低瓦斯隧道施工瓦斯防治技術與措施

李盼

摘 ?要：低瓦斯隧道在鐵路和公路工程中，比較常見;低氣體通道瓦斯涌出量小，有時量不出來，它很容易被忽視或輕視。新建重慶鐵路樞紐東環線陳家灣隧道，地層局部夾煤線及炭質頁巖，且煤層不穩定。該文對于各種低瓦斯隧道施工瓦斯防治技術和措施進行分析和探討，希望通過該研究，能夠為低瓦斯隧道施工瓦斯防治工作提供一些參考和幫助。

關鍵詞：低瓦斯隧道 ?瓦斯隔離板 ?水汽分離裝置 ?防治措施

中圖分類號：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）12（c）-0041-03

Gas Prevention and Control Technology and Measures for Low Gas Tunnel Construction

LI Pan

（China Railway 15th Bureau Group No.3 Engineering Co.， Ltd.， Chengdu， Sichuan Province，611730 China）

Abstract： Low gas tunnel is common in railway and highway engineering; gas emission in low gas channel is small and sometimes it cannot be measured. It is easy to be ignored or despised. The Chenjiawan tunnel on the east ring line of Chongqing railway hub is newly built， with coal line and carbonaceous shale in local stratum， and the coal seam is unstable. This paper analyzes and discusses various low gas tunnel construction gas prevention technology and measures， hoping that through this paper， it can provide some reference and help for gas prevention and control work in low gas tunnel construction.

Key Words： Low gas tunnel; Gas isolation plate; Water vapor separation device; Prevention and control measures

在進行鐵路施工時，經常會穿過一些隧道，新建重慶鐵路樞紐東環線陳家灣隧道，洞身主要通過三疊系須家河組地層中，地層局部夾煤線及炭質頁巖，且煤層不穩定，瓦斯地段等級為二級，隧道施工可能遇到局部瓦斯富集。所以需要在進行隧道施工的過程中，考慮對低瓦斯隧道中進行瓦斯防治工作，確保隧道中能夠保持持續的通風，并要對其中的瓦斯情況進行按時檢查。在進行隧道施工的過程中，應采用封閉式的施工方式，從而確保施工通過瓦斯富集區域更加順利。低瓦斯隧道一般不會出事故，使得很多施工單位，不夠重視，甚至產生思想麻痹，但低瓦斯隧道，因為它們可能會爆炸、會出事故，該文分別對于低瓦斯隧道施工中的各項瓦斯防治技術和措施進行分析，希望能夠為低瓦斯隧道施工提供參考作用。

1 ?瓦斯檢測防治技術和瓦斯檢測管理

進行低瓦斯隧道施工時，對隧道中的瓦斯進行檢測是非常關鍵的工作內容，在實際的檢測工作中，應重視檢測方式的強化，并采取相應的措施。要對隧道中的瓦斯進行定期檢測，并對檢測到的結果進行仔細的記錄，從而根據檢測到的結果來制定相關的應對計劃，從而確保隧道工程能夠順利開展。在實際的瓦斯防治工作中，應該首先成立相應的檢測部門，并高度重視瓦斯氣體的檢測工作，由專門的檢測人員不間斷地來完成檢測過程，在對瓦斯濃度進行控制和管理的工作當中，主要應將其分為以下幾方面工作：首先是當瓦斯含量低于0.3%時，可以正常地開展施工工作;其次是當瓦斯含量處于0.4%～0.5%之間時，那么施工過程具有一定的危險，這時應該進行報警并加強通風。最后當檢測的過程中發現瓦斯濃度高于0.5%，那么必須停止隧道施工，并要求全部人員撤離。

2 ?瓦斯事故教訓

（1）達成鐵路炮臺山隧道。1994年4月3日平導掘進到距洞口808 m處，燈泡爆裂引發瓦斯燃燒，死1人，傷3人。次日，汽車進洞運風管，由于汽車打火，又引起瓦斯爆炸，死12人。事故后實測，隧道瓦斯逸出強度為3.54 m3/h。

