郭 有 余, 張 鐸, 馮 南 波
(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局,四川 彭山 620860)
成都地鐵18號線龍泉山隧道位于天府新區(qū)站~三岔湖站區(qū)間,為穿山越嶺隧道,采用雙洞分修方案(線間距30 m),礦山法施工,隧道區(qū)域為龍泉山油氣田分布區(qū)域瓦斯隧道。筆者結(jié)合該工程,對油氣田區(qū)特長地鐵隧道瓦斯監(jiān)測與檢測技術(shù)進行了剖析。
成都地鐵18號線龍泉山隧道屬油氣田區(qū)高瓦斯隧道,開挖油氣田區(qū)的高瓦斯隧道具有極高的危險性。油氣田區(qū)瓦斯無處不在,因有斷層、節(jié)理帶存在,易有瓦斯溢出。
2.2.1 可能發(fā)生的原因
瓦斯爆炸的主要原因是由于瓦斯積聚、通風(fēng)不當(dāng)所致。一方面,爆破作業(yè)后瓦斯溢漏面急劇增大,洞內(nèi)通風(fēng)條件差,瓦斯?jié)舛茸钜咨撸涣硪环矫媸峭咚雇挥俊?/p>
其他引起爆炸的原因有電力線短路、電氣焊防火不當(dāng)以及車輛、機械設(shè)備保養(yǎng)不及時等產(chǎn)生火花而引起爆炸。
2.2.2 可能發(fā)生的位置
隧道主要采用臺階法施工,由人工手持風(fēng)鉆鉆爆開挖和模板臺車進行二次襯砌,因此爆破后未支護的斷面及模板臺車附近最容易形成瓦斯積聚,發(fā)生爆炸的可能性最大;另外,坍塌、超挖形成的空腔,錯車道、隧道洞室等容易形成瓦斯積聚。
(1) 瓦斯隧道施工期間,項目部成立了專門的瓦斯檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)由自動監(jiān)控、人工監(jiān)控及第三方檢測系統(tǒng)組成并作為施工工序管理,由現(xiàn)場施工負責(zé)人主管,該系統(tǒng)主要測定氣象、瓦斯?jié)舛取L(fēng)速、風(fēng)量等參數(shù)。
(2) 壓入式通風(fēng)機必須裝設(shè)在洞外或洞內(nèi)新鮮的風(fēng)流中,避免污風(fēng)循環(huán)。瓦斯工區(qū)的通風(fēng)機應(yīng)設(shè)兩路電源并應(yīng)裝設(shè)風(fēng)電閉鎖裝置。當(dāng)一路電源停止供電時,另一路應(yīng)在15 min內(nèi)接通,以保證風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)。
(3) 隧道正洞安裝全斷面超前探測設(shè)備,超前探孔孔徑為89 mm,單孔長度為30 m,搭接長度不小于5 m,沿拱墻等間距布置5個探孔,探孔位于開挖邊線內(nèi)20 cm處;并在超前探孔處設(shè)置監(jiān)測點,以檢測是否有有害氣體涌出,若探測到有害氣體,應(yīng)根據(jù)記錄確定有害氣體涌出的位置。
(4) 瓦斯檢測地點及范圍:
①開挖工作面風(fēng)流、回風(fēng)流中,爆破地點附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中及局部塌方冒頂處。
②坑道總回風(fēng)的風(fēng)流中。
③局扇及電氣開關(guān)前后10 m的風(fēng)流中。
④各種作業(yè)臺車和機械附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中。
⑤電動機及其開關(guān)附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中。
⑥隧道洞室中,如變電所、水倉等瓦斯易于積聚處。
⑦錯車道位置及襯砌端頭。
⑧接近地質(zhì)破碎帶處。
⑨電焊作業(yè)、防水板焊接及坍方處等特殊工序部位。
結(jié)合該隧道高瓦斯特點,采用人工監(jiān)控與自動監(jiān)控相結(jié)合,在掌子面頂部、模板臺車頂部的上隅角設(shè)置便攜式甲烷檢測報警儀,在檢測到瓦斯?jié)舛取?.5%時應(yīng)立即報警,切斷作業(yè)區(qū)電源,工人停止作業(yè)并撤出作業(yè)人員。設(shè)風(fēng)速傳感儀,對于回風(fēng)處風(fēng)速小于1 m/s時停止作業(yè)并檢查原因。對需人工檢測的部位,應(yīng)保證每120 min檢測一次;遇突發(fā)或異常情況需隨時監(jiān)測。在洞口測風(fēng)站配備手動式測風(fēng)儀,定期測定回風(fēng)巷的風(fēng)流速度。當(dāng)風(fēng)流速度變化時,及時找出原因,采取措施。
