渝黔鐵路瓦斯突出隧道安全施工管理實踐

王明慧,張忠愛,劉 盛,張 橋,蔣樹平

(1.渝黔鐵路有限責任公司,重慶 400014； 2.西南交通大學,成都 610031；3.中鐵隧道集團一處有限公司,重慶 401121)

渝黔鐵路瓦斯突出隧道安全施工管理實踐

王明慧1,2,張忠愛3,劉 盛3,張 橋1,蔣樹平1

(1.渝黔鐵路有限責任公司,重慶 400014； 2.西南交通大學,成都 610031；3.中鐵隧道集團一處有限公司,重慶 401121)

結合渝黔鐵路天坪隧道橫洞瓦斯突出工區施工特點,介紹瓦斯突出隧道施工安全管理的組織措施、技術措施及管理措施,并對瓦斯突出隧道通風、施工供電及設備、安全避險六大系統、防突技術措施、瓦斯監測及應急救援等進行研究,實踐證明各項管理措施安全可靠,為類似鐵路瓦斯突出隧道安全施工管理提供參考。

鐵路隧道；瓦斯隧道；施工；安全管理

渝黔鐵路天坪隧道位于貴州省北部、重慶與貴州省交界地段，趕水東至夜郎區間，行政區劃屬貴州省桐梓縣。隧道工程地質條件復雜，集高瓦斯、刺激性氣體、巖溶、斷層破碎帶、軟弱圍巖、大涌水量、高應力、高地溫、危巖、落石于一體，屬Ⅰ級高風險隧道[1]。隧道全長13 978.252 m，隧道設置“平導+2斜井+橫洞(主、副井)”。其中，橫洞瓦斯突出工區負責承擔DK128+234～DK124+860段3 374 m正洞，PDK128+240～PDK124+640段3 600 m平導的施工任務。橫洞(主、副井)位于線路前進方向左側，與正洞左線中線相交于PDK128+234里程處，平面交角為78°39′53″，坡度-0.903%，橫洞(主井)長1 050 m，橫洞(主井)與隧道采用斜交單聯式；橫洞(主井)與平導中線相交DK128+240里程處，主要負責正洞的開挖。橫洞(副井)位于線路前進方向左側，與平導中線相交于PDK128+210里程處，平面交角為78°41′59″，坡度-0.904%，橫洞副井長1 061 m，橫洞與隧道采用斜交單聯式，橫洞(副井)主要負責平導的開挖。隧道在DK127+710～DK127+850段穿越龍潭組煤系地層，隧道連續穿越C6、C5、C3煤層(圖1)。

圖1 天坪隧道橫洞工區總體平面布置(單位：m)

1 隧道煤層與瓦斯分析

1.1 煤層情況

天坪隧道DK127+710～DK127+850段穿越龍潭組煤系地層，龍潭組共有3～22層煤，主要有9層煤，其中穩定可采的有2層，較穩定的可采煤有3層，其余4層煤穩定性差，局部可采。其中對隧道影響較大的為C3、C5、C6煤層。

根據實際揭露，天坪隧道C3、C5、C6各煤層煤質為焦煤，其中C6煤層厚0.8～3.5 m、平均1.48 m，C5煤層厚0.7～3.6 m、平均1.46 m，C3煤層厚0.2～1.4 m、平均0.6 m。探明煤層層間距：C6～C5平均層間距6.1 m、C5～C3平均層間距8.5 m，煤層走向與隧道交角為64°，傾角72°，為急傾斜煤層，并伴隨有F12斷層的錯動。

1.2 瓦斯情況

根據瓦斯檢測報告，C6煤層瓦斯噸煤含量達11.47 m3，瓦斯壓力1.036 MPa；C5煤層瓦斯噸煤含量9.87 m3，瓦斯壓力1.112 MPa；C3煤層瓦斯噸煤含量13.91 m3，瓦斯壓力1.342 MPa，孔口瓦斯監測濃度最大達到8%，回風流中瓦斯含量均小于0.5%。根據設計文件及《防治煤與瓦斯突出規定》，本隧道為瓦斯突出隧道。

