瓦斯通風(fēng)技術(shù)在高速公路隧道建設(shè)中的應(yīng)用

孫龍俊

中鐵廣州工程局集團(tuán)第三工程有限公司

1 引言

城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，使得城市逐步向外擴(kuò)建，高速公路作為城市交通運(yùn)輸?shù)闹匾危浣ㄔO(shè)質(zhì)量受到了高度重視。從我國大部分土地環(huán)境看，由于地勢較為復(fù)雜，在建設(shè)高速公路過程中對部分路段會采用隧道的方式。由于隧道工程一般建設(shè)在山腳下或地下，具有較強(qiáng)的隱蔽性，對施工技術(shù)的選擇提出較高要求。再加上隧道建設(shè)位置多在山脊區(qū)域，煤炭、天然氣等礦物質(zhì)進(jìn)一步增加施工難度[1]。對此，本文側(cè)重分析高速公路隧道工程建設(shè)中瓦斯通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升施工質(zhì)量，保證施工安全。

2 銀汞山隧道工程基本情況

銀汞山隧道位于昆明市富民縣散旦鎮(zhèn)關(guān)家營村，采用雙向四車道設(shè)計，采用分離式隧道形式通過該路段。單洞隧道凈空10.75×5.0m，左線起訖樁號為ZK22+088~ZK23+210，長1122m；右線起訖樁號為K22+088~K23+182，長1094m；隧道最大埋深約230m，屬長隧道；隧道左右幅均位于曲線上，隧道所在路段縱坡為-2.2%；隧道內(nèi)設(shè)2處人行橫通道、1處車行橫通道。根據(jù)區(qū)域資料、工程地質(zhì)測繪及鉆探資料，隧道區(qū)地層巖性較復(fù)雜。

3 實施瓦斯通風(fēng)技術(shù)的必要性

在高速公路隧道工程施工過程中會出現(xiàn)瓦斯氣體，其主要特點是無色、無味，屬于一種混合氣體。瓦斯氣體主要出現(xiàn)在隧道頂層區(qū)域，如果達(dá)到一定濃度未及時處理，一旦遇到明火將會發(fā)生爆炸，對施工作業(yè)人員以及工程本身造成非常嚴(yán)重的后果。

從銀汞山隧道工程實際情況看，隧道洞身屬構(gòu)造剝蝕、溶蝕低中山地貌，地形較陡，隧道區(qū)地層巖性較復(fù)雜，因此加強(qiáng)施工通風(fēng)顯得尤為重要。由于瓦斯氣體本身主要通過巖體向外擴(kuò)散，并保存部分在巖體內(nèi)部，所以施工監(jiān)管人員需要在隧道施工前到實地勘察，掌握隧道地質(zhì)情況。如果在隧道內(nèi)部存在瓦斯氣體則進(jìn)行施工風(fēng)險識別和風(fēng)險評估，制定出相應(yīng)的預(yù)防方案，將瓦斯爆炸風(fēng)險降到最低。

在銀汞山隧道工程施工建設(shè)中，如果在煤系地層施工中瓦斯壓力較高，會非常容易導(dǎo)致瓦斯爆炸，進(jìn)而危害到隧道施工安全。因此，必須采用瓦斯通風(fēng)技術(shù)，做好隧道通風(fēng)工作，為安全施工提供保障。結(jié)合銀汞山隧道工程實際情況，制定相應(yīng)的通風(fēng)方案，明確通風(fēng)量，合理控制好風(fēng)向、風(fēng)量，從而有效避免瓦斯災(zāi)害，確保銀汞山隧道工程安全質(zhì)量。

4 高速公路隧道建設(shè)施工中瓦斯通風(fēng)技術(shù)的實際應(yīng)用

4.1 合理設(shè)計隧道施工通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)

在銀汞山隧道工程施工過程中，確保實際施工作業(yè)環(huán)境達(dá)到國家規(guī)定的安全通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)：其中氧氣含量至少為20%（計量單位：體積）；利用瓦斯隧道裝藥實施爆破，明確隧道工程作業(yè)現(xiàn)場的風(fēng)流瓦斯?jié)舛仍?.0%以內(nèi)，隧道總回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔荒艹?.75%；如果隧道工程施工現(xiàn)場的開挖面瓦斯?jié)舛瘸?.5%，立即撤離施工現(xiàn)場所有人，確保人員處于安全環(huán)境中，同時對隧道實施通風(fēng)處理。在實際施工中，工程管理人員應(yīng)注意監(jiān)測工程隧道內(nèi)的溫度，確?？刂圃?8℃以下，針對隧道施工通風(fēng)應(yīng)滿足最小風(fēng)量每人4m3/min，呼吸到新鮮空氣，同時控制施工噪聲在90dB以內(nèi)，通風(fēng)風(fēng)速大于lm/s，從而有效避免銀汞山隧道工程施工中瓦斯集聚，增加爆炸風(fēng)險。

