張鳳偉

中國水利水電第七工程局有限公司 四川 成都 610299

在施工技術(shù)成熟度不斷提高的背景下，橫穿油氣盆地、煤系地層等瓦斯積聚區(qū)的隧道工程數(shù)量也在增多，瓦斯隧道工程也在增多。瓦斯作為一類有害氣體，會帶來中毒、窒息、爆炸等問題，因此做好隧道工程監(jiān)控與通風設計，也成為工程作業(yè)期間需重點關注的內(nèi)容。通過整理隧道監(jiān)控與施工通風設計要點，能夠建立安全地隧道工程運營環(huán)境，延長隧道工程的使用壽命。

1 工程概況

觀音坪隧道，全長4575m，不良地質(zhì)主要有活動斷裂、滑坡、高地應力、巖溶、有害氣體等。隧道穿越北川-映秀斷裂，易發(fā)突水突泥等施工災害，隧道穿越煤系地層，可能含有硫化氫、SO2等有害氣體。DK17+000～DK18+700，PDK17+050～PDK18+293段上覆飛來峰構(gòu)造，分布可溶巖地層，巖溶中等發(fā)育。該隧道圍巖全部為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，隧道出口工區(qū)長度1998m，采用壓入式通風，以維持隧道工程作業(yè)環(huán)境的安全性。

2 高瓦斯隧道監(jiān)控設計思路

2.1 量測項目

在觀音坪隧道工程作業(yè)過程中，開展監(jiān)控量測活動的目的如下：（1）對于不同施工地層、支護結(jié)構(gòu)波動情況進行梳理，了解隧道工程作業(yè)期間的安全情況。同時根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)信息，可以對地表下沉情況、周圍環(huán)境波動情況進行科學性分析。（2）對于圍巖工程的應力波動和圍巖變形情況進行實時監(jiān)測，根據(jù)獲取數(shù)據(jù)論證支護襯砌結(jié)構(gòu)的設計效果，以確定二次襯砌的具體時間。（3）基于現(xiàn)場實測信息，來直觀展示地下工程的變化規(guī)律與特征，從而為后續(xù)施工技術(shù)方案調(diào)整提供可靠依據(jù)。而該工程推行活動中，所需要完成的監(jiān)測項目及相關信息如圖1所示。

圖1 量測項目相關內(nèi)容論述

2.2 量測頻率

為得到準確的監(jiān)控測量數(shù)據(jù)，需要科學控制項目的量測頻率，保證獲取數(shù)據(jù)的完整性與準確性。通常情況下，量測頻率會根據(jù)參考內(nèi)容的不同展開針對性設計，具體分析如下：（1）基于監(jiān)測面與開挖面距離（記作D，計量單位為m）的量測頻率如下：距離處于1D范圍內(nèi)時，量測頻率為2次/d；距離處于1D-2D范圍內(nèi)時，量測頻率為1次/d；距離處于2D-5D范圍內(nèi)時，量測頻率為1次/（2-3）d；距離超過5D時，量測頻率為1次/7d。（2）基于位移速度的量測頻率如下：位移速度小于0.2mm/d時，量測頻率為1次/7d；位移速度在0.2mm/d到0.5mm/d時，量測頻率為1次/3d；位移速度在0.5mm/d到1.0mm/d時，量測頻率為1次/（2-3）d；位移速度在1.0mm/d到5.0mm/d時，量測頻率為1次/d；位移速度超過0.5mm/d時，量測頻率為2次/3d。

2.3 數(shù)據(jù)分析處理

在數(shù)據(jù)分析處理活動中，應秉持以下步驟進行處理：（1）做好數(shù)據(jù)采集工作，在該項目的監(jiān)測活動中，所需要采集的數(shù)據(jù)數(shù)量較多，會利用水準儀、全站儀等設備來自動采集數(shù)據(jù)，所有采集到的數(shù)據(jù)也會自動傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中展開進一步處理。（2）進行數(shù)據(jù)科學化整理，待每次觀測活動結(jié)束后，也需要及時做好原始數(shù)據(jù)的校核與整理，過程包括原始數(shù)據(jù)檢驗、各類物理量計算、制作各類表格、清除異常數(shù)據(jù)、信息初步分析等，所有整理后獲取的數(shù)據(jù)也會錄入到系統(tǒng)中展開進一步處理。（3）做好數(shù)據(jù)分析工作，利用比較分析法、繪圖法、各類應用模型，來完成監(jiān)測物理量數(shù)值計算、變化規(guī)律計算、發(fā)展趨勢預測等工作，從而為隧道工程安全狀態(tài)分析與決策評估提供可靠依據(jù)。

