公路隧道施工過程瓦斯安全控制技術研究

薛軍波

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津市 300162）

公路隧道施工過程瓦斯安全控制技術研究

薛軍波

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，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，在施工時很容易出現瓦斯突出、瓦斯爆炸等災害，因此做好公路隧道瓦斯安全控制至關重要。以實際工程為例，對隧道工程中存在的瓦斯安全風險進行了分析，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；地質雷達探測

1 工程概況

石黔高速設計總長82.998 km，雙向四車道，設計時速80 km/h，隧道、橋梁實行雙向分離，橋隧比占85%。中鐵十六局集團承建段落起于石柱境內的三店，在原三店立交與三店服務區之間與G50滬渝高速相接，此處設三店樞紐立交，其后經平橋、三匯、龍潭、馬武，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 安全風險預測

通過對本隧道工程的考察和評估預測，預測到在施工過程中可能會發生瓦斯燃燒爆炸、煤層自燃爆炸、涌突水、變形塌方等事故。在高瓦斯區域作業時，由于瓦斯過于集中，所以在隧道內會經常發生瓦斯燃燒、爆炸等事故；在有煤層煤和瓦斯過多的區域施工時，要做好安全措施，因為此區域是煤與瓦斯事故多發區。在有自燃煤層區的隧道作業時，要特別注意煤層自燃、煤塵爆炸等現象。在有溶隙和溶洞區域的隧道施工時，由于溶隙和溶洞內可能會積聚瓦斯，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生[1]。

3 開展事故預防工作

3.1 利用超前探孔進行實時監控

本工程采用瞬變電磁法和超前探孔相結合的方法進行地質預報，現場應用示意見圖1。此次TEM超前預報50 m，從得到的探測結果看出，總體上該里程裂隙和節理發育，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范圍圍巖節理裂隙發育，圍巖穩定性和完整性差，為了獲取更加全面的煤層地質信息，需要立即進行鉆孔超前預報。

圖1 現場應用示意圖

該隧道利用加深炮眼5孔的方法對隧道地質進行超前探測，對隧道內的瓦斯分布情況進行探測分析，并在瓦斯分布區域做好安全防范措施，以免發生瓦斯爆炸等事故，在探測工作開展的時候，需要工作人員連續對多個孔的空氣進行瓦斯濃度檢測，當檢測到的瓦斯濃度大于1.0%的時候，隧道挖掘工作必須要暫停，在瓦斯濃度小于1.0%并處于穩定狀態時才能繼續隧道挖掘工作。

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

為了使地質預報更加準確，在打孔探測的同時利用地質雷達進行二次探測工作。

3.2 隧道內通風與供電設備的安裝

本隧道內的瓦斯濃度大，所以在進行施工時要利用壓入式通風方法對隧道進行通風，在施工完成后利用巷道式通風方法進行通風。為了增大隧道的通風范圍，在使用不同的通風方法的時候都配備防爆局扇，局扇內部設置不同速度的防爆型風機。在施工的過程中必須保持持續通風的狀態。

在進行通風工作時會利用到長風管，在安裝長風管的時候要注意將風管末端與工作面的距離保持在15 m以內。在計算通風量的時候必須結合以下因素：在洞內工作的人數總和；稀釋和排放炮煙的風量值；消除瓦斯所需的風量值。國家對隧道挖掘工作的相關規定，在瓦斯含量過多的隧道作業時，要在供電方面做到“三專”、“兩閉鎖”。“三專”是指要有專用的變壓器、開關、供電線路；“兩閉鎖”是指當瓦斯濃度超過限定后需立刻關閉電源，壓入式風機電源與洞內電源的閉鎖。

3.3 對普通機械設備進行防爆改裝

在隧道內瓦斯濃度較高的區域作業時，應使用防爆型的電氣設備和機械設備。防爆型機械設備的造價高，一般用于煤礦開采。考慮到本工程的具體情況，通過對普通機械設備進行防爆改裝，制作了一個經濟實用的方案，具體措施為：給機械設備配置一個斷電控制裝置，當斷電控制裝置監測到的空氣瓦斯濃度大于0.3%CH4時，就會自動發出警報，當監測到的瓦斯濃度大于0.5%CH4時，該裝置就會自動關閉電源，直到監測到的瓦斯濃度小于0.3%CH4時，該機械設備才能繼續工作。為了節約成本，加快工程進度，在通風正常，隧道內瓦斯濃度低且處于穩定的前提下，允許普通機械設備進隧道作業。

