陳 波， 蘇 小 明， 田 赟

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

根據(jù)設(shè)計單位提供的《總干渠龍泉山隧洞瓦斯專題報告》，毗河供水一期工程龍泉山隧洞全長11 830.55 m，分設(shè)3條檢修交通洞,斷面為城門洞形，永久襯砌后斷面為4.5 m×4.5 m。其中瓦斯隧洞段長約9 410 m，占總長度的79.5%，高瓦斯隧洞段長5 580 m，低瓦斯隧洞段長3 830 m。瓦斯隧洞長度占隧洞總長度的檢修交通洞低瓦斯洞段長514.49 m。

2 龍泉山隧洞采取的瓦斯防治措施

龍泉山隧洞采取的瓦斯防治措施包括超前鉆探、瓦斯防治監(jiān)測系統(tǒng)、施工過程控制、防爆改造、健全制度等方式。

2.1 瓦斯隧洞的相關(guān)知識

瓦斯是一種混合氣體，其主要成分是甲烷，它是一種無色、無味、無臭、易燃的氣體；難溶于水，比重為0.554，僅占空氣的一半，擴散性約為空氣的1.6倍，在隧洞內(nèi)，瓦斯易出現(xiàn)在坑道頂部，能透過裂隙發(fā)達、結(jié)構(gòu)松散的巖石；當瓦斯?jié)舛雀邥r會引起窒息；當其在空氣中具有一定濃度并遇到高溫熱源時能引起爆炸，對隧洞施工安全威脅很大。瓦斯中除了含有甲烷以外，還含有其它有毒有害氣體。

根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》(TB10120—2002)，瓦斯工區(qū)按絕對瓦斯放出量進行判定；在龍泉山隧洞現(xiàn)場施工時，瓦斯隧洞各部的瓦斯?jié)舛染?.5%以下，可認為屬于低瓦斯工區(qū)；對于大于或等于0.5%的，則可認為其屬于高瓦斯工區(qū)。

2.2 瓦斯隧洞超前地質(zhì)預報

為了確保瓦斯隧洞的施工安全，在施工中遵循“動態(tài)設(shè)計、動態(tài)施工、先判斷后處理”的原則。

2.2.1 地質(zhì)素描分析

地質(zhì)素描分析主要依據(jù)隧洞已有勘察資料之隧洞掌子面地質(zhì)素描進行綜合分析，對掌子面前方的地質(zhì)情況進行粗略的預測，從而對瓦斯賦存情況進行粗略了解。根據(jù)地質(zhì)素描結(jié)果，提前做好相應的各項準備措施。

2.2.2 地質(zhì)超前鉆探

在隧洞全段(含檢修交通洞)的開挖斷面處布置2個(孔徑75～100 mm)、長40 m的地質(zhì)超前鉆孔(每35 m作為一個循環(huán)，搭接5 m)。

2.3 隧洞瓦斯監(jiān)測

對瓦斯洞段采用KJ325煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和人工移動式監(jiān)測相結(jié)合的方式進行監(jiān)測。

2.3.1 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

(1)在隧洞1#檢修交通洞、2#檢修交通洞、3#檢修交通洞及隧洞出口四個工區(qū)各布置一套監(jiān)控系統(tǒng)。

(2)測點的布置。

設(shè)固定點監(jiān)測系統(tǒng)，預計設(shè)24個固定監(jiān)測點，其中在掘進工作面和襯砌工作面各布置8個固定測點，其余各點根據(jù)需要設(shè)置在隧道沿程。沿程在低瓦斯工區(qū)、高瓦斯工區(qū)、瓦斯突出工區(qū)按照每100 m布置一個，非瓦斯工區(qū)按照每500 m布置一個。

2.3.2 人工檢測

采用 20 臺 AZJ-2000 型甲烷檢測報警儀和 10 臺光干涉式甲烷測定儀。

檢測監(jiān)測點布置：采用斷面 6 點法檢測，即拱頂點、兩拱腳點、兩邊墻腳點和底板中點。

2.4 施工安全技術(shù)措施

針對龍泉山隧洞的瓦斯?jié)舛惹闆r并依據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F60—2009)，對隧洞內(nèi)瓦斯?jié)舛认拗浦导安扇〉奶幚泶胧┮姳?。

