瓦窑岭瓦斯隧道安全施工控制要点

朱得斌

（山西交通职业技术学院，山西 太原 030031）

瓦窑岭瓦斯隧道安全施工控制要点

朱得斌

（山西交通职业技术学院，山西 太原 030031）

论文主要基于瓦斯隧道在施工过程中的安全控制，对施工中瓦斯的检测与控制方法、施工中主要控制要点等内容进行了系统的分析。

瓦斯隧道；瓦斯检测；安全施工

一、工程概况

瓦窑岭隧道为上、下行分离式双向四车道长隧道；位于临汾市乡宁县双鹤乡境内，隧道起讫桩号左线ZK209+315～ZK210+779.44，全长 1464.44 m；右线YK209+310～YK210+780,全长1470 m，该隧道为采空区瓦斯隧道，且全长位于小西沟、阳山煤矿2号、10号煤层采空区范围。该隧道设计行车速度80km/h，净高5.0m，单向纵坡2.00%。最小曲线半径1050m；隧道穿越Ⅳ、Ⅴ级围岩，设计为复合式衬砌，隧道进口、出口均采用削竹式洞门。

瓦窑岭隧道为采空区瓦斯隧道，且全长位于阳山、小西沟煤矿2号煤层和10号煤层采空区影响范围内，施工中必须重点注意瓦斯隧道的通风和相关技术要求和隧道土建结构施工之前的采空区治理。根据对煤层瓦斯涌出量计算结果，其最大瓦斯压涌出量为0.805m3/min，大于瓦斯涌出量临界值0.5 m3/min。将瓦窑岭隧道评定为高瓦斯隧道该煤层具有煤与瓦斯突出危险性。针对瓦窑岭隧道瓦斯检测及评价情况，瓦窑岭隧道按高瓦斯工区施工，在施工中加强瓦斯检测。瓦窑岭隧道瓦斯监测系统采用自动监控和人工监测两种方式并行使用，取得了良好的监测效果。自动监测系统和人工监测职能互动、功能互补，形成了严密有效的瓦斯监控检查体系。采取联控措施后，瓦窑岭隧道进、出口多次涌出瓦斯乃至浓度含量达到8%的险情，均得到监控系统的及时报警和报告，为动态卡控采取相应的防范措施提供了有力的依据。

二、瓦斯检测与控制

1．瓦斯检测方法

在整个施工的过程中，为防止瓦斯泄漏给施工带来一定的安全隐患，造成人身和财产损失，施工中采用瓦斯检测系统和人工瓦斯检测方法、超前探孔与超前地质预报相结合的方式检测洞内瓦斯浓度。做到提前预报、自动监控、及时报警，较好地预防由于瓦斯浓度过高而带来的安全隐患，保证了施工安全。

（1）人工瓦斯检测方法

人工瓦斯检测方法主要采用便携式瓦斯检测仪24小时监控隧道内部瓦斯变化。洞内设有瓦斯浓度记录标志牌，每天将测得数据按时间记录，以每3小时检测一次，分别对掌子面、下导坑、仰拱处的瓦斯浓度进行检测，并将检测数据记录与检测设备的检测数据对比汇总，以供洞内施工技术人员参考。如发现洞内瓦斯过大，及时切断电源，将人员撤出、设备熄火，打开风机高速送风，待瓦斯浓度降低到0.5%后方可允许人员进入。便携式瓦斯检测设备主要使用光学瓦斯检定器测定瓦斯浓度。

（2）瓦斯检测系统检测方法

瓦斯监控采用中国煤炭科学研究院重庆分院研制的KJ90新型宽带快速反应综合监控系统，监控分站采用八模八开KFD-2型大分站，在开挖掌子面、衬砌台车、洞口回风流中设置KG9701低浓度瓦斯探测器。

整个隧道配备两套模拟总线传输方式的KJ90NA型安全监控系统。在隧道双向左洞、右洞的掌子工作面分别设计2台瓦斯传感器和1台一氧化碳传感器；分别在洞口动力和照明防爆总开关处各设计断电及馈电传感器1台，各隧道口设计1台风速传感器；分别在洞口（或值班室）各设计1台声光报警器。距离掌子面200m处各设计安装1台瓦斯传感器，各监控分站1台距离掌子面不超过300m负责所有传感器的数据采集。随着隧道的延伸，在隧道距离掌子面700m处设计安装1台瓦斯传感器，同时根据现场情况，在隧道穿越煤层的地方布置瓦斯传感器。

（3）超前地质预报

该标段所承建的瓦窑岭隧道地质较为复杂，有断层、揉皱带、节理等不良地质，应采用隧道洞内观察与地质描述、TSP203地震波探测仪、地质雷达和超前水平地质钻探方法，建立隧道综合超前地质预报体系。通过多种超前探测方法的相互验证，准确地预报隧道掌子面前方围岩构造及瓦斯富集情况，以准确判断掌子面前方地质状况，制定出相应有效的瓦斯治理方法、特殊地质地段的隧道开挖方式、稳定围岩的辅助措施和调整初期支护参数或修改衬砌结构类型。