1.3 地質情況

DK127+710～DK127+850段二迭系上統龍潭組(P2l)主要為黏土巖、砂巖、硅質巖、灰巖，夾3～23層煤及多層菱鐵礦，底部常有高嶺土及黃鐵礦(含黃鐵礦黏土巖)，厚約80 m。

2 安全施工組織措施

在隧道施工進場之初就成立了以渝黔鐵路有限責任公司總經理為組長的天坪隧道瓦斯施工安全質量包保領導小組，明確包保崗位職責。

施工項目部也成立了以項目經理為組長、項目總工程師、安全總監、外聘煤礦專家為副組長的瓦斯安全質量施工工作組，負責瓦斯隧道揭煤和施工期間的領導、組織、實施與應急處理等所有工作。

一方面成立了揭煤施工專家組進行技術服務指導工作；另一方面委托具有專業資質的煤炭科研院所實施瓦斯抽排和煤層揭煤工作；同時并聘請煤系地層施工第三方監理，對煤系地層的施工安全質量進行全過程的監督管理；另外在揭煤實施期間，國家級的煤礦礦山救護隊待命于洞口隨時救援；

3 安全施工技術措施

3.1 通風

采用軸流風機機械壓入式通風，主井、副井采用相互獨立的壓入式通風系統，形成自然回風流，加速瓦斯的稀釋和排放[2]。

平導選用2×110 kW軸流風機與Φ1.5 m風管匹配，正洞選用2×132 kW軸流風機與Φ1.8 m風管匹配。風機分別設于橫洞主、副井口20 m以外，保證新鮮風流送入掌子面，保證通風質量。

采用抗靜電、阻燃的風管。同時要求施工單位聘請專業的通風隊伍，負責通風系統各種設備的管理和檢修，定期測試洞內風速、風量、氣溫、氣壓、瓦斯濃度等并詳細記錄，計算有效風量。

施工期間，保證連續通風，安裝了兩路網電和一路自發電設施以備不測，確保任何情況下通風不被中斷，在特殊情況下停風時，應同時停止工作，撤出人員，切斷一切電源，恢復通風前首先檢查瓦斯濃度。

3.2 施工供電及設備

橫洞工區采用雙電源系統+備用發電機。通風機、瓦斯排放及監控系統采用專用雙電源系統，安裝電源切換裝置，實現斷電后及時切換到第二電源供電。

洞內供電安裝“接地保護、漏電閉鎖保護、過流、短路保護”三大保護裝置，洞內、外裝設防雷電裝置(圖2)。

圖2 防雷接地、避雷針

隧道內所有電氣設備全部采用礦用防爆型，對運輸設備進行防爆改裝，并邀請當地質量技術監督檢測單位、防爆改裝廠家對改裝后的設備進行現場檢驗，出具檢驗合格證書，以滿足瓦斯隧道設備防爆要求(圖3)。

圖3 改裝的運輸設備

3.3 安全避險六大系統

3.3.1 安全監控系統

選用了目前較成熟的KJ70NA型煤礦一體化安全監控系統1套，配備相應的傳感器和監控分站。是一套集安全監控、生產工況監控內容為一體的隧道安全生產綜合監控系統。

3.3.2 人員定位系統

考慮到與監測監控系統(KJ70NA)兼容，選用KJ251A型人員管理系統。結合洞內特殊的作業環境，采用遠距離無線射頻識別技術、遠程通訊技術、計算機編程與網絡技術以及防爆技術等，可實現對進洞人員的實時監測、跟蹤定位、軌跡回放、考勤管理、報表查詢、信息網絡發布、雙向通訊、人機交互、緊急搜救、生產調度等功能，并可方便接入綜合自動化網絡平臺(圖4)。

圖4 自動安全監控系統及人員定位系統

3.3.3 緊急避險系統

根據天坪隧道災害危險分析，在橫洞主井與副井聯絡隧道處(距離煤層400 m，PDK128+210處)設置避難洞室(圖5)，以便為災變情況下作業人員提供緊急避險場所，保障職工的生命安全。

