程》規定，1.0%是礦井所有安全生產活動的瓦斯控制體積分數標準； 瓦斯體積分數達到或超過0.5%，隧道內禁止進行焊接等明火作業； 瓦斯體積分數超過0.75%，需查明原因，進行處理； 瓦斯體積分數超過1.0%，隧道內禁止電鉆打眼、爆破作業，并需要停止作業、撤出人員、采取措施、進行處理。

5)五級瓦斯體積分數≥1.0%，該瓦斯體積分數是不安全的限值，超過此體積分數，隧道應停止運營。

6 瓦斯隧道設防標準

確定了運營隧道瓦斯環境等級及相應瓦斯體積分數控制值，實際上就是確定了瓦斯隧道設防標準，根據此標準選擇瓦斯封堵(圍巖注漿)、襯砌背后瓦斯排放、瓦斯封閉(瓦斯隔離層、二次襯砌)、隧道運營通風等單一或組合措施，建立瓦斯設防結構體系。二級設防是隧道內瓦斯體積分數或通過運營通風使隧道內瓦斯體積分數低于0.3%，這是瓦斯設防的最高標準，適合于高速鐵路中長及以上隧道、普通電化鐵路長及特長隧道、車站隧道或隧道車站段(包括救援站)； 三級設防是隧道內瓦斯體積分數或通過運營通風使隧道內瓦斯體積分數低于0.5%，是瓦斯設防的次高標準，適合于高速鐵路短隧道、普通電化鐵路中長隧道、內燃牽引隧道、隧道內避難所； 四級設防是瓦斯設防的最低標準，適合于隧道緊急出口通道，需經常檢修的泄水洞、輔助坑道等。

7 結論與建議

1)作為對施工、運營安全有著極為重要影響的瓦斯分級分類，應該根據不同階段掌握的瓦斯地質資料和各階段工作重點采用動態的方法進行劃分。按前期勘察及設計規劃、設計與施工、運營維護3大階段采用不同的標準進行劃分是必要的。

2)瓦斯對隧道的施工和運營安全影響是多方面的，鐵路瓦斯隧道的分類分級應涵蓋其主要的安全風險源，納入煤塵爆炸、煤層自然等的分級方法和內容。

3)運營隧道內的瓦斯環境是影響運營安全的重要因素，是進行運營管理的基礎，也是對隧道及隧道內運營設備進行安全狀態評估、維護需要和效果評估的重要依據。基于此，建立運營隧道瓦斯環境等級分級體系并將其作為瓦斯設防結構體系構建的基礎是十分必要的。

4)瓦斯突出事故對隧道及作業人員而言是毀滅性的，所以應根據工程實踐加強對煤與瓦斯突出研究,在今后的規范編制中宜作為瓦斯隧道的一個獨立分類，并根據突出規模、突出的動力特征對工程的影響進行分級。

5)不同于煤層瓦斯，非煤瓦斯的成因復雜，其賦存、運移受地質構造影響顯著，在隧道勘察、施工中往往出現難以定位、定量的“漂浮”狀態，瓦斯噴出、燃燒、爆炸的情況時有發生，極具危險性，應進一步加強對非煤瓦斯勘察和評價技術的研究。

[1] 鐵路瓦斯隧道技術規范: TB 10120—2002[S]. 北京： 中國鐵道出版社， 2003.

Technical code for railway tunnel with gas: TB 10120—2002[S].Beijing: China Railway Publishing House, 2003.

[2] 鐵路隧道設計規范: TB 10003—2016[S]. 北京： 中國鐵道出版社， 2016.

Code for design of railway tunnel: TB 10003—2016[S]. Beijing: China Railway Publishing House, 2016.

[3] 煤與瓦斯突出礦井鑒定規范: AQ 1024—2006[S]. 北京： 煤炭工業出版社， 2007.

Specification for identification of coal and gas outburst mine: AQ 1024—2006[S].Beijing: China Coal Industry Publishing House, 2007.

[4] 礦井瓦斯等級鑒定規范: AQ 1025—2006[S]. 北京： 煤炭工業出版社， 2007.

Specification for identification of classification of gaseous mine: AQ 1025—2006[S].Beijing: China Coal Industry Publishing House, 2007.

[5] 煤礦安全規程[S]. 北京： 煤炭工業出版社， 2016.

The coal mine safety rules[S].Beijing: China Coal Industry Publishing House, 2016.

[6] 貴州高速公路瓦斯隧道設計技術指南： JT 52/02—2014[S]. 北京： 人民交通出版社， 2015.

Design guidelines for highway gas tunnel of Guizhou： JT 52/02—2014[S]. Beijing： China Communications Press, 2015.

[7] 公路瓦斯隧道技術規程[S]. 成都： 西南交通大學出版社， 2017.

Technical regulation for highway gas tunnel[S]. Chengdu: Southwest Jiaotong University Press, 2017.

DiscussiononStandardsofClassificationofRailwayGasTunnel

GAO Yang, YANG Changyu, ZHENG Wei

(ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo.,Ltd.,Chengdu610031,Sichuan,China)

The classification of railway gas tunnel has a significant influence on tunnel construction and operation. Firstly, the standards of classification and fortification of gas tunnel (mine) in relevant existing rules, codes and guidelines are analyzed and compared. And then, the problems of the classification of gas tunnel are summarized, triple-phase classification method is established based on the collected data and working keys of planning phase, construction phase and operation phase, and the classification standards of every phase are put forward. Finally, the classification standards of fortification of gas tunnel is established based on environment classification standards of running gas tunnel; furthermore, the fortification structure system of gas tunnel can be established, so as to guarantee the construction and running safety of gas tunnel.

railway tunnel; gas; classification; gas pressure; gas bearing concentration

2017-09-10

高楊(1960—)，男，四川成都人，1982年畢業于西南交通大學，隧道及地下鐵道專業，本科，教授級高級工程師，現從事隧道及地下工程設計工作。E-mail: eygy828@163.com。

10.3973/j.issn.2096-4498.2017.11.002

U 45

A

2096-4498(2017)11-1366-07