（4）超前探孔检测瓦斯浓度

隧道正洞进行全断面超前探测，在超前探孔处设置检查点，以检测是否有有害气体涌出。若探测到有害气体，根据记录确定有害气体的涌出位置。在煤层或出气点垂距10m处施作Φ75探测孔，详细确定煤层位置或瓦斯涌出量；并在距煤层或出气点5m处施作一组瓦斯探测孔，按《防治煤与瓦斯突出细则》进行煤与瓦斯突出危险性预测。如有煤与瓦斯突出危险性及时提出，以修正设计和调整施工方法。

2.瓦斯检测管理规定

（1）开挖掌子面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0%时，必须停止打炮孔；爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.0%时，严禁爆破。

（2）开挖掌子面及其他作业地点风流中、电动机或其开关安设地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1.0%时，必须停止工作，切断电源，撤出人员，进行处理。

（3）开挖掌子面及其他地点，体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。

（4）对因瓦斯浓度超过规定被切断电源的电气设备，必须在瓦斯浓度降到1.0%以下时，方可通电开动。

（5）开挖掌子面风流中一氧化碳浓度达到1.5%时，必须停止工作，撤出人员，查明原因，制定措施，进行处理。

（6）隧道施工必须有因停电和检修通风机停止运转或通风系统遭到破坏以后恢复通风、排除瓦斯和送电的安全措施。恢复正常通风后，所有受到停风影响的地点，都必须经过通风、瓦斯检查人员检查，证实无危险后，方可恢复工作。

（7）临时停工区内瓦斯或一氧化碳浓度达到3.0%或其他有害气体浓度超过规定不能立即处理时，必须咨询有关专家，制定安全技术措施后方可进行排放。

（8）停风区中瓦斯浓度超过1.0%或一氧化碳浓度超过1.5%，最高瓦斯浓度和一氧化碳浓度不超过3.0%时，必须采取安全措施，控制风流排放瓦斯。停风区中瓦斯浓度或一氧化碳浓度超过3.0%时，必须制定安全排瓦斯措施。

（9）在排放瓦斯过程中，排出的瓦斯与全风压风流混合处的瓦斯和一氧化碳浓度都不得超过0.75%，且隧道回风系统内必须停电撤人，其他地点的停电撤人范围应在措施中明确规定。只有恢复通风的隧道风流中瓦斯浓度不超过1.0%和一氧化碳浓度不超过1.5%时，方可人工恢复局部通风机供风、隧道内电气设备的供电和隧道回风系统内的供电。

（10）开挖掌子面接近地质破坏带时，必须有专职瓦斯检查工经常检查瓦斯，发现瓦斯大量增加或其他异状时，必须停止施工，撤出人员，进行处理。

三、高瓦斯隧道施工通风

（一）施工通风方案

根据隧道高瓦斯地质情况，总体通风方案压入式通风，具体通风方案如下：

隧道采用压入式通风，洞口设置3台2×110kw轴流通风机，配φ1500mm风管，每个人行横道、车行横道设置1台35KW射流风机，保证洞内通风流动性畅通，降低瓦斯浓度。

瓦斯隧道通风是降低瓦斯浓度最直接、最有效的方法，应成立通风作业队，统一管理，实行24小时通风，并设队长1人，每班8人（进出口各4人），共25人，主要职责是根据瓦斯浓度监测报告，适时调整通风量，检查风机、风管运行情况，对设备、仪表进行定期维修、保养，及时延长风管，修补因爆破等原因引起的风管破裂，检查备用风机和电源，在紧急情况下，15分钟内启用备用风机通风，风管穿越衬砌台车及工作台车等工作。

（二）施工通风监测及保障措施

1.施工通风监测

施工期间必须建立通风检测的组织系统，测定气象参数、风速、风量等参数。

通风量监测：与管道通风测点相同截面用电子风速仪以9点法测试风速、风量。

2.通风管理措施

（1）通风机经验收合格后方可投入使用，通风机必须执行专人管理制度，按规程要求操作风机。

（2）通风机应按规定实现“三专”，即专用变压器、专用线路和专用开关。

（3）在施工期间，应实施连续通风。因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源，并在各入口处设置栅栏、警示牌。恢复通风前，必须检查瓦斯浓度。当停风区瓦斯浓度不超过1%，并在通风机及其开关地点附近10m以内风流中的瓦斯浓度不超过0.5%时，方可人工开动通风机。当停风区中瓦斯浓度超过1%时，必须制定排除瓦斯的安全措施，还必须停电撤人。

