李勝任

摘要：針對高速公路隧道施工常出現(xiàn)瓦斯最大涌出量過大，嚴(yán)重影響施工安全性的問題，開展高速公路隧道瓦斯防治施工工藝技術(shù)研究。通過隧道施工瓦斯檢測、瓦斯隧道出口通風(fēng)方案設(shè)計、車輛防爆改裝、瓦斯段鉆孔爆破作業(yè)施工，提出一種新的瓦斯防治施工工藝技術(shù)，分別從瓦斯最大涌出量控制和防御危險情況發(fā)生兩方面展開研究。通過實例證明，新的工藝技術(shù)應(yīng)用可以實現(xiàn)對瓦斯最大涌出量的有效控制，保障高速公路隧道施工的安全性。

關(guān)鍵詞：隧道；防治；瓦斯；公路；施工工藝

0? ?引言

隨著國家交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進，高速公路隧道工程日益增多。然而在隧道施工過程中，瓦斯災(zāi)害問題也隨之凸顯。瓦斯是一種易燃易爆的氣體，如不加以妥善防治，極易引發(fā)安全事故[1]。因此開展高速公路隧道瓦斯防治施工工藝技術(shù)研究，具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對高速公路隧道瓦斯防治施工工藝技術(shù)開展了大量研究。在瓦斯監(jiān)測方面，研究者們提出了多種監(jiān)測方法，如氣體成分分析法、紅外線法、光纖傳感法等[2]。在瓦斯治理方面，則主要集中在瓦斯抽放、局部通風(fēng)、防火滅火等方面。當(dāng)前的研究仍存在一些問題：一是理論研究與實際應(yīng)用脫節(jié)，研究成果難以轉(zhuǎn)化為實際工程應(yīng)用；二是缺乏對不同地質(zhì)條件下瓦斯防治施工工藝技術(shù)的系統(tǒng)研究；三是對于新型材料和工藝在瓦斯防治領(lǐng)域的應(yīng)用研究尚不充分。本文旨在探討高速公路隧道瓦斯防治施工工藝技術(shù)，以實現(xiàn)對瓦斯最大涌出量的有效控制，提高施工安全性。

1? ?隧道施工瓦斯檢測

1.1? ?瓦斯?jié)舛缺ń缦?/p>

隧道施工中瓦斯段內(nèi)的混合氣體中還含有CO、CO2、H2S、NO等有害氣體。當(dāng)這些有害氣體濃度達到一定值時，工作人員進入該地區(qū)就可能發(fā)生窒息等瓦斯事故。表1為瓦斯?jié)舛缺ń缦薇怼?/p>

1.2? ?隧道施工瓦斯檢測體系

可通過對隧道各施工地點的連續(xù)監(jiān)測和重點檢測，有效防止施工過程中有毒有害氣體超限，確保隧道施工安全。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的大小，采取針對性的有效措施。圖1為隧道施工瓦斯檢測體系。

1.3? ?瓦斯檢測方法

目前在隧道施工過程中，瓦斯檢測方法有兩種，一種是采用監(jiān)控系統(tǒng)進行自動監(jiān)測；另一種就是利用檢測設(shè)備，定期的進行人工檢測。前者可以實現(xiàn)連續(xù)性的自動化監(jiān)測，但是只能對探頭位置的瓦斯?jié)舛冗M行檢測。而人工檢測能實現(xiàn)對任何地點的檢測，但是卻不能實現(xiàn)連續(xù)性檢測。在瓦斯隧道施工過程中，必須采取人工檢測與自動監(jiān)測相結(jié)合的方式進行瓦斯檢測，以確保檢測的可靠性。

2? ?瓦斯隧道出口通風(fēng)方案設(shè)計

2.1? ?控制瓦斯最大涌出量方法

控制瓦斯最大涌出量可從應(yīng)下列幾個方面著手：一是采取機械不間斷的通風(fēng)方式；第二，對于高瓦斯區(qū)，在2km以下的區(qū)域，可以使用壓入法。第三，在瓦斯洞施工之前，要對各個施工區(qū)段的風(fēng)量進行調(diào)節(jié)；在掘進結(jié)束后，要進行通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)試，并對各個施工區(qū)域的瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測，以避免瓦斯超限[3]。第四，在局部瓦斯積聚的地方，最小風(fēng)速應(yīng)該取1m/秒，且整個巷道的風(fēng)速不能低于0.25m/秒。第五按照稀釋瓦斯所需，確定風(fēng)量。風(fēng)量計算如下：

（1）

式中：Q瓦斯表示稀釋瓦斯所需風(fēng)量；K表示實現(xiàn)相關(guān)系數(shù)，取值為2；A表示絕對瓦斯涌出量；C1表示送風(fēng)瓦斯?jié)舛?；C0表示隧道內(nèi)允許瓦斯?jié)舛取?/p>

