瓦斯隧道施工控制及防治措施研究

瓦斯隧道施工控制及防治措施研究

谭蓬勇

中铁二局四公司610300

摘要：隧道施工作为交通运输行业中重点施工项目，保证隧道施工质量，对于推进我国交通运输行业发展起到无可替代的作用。当前在进行隧道施工时可能会遇到瓦斯隧道，一旦在隧道施工时出现瓦斯溢出的现象，必然导致隧道周边生态系统和隧道施工机制遭受破坏。基于此，必须结合瓦斯隧道施工现状制定施工控制及防治措施，在保证瓦斯隧道施工安全性的同时，实现我国交通运输行业稳定发展的目标。

关键词：瓦斯隧道；施工控制；防治措施

引言

天坪寨隧道是达万高速公路重点控制工程之一，该隧道位于分离式路基段，左右线隧道中线相距大于23米。右线隧道进口里程为RK126+964,出口里程为RK130+666,全长3702米。左线隧道进口里程为K126+960,出口里程为K130+640,全长3680米。隧址区位于四川盆地东部边缘构造侵蚀中山区，隧道穿越多条断层及煤层。据《达州至万州高速公路工程可行性研究隧道工程地质勘察A线、C线和D线天坪寨隧道、B线峨层山隧道采空区及煤层瓦斯专项评价》，煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯压力综合作用的结果。隧道通过一般地段由于煤层瓦斯含量和瓦斯压力较小、地应力低，煤与瓦斯突出可能性小，但穿越轴部时，由于该地段断层交汇、尖灭，地应力集中，有瓦斯富积的可能，故在施工时应超前预防，采取有力措施，做好瓦斯抽放和预报工作，确保隧道安全生产。

在进行瓦斯隧道施工时，不仅需要考虑瓦斯隧道结构状态，还应根据各项分析制定合理的瓦斯隧道施工方案，严格控制瓦斯隧道施工时出现质量问题和安全风险的可能。保障瓦斯隧道施工人员自身安全，确保瓦斯隧道施工顺利开展。此外，还应根据瓦斯隧道施工现状制定一系列防治措施，降低隧道施工时出现瓦斯溢出现象的可能，使得瓦斯隧道施工能够满足我国交通运输行业综合发展需求。

1瓦斯隧道施工中瓦斯爆炸原因

由于瓦斯隧道施工较为复杂，在进行瓦斯隧道施工时很有可能出现瓦斯溢出的现象，不仅影响隧道施工人员自身安全，严重时还会导致隧道坍塌，直接影响我国交通运输行业发展水平。而且在隧道施工时造成瓦斯爆炸的现象非常多，这就应对瓦斯隧道施工现状进行深入分析，明确瓦斯隧道施工时出现问题的原因。在对当前瓦斯隧道施工进行深入分析的过程中，了解到隧道施工时出现瓦斯爆炸现象的原因主要表现在以下几个方面：第一，一般来说，瓦斯爆炸现象与隧道中氧气浓度之间也存在紧密的联系。当坑道的瓦斯浓度小于5%，遇到火源时，瓦斯只是在火源附近燃烧而不会爆炸；当瓦斯浓度在5%～6%到14%～16%时，遇到火源具有爆炸性，瓦斯浓度大于14%～16%时，一般不爆炸，但遇火能平静地糭。当瓦斯糭时遇到障碍而受压缩，即能转糭为爆炸，对隧道施工人员自身安全带来极大的威胁。瓦斯爆炸时，爆炸波运动造成暴风在前，火焰在后，暴风遇到积存瓦斯，使它先受到压力，然后火焰点燃发生爆炸，第二次瓦斯受到的压力比原来的压力大，因此爆炸后的破坏力也更剧烈。第二，如果隧道中甲烷浓度超过相应标准，必然导致隧道中氧气浓度下降。相关人员在隧道施工时很有可能出现窒息现象，对于隧道施工效果也有很大的影响。而且在隧道施工时还会进行爆破工作，如果隧道中甲烷含量超标，在爆炸火星的干扰下必然导致隧道内部出现连贯爆炸现象，为隧道施工质量安全带来很大的影响。第三，在进行隧道施工时，很可能出现一些电气火花和煤炭自燃的现象。如果不能对这种现象实施有效控制，必然导致隧道内部出现瓦斯爆炸事故。造成隧道施工安全性下降，直接影响瓦斯隧道施工质量。

