黎愛清

(中鐵二十局集團有限公司, 陜西西安 710000)

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低瓦斯隧道施工瓦斯危害及其控制管理

黎愛清

(中鐵二十局集團有限公司, 陜西西安 710000)

【摘要】針對在建的成貴鐵路低瓦斯隧道施工難題，運用理論分析和現(xiàn)場驗證等方法，分析了低瓦斯隧道中瓦斯特點和危害并提出了當前低瓦斯隧道管理現(xiàn)狀決定了管理費用不足的問題，結(jié)合中項山低瓦斯隧道施工實踐，確定了瓦斯檢測與通風、隧道內(nèi)電器設(shè)備、隧道動火和施工管理等一系列管理方法。結(jié)果表明，盡管低瓦斯隧道及其施工條件一般比較復雜，只要施工重視并提出合理的控制方法就能完成工程安全、工程及成本目標。

【關(guān)鍵詞】低瓦斯隧道；特點與危害；控制管理；施工

當需要在瓦斯工程條件下掘進隧道特別是長大隧道時，瓦斯將會對工程安全、進度及其工程成本控制帶來決定性作用。這也是往往讓包括施工在內(nèi)的建設(shè)單位難以應(yīng)對的挑戰(zhàn)，因為按現(xiàn)行規(guī)范，當瓦斯涌出量小于0.5m3/min時確定為低瓦斯隧道，在施工時必須選擇合理的施工方法、保證通風強度以及采取合理的運輸方式，否則不允許施工。但是，在現(xiàn)實工程中，如果把握不好將會嚴重影響施工的具體布置和管理。一是低瓦斯隧道很可能會在某個區(qū)段因瓦斯積聚成為高瓦斯工區(qū)而極具風險，容易誘發(fā)安全事故；二是正因為擔心上述風險致使施工及其管理人員時常忐忑不安，畏手畏腳，不敢大膽掘進；三是在按瓦斯隧道條件施工配備通風、運輸、支護和供配電等一系列防爆措施后，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)監(jiān)測得到的瓦斯?jié)舛然九c非瓦斯隧道差不多，即使風機通風不足，也幾乎如此，時間一長則會使得施工人員出現(xiàn)麻痹思維，這種不好的想法往往具有更大的威脅。因此，到底在施工中如何分析低瓦斯的影響、控制標準并對其采取合理的對策將會是當前大量瓦斯隧道施工迫切需要解決的難題。

1低瓦斯特點與危害

對于高瓦斯特別是高瓦斯長大隧道施工，通風效果的好壞會直接影響隧道工程建設(shè)安全和施工進度。按照施工安全要求，正常隧道進行臺階法開挖時，隧道內(nèi)風速不小于0.25m/s，如果要防止瓦斯聚集則風速不應(yīng)小于1m/s。

按瓦斯隧道相關(guān)技術(shù)規(guī)范[1-2]，當瓦斯涌出量小于0.5m3/min時為低瓦斯。瓦斯爆炸有三個條件：一是瓦斯的濃度，二是適當?shù)臏囟?，三是氧氣。高瓦斯隧道的施工一般很容易引起重視，隧道施工的安全管理與措施都比較重視，只要按瓦斯管理的操作規(guī)程進行施工一般不會出現(xiàn)瓦斯爆破事故。從施工實踐經(jīng)驗看，低瓦斯隧道也極具風險，因為低瓦斯隧道的施工人們往往反而忽視，在設(shè)備投入與瓦斯管理上就不會那么規(guī)范。但是低瓦斯的集聚也很容易變成高瓦斯，同樣會引起瓦斯爆炸。從某種意義上看其風險甚至會超過高瓦斯隧道，其主要原因就是其潛在積聚后的突發(fā)性卻又會因其長期處于正常狀態(tài)而突發(fā)后施工人員不能及時反應(yīng)，由此會造成極大不利危害和后果。根據(jù)統(tǒng)計40 %的瓦斯爆炸都是發(fā)生在低瓦斯隧道，這也從分說明了低瓦斯隧道施工管理的重要性。

2低瓦斯隧道常用對策及其存在的問題

參考現(xiàn)有瓦斯隧道施工技術(shù)[3-5]，對于低瓦斯隧道，目前主要采用以下對策進行安全控制。

2.1加強通風及監(jiān)測

施工一般要求非常嚴格，如當檢測發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛冗_到0.3 %～0.5 %時，瓦檢人員應(yīng)向現(xiàn)場負責人報警，同時加強瓦斯?jié)舛葯z測；當瓦斯?jié)舛瘸^0.5 %時，瓦檢人員應(yīng)立即向現(xiàn)場施工負責人報告，由現(xiàn)場施工負責人立即組織停止工作，撤出人員，切斷隧道中電源，查明原因，加強通風檢測，為了施工安全，甚至會把瓦斯?jié)舛瓤刂圃诘陀?.3 %才能恢復施工。從上述控制過程就知道，瓦斯隧道的控制與施工干擾非常大，即使瓦斯?jié)舛容^低時也會導致施工緊張，如果由于誤差而測試出現(xiàn)異常，則會對工程施工造成極大影響。