3.4 瓦斯安全控制技術

在對瓦斯隧道進行供電時，為了保證隧洞內通風，避免停電導致通風中斷使瓦斯積聚，需要使用雙回路直供電源線路進行供電，隧道低瓦斯工區要設置兩套電源。當建立雙電源有難度時，可以根據實際情況布置備用發電機。備用發電機的發電量要達到通風機通風要求。如果通風出現中斷，恢復通風時需要從外向里逐步開展，當全隧道瓦斯濃度下降至1%后才可以向洞內通電，由地面架空線路引入到隧道中心的供電線路，需要將避雷設置安裝到隧道洞口外。任何非防爆型設備必須在瓦斯濃度小于0.25%CH4時才可以進入施工現場開展作業。

3.5 隧道進行爆破工作的注意事項

施工過程中，在瓦斯濃度高的區域要遵守以下原則：開挖的尺度要小，爆破的力度要弱，支護工作要到位，在挖掘過程中實時監測，加強隧道內的通風量。在挖掘過程中每一次挖掘的進尺不能大于2 m。根據有關部門的規定，在瓦斯隧道進行爆破作業時應采用煤礦許用炸藥或者毫秒電雷管進行爆破。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散發的熱量，使爆炸環境的溫度降低，還能削弱瓦斯與氧的反應，提高了爆破作業的安全系數。

雷管的延誤時間要控制在130 ms以內，這樣就可以使雷管延誤時間不超過瓦斯爆炸感應時間，從而避免發生瓦斯爆炸的現象。通過實際的施工調查：煤礦許用炸藥爆力只能達到巖石銨銻炸藥爆力的80%，毫秒電雷管最多能達到5段，嚴重影響著隧道工程的施工進度。所以，在隧道挖掘過程中，當檢測到的瓦斯濃度小于0.3%時，可以選用其他炸藥進行爆破工作。

3.6 揭煤防突措施和瓦斯排放的過程

根據相關規定，在揭煤施工前應對其表層打超前鉆孔和預測孔，對煤層位置和瓦斯分布情況進行探測，對工程的危險系數進行評估預測。隧道揭煤施工時應采取臺階開挖的方法進行。在上導坑施工時，掘進工作面應與煤層距離保持在20 m左右，在煤層打3個或3個以上的超前鉆孔，用于判斷煤層的穩定情況[2]。

3.7 瓦斯監測及處理措施

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

對瓦斯濃度較高的區域進行重點監測，當隧道內的風速較小，空氣流通不暢的時候，瓦斯將會和空氣分離積聚在隧道頂部，在達到一定濃度時就會發生爆炸。因此，要在檢測區域設立相應的檢測表，每次對該區域內的瓦斯濃度進行監測后將數據記錄在檢測表上，并在規定時間內進行匯報。瓦斯濃度限值及具體的超限處理措施見表1。

表1 瓦斯濃度限值及超限處理措施表

4 結語

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。因此，要求施工人員和管理人員做好隧道的施工通風和地質預報工作。本工程采用上述方法進行瓦斯安全控制后，有效避免了公路隧道工程施工的風險事故，保證了作業人員的生命財產安全。

[1]TB10120-2010,鐵路瓦斯隧道技術規范[S].

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

重慶在建高速公路14條達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，重慶市將開建黔江環線和合安高速（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（水）高速重慶段將于2018年建成通車。

九永高速是成渝高速擴能項目，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，設計時速80 km/h。重慶段起點為萬州城東北熊家鎮馬鞍石，終點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。

江習高速重慶段項目起于江津至四川合江高速公路刁家互通，接入貴州習水縣寨壩鎮兩路口，重慶段全長約72km，經江津區慈云、李市、蔡家、柏林、四面山，與貴州習水相接，設計時速80 km/h。

年內重慶市還將開建合安高速重慶段和黔江環線等。其中:合安高速重慶段起于合川區草街鎮，止于川渝界潼南縣崇龕鎮,全長約95.125 km，設計雙向4車道，時速100 km/h，建設工期3 a；黔江環線起于黔恩高速公路黔江北互通，經武陵山機場、舟白電站、黔江新城馮家組團，于龍橋互通處連接渝湘高速,全長20.6 km，設計時速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，從事公路施工技術管理工作。