4.2 制定施工瓦斯風(fēng)險預(yù)防方案

針對銀汞山隧道工程施工情況，施工人員對隧道施工瓦斯風(fēng)險事故實施量化處理，并結(jié)合實際數(shù)據(jù)計算出通風(fēng)量、風(fēng)向、風(fēng)速等情況，在此基礎(chǔ)上確定合理的工程施工所需設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、風(fēng)管，避免因為設(shè)備問題造成瓦斯堆積，超出標(biāo)準(zhǔn)后增加爆炸風(fēng)險。在銀汞山隧道施工中，由于工作面運(yùn)用的是局扇通風(fēng)，如果發(fā)生供電故障或者風(fēng)扇本身問題會導(dǎo)致局扇停風(fēng)，針對此種情況，應(yīng)在恢復(fù)局扇通風(fēng)前全面監(jiān)測、檢查隧道施工區(qū)域的瓦斯?jié)舛惹闆r，做好瓦斯通風(fēng)工作，避免再次開始施工出現(xiàn)瓦斯風(fēng)險。如果正在施工時突發(fā)瓦斯噴出情況，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r間斷電，并及時對隧道施工區(qū)域?qū)嵤┩L(fēng)，讓現(xiàn)場作業(yè)人員快速撤離現(xiàn)場[2]。施工管理人員需要全面加強(qiáng)對瓦斯隧道通風(fēng)的管理，做好維護(hù)保養(yǎng)工作，定期檢查、維修通風(fēng)機(jī)械設(shè)備、通風(fēng)管路等，如圖1所示，從而使得通風(fēng)系統(tǒng)正常發(fā)揮作用，降低故障率，為工程提供相應(yīng)的保障[3]。

圖1 隧道通風(fēng)機(jī)

4.3 加強(qiáng)隧道通風(fēng)安全監(jiān)測

在銀汞山隧道工程施工中，在運(yùn)用瓦斯通風(fēng)技術(shù)時，首要任務(wù)是測定隧道內(nèi)風(fēng)速，在具體操作中將風(fēng)表指針歸到0位，然后讓風(fēng)表順著風(fēng)流方向成垂直關(guān)系，當(dāng)翼輪轉(zhuǎn)動后記錄表內(nèi)讀數(shù)（格/分鐘）；在對該工程的斷面測風(fēng)時，應(yīng)保證測風(fēng)次數(shù)至少為3次，誤差控制在5%以內(nèi)，進(jìn)而得出更加準(zhǔn)確的測風(fēng)處隧道斷面積。為了進(jìn)一步監(jiān)測隧道工程施工作業(yè)區(qū)域瓦斯情況，工作人員可以充分利用監(jiān)測監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)實施通信測試，并合理發(fā)揮出斷點儀、監(jiān)測瓦斯管道、風(fēng)電瓦斯閉鎖等功能。此外，利用井下數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的作用實現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測、跟蹤，發(fā)揮出超限報警功能性，有利于提升隧道工程瓦斯檢測效率。

結(jié)合風(fēng)速測定結(jié)果，參考通風(fēng)管理規(guī)定、具體操作步驟實施施工。根據(jù)銀汞山隧道工程施工情況，本次研究主要利用壓入式通風(fēng)方法，借助主風(fēng)機(jī)的作用將其安裝到隧道洞門，使得新鮮空氣壓入其中，通過新鮮空氣的壓入擠出洞內(nèi)污濁空氣，在此種循環(huán)作用下排出瓦斯氣體。在此隧道工程的正洞進(jìn)口，利用巷道通風(fēng)，借助風(fēng)筒壓入方式對施工作業(yè)面實施通風(fēng)，為保證通風(fēng)達(dá)到需求，選用大功率通風(fēng)機(jī)向外抽風(fēng)，促使隧道洞內(nèi)形成負(fù)壓，將污濁空氣抽出。具體使用哪種方法需工作人員從實際情況出發(fā)，合理制定瓦斯通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用方案，選用合適的通風(fēng)機(jī)并通過瓦斯監(jiān)測器監(jiān)測，如圖2所示，保證隧道施工安全。