3.通风管理职责

作业班组瓦斯检查员职责：

（1）负责班中按照瓦斯检测仪操作规程进行CH4、CO，3次以上的检查工作，并及时填写瓦斯检查记录和工作面瓦斯检查记录牌板。

（2）严格执行“一爆三检”制度。瓦斯检查记录、瓦斯检查牌板、瓦斯值班日报“三兑口”制度。

（3）严格执行铁路瓦斯隧道风流中CH4在0.5%以下的正常瓦斯工作环境；CH4在0.5%～1%为瓦斯超限工作环境，立即汇报项目部总工程师采取措施进行处理；CH4超过1%时，立即采取切除隧道内一切电源，撤出所有人员并汇报项目部当班值班长、总工程师采取措施进行处理三梯度的操作制度。

（4）严格执行交接班制度、班中三汇报制。

（5）根据瓦斯检查三梯度的操作过程，作出相应的决策和措施。

四、施工中安全保证措施

瓦斯隧道施工总的原则是“弱爆破、短进尺、多循环、勤监测、强通风、快封闭”，防止有害气体的溢出。

1.开挖技术措施

开挖工作面前方接近煤层2.0m左右，向煤层打若干的超前钻孔排放瓦斯，钻孔周围形成卸压带，使集中应力移向煤体深部，达到防止突出的目的。在进行开挖之前，使用高压水射流，在突出危险煤层中，冲出若干直径较大的孔洞，使瓦斯解吸和排放，降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力。

震动性放炮诱导突出。在工作面布置较多的炮眼并装较多的炸药，撤出人员后远距离起爆，利用爆破时强大的震动力一次揭开有突出危险性的煤层。在开挖工作面向煤体深部的应力集中带内布置几个长炮眼进行爆破。

通过钻孔注入0.5Mpa～1Mpa（浅孔注水）或2Mpa～4Mpa（深孔注水）的压力水，使压力水沿煤层层理、节理和裂缝渗入并湿润煤体，以减少煤尘发生量。周边眼采用φ25mm的小直径药卷连续装药方式，其余采用φ35mm的药卷连续装药、密集堵塞方法。

2.支护

瓦斯隧道爆破开挖之后，应及时进行架设钢架和喷混凝土支护，保证开挖段的安全稳定。进行支护作业时，应随时检测瓦斯浓度，重查拱顶、拱脚及超挖处，以及台架、少量坍塌面等易于形成瓦斯积聚的地方。施工中，首先在隧道拱部打设超前小导管，对拱部进行超前预加固，然后在超前小导管和注浆加固后的拱圈保护下，利用风镐、湿钻进行拱部开挖，架设格栅钢架，打设注浆锚杆和网喷初期支护。喷射混凝土采用C25高强混凝土。

3.二次衬砌施工

隧道洞内衬砌采用整体混凝土衬砌台车施工，拱墙一次成型。洞身开挖支护完成后，经施工监测各测试项目所显示的位移率明显减缓并已基本稳定；已产生的各项位移已达到预计位移量的80%～90%；水平收敛(拱脚附近)速率小于0.2mm/d或拱顶下沉速率小于0.15mm/d后进行边墙及拱部衬砌施工。当支护变形量大，支护能力又难以加强，变形有明显收敛趋势时，在报请监理工程师批准后，提前施作二次衬砌。

瓦窑岭隧道穿越山体煤层，为了保证本长大隧道结构的永久安全，将煤系地层段的衬砌提高一级进行结构设计。施工中，通过与科研单位进行联合试验研究，用硅酸盐水泥代替普抗水泥，，经过多次试验，研制生产出新型气密泵送剂，煤系地层段拱墙、路面基层、中央排水管和电缆沟混凝土采用了气密性混凝土和抗腐蚀气密性混凝土，实现了防止瓦斯与多种有害气体向隧道内渗漏和腐蚀介子破坏混凝土的目的。

另外，防水板施工采用无钉铺设技术和防水板热焊搭接技术，确保了防水层的工程质量。沿隧道全长在初期支护与二次衬砌之间设置1.0mm立体防水板，防水卷材采用铺挂作业台车施工，根据实际情况下料，进行精确放样后，弹出标准线进行试铺后确定防水卷材一环的尺寸，尽量减少接头；采用冲击钻在喷层上进行钻孔、安设挂钉，将卷材在洞外平面上展开，再将卷材从两端同时向中心回卷，然后将卷材放在铺挂作业台车上扶好摆正，将卷材吊带从拱顶向两侧依次绑扎固定在挂钉上直到拱脚；卷材与卷材搭接边采用双缝热风焊机焊接，焊接完后的卷材表面留有空气道，用以检测焊接质量，用注射针与压力表相接，用打气筒进行充气进行检查，在0.2MPa压力作用下5分钟不小于0.16MPa，否则应补焊至合格为止；搭接边完成后，再粘贴单面自粘封口条；浇筑混凝土前揭除卷材表面隔离膜并检查验收。

［1］TB10120-2002.铁路瓦斯隧道技术规范［S］.北京.铁道出版社，2003：20-22.

［2］申家喜.隧道瓦斯灾害的特征及防治实践［J］.北京.国土资源情报，2008，（7）：48-52.

［3］朱文卫.煤系地层隧道施工方案和安全措施［J］.中国水运，2009，（3）：197-198.

TD

A

1673-0046（2010）11-0165-03