陰宏武

（中鐵一局集團第四工程有限公司，陜西 咸陽 712000）

1 概述

在進行公路、鐵路的隧道施工中，經常會遇到含有瓦斯的地層，瓦斯對隧道施工的危害無需贅述，嚴重時往往會發(fā)生劇烈的瓦斯爆炸，造成重大人員傷亡和財產損失。根據《公路瓦斯隧道設計與施工技術規(guī)范》（JTG/T 3374-2020）規(guī)定，瓦斯隧道工區(qū)分為非瓦斯工區(qū)、微瓦斯工區(qū)、低瓦斯工區(qū)、高瓦斯工區(qū)、煤與瓦斯突出工區(qū)五類。當工區(qū)范圍內絕對瓦斯涌出量小于1.0m3/min時屬于微瓦斯工區(qū)，當絕對瓦斯涌出量小于3.0m3/min時屬于低瓦斯工區(qū)，當絕對瓦斯涌出量大于等于3.0m3/min時屬于高瓦斯工區(qū)?！惰F路瓦斯隧道技術規(guī)范》（TB10120-2019）與公路規(guī)范的判定標準略有出入，其判定指標比公路規(guī)范更加嚴苛。公路規(guī)范和鐵路規(guī)范都明確規(guī)定：微瓦斯和低瓦斯工區(qū)的作業(yè)機械可以使用非防爆型，高瓦斯工區(qū)和瓦斯突出工區(qū)的作業(yè)機械必須使用防爆型。

2 防爆型作業(yè)機械的應用現狀

按現行國家標準，防爆型機械應符合《爆炸性環(huán)境》（GB 3836.1~4-2010)、《爆炸性環(huán)境用工業(yè)車輛防爆技術通則》（GB/T 19854-2018)、《礦用防爆柴油機通用技術條件》（MT990-2006）、《礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件》（MT/T989-2006）等標準的規(guī)定，經過國家指定的檢驗單位檢驗合格，取得防爆合格證后才能投入使用。

目前國內生產防爆型機械的企業(yè)數量不在少數，已經取得防爆合格證的作業(yè)機械，類型和規(guī)格型號也為數眾多，如裝載機、挖掘機、自卸汽車、混凝土攪拌運輸車等。但是現有的這些防爆型設備都明顯存在著功率偏小、施工能力有限等不足之處，比如配置內燃柴油機的裝載機，現有防爆機型的最大功率都在60kw以下，額定載重量不大于2t（約1.0m3）；挖掘機斗容量不大于0.5m3，自卸汽車最大載重量為8-10t，混凝土攪拌運輸車最大容量不大于2m3。這樣的施工能力，與國內公路、鐵路隧道施工常規(guī)配置的2.3m3以上的裝載機，1.0m3以上的挖掘機，20t以上的自卸汽車，8m3以上的混凝土攪拌運輸車等設備相比較，其施工能力基本屬于微不足道了，根本滿足不了現場的施工要求和工期需要。而對于電動施工設備，因為目前蓄電池技術還處于起步階段，普遍存在著持續(xù)時間差強人意，所以生產電動施工機械的廠商少之又少，僅個別國際領先企業(yè)如卡特彼勒、沃爾沃、比亞迪等公司正在研發(fā)和試制大型電動施工設備。

3 施工單位目前的應對措施

對于高瓦斯隧道的施工，施工單位目前普遍采用的應對方式是對作業(yè)機械進行防爆改裝，使作業(yè)機械具備防爆能力。改裝的方式主要有三種類型：一是為作業(yè)機械加裝檢測和控制系統，使作業(yè)機械在被檢測到瓦斯?jié)舛瘸瑯撕髲娭葡ɑ鸲Ｖ棺鳂I(yè)，我們可以稱之為瓦斯閉鎖模式；二是對作業(yè)機械的動力系統、傳動系統等主要部件進行局部或全面的防爆改裝，使機械具備一定的防爆能力，我們稱之為設備防爆改裝模式；三是融合以上兩種方式，既對作業(yè)機械進行防爆改裝，又加裝檢測和控制系統，全面提升機械的防爆性能，我們稱之為全面防護模式。