圖2 瓦斯監(jiān)測器

4.4 制定瓦斯通風(fēng)技術(shù)實施方案

銀汞山隧道工程施工中瓦斯通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用，通過實施全斷面的超前探測方式提前掌握巖層瓦斯含量，如果掌子面與探孔底處于10m時，需要實施二次探孔施工，保持每次30m的深度。隧道內(nèi)的瓦斯?jié)舛葴y定使用甲烷檢測儀器，該儀器能夠得到較為準(zhǔn)確的量測結(jié)果。根據(jù)銀汞山隧道工程施工情況，本次研究主要利用3V電壓、50mA電流的KG9701型瓦斯傳感器，該傳感器在檢測隧道施工環(huán)境以及瓦斯?jié)舛然A(chǔ)上還能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)功能。為保證瓦斯通風(fēng)技術(shù)發(fā)揮作用，利用計算機(jī)圖形系統(tǒng)構(gòu)建銀汞山隧道工程施工三維通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過分析、評估、計算出該隧道工程的通風(fēng)系數(shù)，并確定通風(fēng)較為困難的工作面，借助該系統(tǒng)實現(xiàn)高效管理，為隧道施工管理人員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，從而進(jìn)一步明確施工方案，保障安全性。總的來說，施工管理人員應(yīng)當(dāng)提高對隧道施工通風(fēng)工作的重視度，提升一線作業(yè)人員的安全意識，完善瓦斯通風(fēng)安全監(jiān)測制度并落到實處[4]。此外，在施工中指派專人巡檢、監(jiān)測隧道施工現(xiàn)場瓦斯?jié)舛?，切實保證銀汞山隧道工程施工安全性。

采用空氣引射器等設(shè)備，實施局部通風(fēng)的方法消除瓦斯積聚。成立通風(fēng)班組，專門負(fù)責(zé)對隧道中風(fēng)機(jī)的維護(hù)、通風(fēng)檢測、通風(fēng)風(fēng)管的維護(hù)檢修等工作，并要求通風(fēng)班組人員嚴(yán)格按照預(yù)訂通風(fēng)方案實施工作。在具體施工過程中，施工單位要多配置一組備用通風(fēng)設(shè)備，然后通過2組風(fēng)機(jī)輪換通風(fēng)的方式實現(xiàn)隧道內(nèi)24h不間斷通風(fēng)。為避免通風(fēng)設(shè)備斷電問題，還要為通風(fēng)機(jī)準(zhǔn)備備用發(fā)電機(jī)，并定時對發(fā)電機(jī)實施試運(yùn)行與檢修工作。同時，將通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行用電與其他隧道用電實施線路分離，保障通風(fēng)機(jī)有穩(wěn)定持續(xù)的電力供應(yīng)。除此之外，若后期隧道內(nèi)有動火或者實施防水板焊接等特殊工藝環(huán)節(jié)，該施工區(qū)域還應(yīng)增設(shè)局部通風(fēng)扇[5]。

4.5 爆破施工管理

在低瓦斯隧道施工過程中，爆破施工將極易引發(fā)瓦斯爆炸或者瓦斯燃燒等問題，因此，施工單位必須制定應(yīng)急預(yù)案，有效預(yù)防該情況，嚴(yán)格按照瓦斯隧道施工規(guī)范施工，絕不能疏忽大意。另外，針對爆破器材，施工單位也要采用礦區(qū)專用的爆破器材，再結(jié)合諸如濕式鉆孔等瓦斯隧道爆破工藝實施光面爆破，降低因隧道爆破施工所引發(fā)的瓦斯安全事故。

5 結(jié)束語

總而言之，通過本文對瓦斯通風(fēng)技術(shù)在高速公路隧道建設(shè)中的應(yīng)用分析，不難發(fā)現(xiàn)，為保證施工安全性，在實施隧道施工建設(shè)前，施工人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)分析、評估瓦斯風(fēng)險。從實際情況出發(fā)，制定有效地防范和控制風(fēng)險方案，確保高速公路隧道瓦斯通風(fēng)技術(shù)發(fā)揮作用，保證隧道工程建設(shè)安全。