2瓦斯隧道施工控制及防治措施

2.1隧道中瓦斯的检测

2.1．1隧道中瓦斯超前预探

隧道瓦斯超前预探就是要从时间上提前，距离上超前了解隧道围岩地质情况、瓦斯赋存情况。设计院提交的隧道设计纵断面图、地质总平面图、瓦斯评价等资料也是隧道施工超前探测报的成果，但由于勘察设计精度的限制及隧道地质的复杂性等种种原因，设计图中常常遗漏很多只有在隧道施工中才能发现的不良地质体和瓦斯异常区域，因而对围岩特征、瓦斯赋存描述就不是十分准确。因此，瓦斯隧道施工中针对瓦斯超前预探显得更为重要。

瓦斯超前探测目的主要有：

⑴前方岩体破碎程度及范围、岩体裂隙及发育情况、岩体空洞范围及大小探测；

⑵前方岩体瓦斯赋存情况探测及瓦斯涌出预测；

⑶岩体瓦斯压力、瓦斯含量、突发性喷出等预测。

瓦斯超前探测可以结合超前地质预报进行，地质预报可能能解决第一种目的，但是为了掌握瓦斯隧道施工工作面前方的瓦斯赋存和相关瓦斯参数，必须采用钻探手段。钻探采用超前探孔和加深炮孔相结合的方法。

超前探孔就是为了保证探测准确可靠，有效控制危险区域，在隧道开挖横断面上布置三个Φ65钻孔，钻孔深度为80m。根据隧道设计要求因此在隧道开挖到断层、煤层和空洞前50m时，在隧道开挖横断面布置2排3个钻孔。其中孔1为水平钻孔，孔2孔3为倾斜钻孔，孔2孔3钻孔终孔点超出隧道开挖线轮廓线10m。(即外插角度为7.125°)

加深炮孔就是当隧道进入煤层及瓦斯地带时，可通过浅孔钻探技术探查、释放工作面前方瓦斯，避免遭遇裂隙时突然大量涌出瓦斯，同时也可起到有控制地排放瓦斯的作用。加深炮孔可使用爆破钻眼用风钻施工，孔深不小于5m，每班探掘，先探后掘，如遇有瓦斯异常涌出时，立即停止作业，采取相应措施。

在瓦斯隧道施工之前，应根据超前探孔和加深炮眼预测前方岩体破碎程度及范围、岩体裂隙及发育情况、岩体空洞范围及大小、瓦斯富存情况、瓦斯涌出、岩体瓦斯压力、瓦斯含量、突出性喷出等，及时上报建设、设计、监理等单位提前分析制定施工方案，为施工提供依据。低瓦斯隧道每一掘进循环，均需加深炮眼检测天然气，当确认存在天然气时，实施超前钻孔，进一步检测其浓度、涌出量、压力等参数，并及时报告建设、设计、监理等单位，必须及时处理。

2.1．1隧道施工瓦斯的检测

在对隧道中瓦斯实施综合检测时，还应保证相关人员对隧道内部结构状态有所掌握，可以采取人工检测（使用便携式瓦斯检测报警仪）和自动遥测（瓦斯自动探头与瓦斯测报中心）相结合的方式对隧道中瓦斯浓度实施有效评估，在进出口洞外设置瓦斯监测中心，在洞内布置远距离瓦斯探头（建议在开挖工作面、二衬工作面、回风流中各布设一个），连续监测洞内瓦斯浓度以确保施工安全。减少隧道瓦斯检测时出现问题的可能。对于较为复杂的隧道结构来说，可以创建合理的隧道瓦斯检测体系，按照相应体系要求开展隧道监测工作，借以保证隧道瓦斯浓度检测工作顺利开展。由于隧道中不同部位瓦斯浓度存在本质上的差异，这就应按照隧道施工程序确定合理的瓦斯检测地点和范围，并针对隧道中某一区域结构状态改善原有瓦斯检测模式中不合理的地方，确保隧道瓦斯检测工作顺利开展。

2.2控制隧道中瓦斯浓度

为避免隧道施工时出现瓦斯爆炸的问题，必须将隧道中瓦斯浓度控制在规定的范围内，只有在保证隧道施工人员自身安全的同时，确保瓦斯隧道施工效果有所提升。加上隧道中瓦斯成分较为复杂，在实施隧道中瓦斯浓度控制时可能会出现一些问题。基于此，必须结合隧道实际状况制定合理的瓦斯浓度控制措施，将施工隧道中瓦斯浓度控制在规定的范围内。就目前来看，控制隧道中瓦斯浓度的方法主要表现在以下几个方面上：第一，在进行隧道施工时，必须保证隧道内部通风效果，同时向隧道中灌输一定浓度空气，尽可能将隧道中瓦斯浓度控制在0.5%以下，减少隧道施工时出现瓦斯爆炸现象的可能。第二，受隧道中地质条件的影响，在进行隧道施工时很有可能出现天然气溢出的现象，加大隧道施工时出现瓦斯爆炸现象的可能。针对于这一点就需要对隧道中各部位实施有效管理，降低隧道施工时天然气溢出量，从本源上控制瓦斯爆炸。