避難洞室內部安裝了安全防護系統、供氧系統、凈化系統、降溫除濕系統、環境監控系統、照明系統、通訊系統、動力保障系統、生存保障系統、排水排氣系統。

圖5 避難洞室結構示意

3.3.4 壓風自救系統

在主井洞口附近設置空壓機房，安設2臺空氣壓縮機，向隧道用風設備提供風壓，同時兼做洞內隧道內壓風自救系統供風，壓風自救管路同壓風管路共用(圖6)。

圖6 壓風自救系統

3.3.5 供水施救系統

隧道供水施救系統與防塵灑水系統一體。在洞口建設有效容積為200 m3水池，水經凈化處理向地面、隧道供水，能夠滿足供水施救系統的需要。供水施救與壓風自救系統配套設置(圖7、圖8)，從隧道口開始每隔200 m 1處。

圖7 供水施救系統

圖8 洞內壓風自救及供水施救系統

3.3.6 通信聯絡系統

選配1套HJK-120D型煤礦小型調度電話交換機，容量32門，使用23門，新建地面壓風機房及風機房安裝電話，根據實際情況適當增加電話門數。經耦合器后通訊線路由主、副井引入平導和正洞，在開挖工作面安裝KT1017型本安電話機，在地面調度室、值班室、壓風機房、主要通風機房安裝普通話機，爆炸材料庫房、瓦斯抽放站安裝KT1017型本安電話機。

3.4 防止煤與瓦斯突出的措施

3.4.1 超前地質預報

超前預報，防患于未然。天坪隧道橫洞高瓦斯工區煤系地層段采用物探(TSP203)、超前鉆孔、地質素描、地質調查等手段的綜合超前地質預報，物探(TSP203)每隔100 m預報1次，搭接50 m。準確了解前方瓦斯、地質情況，做到先知先覺，防患于未然，安全科學指導施工[3]。

3.4.2 區域防突措施

(1)穿層鉆孔煤層水力壓裂增透

由于揭煤區域瓦斯壓力大、瓦斯含量高，加上橫洞工區任務重、工期短，地質構造復雜，并結合相鄰礦區的松藻煤電公司煤層透氣性較差的實際情況，采用穿層鉆孔煤層水力壓裂增透技術進行區域防突。該方案設計煤層水力壓裂孔2個，利用平導在距C6煤層50 m處施工的1號地質孔作為煤層水力壓裂孔，在平導開挖面左側鉆場中增設2號水力壓裂孔，用高壓水泵向鉆孔內煤層注高壓水、水壓裂煤體，以增強煤層透氣性，提高瓦斯抽采效果，縮短瓦斯抽采時間。

(2)穿層網格鉆孔預抽煤層瓦斯

依據施工圖設計文件，平導與隧道正洞之間僅有約22 m巖柱相間，小于兩者開挖輪廓線外14 m最小控制范圍之和，且平導超前正洞開挖，經綜合對比，從平導向正洞前方施工鉆孔與從正洞施工鉆孔進行區域抽采，可減少正洞區域防突措施施工和瓦斯抽采環節(圖9)，加快隧道施工進度。

圖9 瓦斯穿層抽采工作面

3.4.3 支護措施

(1)超前支護：煤系地層平導段采用加固圈3 m超前預注漿；正洞采用加固圈5 m超前預注漿，拱墻采用φ108 mm的超前管棚。

(2)二次襯砌：水氣排放系統完成后全環設置瓦斯隔離板，所在范圍內一切輔助洞室，均設置全環瓦斯隔離板，瓦斯隔離板采用防水板+閉孔PE泡沫墊層(厚度≥4 mm)。瓦斯隔離板接縫應與隧道“三縫”錯開；二次襯砌采用氣密性混凝土，集中混凝土攪拌站生產；混凝土采用防爆混凝土運輸車運輸；利用全液壓襯砌模板臺車、防爆混凝土輸送泵澆筑；拆模后襯砌內表面騎縫涂刷專用材料，確保瓦斯封閉效果。

