高海拔铁路隧道施工突出气体防治与监测措施

陈 志 春

(中铁十七局集团第五工程有限公司，山西 太原 030032)



高海拔铁路隧道施工突出气体防治与监测措施

陈 志 春

(中铁十七局集团第五工程有限公司，山西 太原 030032)

介绍了米林隧道施工中突出气体的发现过程，对该气体的成分进行了检测，并分析了气体的成因，从人工巡回检测、自动监测、超前地质预报、施工通风、爆破等方面，提出了有害气体的防治措施。

隧道，有害气体，自动监测系统，爆破方案

0 引言

近年来，随着西部的经济发展，越来越多的铁路隧道开始在西部青藏高原修建。目前我国西部已建成的铁路有青藏铁路、拉日铁路，拉林铁路正在修建，工程施工中关于西部高原地质情况了解有限，对于隧道中的有害气体研究还局限于普通地层。通常地层中的有害气体来源于含煤层、砂岩、泥岩、白云岩、灰岩、页岩、含沥青的地层等，在建的拉林铁路米林隧道的突出气体来源于片麻岩地层。本文通过对米林隧道横洞突出有害气体成分的研究，制定了防治措施，并对防治措施进行现场验证。

1 工程概况

米林隧道位于念青唐古拉山与喜马拉雅山之间的藏南谷地高山区，山高谷深，气候极端恶劣。山脉呈南北向纵贯延展，谷岭相间，地势起伏跌宕。隧道纵断面标高范围为：2 965 m～3 076 m。隧道位于西藏林芝市米林县，隧道为单线隧道，全长11 560 m，设置一处长1 602 m无轨单车道横洞，一处长1 632 m无轨双车道斜井。

2 隧道施工中突出气体的发现

米林隧道横洞自2015年10月4日开工，计划2016年11月16日完工，采用无轨运输，截止到出现气体时完成开挖支护1 338 m，剩余264 m。2016年7月22日上午8:00，米林隧道横洞正在进行钻孔施工，在掌子面左侧起拱线距底板4 m高位置的周边眼钻孔施工过程中，钻至3 m深度时，发现孔内向外涌出气体，气体涌出压力较大，掌子面共施作炮孔13个，出现不明气体的为进洞左侧起拱线上约1 m的2个周边眼炮孔，炮孔深度约3 m，初始涌出气体无异味，洞内氧气含量正常。本处隧道埋深约770 m，揭露基岩为新元古—中元古界念青唐古拉岩群八拉岩组片麻岩，受地质构造影响轻微，节理不发育，总体岩体完整，呈巨块状结构，掌子面未见地下水活动迹象，为Ⅱ级围岩。

发现情况后，现场技术人员立即向项目部领导汇报，项目部决定，立即暂停洞内一切施工，撤出洞内所有施工人员和施工机械，切断洞内的施工用电，向洞内持续通风稀释洞内不明气体浓度，并上报业主、监理、设计单位。

3 出现气体后的应急措施

洞口设卡，禁止一切机动车辆和非检测人员进洞，并立即通知专业机构到现场进行气体成分检测。值班员采用ADKS-4便携式气体检测仪每30 min进洞检测一次，监测人员进洞前必须佩戴防毒面罩、便携式氧气瓶，并关闭手机，结伴步行进入洞内。洞内照明采用36 V安全电压，进洞人员配备防爆手电。

4 气体成分检测

通常隧道内有害气体成分主要为甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)，本隧道通过便携式气体检测仪检测出气体内主要包含可燃气体、硫化氢两种有害成分，从检测记录情况可知，有害气体的含量随时间在逐渐减弱，有害气体检测曲线如图1所示。

2016年7月26日项目部联系了拉萨博源环境检测有限公司到米林隧道横洞取样，检测了硫化氢、二氧化硫、氨、氮氧化物、总烃5种项目，检测结果显示均不超标，检测结果如表1所示。

表1 有害气体检测结果

5 有害气体防治措施

根据气体检测和监测情况，采取以H2S气体防治为主的监测防治措施。选用人工检测和自动监测系统两种形式相结合的方式，两种监测结果相互印证，并结合超前预报工作、加强洞内通风、优化爆破方案等措施，加强对H2S及其他不明气体的防治，确保施工安全。