表1 隧洞內(nèi)瓦斯?jié)舛认拗浦导俺尢幚泶胧┍?/p>

2.4.1 通風設(shè)計

加強通風是防止瓦斯爆炸最有效的方法之一，絕不允許自然通風，必須采用機械通風。因此，龍泉山隧洞瓦斯洞段施工期間的風量必須根據(jù)隧洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)、隧洞內(nèi)同時放炮使用的最多炸藥量、隧洞內(nèi)各工作面瓦斯同時涌出量、瓦斯隧洞所需的風速、稀釋內(nèi)燃機排放廢氣中有害氣體濃度值、許可濃度等8種方法進行核算。

綜合以上8種方法核算結(jié)果并進行分析，其中按瓦斯隧洞所需1 m/s 風速時計算的用風量最大，為844.5 m3/min。

(1)單頭掘進時的通風設(shè)計。

①隧洞內(nèi)最大需用風量為844.5 m3/min。

②計算風機供風量：

Q供=Q需·α= 844.5 m3/min ×1.25= 1 055.6 m3/min。

③風壓計算。

設(shè)計風管尺寸為φ1 m。選用一組2×55 kW通風機時提供的全壓H=6 256 Pa顯然不能滿足要求，因此，考慮到串聯(lián)通風，在洞口設(shè)2×55 kW通風機，然后每隔500 m設(shè)置1臺55 kW風機。

④設(shè)備的選擇。

洞口主風機采用YBF2-250M-4型軸流式風機，洞內(nèi)串聯(lián)或備用風機均采用YBF2-250M-4，并需采用抗靜電、阻燃的風管。

(2)貫通時的通風設(shè)計。

隧洞貫通后，壓入式通風已經(jīng)不適合隧洞的通風要求。此時，拆除壓入式風機及風筒，在洞內(nèi)安裝射流風機進行通風，風管口到開挖掌子面的距離應小于5 m、且百米漏風率不應大于2%，通風設(shè)計時考慮自然通風的影響。

采用SDSNO22KW防爆射流風機進行通風，每1 000 m布置一臺。

2.4.2 施工通風管理

(1)各作業(yè)隊成立1個通風管理組，配置通風管理人員 2 人進行24 h通風管理；

(2)保證有可靠的備用電源和備用風機；

(3)風機司機上崗前須進行專業(yè)培訓，合格后方可上崗并作好運轉(zhuǎn)記錄；

(4)通風機發(fā)生故障或停止運轉(zhuǎn)時，洞內(nèi)工作人員應立即撤離，直至通風機恢復正常后方準許進入洞內(nèi)工作面繼續(xù)施工。

2.5 電氣設(shè)備和作業(yè)機械

隧洞進口段為非瓦斯洞段，該段施工的電氣設(shè)備與作業(yè)機械采用常規(guī)方式。

1#、2#、3#檢修交通洞和出口段工作點洞內(nèi)施工的電氣設(shè)備與作業(yè)機械必須遵循以下規(guī)定：

2.5.1 一般規(guī)定

(1)隧洞內(nèi)施工工區(qū)的所有電氣設(shè)備與作業(yè)機械必須采用礦用防爆型。

(2)各級配電電壓和各種機電設(shè)備的額定電壓等級須滿足《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》(TB10120—2002)的要求。

(3)洞內(nèi)變壓器采用礦山專用防爆變壓器，嚴禁中性點直接接地。

2.5.2 電 纜

(1)高壓電纜采用銅芯；

(2)低壓動力電纜的選用應滿足以下要求：固定敷設(shè)電纜應采用鎧裝鉛包紙絕緣電纜、鎧裝聚氯乙烯電纜或不延燃橡膠電纜；

(3)輸電線路必須使用密閉電纜，電纜之間連接的接線盒必須為防爆型。

2.5.3 電氣設(shè)備

(1)低壓電氣設(shè)備嚴禁使用油斷路器、帶油的起動器和一次線圈為低壓的油浸變壓器。

(2)照明燈具的選用應符合下列規(guī)定：開關(guān)必須設(shè)置在送風道或洞口；開挖工作面附近的固定照明燈具必須采用Exd I型；已襯砌段的固定照明燈具可采用ExdⅡI型。

2.5.4 施工機械

在施工機械上安裝瓦電閉鎖裝置。

2.6 全巖掘進機施工

龍泉山隧洞采用全斷面開挖施工工藝，其面積大且通風效果好，邊開挖邊跟進噴錨支護，有利于縮短瓦斯放出時間和縮小圍巖暴露面。

(1)掘進機司機必須經(jīng)過專門的培訓，考試合格后方可上崗；

(2)應遵守《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，正確使用掘進機上所有的安全閉鎖和保護裝置。

