铁路瓦斯隧道施工管理与控制

铁路瓦斯隧道施工管理与控制

摘要目前高速铁路飞速发展，隧道比例大、瓦斯隧道越来越多；瓦斯爆炸机理十分复杂、铁路隧道断面大，施工中瓦斯管理与控制十分关键。本文以兰渝铁路玄真观隧道的瓦斯管理与控制为例，针对瓦斯的特点与危害，深入论述了施工过程中瓦斯的管理与控制的重要性，确保了施工安全。

关键词：瓦斯隧道瓦斯监控与检测施工管理安全控制

1、玄真观瓦斯隧道工程概况

玄真观双线隧道全长7447m，通过地层均为白垩系下统剑阁组、剑门关组泥岩、砂岩；开挖后易掉块、坍塌。设计图中对有毒有害气体说明如下：经访问当地村民，石油部门曾于2007年在本区域采用地震波等手段进行油气普查，测区九龙山地区有天然气赋存，在苍溪县元坝场发现全国第4大整装气田。根据对中石化川北采输站阆中市部分油气田的调查，油气资源一般分布在侏罗系下统自流井J12中，埋深2000～2800m。天然气等有害气体可能顺着岩层构造裂隙上逸，并在隧道洞身范围的基岩裂隙或缝隙中局部游散富集，形成随机性和不均匀性的气囊，危及隧道施工安全。由于受天然气分布的T1规律性及勘察手段的，要对隧道天然气的分布和涌出危险性作出准确预测是十分困难的。

2、瓦斯的特性与爆炸危害

2.１、瓦斯特性

瓦斯是在施工过程中从煤（岩）层内逸出的各种有害气体的总称，主要成分是甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、少量的二氧化硫（SO2）和一氧化碳（CO）等。玄真观隧道施工过程中产生的瓦斯主要是从岩层内逸出的非煤系瓦斯，其特性为：（1）低压性：经超前钻孔内瓦斯压力测定，瓦斯压力较低。（2）突增性：瓦斯逸出主要为开挖工作面爆破后，其他工序作业时瓦斯浓度不增加。（3）非持续性：瓦斯自动检测数据显示瓦斯浓度峰值出现在放炮后（最高为1.90％），经通风抽排后呈衰减趋势，隧道内渡度一般为0.10%左右。（4）吸附状态：施工过程中瓦斯主要赋存在Ⅲ级、Ⅳ级围岩的泥岩地段，瓦斯分子紧密地吸附在岩体的孔隙表面上，形成一个很薄的吸附层而存在。

2.２、瓦斯爆炸的危害

瓦斯爆炸必须具备三要素：瓦斯浓度、点火温度及火源、足够氧气含量。瓦斯爆炸下限为5%、上限为16%，浓度为9.5%时最强烈、威力最大。如果有其他可燃性气体混入或混合气体的温度、压力发生变化时，瓦斯浓度在2%以上就能发生爆炸。瓦斯爆炸的危害：（１）产生高温高压的气流形成强大的冲击波，

以极快的速度自爆点沿巷道向外冲击，摧毁隧道内设备、造成大量人员伤亡。（２）产生大量有毒有害气体，使未受伤害人员中毒和窒息死亡。

3、瓦斯的管理与控制

针对玄真观高瓦斯隧道断面大、放炮后瓦斯涌出量大的特点，施工过程中对瓦斯的管理与控制要点总结为“预报超前、常监控、勤检测、强通风、控浓度、绝火源、强管理”，严格执行各项瓦斯安全管理规定，对瓦斯的管理与控制措施如下。

3.1、瓦斯预报超前

针对地质构造与瓦斯溢出特点，采用HGY－300型钻机（具有煤矿用安全标志证书）进行超前探孔，探测围岩中瓦斯的浓度。瓦斯预报探孔位于隧道断面中心，探测孔长度50m，探孔搭接长度为5m，每循环45m。人工用CJG10光干涉瓦检仪检测探孔瓦斯赋存情况，取芯确定岩层性质、裂隙情况。施工过程中超前探孔内实测最大瓦斯浓度为1.63%，孔外瓦斯浓度为0.33%，在掌握了前方围岩中的瓦斯浓度的同时对地质及水文情况也准确了解，正确指导隧道施工。

3.2、常监控、勤检测

玄真观隧道施工过程中采用瓦斯自动监测报警断电系统、光干涉瓦检仪和多功能瓦斯检测仪定时人工检测、配合便携式瓦斯报警器流动检测三结合方案监控瓦斯。

（1）自动监测：在隧道洞口左侧约20米处设瓦斯自动监控值班室，自动监控系统选用镇江中煤KJ101N型安全监控系统。主要由控制中心、分站及传感器等组成，该系统可多点巡回检测多参数（瓦斯浓度度、风速、负压）遥测，长距离、长期、定点实现连续不间断的瓦斯自动监测，通过瓦斯传感器检测洞内的瓦斯浓度。在瓦斯浓度超出允许范围时，通过声、光连动形式的自动报警系统自动切断电源，实现隧道内瓦电闭锁。保证隧道内各工序瓦斯浓度超过0.5%时,供电系统自动断电(通风系统不断电,正常通风)，洞内施工人员立即撤离到洞外，待瓦斯浓度降至0.5%以下时恢复施工。

洞内瓦斯监控探头位置布设：在距洞口15m处、锚段台车处、二衬台车处、掌子面开挖台架（拱顶、两侧拱腰），斜井三叉口、专用洞室等固定位置设置瓦斯监测探头，进行24小时不间断瓦斯监控，并将各部位监测的瓦斯浓度在洞口电子显示牌实时揭示。