3.5 風電、瓦電閉鎖裝置

瓦斯自動監測系統具有連續檢測瓦斯濃度的功能，在檢測到瓦斯濃度超過0.5%時，采用聲光形式報警，并切斷電源，實施瓦電閉鎖，洞內作業人員在應急照明或自帶礦燈的情況下撤離隧道。

對移動內燃機械進行瓦斯、油、電聯鎖改造后，當瓦斯濃度超過0.5%時，自動切斷內燃機械的油路和電路。

對通風機和送電電路進行聯動控制，即風電閉鎖。風機正常運轉是向洞內送電的前提條件，只有風機正常運轉后，通過瓦斯自動監測和人工檢測，達到向洞內送電的條件后才能自動向洞內送電；風機停止運轉時，無論如何都無法向洞內送電。

4 安全施工管理措施

4.1 瓦斯監測管理

聘請專業瓦斯監控、檢測隊伍進行管理。選用人工檢測和自動監測系統兩種形式相結合的方式，兩種監測結果相互印證，確保施工安全。

配置了專職的瓦檢員對工作面的CH4、CO、CO2、H2S等氣體進行監測。瓦斯檢查人員手持瓦檢儀，對作業面、開挖臺車、襯砌臺車處及洞內其他部位跟班檢查。堅持一炮三檢制度，作業前，作業時，下班前都須檢查到位，保證瓦檢數據的可靠性。當掌子面瓦斯濃度≥0.5%時，瓦檢人員命令作業人員停止施工，并組織人員撤離掌子面至安全地點避險。且選用了KJ70自動監測系統，該系統具有功能齊全、軟件豐富、可靠性高、操作使用方便、配置靈活、經濟實用等特點，可全面監控隧道內各類安全、生產及電力參數，可匯接多個安全與生產環節子系統。

4.2 進洞及動火管理

對整個洞口進行封閉式管理。距離洞口20 m處采用10 m自動升降門滿足施工車輛出入，安裝金屬探測門滿足施工人員出入；嚴禁攜帶易燃、易爆、易產生火花和靜電的物品、手機以及未經防爆改裝的設備進入洞內，嚴格執行洞口檢身制度。安裝人員自動監控系統，進洞人員信息自動動態顯示。嚴格執行進洞翻牌準入制度，與自動監控系統配合，動態掌握進洞人員信息。洞口為現場施工人員配備進洞電瓶車以及個人安全防護用品。

嚴格執行動火管理制度，對高瓦斯隧道內電焊、氣焊、切割等易產生火源的作業，每次務必由操作人員填報動火申清單，經過安全工程師對動火的作業程序等安全防護措施認可后，方可進行動火作業。動火時專職瓦檢員、安全員和監理人員必須在場，確保作業地點附近20 m范圍內隧道頂部和支護背部無瓦斯積存超標現象。動火申清單只能單次使用，下次再需動火，必須另外申請，以確保防護措施到位。

4.3 嚴格質量管理實名制

為嚴格工序管控，強化質量問題追溯問責能力，項目制定了《隱蔽工程和關鍵部位作業實名制及責任追究辦法》，并嚴格按照管理辦法落實到位，嚴格獎罰措施，并指定分管領導進行主抓，確保瓦斯隧道施工質量滿足設計及規范要求。

4.4 安全培訓

為提升現場施工人員的操作技能及應對風險自救、互救能力，同時提高設備操作使用管理水平，規范操作人員持證上崗，確保安全生產。項目聯合當地安監部門、科研院校等相關單位舉辦安全知識培訓班，從管理、技術、相關操作規程、案例分析等方面對施工作業人員進行系統培訓。

通過理論與實際操作培訓學習，參訓人員充分掌握了煤系地層在現場施工管理中應急處理的注意事項和日常檢查的重要內容，在工作中真正地做到有的放矢，同時培訓人員充分認識到按章操作、遵規守紀的重要性，為全面杜絕違章指揮，杜絕違章作業，杜絕事故，做到警鐘長鳴提供保障。