從以上事故來分析，瓦斯隧道施工的重要程度不言而喻，首先是施工單位的重視程度不夠，存在輕視行為，過程中把控不嚴，對于瓦斯進行什么樣的管理和控制工作取決于瓦斯的濃度，并應該根據具體的情況來制定相關的方案，并采取相應的措施來對瓦斯進行合理控制。在隧道施工中進行瓦斯檢測時，應該按照相關的要求來進行，從而確保施工過程能夠更加安全，同時也充分保障了施工人員的人身安全。在相關的要求當中，對于瓦斯檢測所采用的方法進行了明確的規定，即為利用人工巡檢和安全監控相結合的方式來進行瓦斯檢測。

除此之外，在隧道洞口安裝了防靜電設備，消除每一位進隧道人員身上攜帶靜電，也對安全檢測系統進行了明確的要求，在隧道施工當中，會在入口和出口兩側設置安全檢測裝置，在該裝置當中包含了電腦監控、瓦斯斷電裝置、瓦斯風電閉鎖裝置、備用電源等設備組成。在洞口設置的傳感裝置為KG9001C型高低濃度甲烷傳感裝置，并采用二次襯砌的方式來進行作業面的施工和仰拱的填充，同時也包括開挖作業和防水施工。在測風站的位置中應該安裝相應的風速傳感裝置，并確保該裝置頂部無淋水和干燥的隧道路段。在進行人工檢測的過程當中，一般會采用多臺AZJ-2000甲烷檢測裝置和多臺干涉式的甲烷測定裝置，除了需要對固定的區域進行檢測之外，也要對放炮區域進行重點的檢測，另外還包括人行道、停車帶、混凝土施工以及隧道凹陷位置和電纜接頭位置進行重點的檢測。

在陳家灣隧道施工過程中，有針對性地設定了瓦斯檢測頻率，應該特別注意以下幾方面問題：首先，在經過瓦斯富集地區，實行24 h專人不間斷輪流流動檢測隧道內掌子面，掌子面左右側已形成封閉成環區域、下導坑施工區域及不同地段的二襯區域的瓦斯濃度。其次，檢測段內瓦斯濃度含量在0.5%以下時，每隔30 min到1 h檢查一次，檢測結果達到0.5%以上時，應加強檢查頻率，不得離開隧道掌子面，發現異常應第一時間報告，并采取加強洞內通風等措施確保施工過程安全。瓦斯濃度限值及超限處理應符合《鐵路瓦斯隧道技術規范》第9.1.7條的規定，停工區內瓦斯或二氧化碳濃度達到3%，必須在24 h內封閉完畢，臨時停工地點不得停風，否則必須切斷電源撤人并設置柵欄和警示標志，在恢復通風并經檢測達到允許濃度后，方可進入復工。當發現瓦斯濃度大于2%，應加強通風和洞內增加通風設備等措施稀釋后方可進行檢查。最后，加強對洞內死角，尤其是隧道拱頂、仰拱、中心水溝、電纜槽及變壓器預留洞市等各個凹陷處通風不良、瓦斯易積聚的地點的檢測。當發現瓦斯濃度大于2%，應加強加大通風機的運作功率，稀釋后方可進行檢查。

3 ?運用通風措施和鉆孔技術來降低隧道瓦斯濃度

除了對瓦斯進行控制和管理工作還，也應盡可能地降低隧道內部的瓦斯濃度，采用通風的措施是非常有效的，所以在施工現場安裝通風設備，可確保隧道中全天候的通風，當瓦斯出現濃度增加時，要相應地增強通風設備的風力，并且除了安裝通風設備之外，也要按時進行隧道空氣的更換，從而提升空氣中瓦斯的稀釋速度，從而有效地降低瓦斯濃度。另一方面，應該根據施工現場的情況來對預先制定的通風方案進行合理的調整，從而確保通風力度能夠滿足隧道施工的需求，當隧道中的瓦斯濃度達到施工要求后，才可以進行施工，從而有效避免危險事故的發生。

按照《鐵路瓦斯隧道技術規范》要求，瓦斯隧道施工時實施連續通風，項目部各個工作面建立獨立的壓入式通風系統，稀釋和排除洞內瓦斯，防治瓦斯積聚。

瓦斯隧道施工中，對瓦斯易于積聚的空間和襯砌板臺車附近區域，采用空氣引射器、氣動風機等設備，實施局部通風的方法，消除瓦斯積聚。瓦斯工區在施工期間襯砌臺車實施連續通風，分別在襯砌臺車上設置排風機。