隧道施工前，应选择合适的通风方式；建立健全通风管理制度；结合施工方法、施工作业的机械配套条件计算通风量，通风量计算正确选择通风设备和设计通风系统。

隧道施工时风机安设在主洞外，距离横洞开口位置至少20m的新鲜风流处（横洞开口前方），风筒距横洞掌子面距离不超过5m。在安设风机处设瓦斯浓度传感器和风机开停传感器并实现“瓦电闭锁、风电闭锁”，即当横洞风机吸入风流瓦斯浓度达到0.5%时，能自动切断横洞施工风机以及横洞内所有非本质安全型机电设备的电源，当隧道主洞风机停止运转时，能自动切断横洞施工风机以及横洞内所有非本质安全型机电设备的电源。由于瓦斯的密度远远小于空气的密度，所以瓦斯容易在空间上部积聚。在隧道发生塌方、掉顶时，极易引起瓦斯的积聚，所以在上述情况出现时，要尤其加强事发地点的通风，严防瓦斯积聚。在瓦斯容易聚集的位置设置局散风机通风。风机型号选择及数量等配置根据实际情况选择。特殊的探腔等根据实际情况制定专项排放方案，

2.3对隧道施工中实施火源管理

在对隧道施工中瓦斯爆炸现象进行深入分析的过程中，了解到瓦斯爆炸的额主要原因表现在火源管理不合理上，基于此，在进行隧道施工时，必须对隧道中火源中实施有效管理，避免隧道施工时因火花而出现瓦斯爆炸现象，进一步提升隧道施工质量。对于瓦斯隧道来说，其在施工时出现的火源较为复杂，不同火源的表现形式和诱发原因等方面存在本质上的差异。这就需要根据隧道施工中不同火源制定合理的管理措施，严格控制隧道施工时产生大规模火源现象。而且在瓦斯隧道施工时还会应用一系列仪器设备，应用合理的仪器设备对于提升隧道施工效率起到非常重要的作用。但是多数仪器设备在长时间运行过程中会产生一些电火花现象，在于隧道中瓦斯相接触的条件下必然出现瓦斯爆炸，甚至隧道坍塌问题，直接影响隧道施工质量安全。针对于这一点，在进行瓦斯隧道施工之前，就需要对各类仪器设备实施优化改善，并定期对各类仪器设备实施综合检测，降低仪器设备在运行时出现电火花现象的概率，避免隧道施工时出现瓦斯爆炸现象。在施工前，必须对编制临时用电施工组织设计，选用合理的供电方案，相应的电缆电器设备；对施工机械进行改造；选定合理的施工方案，制定每道工序的防瓦斯措施，确定爆破方式和爆破材料。

2.4执行隧道防火防爆规定

由于瓦斯隧道施工安全水平低下，在进行瓦斯隧道施工时经常出现爆炸和火灾等问题，加大瓦斯隧道施工出现质量问题的可能，对于瓦斯隧道施工人员自身安全也有极大的威胁。针对于这种情况我国有关部门也根据瓦斯隧道施工创建一系列隧道防火防爆规定。更好的评估瓦斯隧道施工时可能出现的爆炸和火灾事故。与此同时，还应保证相关人员能够按照有关规定对瓦斯隧道施工进行防火防爆处理，降低瓦斯隧道施工时出现各类事故的可能。在隧道施工前，项目部和作业队均应成立专门的通风、瓦斯管理机构，配备工程师或技术员和足够的通风、瓦斯检测人员，经专门培训和学习，并考试合格后担任；建立各项管理制度，明确工作流程和各自岗位职责;严格进行出入洞管理，洞口设置门禁系统，火源严禁入洞；制定应急预案并进行演练，备足应急物资；严格执行施工方案，做好关键工序卡控。在完成瓦斯隧道施工之后，相关人员还应依靠一系列标准对瓦斯隧道内部实施有效检测，检测隧道内部瓦斯浓度与氧气浓度，同时采取适当措施排除瓦斯隧道施工中安全隐患，严格控制隧道内部瓦斯物质对整个工程项目施工质量安全产生的影响。

结语

综上所述，了解到在对瓦斯隧道进行施工时很有可能出现爆炸现象，直接影响瓦斯隧道施工质量和安全效果。针对于这一点在进行瓦斯隧道施工时必须结合瓦斯爆炸原因制定合理的防治措施。将隧道施工中瓦斯溢出的可能性控制在规定的范围内，有效控制瓦斯隧道施工时出现爆炸现象，确保瓦斯隧道施工顺利开展。而且对瓦斯隧道施工实施有效的防治措施，还能够提升隧道施工的合理性，以推进我国交通运输行业良性发展。

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