4.5 應急救援管理

根據天坪隧道橫洞工區瓦斯高瓦斯安全風險等因素，項目認真組織編制《天坪隧道瓦斯突出事故應急救援預案》及《天坪隧道瓦斯突出事故應急演練方案》，并于2014年5月在天坪隧道橫洞工區成功舉行了瓦斯突發事故應急演練。通過演練提高施工人員在突發事件情況下的應急反應，檢驗應急預案和救援程序的可操作性，以確保在突發情況下施工作業人員的生命安全，最大限度地控制和減少安全生產事故災難造成的人員傷亡和財產損失。

5 結語

(1)渝黔鐵路天坪隧道橫洞工區施工過程中嚴格按照瓦斯突出工區進行管理，采用了煤礦的防治煤與瓦斯突出的安全質量管理經驗[4-6]，安裝了瓦斯隧道施工安全六大系統，同時又結合鐵路隧道開挖斷面大的特點，嚴格各項支護到位。實踐證明，各項管理措施安全可靠。

(2)渝黔鐵路天坪隧道橫洞工區采用了無軌防爆改裝運輸方式，解決了機械設備的防爆問題，實踐證明，無軌運輸方式安全可靠，為高瓦斯隧道施工開辟了一條新的途徑。

(3)利用穿層鉆孔平導聯合抽排的綜合防突措施，能有效解決大面積瓦斯超限處理，大大降低了安全風險。

(4)通風管理是瓦斯隧道安全施工的關鍵，建議在今后的施工中采用專人或專業隊伍進行管理，嚴格通風設備、風管檢修，定期測試洞內風速、風量、氣溫、氣壓、瓦斯濃度等并詳細記錄，通過實施有效的通風管理，將瓦斯濃度控制在0.5%以下，確保瓦斯隧道施工安全。

[1] 王明慧，魯軍良，楊仁春.綜合超前地質預報技術在天坪隧道中的應用[J].鐵道建筑，2014(3)：30-32.

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB10304—2009 鐵路隧道工程施工安全技術規程[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TB10120—2002 鐵路瓦斯隧道技術規范[S].北京：中國鐵道出版社，2002.

[4] 趙全福.煤礦安全手冊[M].北京：煤炭工業出版社，1994.

[5] 國家安全生產監督管理總局.煤礦安全規程[S].北京：煤炭工業出版社，2011.

[6] 國家安全生產監督管理總局.防治煤與瓦斯突出規定[S].北京：煤炭工業出版社，2009.

The Safe Construction Management Practices in Gas Outburst Tunneling of Chongqing-Guiyang Railway

WANG Ming-hui1,2, ZHANG Zhong-ai3, LIU Sheng3, ZHANG Qiao, JIANG Shu-ping1

(1. Chongqing-Guizhou Railway Co., Ltd., Chongqing 400014; 2. Southwest Jiaotong University, Chengdu 600031, China; 3. The 1st Engineering Co., Ltd. of China Railway Tunnel Group, Chongqing 401121)

Combining with the characteristics of gas outburst area of transverse tube in Tianping tunnel of Chongqing-Guiyang Railway, the paper introduces the organization, technical and management measures in the construction of gas outburst tunnel, and addresses the ventilation, power supply, six safety systems, outburst prevention technical measures, gas monitoring and emergency rescue. The engineering practices show that all management measures are safe and reliable and could provide references for similar gas outburst railway tunnel construction.

Railway tunnel; Gas outburst tunnel; Construction; Safety management

1004-2954(2018)01-0099-05

2015-09-02；

2017-04-10

重慶市科技攻關計劃項目(cstc2012gg-yyjs30002)

王明慧(1964—)，男，教授級高級工程師，1989年畢業于西南交通大學交通運輸管理專業，工學博士。

U458

B

10.13238/j.issn.1004-2954.201509020002