2.7 鉆爆施工

龍泉山隧洞鉆爆法施工的區(qū)域全部使用 3 級煤礦許用炸藥(若是瓦斯突出危險工作面，使用 3 級煤礦許用含水炸藥)，雷管使用延時 130 ms 以內(nèi)的煤礦許用電雷管。

爆破作業(yè)的工作面必須嚴格執(zhí)行“一炮三檢”的瓦斯檢查制度。

(1)爆破作業(yè)。

爆破地點附近20 m內(nèi)風流瓦斯?jié)舛?1%。

(2)爆破后。

瓦檢員檢查瓦斯?jié)舛群投趸紳舛?，若其分別大于1%和1.5%，則需加強通風直至其滿足要求。

2.8 結(jié)構(gòu)封閉

根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》(TB10120—2002)，瓦斯隧洞只要有一處有突出危險，則該處所在工區(qū)定為瓦斯突出工區(qū)。瓦斯地段的噴射混凝土厚度不應小于15 cm，混凝土襯砌厚度不應小于40 cm。

3 龍泉山隧洞實施的安全管理措施

3.1 進洞管理

(1)在進出口洞口建立門禁系統(tǒng)并安裝高清紅外攝像機，對區(qū)域內(nèi)的人和物料進行實時動態(tài)監(jiān)控管理。

(2)對進出洞人員、車輛實行統(tǒng)一歸口管理，各洞口派專人24 h值班檢查。

(3)人員進出洞嚴格按照登記→檢身→翻牌→消除靜電的流程執(zhí)行。

(4)進洞人員穿棉質(zhì)工作服，配置KL205型礦燈。

(5)進入瓦斯突出工區(qū)的作業(yè)人員必須攜帶個人自救器。

3.2 安全教育及上崗培訓

(1)凡從事瓦斯隧洞工作的施工管理人員、工人都必須進行瓦斯的安全技術(shù)培訓。

(2)電工、爆破工、瓦斯檢測人員等特種作業(yè)人員必須經(jīng)地方勞動局、煤礦礦務(wù)局等有關(guān)部門培訓，取得合格證后方準上崗。

3.3 瓦斯隧道施工的防火措施

當情況特殊、不可避免地需進行電焊、氣焊等工作時，需嚴格執(zhí)行動火管理制度。

3.4 瓦斯檢測安全保證措施

(1)瓦檢員嚴格按《煤礦安全規(guī)程》要求進行各部位瓦斯?jié)舛鹊臋z測并做好記錄， 在洞內(nèi)瓦斯牌上公布。

(2)瓦檢員實行現(xiàn)場交接班制度，每個班要進行交接簽字手續(xù)，瓦檢員、技術(shù)員、施工員(工班長)接班時要查閱上班的檢測記錄。

(3)每天的瓦斯檢測記錄交安全部門，由安全部專職工程師進行數(shù)理統(tǒng)計和分析，掌握洞內(nèi)瓦斯溢出的發(fā)展動態(tài)。發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象及時向總工程師、項目經(jīng)理提出處理建議。

3.5 瓦斯隧洞施工通訊措施

在掌子面和洞口值班室設(shè)置應急電話，確保信息安全暢通。

4 效果評價

龍泉山隧洞從2015年4月28日開工以來，截止2017年11月底，已成功貫通10 km，相繼出現(xiàn)瓦斯溢出超限(瓦斯?jié)舛却笥?.5%)16次，最高濃度達40%，均按相關(guān)要求成功化解了可能存在的安全風險。筆者從執(zhí)行過程中認識到：瓦斯并不可怕。只要硬件設(shè)施跟上，加強宣傳與培訓(關(guān)鍵在于通風和管理人員的責任心)，瓦斯是可防和可控的。

由于瓦斯隧洞的防治牽涉面廣，施工單位投入巨大,但是存在水利行業(yè)無相關(guān)規(guī)范和計價定額、無法在單價中包含這類費用的弊端，如果建設(shè)單位以各種理由拒不解決，施工單位將面臨嚴重的資金困難，這一點尤需水利行業(yè)主管部門牽頭對此專門研究解決方案以確保工程安全。尤其應加強對瓦斯特性進行研究和認識，優(yōu)化防治方案，在確保安全的前提下不浪費投資，確保民生工程可持續(xù)發(fā)展。