瓦斯自動監(jiān)控系統(tǒng)使用KJ自動監(jiān)控系統(tǒng),其探頭懸掛位置應(yīng)能反映隧道風(fēng)流中瓦斯的最高濃度。在檢測到瓦斯?jié)舛取?.5%時報警,隧道自動斷電報警系統(tǒng)為聲、光連動形式,瓦斯?jié)舛取?%時切斷電源并實施瓦電閉鎖。
(1) KJ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
該系統(tǒng)主要由三部分組成:
①地面中心站。地面中心站是整個系統(tǒng)的大腦,主要用于設(shè)置、實時顯示并存儲隧道的環(huán)境參數(shù)。地面中心站主要由監(jiān)控主機、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)傳輸接口和其它計算機周邊設(shè)備組成并包含防雷設(shè)備。
②隧道分站。分站的作用主要是為傳感器提供電源并接收傳感器的數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)通過通訊線路傳輸?shù)降孛嬷鳈C。分站有大、中、小三種類型,以方便用戶根據(jù)需要進行選擇。
③傳感器及控制器。傳感器主要用于采集隧道的環(huán)境參數(shù)。控制器是系統(tǒng)斷電的執(zhí)行器,在異常情況下接收分站發(fā)來的斷電信號,切斷隧道的工作電源,防止意外事故的發(fā)生。
(2) 系統(tǒng)工作原理。
該系統(tǒng)主要用于采集隧道中的甲烷濃度、一氧化碳濃度及風(fēng)機運行等參數(shù),在地面機房進行24 h不間斷監(jiān)測;并在以上參數(shù)異常的情況下自動報警、切斷工作電源,以達到隧道安全生產(chǎn)的目的。
(3) KJ隧道施工環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的布置。
①中心機房設(shè)在隧道口的監(jiān)控值班室,機房設(shè)備有監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)接口、電源避雷器、UPS電源和主機配KJ監(jiān)控軟件。為了更好地保護監(jiān)控設(shè)備,在監(jiān)控中心機房和隧道口各設(shè)信號避雷器一臺。
②傳感器的布置。
在隧道掌子面分別設(shè)3臺甲烷傳感器、1臺一氧化碳傳感器和1臺硫化氫傳感器,各二襯臺車端頭設(shè)計有1臺甲烷傳感器、1臺風(fēng)速傳感器、1臺溫度傳感器,在防爆開關(guān)處設(shè)計有斷電儀,在洞口(或值班室)設(shè)1臺聲光報警器。隨著隧道的延伸,瓦斯段隧道每400 m增加1臺甲烷傳感器和1臺一氧化碳傳感器(含硫?qū)釉僭黾?臺硫化氫傳感器)。
根據(jù)傳感器的數(shù)量和種類,配置大型分站2個,分站應(yīng)安裝在便于工作人員觀察、調(diào)度、檢驗、支護良好、無滴水、無雜物的地方,其距離地面的高度不應(yīng)小于0.3 m,并加墊木或支架固定。
人工監(jiān)控采用便攜式瓦斯檢測報警儀和光干涉甲烷測定儀。
人工檢測地點及范圍:
(1)開挖工作面,風(fēng)流、回風(fēng)流中,爆破地點附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中及局部塌方冒頂處;
(2)局扇附近10 m內(nèi)的風(fēng)流中,電動機及開關(guān)附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中,各種作業(yè)臺車和機械附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中;
(3)坑道總回風(fēng)流中,平導(dǎo)與正洞的橫通道;
(4)錯車道的位置、襯砌的端頭、二襯臺車及掌子面頂部等瓦斯易聚集部位;
(5)接近地質(zhì)破碎帶處。
目前,國內(nèi)對于油氣田區(qū)瓦斯隧道施工技術(shù)的研究還停留在初級階段,加強油氣田區(qū)高瓦斯隧道致災(zāi)機理與瓦斯監(jiān)測與檢測技術(shù)的研究對于填補該領(lǐng)域技術(shù)空白、保證安全施工已刻不容緩。