2.4 擬定應急預案

在應急預案的擬定中，可分為以下幾種情況：（1）出現(xiàn)預警或報警問題后，需要對獲取到的數(shù)據(jù)展開科學性分析，了解問題出現(xiàn)原因并擬定處理措施，確定問題順利解決后，進入到下一環(huán)節(jié)。在后續(xù)監(jiān)測活動中也需要做好重點區(qū)域增加測點密度，同時增加監(jiān)測頻率，以獲取完整和準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利于后續(xù)活動的有序進行。（2）在發(fā)現(xiàn)異常問題后，需要及時將問題上報給相關單位，隨后組織臨時監(jiān)測小組來加強觀測，如果遇到較為危險的情況，也需要及時做好相應的疏散工作，避免突發(fā)問題威脅到現(xiàn)場作業(yè)人員的生命安全。在隧道工程施工期間，也需要配置數(shù)量足夠的照明系統(tǒng)，保證觀測活動的連續(xù)性。針對日常使用的檢測儀器，也需要做好不定期校核，維持儀器工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，保證監(jiān)測活動的有序進行。（3）在監(jiān)測活動中如果遇到了惡劣天氣，為了降低惡劣天氣對儀器設備工作狀態(tài)的影響，也需要做好日常巡視工作，以提高獲取數(shù)據(jù)的準確性與完整性。

2.5 監(jiān)測點損壞補救措施

在發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點損壞問題后，應采取以下措施進行處理：（1）在發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點損壞問題后，也需要在原來破損位置進行重新埋設，隨后也需要快速恢復觀測，以此來保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性與可靠性。（2）對于新建的監(jiān)測點，需要做好相應的圍護處理，圍護結(jié)構(gòu)需保證其穩(wěn)定性與可靠性，降低后續(xù)監(jiān)測點重新被破壞的概率。（3）對于新建和已有的監(jiān)測點，也會每日安排專人進行巡視，對于存在問題也需要采取措施進行處理。而且整個監(jiān)測活動中的各類標志與材料，也需做好相應的儲備工作，同時需要保證所整理信息的完好性，以提高所整理信息的完整性與準確性。

3 高瓦斯隧道施工通風設計思路

3.1 明確設計標準

在該工程項目的施工活動中，需要遵循《客貨共線鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》（Q/CR 9653-2017）中的以下標準：（1）隧道內(nèi)部的氧氣百分比需要與外部環(huán)境一致，即不能低于20%。（2）隧道工程施工過程中，空氣當中的10%以上游離二氧化硅的粉塵濃度不能超過2mg/m3，而10%以下游離二氧化硅的粉塵濃度不能超過4mg/m3。（3）空氣當中的CO平均允許濃度不能超過29mg/m3，在15min內(nèi)CO濃度容許值不能超過29mg/m3；空氣當中CO2體積分數(shù)不能超過0.5%；空氣中NOx的平均允許濃度不能超過5mg/m3。（4）隧道工程施工期間，內(nèi)部溫度不能超過28℃，而且施工期間隧道工程內(nèi)部噪聲值不能超過90dB。（5）隧道工程在全斷面開挖階段，內(nèi)部通風風速不能低于0.15m/s，工區(qū)開挖階段的坑內(nèi)通風風速不能低于0.25m/s，瓦斯?jié)舛容^高的工段，通風風速不能低于1m/s。

3.2 掌子面需風量計算

在掌子面需風量計算活動中，需要計算的指標與公式如下：（1）瓦斯涌出稀釋需風量（記作A），參考相應規(guī)范可依據(jù)以下公式進行計算：A=D·k1/（ρ2-ρ1），式中D表示掌子面瓦斯涌出量，計量單位為m3/min；k1表示掌子面不均衡系數(shù)，常用取值范圍為1.5到2.0；ρ2表示允許瓦斯?jié)舛?，計量單位?；ρ1表示新風瓦斯?jié)舛?，計量單位?，代入數(shù)據(jù)后可得A=1600m3/min。（2）規(guī)定風速需風量（記作A0），計算公式如下：60VminF≤A0≤60VmaxF，式中Vmax表示瓦斯工段的最高風速，計量單位為m/s；Vmin表示瓦斯工段的最低風速，計量單位為m/s；F表示掌子面面積，計量單位為㎡。代入數(shù)據(jù)后可得A0=2435.6m3/min。（3）洞內(nèi)同時工作最多人數(shù)時的需風量，計算公式如下：A1=qmk，式中q表示個人單位時間需要的空氣量，計量單位為m3/min·人，本工程取值4m3/min·人；m表示洞內(nèi)同時工作的人員數(shù)量，本工程取值50人；k表示風量備用系數(shù)，本工程取值1.15。代入公式后可得A1=230m3/min。（4）排除炮煙時的需風量（記作A2），具體的計算公式如下：，式中C表示表示單次爆破時所需的炸藥用量，計量單位為kg，本工程取值為58.38kg；S表示掌子面的開挖面積，計量單位為㎡，本工程取值65.68㎡；D表示炮煙的拋擲長度，計量單位為m，本工程取值為120m。代入公式中后可得A2=379.46m3/min。（5）正洞需風量計算，如表1所示，正洞內(nèi)會配置若干內(nèi)燃設備，根據(jù)配置表可得正洞需風量Q5=（1×0.6×110＋0.5×1×145＋0.45×3×150＋2×0.5×85）×4＝1704m3/min。