在進行隧道施工的過程中，當檢測到其中擁有瓦斯，那么可以通過鉆孔的方式來對瓦斯進行有效的排放，并卸下巖層的方式來進行隧道的鉆孔，通常情況下鉆孔的直徑大約為24 mm，最大不能夠超過89 mm，孔深應處于35 mm左右。任何一個孔的超前距離應大于等于5 m，通過實踐過程可以了解到該距離是最為安全的，隨著孔數的逐漸增加，瓦斯能夠更加順利地進行排放，這時應加大隧道內部的瓦斯檢測力度，如果發生濃度增加的情況，那么一定要停止鉆孔，并對其進行通風，待濃度達到施工標準后再繼續進行作業，從而避免安全問題的出現。超前鉆孔排放瓦斯，一是探明前方圍巖中裂隙瓦斯的壓力、濃度，是否還需要采取其他一些相應處理措施，如加密超前鉆孔、加大超前鉆孔直徑、高壓水沖洗鉆孔、隧道周邊超前注漿封堵瓦斯等措施;二是提前排放前方圍巖中裂隙瓦斯的壓力、濃度，將瓦斯壓力、濃度進行釋放到安全以下，給掘進鉆眼時創造低濃度瓦斯的安全條件。

4 ?運用掘進技術來實現瓦斯防護

要想有效控制隧道內部的瓦斯噴出量，就必須對瓦斯噴出的情況進行有效控制。對于瓦斯噴出進行控制的方法主要包括以下兩種：首先是利用圍巖等級來進行選擇，找到最為合理的圍巖，并利用多種方式來開展施工工作，所使用的施工方法包括了全斷面開挖法、上下臺階法以及預留法等，通過運用這些施工方法可以有效地掘進初噴混凝土，待隧道鉆孔出現渣滓之前，可使用初噴混凝土的方法來實現封閉的效果。在全隧支護與襯砌之間，全環設置“瓦斯墊層+防水板”的瓦斯隔離層。第二種方式是在隧道施工的過程中通過二襯設計的方式來制造出具有高氣密性的混凝土，其透氣不大于1×10-11 cm/s。從而確保施工中能夠實現拱墻或者仰拱的處理，確保施工的安全。

5 ?隧道襯砌背后設置水汽隔離裝置防護

陳家灣隧道瓦斯等級為二級，全隧道設置了全環瓦斯隔離層，采取分段排水和水汽分離排放方式，隧道襯砌外按4.5～6 m間距設置Φ50環向盲溝，邊墻下部設置Φ100縱向盲溝，并按4.5～6 m間距設置Φ80橫向排水管。環向盲溝需接入縱向盲溝，邊墻下部增設Φ100PVC排氣管，構成水汽分離裝置，水汽混合體由環向及縱向盲溝引入，經分離后，水體由邊墻Φ80PVC橫向排水管引至側溝，氣體由排氣管拉通引至接近或高端洞口，改用Φ100鍍鋅鋼管引至高處散放，水氣分離裝置對應邊墻橫向排水管設置，并與環向盲溝錯位布置。

氣密性混凝土，是在拌和普通混凝土時摻入一定比例的氣密劑而成。能顯著改善混凝土膠凝材料的基本性能，抑制水泥中Al3+的活性，加速Ca2+和SiO2離子水化進程，激發水泥中游離鈣和氫氧化鈣的活性，使其完全參與水泥水化生成硅酸鈣膠凝，充分改善水泥水化中液相環境，增強混凝土抗氣密的性能。

襯砌時，采用氣密性混凝土進行襯砌，須選用合格的原材料，進行選配混凝土配合比，嚴格控制外加劑的品質和摻量，嚴格攪拌時間和運輸過程的時間控制，使混凝土澆筑過程做到連續、振搗密實、保護層達到規定要求等措施，確保混凝土抗滲性指標達到規范要求，較好地控制氣體擴散的最后一道關口。

6 ?結語

針對低瓦斯隧道施工，做好超前地質預報，超前探孔檢測等措施和方法，通過加強隧道施工當中的通風力度，并重視強化瓦斯濃度的檢測工作，采取全環設置“瓦斯墊層+防水板”的瓦斯隔離層，襯砌施工前，設置水汽隔離裝置防護，襯砌施工時，采用氣密性混凝土進行施工，能較好地封閉氣體擴散，襯砌施工是把好氣體擴散的最后一道關，陳家灣隧道施工時，嚴格把控每一個環節，通風不斷，檢測不停，現場施工順利，未發生安全事故。

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