3.1 瓦斯閉鎖模式

瓦斯閉鎖模式，主要是在施工的機械設備上安裝瓦斯檢測儀器，實時監(jiān)測施工機械工作區(qū)域內的瓦斯?jié)舛?，當瓦斯?jié)舛却笥陬A先設定的警戒線時（一般為0.5%），報警器發(fā)出聲光報警，提示機械操作人員立即熄火停機，撤離危險區(qū)域。如果操作人員未執(zhí)行停機或出現誤操作，控制系統會在發(fā)出報警信號后預設時間內（一般為60秒）通過自動裝置強制斷電斷油，迫使作業(yè)機械停機。當工作區(qū)域瓦斯?jié)舛冉档椭涟踩秶鷥群?，機械不會自動重啟，必須經過手動恢復才能重新啟動；在工作區(qū)域內瓦斯?jié)舛冗€沒有降到安全范圍內時，控制系統會自動鎖死，即使手動復位也無法啟動。

瓦斯閉鎖模式的優(yōu)點是：

（1）改裝簡單快捷，維護方便、難度小，成本低廉系統運行穩(wěn)定可靠，故障率低。改裝范圍小，對機械的原有系統性能基本沒有影響。實現自動控制，防止人為因素和誤操作。（2）適用范圍廣，可以通過簡單地換用不同的監(jiān)測儀器來實現對硫化氫、一氧化碳、二氧化碳等多種有害氣體，或爆炸性粉塵等進行安全防護。

瓦斯閉鎖模式的缺點是：

（1）作業(yè)機械本身不具備防爆性能。（2）不能滿足瓦斯突出工區(qū)的使用要求。

瓦斯閉鎖模式優(yōu)點突出，效果明顯，得到了大多數單位的青睞和認可，被各施工單位廣泛采用，如渝廣高速華瑩山隧道、成都軌道交通18號線龍泉山隧道、西成客專黃家梁隧道等。部分單位在使用過程中，又增加了動力機機體溫度監(jiān)測、排氣檢測、機械故障閉鎖等附加防護功能，進一步提升了瓦斯閉鎖模式的可靠性。

3.2 防爆改裝模式

防爆改裝模式是指對作業(yè)機械的各個主要組成系統進行防爆改造，使其本身具有一定程度的防爆性能。目前主要是對機械的動力系統和電氣系統進行改裝，包括改裝進氣系統，防止發(fā)動機回火；改裝排氣系統，降低機體表面溫度，消除排氣火焰和火花；改裝電氣系統，采用防爆發(fā)電機、防爆啟動馬達、防爆燈具和開關等；改裝控制系統，隨時監(jiān)測防爆功能是否正常運行等。

防爆改裝模式的優(yōu)點是：（1）作業(yè)機械具備了局部防爆性能，提高了機械的安全性。（2）有效擴大了作業(yè)機械的使用范圍，比如在瓦斯突出工區(qū)。

防爆改裝模式的缺點是：（1）機械只有局部防爆性能，依然達不到防爆設備的標準。（2）改裝成本高。（3）改裝技術難度大。（4）對機械原有性能影響大，機械效率下降明顯。（5）維護難度大，成本高，系統可靠性差。

防爆改裝模式是施工單位在高瓦斯隧道施工方法探索的過程中，早期的一種應對措施，比如南大梁高速公路華瑩山隧道，都汶公路紫坪鋪隧道都采用了這種改裝方式。但這種改裝方式存在明顯的不足，包括改裝技術難度大，成本高，對機械原有性能影響大，系統可靠性差等等；且這種改裝方式只是對作業(yè)機械的原有結構進行了局部的改裝改造，并不符合國家關于防爆設備的規(guī)范要求，所以也就無法滿足在高瓦斯環(huán)境中的使用要求。近年來有施工單位逐漸嘗試在這種改裝模式的基礎上，再增加瓦斯閉鎖功能，以期實現更高的安全可靠性。

