地鐵隧道施工技術及瓦斯隧道通風安全風險控制

摘要：地鐵隧道施工整體跨度較大、施工環境比較復雜，且施工工期一般較長，對施工隱蔽性的要求比較高，由此導致地鐵隧道施工往往存在一定的安全風險，影響地鐵隧道施工的整體質量。在地鐵隧道施工過程中，施工單位應結合工程施工的實際情況，詳細分析影響地鐵隧道施工安全的因素，科學選擇地鐵施工技術，切實保障地鐵隧道施工的整體安全性和質量。遇到瓦斯隧道時，應合理使用瓦斯隧道施工安全控制技術，嚴防瓦斯事故，強化安全控制措施有效性，提高隧道施工通風穩定性。

關鍵詞：隧道施工；瓦斯隧道; 施工安全；盾構法；通風安全

1" "地鐵隧道施工技術

1.1" " 工程概況

某地鐵隧道施工工程途徑商貿大廈以及重要的交通岔口，站點深度為19.7m，總體長度為250m，寬度為22.5m。在施工開始之前，地鐵勘測部門已經對施工的地質條件進行了勘測，具體結果如下：施工范圍內人工填土層特征明顯，深處地質結構為沖積層粉質黏土，包括各種類型的沙土，但整體顆粒不大，存在部分卵石層，地質條件整體不佳，存在巖體碎裂的安全隱患。

鑒于隧道施工風險評估的要求，本次施工站點附近的地質作用主要表現為沙土的液化現象，一些特殊地段需要人工填土。但受限于地層構造結構特點，人工填土的風險比較大，整體結構容易松散，受壓縮情況明顯，這都對地鐵隧道的基坑開挖工作產生了不利影響。另外，本次施工的地下水水位深度大致處于4.3～6.8m之間，整體水資源較為豐富，水資源的來源主要為大氣降水。本工程施工環境包括居民樓、各類管線等，其中包括一些燃氣管線。

1.2" " 地鐵隧道施工技術應用影響因素

通過量化本次地鐵施工工程施工技術的應用影響因素，可總結出各類風險因素如下表1所示。

在實際技術應用質量評估過程中，可將表1中的量化數據作為安全質量評估輸入層數據，并將基坑失去穩定性概率以及最終工程損失量作為輸出層數據，將此類數據輸入到相應的質量控制公式中，以便選擇具體的地鐵隧道施工技術。

在本次地鐵施工過程中，最終的質量評估系數未超過0.045，且穩定系數穩定在2～4之間，相應的地層損失率可以控制在0.5%～11%，符合本次施工的穩定性要求，由此說明本次地鐵施工宜選用盾構法。為了保證施工技術的應用要求，在本次施工過程中使用二次注漿法，以此來準確填充施工隧道間隙。

1.3" " 地鐵隧道施工技術的應用要點

在應用盾構法施工技術時，應明確盾構機的實際使用需求，型號合適的盾構機可有效提升地鐵隧道施工的整體效率。但由于地鐵施工的環境比較復雜，施工周期比較長，導致盾構機的應用時間也比較長。為了減少盾構機的應用成本，提高盾構法施工的整體效率，在實際施工開始之前，一定要做好施工環境的調查工作，包括施工范圍的主要地質狀況以及水文環境等。在此基礎上，還應做好地表沉降的防治工作。因此需要結合隧道施工的實際要求，優化調整盾構機的施工參數，包括施工穩定系數、施工空隙充填比例以及施工偏差值等。

地鐵施工技術管理人員應針對本次施工工程，制定出合理有效的技術管理措施以及安全施工管理措施。首先，在具體施工設計時需要依據勘查資料，以此選擇合適的隧道圍護結構以及隧道支撐體系。其次，在選擇土方開挖的方式時，應選擇分層分段開挖的方式，且要嚴格遵守土方開挖的順序規范，禁止超出開挖范圍。再次，為了確保隧道鋼架結構的穩定性，施工人員應及時檢測鋼架整體的應力承載水平，并使用應力檢測儀器檢測鋼架的復加力水平。最后，對于隧道施工中的一些結構較為薄弱的位置，應架設輔助性的結構，類如鋼支架結構等，以防止此類位置出現結構失穩的情況。

2" "瓦斯隧道通風安全風險控制

2.1" " 工程概況

某瓦斯隧道工程，隧道的總長度約為11000m，該隧道的類型為雙洞單線型。隧道設計采用的人字坡，隧道埋深約為320m。其中1#橫洞設置位于主線路的右側，與左線相交于DK87+660，總長合計為1560m。2#橫洞設置位于主線路的右側，與左線相交于DK90+100，總長合計為932m。

本隧道工程中存在瓦斯，瓦斯含量不算太高，屬于低瓦斯隧道工程，局部夾煤線、炭質頁巖地層，地層中存在瓦斯等一些有害氣體。隧道中存在瓦斯，對施工安全影響較大，需要設置有效的通風措施和安全措施。本工程合計設置了3種類型的斜井、5個工作組。三個斜井的長度不一致，具有較大差距，斜井的間距控制在50m左右。