5.1 防护措施

洞外设吸氧室和手机火种存放室，进洞人员一律禁止携带电子产品和火种。进洞穿防护服，背氧气瓶，头戴过滤式消防自救面罩，与洞内空气隔绝，配备多参数气体检测报警仪骑自行车进入洞内监测。

5.2 人工巡回检测

人工巡回检测采用便携式有害气体检测报警仪。主要检测硫化氢、一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲烷等有毒有害气体，配备专职的有毒有害气体检测员，施工中如发现有以上气体，加强对该种气体的检测频次。除了检测气体含量还监测出气口风速以及隧道内水中是否含有有害物质。

5.3 自动监测系统

自动监测系统型号为KJ83N，该监测系统能通过传感器监测到各种气体含量，并能自动报警，控制洞内风机及各种机电设备开停等生产参数和电压、电流、功率等电量参数，以及综合监控各种机电设备的运行情况，具有很好的联网扩展功能。

自动监测部位主要为距掌子面5 m处、防水板台车处布设自动监测传感器，随着隧道不断掘进，掌子面、台车处传感器同时前移。另外在已经开挖段，由于回风距离长，在回风段每隔500 m安装一组传感器。

5.4 超前地质预报

采用地质雷达和超前钻孔相结合的方式，在隧道开挖面布置超前钻孔，钻孔方向呈放射状延伸到隧道周边外。采用6孔超前钻孔，每个孔深30 m，每个循环搭接5 m。6个孔分别布置在掌子面拱顶、两侧拱脚和两侧墙角距坑道周边20 cm处以及掌子面中心处。

5.5 施工通风

通风采用压入式通风。为了加强通风效果，由原有1组风机(132 kW×2)调整为两组风机(132 kW×2)，共架设两套通风管道。每个回车洞内均设置1台局扇通风。

5.6 爆破方案

根据气体检测报告不明气体中含有H2S，采用水压爆破的同时，对炮泥、水袋制作用水采用碳酸氢钠溶液，洞内降尘喷水改为喷洒弱碱性NaHCO3溶液降低硫化氢气体浓度。开挖爆破应采用煤矿许用炸药及煤矿许用电雷管。

6 气体成因

依据区域地质构造、出现气体部位地质结构特征和气体浓度成分等，拉林铁路米林隧道横洞出现的天然气体有以下特点：

1)隧道围岩岩性(片麻岩)本身不具备生成可燃气的条件，依据检测结果分析，天然气体可能是岩体形成时期形成的相对富集的气囊，后期构造活动通过断裂带运移在本区的构造破碎岩体中滞留。

2)天然气体仅出现在米林隧道横洞局部岩层相对较完整地段，有一定的局限性。目前在相同地质构造背景下，同样地层开工的8座隧道中未出现气体现象。

3)出气孔中气压随时间推移由0.1 MPa衰减至0.05 MPa，且有明显的衰减趋势。

上述特点表明，拉林铁路米林隧道横洞天然气体仅出现在局部相对较完整围岩地带，其气体“浓度低、消散快、基本无补给”，因此与常规煤系地层和油气地层的瓦斯隧道有着本质区别。在加强预报、检测和施工通风的前提下，区别不同地段的不同情况，采取适当的安全防范措施，隧道施工和运营安全基本不会受到影响。

7 结语

米林隧道横洞出现不明气体后采取了有针对性的防治、监控措施，采用防爆型超前钻机对气体减压，影响工期1个月。对突出气体段落增加径向注浆封闭、初期支护喷射混凝土加厚及增加二衬；后续隧道施工继续加强监测，并根据监测结果进行结构动态设计及施工。

[1] 张玉伟.高海拔寒区隧道施工粉尘及有害气体监测与控制技术[J].隧道建设,2014(8)：190-192.

On emphasis of outburst gas and monitoring measures in railway tunnel construction in areas with high altitude

Chen Zhichun

(No.5EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway17thBureauGroup,Taiyuan030032,China)

The paper introduces the finding of the outburst gas in Milin Tunnel, tests the components of the gas, analyzes the reasons for the gas, and points out the prevention measures for the hazardous gases from the manual data-logging test, autonomous test, advanced geological prediction, construction ventilation, and blast.

tunnel, hazardous gas, autonomous monitoring system, blast scheme

1009-6825(2017)13-0192-02

2017-02-25

陈志春(1983- )，男，工程师

U455

A