2.2設(shè)備防爆

常規(guī)隧道開挖、支護和運輸?shù)绕胀C械設(shè)備在瓦斯隧道內(nèi)作業(yè)存在安全隱患，因此不影響設(shè)備的正常使用的前提下必須對運輸車、裝載機和挖掘機進行合理改造以適應(yīng)實際使用環(huán)境，使其基本的防爆要求。由此，需要配備或改裝大量防爆設(shè)備，如果因瓦斯?jié)舛容^低使得設(shè)備不用啟動而閑置，造成成本極大浪費。

2.3有軌運輸

依據(jù)相關(guān)規(guī)定，在瓦斯隧道中一般不能采用無軌運輸，優(yōu)選有軌運輸以避免無軌汽車排煙尾氣火花引發(fā)瓦斯爆炸。如果采用有軌運輸，就目前隧道開挖量看，出渣速度慢且嚴重影響整個工程的進度。

2.4供配電技術(shù)

瓦斯隧道施工洞內(nèi)供電必須做到“三?！薄ⅰ皟砷]鎖”，即專用變壓器，專用開關(guān)，專用供電線路，瓦斯?jié)舛瘸瑯藭r與供電的閉鎖及壓入式通風的風機與洞內(nèi)供電的閉鎖。因此，瓦斯工區(qū)的主通風機、局部通風機和洞內(nèi)與之相應(yīng)的工作面的電氣設(shè)備，必須與瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進行風電、瓦電閉鎖，當通風機停止運轉(zhuǎn)時，應(yīng)能立即自動切斷局部通風機供風區(qū)段的一切電源。這些技術(shù)均很多程度影響施工管理，使得施工難度大大增加。

3低瓦斯隧道安全經(jīng)費的現(xiàn)狀

在現(xiàn)有鐵路隧道規(guī)范中瓦斯作為一種特殊的巖土，對瓦斯的施工管理有詳細的規(guī)定，但并沒有瓦斯的高低之分，在施工概算中瓦斯是沒有專門的處理費用，費用也沒有高低之分。項目在設(shè)計之初為了控制投資規(guī)模，低瓦斯或疑似瓦斯巖層的處理是沒有單列費用的。而從安全的角度來講，只要有瓦斯就要按瓦斯的管理標準執(zhí)行。項目單列的安全費是普通工程的安全防護措施費，遠遠滿足不了瓦斯或低瓦斯安全管理所需的安全費用。施工單位作為企業(yè)行為追求項目利益是必須的，但保證安全也是項目管理主要目標之一。在低瓦斯隧道施工中，在沒有預列其處理費用時，施工單位為了保證施工安全，為了預防瓦斯事故，前期的安全投入是必須的。但瓦斯的預防與處置前期要投入到何種程度是我們施工單位必須認真研究和分析的。

4低瓦斯隧道施工案例

成貴鐵路7標設(shè)計隧道18 522m/11座。除貓魯寺隧道和興隆坪隧道為高瓦斯隧道外其他均為低瓦斯隧道。以中項山低瓦斯隧道(3 632m)施工組織管理為例說明低瓦斯隧道的為防治瓦斯的特點。

4.1瓦斯的檢測與通風

與高瓦斯的管理一樣，瓦斯的檢測是關(guān)鍵一步，只有發(fā)現(xiàn)了瓦斯才能治理。瓦斯的檢測方法與高瓦斯隧道管理一樣。在瓦斯預報方面，高瓦斯采用30m超前探孔和物探試驗的方法進行預報，低瓦斯隧道采用5m超前探孔預報，掌子面共設(shè)2個探孔。通風采用雙風機單風筒，原則上是采用不間斷通風并勤監(jiān)測(圖1)。