2.2" " 常用通風技術

2.2.1" "壓入式通風技術

一般隧道工程最常用的通風技術就是壓入式。其具有較強的環境適應能力，一般的地形環境基本都適用，且能控制好風量和風速。壓入式通風技術對設備的布置要求也相對簡單，具有較高的靈活性。一般在隧道入口處設置壓入式通風機。當隧道入口相對寬敞，通風以及外部空氣環境較好時，壓入式通風機可以在隧道內部一定的深度范圍內設置。這樣不僅有利于降低施工成本，還能提高隧道內部通風的效率。

2.2.2" "風室接力通風技術

風室接力通風技術主要突出風室之間的接力過程。一般而言，風室接力通風過程被分為兩段，前段的通風目的主要是將新鮮空氣壓入中繼風室中，后端的通風目的主要為各個工作面輸送新鮮空氣。從此角度可看出，這種接力式的通風技術適用于多工作面類型的隧道施工過程，可有效減輕一次通風風室的運行壓力。但由于此種技術對風室的要求較高，在實際的隧道工程中，這種技術應用并不多。在應用此類通風技術時，往往會使用比較簡單的風室結構，如鋼板焊接結構等，以此作為串聯風室，完成通風中的接力過程。

2.3" " 隧道瓦斯預警系統自動監控技術

瓦斯隧道需要對隧道內部的危害氣體進行有效的監控，才能確保施工安全。現階段此類監控技術種類繁多，但都相差不大，主要包含圖像識別技術、傳感技術、溫感技術、監控技術以及多屏協同技術等。一般需要根據隧道中實際存在的有害氣體等情況進行分析，選擇對應成套的系統控制終端。該終端用于對CH4、H2S、CO以及一些氮氧化合物進行實時監控，并根據設置的預警值，對有害氣體濃度超標情況進行預警。

其工作原理主要是通過相關的傳感器元件，識別氣體濃度，當氣體濃度超標后，可以將實際濃度數據通過網絡傳輸到數據中心，并發出報警信號。與此同時，該終端還能夠自動啟動緊急保護措施，如切斷施工用電等保護功能。該系統操作簡單，所以對操作人員的要求相對也不高，一般操作人員和施工人員經過簡單培訓，就可識別隧道內的安全狀態。

通常通過不同顏色的警示燈來表示安全狀態。綠色就表示當前空氣狀態正常，有害氣體濃度在合理范圍內。紅色就是表示當前有害氣體濃度較高，具有較高的危險性。黃色就是表示需要進行實際檢測，避免出現瓦斯等有害氣體過多聚集。監控系統是由各類設備組成，設備也會出現失效的情況，所以除了設備監測外，也還需要專業的人員不定期進行檢測，以確保施工安全。

2.4" " 施工通風安全控制要點

委派專人對通風機械設備進行管理，定期對機械設備進行檢查，并做好相應的檢查記錄。人員交接工作時，應做好相應的設備情況交接。通風設備運行階段，需要定期對隧道中的風流速度進行檢測。技術人員可操作手動式的測風儀進行檢測，并做好風速檢測記錄。當風速過低或者風速不穩定時，應及時向上級匯報，找出問題并及時解決。

要建立完善的通風安全監管制度，組建專業的通風系統監管小組，明確安全責任人，按規定核查工程設備的合格證明。施工前要對施工操作內容進行培訓，規范施工人員的操作，以避免人為操作不當引發安全問題。提高施工人員的安全意識，確保施工人員遇到緊急情況時，懂得如何操作來避免問題加重。施工單位需組織應急預案演練，確保施工人員在遇到緊急情況時能夠操作得當，避免安全事故發生。

2.5" " 通風技術應用注意事項

瓦斯對施工人員的生命安全有較大的危害，為此瓦斯隧道施工階段需控制好瓦斯的濃度，確保施工作業的安全以及施工人員的安全。瓦斯隧道工程在施工準備階段，應先明確本工程的隧道通風的控制標準，并委派專業人員編制好專業的隧道通風控制標準文件，以用于指導施工。

瓦斯隧道施工階段，應確保工作面內的每個施工人員，都可以得到不少于3m3/min的有效空氣。當存在需要使用內燃機機械設備施工時，隧道內部的通風量不得低于3m3/（min·kW）。隧道內部施工時的風速不得低于0.15m/s，且施工時的最大風速應低于6m/s。

通常情況下，瓦斯隧道在施工過程中控制其濃度應低于0.5%。瓦斯濃度較高的時候，就需要增加進風量來降低其濃度。不同的工作面的瓦斯濃度要求存在一定的差別，常見的各工作面的瓦斯濃度控制值如表2所示。

3" "結語

從工程案例的實際應用過程分析，盾構施工技術的應用效果比較好，工程適應性比較強，并且可一次性綜合分析和規避各類風險因素。在應用盾構法施工技術之前，一定要做好施工環境的勘查工作，在保證勘查工作準確性的基礎上，方可確保風險控制因數的有效性和技術應用的整體效果。

選擇通風技術時，可根據隧道工程中工作面的數量進行確定。在瓦斯隧道施工的安全控制方面，在應用自動監控系統時，應明確系統控制的各類要求，熟悉報警系統不同顏色所代表的安全級別。同時應做好系統運行狀態檢查記錄、施工設備調試記錄、施工測量數據的記錄以及維修維護記錄等。

參考文獻

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