表1 一個工作面（正洞）內(nèi)燃設備配置表

3.3 通風方式設計

在該隧道工程通風方式的設計上，會按照以下三個階段進行劃分：第一階段進口平導工區(qū)正洞小里程端貫通前采用壓入式通風、出口工區(qū)采用壓入式通風；第二階段進口平導工區(qū)正洞小里程端貫通后采用巷道式通風、出口工區(qū)均采用壓入式通風；第三階段進口平導工區(qū)與出口工區(qū)貫通后采用全隧縱向通風。而且在通風方式的設計中也需注意以下內(nèi)容：（1）在瓦斯隧道施工過程中，需要做好連接通風處理，因檢修、停電等問題出現(xiàn)停風問題時，也需要及時撤出相關人員，并切斷電源設施。而且在恢復通風前，也需要先檢查瓦斯?jié)舛?，待其滿足安全作業(yè)要求后，次啊可以恢復正常作業(yè)。（2）瓦斯隧道工程不同開挖工作面，都需要建立獨立通風系統(tǒng)，禁止作業(yè)面串聯(lián)通風情況。針對瓦斯容易聚集的區(qū)域，也會增設空氣引射器、氣動風機等設備，以消除瓦斯積聚帶來的負面影響。（3）在巷道式通風活動中，正洞風機也需要隨著正洞開挖活動的開展向前移動，適當縮減通風系統(tǒng)長度，以滿足隧道工程的通風要求。對于隧道工程中不再使用橫通道位置也會按要求做好風門設計，避免系統(tǒng)回流的問題[1]。

3.4 施工供風布置

結(jié)合該隧道工程的基礎特點，需做好施工供風布置工作，結(jié)合該工程項目的基礎情況，會在隧道進、出口作業(yè)面位置布置空壓機房，作用是可以進行集中供風，而使用到的高壓風管直徑會選用φ150mm無縫鋼管進行施工，設備在進洞后會使用支架法，將其安裝在邊墻位置，會沿著隧道工程水溝上50cm的位置進行布置，布置高度不能影響仰拱、填充施工。在管道前段主風管頭位置也會對接分風器，并利用高壓軟管將不同風動工具進行連接。在該工程施工中，使用到的設備及壓縮空氣需要量如下：（1）風動鑿巖機，其在工作時壓縮空氣需要量計算公式為Q＝∑mKq，式中Q 表示壓縮空氣的需要量，計量單位為m3/min；m表示該型號風動工具的具體數(shù)量，在該工程施工中所用工具數(shù)量為20；K表示工具同時開動系數(shù)，本工程計量中的取值為0.5；q表示該類型風動工具的空氣消耗量，計量單位為m3/min，本工程取值為3.5m3/min，代入后可得Q=35m3/min[2]。（2）空壓機站生產(chǎn)率，具體的計算公式為P＝1.3Q，代入數(shù)據(jù)后可得P1＝1.3Q＝45.5m3/min。根據(jù)獲取到的相關數(shù)據(jù)可以得知，需要在單個工作面配置4臺20m3電動空壓機，其中2臺會作為備用設備，以提高隧道工程通風環(huán)境的安全性。

3.5 通風時的注意事項

在工程通風設計活動中，需注意以下內(nèi)容：（1）在該隧道工程中，作業(yè)區(qū)域均為高瓦斯工區(qū)，使用到的通風機械會布置兩路電源，同時會布置風電閉鎖與瓦電閉鎖裝置，風機也需要布置備用設備，所有風管需具備抗靜電阻燃性能，以保證系統(tǒng)運行狀態(tài)的安全性。（2）正洞與平導施工過程中，需要配備專業(yè)的瓦斯檢測員，檢查隧道工程開挖面的瓦斯逸出情況，如果發(fā)現(xiàn)瓦斯異常問題，也需要進一步完成隧道開挖面與回風流中瓦斯?jié)舛炔▌忧闆r進行檢查，針對存在的異常問題也需采取措施進行處理，保證隧道工程作業(yè)環(huán)境的安全性。（3）做好通風管理工作，如果放炮位置20.0m以內(nèi)風流當中瓦斯?jié)舛瘸^了1%，那么此時禁止放炮，若是隧道工程開挖過程中，電動機、設備附近20.0m以內(nèi)風流當中瓦斯?jié)舛瘸^了1.5%，此時則需暫停設備工作，切斷電源，并安排人員及時撤離[3]。（4）在隧道工程通風設計方面會使用巷道式通風，所有布置的風扇都需滿足防爆要求，同時合理布局風扇位置，避免污染風進入主風機當中，對隧道工程安全運營產(chǎn)生威脅。

4 結(jié)束語

綜上所述，高瓦斯隧道工程具有施工難度高、施工風險高等特征，為保證隧道工程作業(yè)過程的安全性，需要在隧道工程作業(yè)期間做好監(jiān)控與通風設計工作，一方面，可以營造安全的隧道工程作業(yè)環(huán)境，加快隧道工程的作業(yè)進度；另一方面，能夠降低安全隱患發(fā)生概率，提高隧道工程的施工質(zhì)量。