圖1　雙風機單風筒通風

4.2隧道內(nèi)電器設(shè)備

洞內(nèi)施工供電每個支路由一臺隔爆型低壓饋電開關(guān)實現(xiàn)控制，并由相應(yīng)的獨立的隔爆低壓磁力啟動器啟動并保護。由地面10kV電源供洞口的總配電開關(guān)(隔爆型高壓真空配電裝置)的負方，引出礦用交聯(lián)鎧裝電纜(MYJV22-8.7/10)做為施工供電總電纜，沿洞壁架設(shè)電纜掛勾懸掛敷設(shè)。電纜隨著工作面向前推進不斷延伸，500m左右為一段，中間接頭處通過隔爆高壓電纜連接器(LBG1-200/10)連接。主電纜末端接入隔爆型干式變壓器前端的高壓真空隔爆配電裝置(進線方)。總配電開關(guān)(隔爆型高壓真空配電裝置)型號為PJG-50/10Y型，結(jié)構(gòu)特征為A型，主要用于具有爆炸性危險氣體(甲烷混合物)的場所，對Ue=10kV，Ie≤400A，額定頻率50HZ的三相交流中性點不接地的供電系統(tǒng)進行控制、保護和測量，同時作為瓦斯風電閉鎖裝置的總開關(guān)，設(shè)置在洞口外側(cè)20～30m。

隧道內(nèi)照明由ZBZ型礦用隔爆型照明綜合保護裝置將380V電源轉(zhuǎn)換為127V照明電壓供給照明燈具用電來實現(xiàn)。照明綜保裝置具有短路、過載、漏電閉鎖及電纜絕緣危險指示功能。每隔10m沿隧道兩側(cè)各設(shè)一盞DGS24/127Y型礦用隔爆熒光燈，采取分段照明的方案，洞內(nèi)照明綜保前后250m引出照明主線，其余段從隧道洞口變壓器單獨引入照明主線，照明主電纜選用型號為MY-0.38/0.66-4×6。隧道掌子面照明采取在掘進工作面臺架上安裝4盞DGS175/127B型礦用隔爆投光燈，1臺ZBZ-4/380/127V型礦用隔爆型照明綜合保護裝置來實現(xiàn)(圖2)。

圖2　隔爆型照明綜合保護裝置

隧道掘進500m后，考慮施工用電高壓進洞，洞內(nèi)設(shè)置變壓器為礦用隔爆型干式變壓器，可隨工作面向前推動整體向前移動，型號為KBSG-315kVA/10/0.40kV，輸出電壓為380V，中性點不接地，其容量計算根據(jù)負荷情況而得出。變壓器前端的高壓真空隔爆配電裝置用于對變壓器饋電現(xiàn)場控制及對變壓器的監(jiān)測、保護作用，型號為PJG-50/10，結(jié)構(gòu)特征B型。中項山隧道出口主要防爆設(shè)備見表1。

4.3隧道動火

瓦斯隧道施工原則上禁止動火，但施工不可避免地局部要使用電焊、熱熔焊等，要求先進行動火申請，經(jīng)批準后在瓦檢員、安全員在位并進行必要的防護后才能開始作業(yè)。

4.4低瓦斯隧道施工管理方法

低瓦斯隧道的施工管理宜采取預防為主，實際施工中的瓦斯并無高低之分，低瓦斯的逸出不及時通風經(jīng)過集聚也會轉(zhuǎn)換成高瓦斯。因此，低瓦斯隧道的安全管理首先要意識到瓦斯的危害性，要從思想上引起重視。

表1　中項山隧道出口主要防爆設(shè)備

低瓦斯隧道的安全管理首先是應(yīng)加強通風和檢查。在低瓦斯隧道施工中主要是對隧道內(nèi)固定的電氣設(shè)備采用防爆改裝，防爆級別為Ⅱ型，可有效降低施工成本。

中項山低瓦斯隧道目前已經(jīng)貫通，盡管施工過程比較困難，但按上述方法進行施工管理后，不但完成了整個工程的安全目標，而且還較好地實現(xiàn)了施工工期及成本控制目標。

5結(jié)論

(1) 低瓦斯隧道如果控制不好也會有很大風險，因此必須結(jié)合工程實際情況，對其具體特點、危害進行分析并找出其存在的問題，進而提出合理可行的控制方法才能保證隧道施工安全及滿足工程進度要求。

(2) 由當前低瓦斯隧道管理現(xiàn)狀決定了管理費用不足，而按瓦斯的管理標準進行施工則不能滿足瓦斯或低瓦斯安全管理需要，為此施工單位必須充分依據(jù)自身條件調(diào)動相關(guān)因素才能確保工程安全。

(3) 由中項山低瓦斯隧道施工實踐看，只要對瓦斯的檢測與通風、隧道內(nèi)電器設(shè)備、隧道動火和施工管理做到位，盡管施工過程可能比較困難，仍然能較好地完成工程安全、工程及成本目標。

(4) 由于瓦斯隧道及其施工條件較為復雜，對低瓦斯隧道的特點、存在問題及其控制管理辦法還應(yīng)在今后做更為廣泛且深入研究。

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[作者簡介]黎愛清(1965～)，男，教授級高級工程師，從事隧道與地下工程施工技術(shù)與管理工作。

【中圖分類號】U455.49

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2016-05-31