（2）人工检测：每工区设瓦斯检测小组，每昼夜分3班对隧道内瓦斯进

行人工检测，每班瓦检员2名，采用CJG10光干涉瓦检仪和CD4多功能气体检测仪人工检测。①隧道瓦斯必须检测的地点有：各工作面（掌子面开挖、初期支护、仰拱开挖、仰拱砼浇筑、防水板挂设、二衬台车制模、二衬砼浇筑）；瓦斯可能产生聚积的地点（掌子面拱顶、防水板台架顶部、二衬台车顶部、专用洞室、下锚段、洞口回风段、回风中机械电气设备附近）；隧道内可能产生火源的地点（电机附近、电气开关附近、电缆接头处等）；其他有人员作业的地点等。②人工检测频率：瓦斯浓度在0.1%以下时每小时检测1次，瓦斯浓度在0.1%以上时每30分钟检测1次。有瓦斯突出危险、涌出量较大、变化异常的开挖工作面必须有专人经常检查，并安设甲烷断电仪。③便携式瓦斯报警器流动检测：值班领工员、安全员、质检员、工班长、各移动设备司机随身佩戴便携式瓦斯报警器流动检测瓦斯。

3.3、强通风、控浓度

（1）通风方案：玄真观隧道进口、斜井、出口三工区施工通风均采用双风机双风管压入式通风,个别位置设置局扇辅助通风。在洞口外约15m处设置2台（电机功率2×135KW）通风机，安装2条φ1.8m抗静电阻燃柔性螺旋式风管，根据洞内瓦斯浓度及作业人员需要风量，选择风机送风档位（分单机低速、高速、双机低速、高速）向隧道内送风，送风量为855 m3/min～4200 m3/min。放炮时不得停风，保证向掌子面正常供风。

（2）严控瓦斯浓度：瓦斯浓度的控制是防止瓦斯爆炸核心，加强通风是降底瓦斯浓度的关键，结合隧道内瓦斯实际浓度情况，制定了通风机送风规定，专人管理风机。对每台风机电机安装专用电表，实行专人负责管理，主管领导每月检查通风机用电量，以确保向隧道内不间断送风，保证瓦斯浓度不超标，确保隧道施工安全。对瓦斯积聚部位设置局扇排放，在通风控制系统中设置断电仪，实现“风电闭锁”：即通风机断电停止工作后，立即全洞断电，洞内人员全部撤离洞外，洞内停止施工，在10分钟内采用备用电源进行隧道通风。

通风机送风规定

序号 洞内瓦斯浓度情况 洛阳产SD-N0 12.5-135型主风机（2台） 电机功率 理论组合供风量m3/min 备注

1 无人施工，浓度接近零 1台单机高速 90KW 1257

2 正常施工，浓度0.1%左右 2台单机高速 180KW 2514

3 放炮后或二衬台车前方瓦斯浓度在0.1%～0.3% 1台单机高速，1台双机双高速 360KW 3357

4 瓦斯浓度在0.3%以上 2台双机双高速 0KW

4200

3.4、绝火源

工程开工前，对参与员工进行瓦斯知识的全面培训，强调瓦斯爆炸的危害性，让全体员工掌握瓦斯知识，从思想上养成自觉遵守各项瓦斯规章制度。（1）洞口实行封闭式管理，所有人员进洞必须在值班室登记、姓名翻牌、领取进洞许可证、经瓦斯安检人员持金属探测仪进行全身检查，确认未带打火机、香烟、手机等违禁物品后方准进洞，出洞后在值班室交回进洞许可证、将姓名牌翻回原位并销记；设备进洞也必须登记。（2） 加强对洞内动火管理，严格执行瓦斯隧道每次动火作业必须有动火审批方案。隧道内每次动火作业，必须提前4小时得到分部总工、现场队长同意并签字，交由值班领工员、瓦检员，现场必须由领工员、瓦检员跟班作业，随时检测瓦斯浓度，洞内瓦斯浓度超过0.30%时，严禁动火作业。

3.5、其他瓦斯管理措施

本着“安全第一、预防为主”，根据相关规范要求，结合玄真观隧道设计文件，制定了专项瓦斯防治安全方案，编写瓦斯管理手册，用于指导现场施工。

（1）防爆设备配置：对投入该隧道的电气设备、移动机械等设备全部使用防爆型。包括部分移动设备防爆改装和安装车载式甲烷断电仪。（2）瓦检员定期培训、持证上岗管理，参建职工全员教育。（3）瓦检设备定期校验管理，保证性能良好。（4）使用煤矿许用乳化炸药和矿用电容式发爆器、爆破作业时严格执行“一炮三检”（指每一次爆破作业在装药前、紧接放炮前、放炮后都必须检查瓦斯）、“三人联锁”放炮制度。（5）对瓦斯浓度实行洞口揭示、洞内各工作面告知、日报制度和瓦斯浓度超限及时上报制度。（6）成立专职通风班组，进行风机管理、通风监测、风管挂设、维护。（7）安全员、领工员洞内交接签认制度。（8）瓦斯事故演练、制定预案。

4、体会

经过施工过程中对瓦斯的管理与控制，体会到铁路瓦斯隧道必须按照“预报超前、常监控、勤检测、强通风、控浓度、绝火源、强管理”的原则施工，通过对瓦斯的预测、监控检测来有效掌控隧道内的瓦斯浓度。加强通风是降底瓦斯浓度的关键，控制瓦斯浓度是防止瓦斯爆炸的核心工作，严格火源管理、认真执行各项规章制度、加强人为因素控制是防止隧道瓦斯事故的重要保障。

参考文献

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

2、煤矿工人岗位安全培训丛书（ 瓦斯检查工） 江苏：中国矿业大学出版社

3、郝俊锁.梅岭关瓦斯隧道施工技术现代隧道技术,2011(2)第48卷第2期

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。