3.3 全面防護模式

全面防護模式就是同時采用瓦斯閉鎖模式和防爆改裝模式，全面提升作業(yè)機械的防爆性能。全面防護模式兼具了瓦斯閉鎖模式和防爆改裝模式的優(yōu)點，同時也延襲了兩種模式的缺點和不足，特別是系統復雜、技術難度大、成本高、對機械原有性能影響大、系統可靠性差等方面。

全面防護模式是目前國內高瓦斯隧道施工過程中，作業(yè)機械可以采用的最全面的防護措施，蒙華鐵路集義隧道、成貴鐵路文革隧道、天府機場高速公路龍泉山1號隧道等都采用了這種改裝模式。

4 各種改裝模式的分析

瓦斯閉鎖模式的核心就是瓦斯?jié)舛瘸^警戒范圍時，作業(yè)機械停止工作，機械本身不具備任何防爆性能。防爆改裝模式雖然對作業(yè)機械進行了改裝改造，使機械具備了局部的防爆能力，但是機械本身不是按防爆設備的標準進行設計、制造的，除改裝部分外的其他結構和部件不具有防爆性，所以也不符合國家對防爆設備的檢驗、驗收規(guī)范；因此在實際使用過程中，防爆改裝模式也只能在瓦斯?jié)舛忍幱诰浞秶鷥葧r使用。全面防護模式根據其工作原理可知也不能在高瓦斯環(huán)境中使用。

根據以上分析可知，目前無論是采用哪種改裝方式，作業(yè)機械都是在瓦斯?jié)舛炔怀^警戒范圍時使用，當超過警戒范圍時停機。而且，即使是采用完全符合防爆標準的作業(yè)機械，其在施工過程中也會不可避免地產生摩擦高溫或碰撞火花，也同樣具有引發(fā)瓦斯爆炸的危險性。由此可知，如何判定作業(yè)工區(qū)內瓦斯?jié)舛仁欠癯^警戒范圍，以及如何采取應對措施以保證瓦斯?jié)舛炔怀^警戒范圍，才是高瓦斯隧道安全施工的關鍵所在。

5 結語

按照目前執(zhí)行的公路規(guī)范和鐵路規(guī)要求，高瓦斯工區(qū)和瓦斯突出工區(qū)的作業(yè)機械必須使用防爆型。即將開始于2020年5月1日起執(zhí)行的《公路瓦斯隧道設計與施工技術規(guī)范》（JTG/T 3374—2020）中，對設備的防爆措施及防爆能力提出了新的解釋。

規(guī)范第9.3.3條規(guī)定：高瓦斯工區(qū)和煤與瓦斯突出工區(qū)的挖掘機、裝載機、運輸車、混凝土罐車、混凝土泵車等作業(yè)機械應采取防爆措施。高瓦斯工區(qū)的作業(yè)機械可安裝車載瓦斯自動監(jiān)控報警與斷電系統的防爆裝置；煤與瓦斯突出工區(qū)的燃油作業(yè)機械應使用礦用防爆型柴油動力裝置。其條文說明中指出：車載瓦斯自動監(jiān)控報警與斷電系統的防爆裝置，是在作業(yè)機械上加裝防爆或煤安認證的監(jiān)控設備，提示車輛駕駛人員及時停止作業(yè)和控制車輛的所有供電線路，從而達到防爆目的。礦用防爆型柴油動力裝置是按車輛原有的電氣線路原理及功能，對蓄電池、發(fā)電機、啟動器（點火裝置）、用電設備（如照明指示燈具、喇叭、音箱、收音機、點煙器、空調設備等）、發(fā)熱部件、排氣口等采取防爆措施，改裝后的設備本身即具備防爆能力。

新規(guī)范指出，高瓦斯工區(qū)的作業(yè)機械可安裝車載瓦斯自動監(jiān)控報警與斷電系統的防爆裝置，也就是本文中提到的瓦斯閉鎖模式；煤與瓦斯突出工區(qū)的燃油作業(yè)機械應使用礦用防爆型柴油動力裝置，也就是本文中提到的防爆改裝模式。新規(guī)范的實施，將對高瓦斯隧道施工設備的防爆改裝方式起到極大的指導、規(guī)則作用，也使目前施工單位未能執(zhí)行國家規(guī)范的尷尬局面得以緩解。