2.2? ?不同通風(fēng)方式特點分析

隧道通風(fēng)的方式有自然通風(fēng)和機械通風(fēng)兩類。自然通風(fēng)是利用洞室內(nèi)的溫差或風(fēng)壓差來實現(xiàn)通風(fēng)的一種形式，一般僅限于短直隧道。該種通風(fēng)方式受洞外的氣候條件的影響極大，因此該種通風(fēng)方式在隧道上不適用。機械式通風(fēng)是通過設(shè)置一系列的通風(fēng)機械，將新鮮空氣送入隧道中來達到置換污濁空氣的目的。

根據(jù)主要通風(fēng)機工作方式的不同，機械式通風(fēng)方式可以分為壓入式、抽出式和壓抽混合式。根據(jù)風(fēng)道類型和通風(fēng)機安裝位置的不同，可以分為風(fēng)管式、巷道式和風(fēng)墻式3種。

2.3? ?通風(fēng)措施

在隧道掌子面開挖臺架頂部前方兩側(cè)安裝2臺5.5kW移動式防爆型通風(fēng)機，向掌子面供風(fēng)，防止局部瓦斯聚集。在二襯臺車頂部前方操作平臺中間安裝1臺5.5kW移動式防爆型通風(fēng)機，將模板臺車頂部、死角位置的瓦斯引出。在防水板鋪設(shè)臺架頂部前方中間位置配備1臺5.5kW移動式防爆型通風(fēng)機，防止局部瓦斯聚集。

隧道采用抗靜電阻燃型直徑1.8m風(fēng)筒，風(fēng)筒采用雙反邊接頭，建議設(shè)置2個獨立風(fēng)筒，互為備用，確保連續(xù)通風(fēng)。

目前隧道采用的風(fēng)機型號為SDF-No11.5，風(fēng)量為1170～2285m3/min，風(fēng)壓為1450～9250Pa。在隧道掘進后期，該風(fēng)機風(fēng)量不能滿足隧道通風(fēng)需求，因此采用2×132kW軸流風(fēng)機與Φ1800mm風(fēng)管供風(fēng)，以滿足隧道進口風(fēng)量及風(fēng)壓要求。并在隧道各進口附近30m外，裝設(shè)SDDF-Ⅲ13型對轉(zhuǎn)三速軸流風(fēng)機2臺，1個運行一個備用。

3? ?隧道施工設(shè)備防御措施

在施工現(xiàn)場，經(jīng)常會使用很多諸如輸送泵、挖掘機、裝載機、運輸機車等大型施工設(shè)備。在有瓦斯的情況下，需要采取相應(yīng)的措施，以避免此類設(shè)備在瓦斯超限情況下發(fā)生火花，進而引發(fā)瓦斯爆炸[4]。隧道大型施工設(shè)備防御措施分為兩種：主動防御和被動防御。

主動防護是在車上加裝氣體監(jiān)測裝置，以對車輛周邊大氣中的氣體含量進行實時檢測。在檢測到氣體含量超過警戒值0.3%時，檢測裝置會發(fā)出聲音來提醒駕駛員立刻停機。若駕駛員未對警報進行及時處理，當(dāng)氣體濃度達到停電限制值0.5%時，控制器會控制電子熄火設(shè)備自動熄火，并切斷設(shè)備電源。

被動防護的方法重點是對機械設(shè)備的進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)作適當(dāng)改造。其主要作用及特征如下：①安裝后，機車功率等性能不會發(fā)生變化；②安裝迅速、維修方便、防振、防水性好、工作平穩(wěn)、可靠；③設(shè)備先啟后停，有一定的安全處置時間間隔；④燃氣超限報警、斷氣閾值可根據(jù)使用情況進行動態(tài)設(shè)置；⑤氣體參數(shù)超出報警極限時，具有聲光報警功能；⑥在燃氣參數(shù)超出停電限制時，能自動發(fā)出切斷控制信號[5]。

某監(jiān)控裝置安裝如圖2所示。該保護裝置的工作電壓為DC18～36V，工作電流為≤1000mA，工作溫度為-20～+80℃，甲烷監(jiān)測范圍為0～4%。該裝置以車載甲烷斷流器為主機，配合瓦斯傳感器，實現(xiàn)了對其工作環(huán)境中瓦斯?jié)舛鹊膶崟r監(jiān)控。

4? ?瓦斯段鉆孔爆破作業(yè)要點

在瓦斯段施工時，要求在開挖面20m范圍內(nèi)的氣體含量不能超過0.5%。在施工過程中，先開水，再通風(fēng)，再通電，最后開孔。工作完成后，先關(guān)水，再關(guān)風(fēng)口，最后斷電。

炮眼的深度不能少于0.6m，如欠掘，炮眼深度低于0.6m，則要做好防護措施，并用炮泥封堵。嚴(yán)禁在露天進行爆破作業(yè)，且在作業(yè)過程中，要將作業(yè)機具的電源斷開。

放炮母線、連接線、雷管腳線等各連接點必須擰緊，不能虛接，明線部位要用絕緣材料覆蓋并懸掛起來。禁止在放炮母線上采用裸線，且不允許有明接點。爆炸母線與電纜、電線及信號線應(yīng)分別懸掛于巷道兩端，如需并列，則母線應(yīng)吊于電纜之下，且懸吊間隔應(yīng)大于0.3m。順發(fā)電雷管和毫秒電雷管不能共用一個網(wǎng)路。

在爆破前，將爆破母線拉到指定的位置，然后用電爆網(wǎng)路安全阻抗裝置對爆破網(wǎng)路的安全電阻進行檢測。嚴(yán)格遵循“一炮三檢”制度，爆破前、爆破后均要對爆破點周圍的氣體進行檢測，若瓦斯?jié)舛却笥?.5%，則不得進行爆破。

實行“三人聯(lián)動放炮制”，在爆破結(jié)束后15min內(nèi)，爆破工、瓦工、工長要先到爆破現(xiàn)場進行檢查，檢查通風(fēng)、瓦斯、煤塵、支護、瞎炮、殘炮等，發(fā)現(xiàn)有危險時要及時處置。當(dāng)瓦斯含量低于1%、CO2含量低于1.5%時，才能解除警報開展掘進作業(yè)。

5? ?實例應(yīng)用分析

本文依托宜賓至畢節(jié)高速公路威信至鎮(zhèn)雄段TJ-2標(biāo)段施工項目，利用上述施工工藝技術(shù)對其進行施工。

5.1? ?工程概況

宜賓至畢節(jié)高速公路威信至鎮(zhèn)雄段TJ-2標(biāo)段扎西勝利隧道，位于云南省鎮(zhèn)雄縣龍里村境內(nèi)。隧道采用分離式設(shè)計，左線起訖樁號ZK35+325～ZK38+925，總長3600m；右線起訖樁號K35+315～K38+930，總長3615m。

設(shè)計為分離式雙向四車道，設(shè)計時速80km/h，洞內(nèi)設(shè)計為具有防排水功能的復(fù)合鋼筋混凝土襯砌。隧道左線最大埋深約389m，右線最大埋深約407m，屬于特長隧道。

根據(jù)本次超前鉆孔中采取的瓦斯樣分析，礦區(qū)瓦斯成份以N2為主，CH4其次。其中可燃氣體成分含量為0.94%～34.09%。表2為扎西勝利隧道超前鉆孔瓦斯成分測試分析一覽表。

隧道場地主要包括隧道民工營區(qū)、濕噴站及鋼筋加工場、空壓機房、變壓器場地。臨建布局要求合理緊湊，滿足施工并符合相關(guān)規(guī)定要求。

5.2? ?應(yīng)用效果分析

利用本文上述提出的施工工藝技術(shù)對其進行施工，并結(jié)合下述公式計算得出5個不同分段絕對瓦斯涌出量：

Q絕=QC/100? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：Q絕表示絕對瓦斯涌出量；Q表示隧道回風(fēng)量；C表示隧道風(fēng)流中瓦斯?jié)舛取?/p>

根據(jù)該項目安全要求，各個分段單日瓦斯最大涌出量不得超過0.1814m3/min。將計算結(jié)果繪制成表3所示。

從表3中可以看出，各個分段單日瓦斯最大涌出量均能控制在0.025m3/min以內(nèi)，充分滿足上述規(guī)定要求的不超過0.1814m3/min的標(biāo)準(zhǔn)。通過得到的結(jié)果可以看出，應(yīng)用本文提出的施工工藝技術(shù)可以實現(xiàn)對瓦斯涌出量的有效控制，促進施工安全性提高。

6? ?結(jié)束語

為了提高施工安全性，本文對高速公路隧道瓦斯防治施工工藝技術(shù)展開研究。同時，結(jié)合具體工程案例和實地調(diào)查數(shù)據(jù)，分析不同地質(zhì)條件下瓦斯防治施工工藝技術(shù)的應(yīng)用效果。研究結(jié)果表明，合理的瓦斯監(jiān)測和防御措施，能夠有效降低高速公路隧道瓦斯事故發(fā)生的風(fēng)險。未來研究方向應(yīng)集中在以下幾個方面：一是加強理論研究與實際應(yīng)用的銜接；二是開展不同地質(zhì)條件下瓦斯防治施工工藝技術(shù)的系統(tǒng)研究；三是探索新型材料和工藝在瓦斯防治領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

參考文獻

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