低瓦斯隧道施工瓦斯防治技术与措施

来源:用户上传      作者:李盼

　　摘  要：低瓦斯隧道在铁路和公路工程中，比较常见;低气体通道瓦斯涌出量小，有时量不出来，它很容易被忽视或轻视。新建重庆铁路枢纽东环线陈家湾隧道，地层局部夹煤线及炭质页岩，且煤层不稳定。该文对于各种低瓦斯隧道施工瓦斯防治技术和措施进行分析和探讨，希望通过该研究，能够为低瓦斯隧道施工瓦斯防治工作提供一些参考和帮助。
　　关键词：低瓦斯隧道  瓦斯隔离板  水汽分离装置  防治措施
　　中图分类号：U455                             文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）12（c）-0041-03
　　Gas Prevention and Control Technology and Measures for Low Gas Tunnel Construction
　　LI Pan
　　（China Railway 15th Bureau Group No.3 Engineering Co.， Ltd.， Chengdu， Sichuan Province，611730 China）
　　Abstract： Low gas tunnel is common in railway and highway engineering; gas emission in low gas channel is small and sometimes it cannot be measured. It is easy to be ignored or despised. The Chenjiawan tunnel on the east ring line of Chongqing railway hub is newly built， with coal line and carbonaceous shale in local stratum， and the coal seam is unstable. This paper analyzes and discusses various low gas tunnel construction gas prevention technology and measures， hoping that through this paper， it can provide some reference and help for gas prevention and control work in low gas tunnel construction.
　　Key Words： Low gas tunnel; Gas isolation plate; Water vapor separation device; Prevention and control measures
　　在进行铁路施工时，经常会穿过一些隧道，新建重庆铁路枢纽东环线陈家湾隧道，洞身主要通过三叠系须家河组地层中，地层局部夹煤线及炭质页岩，且煤层不稳定，瓦斯地段等级为二级，隧道施工可能遇到局部瓦斯富集。所以需要在进行隧道施工的过程中，考虑对低瓦斯隧道中进行瓦斯防治工作，确保隧道中能够保持持续的通风，并要对其中的瓦斯情况进行按时检查。在进行隧道施工的过程中，应采用封闭式的施工方式，从而确保施工通过瓦斯富集区域更加顺利。低瓦斯隧道一般不会出事故，使得很多施工单位，不够重视，甚至产生思想麻痹，但低瓦斯隧道，因为它们可能会爆炸、会出事故，该文分别对于低瓦斯隧道施工中的各项瓦斯防治技术和措施进行分析，希望能够为低瓦斯隧道施工提供参考作用。
　　1  瓦斯检测防治技术和瓦斯检测管理
　　进行低瓦斯隧道施工时，对隧道中的瓦斯进行检测是非常关键的工作内容，在实际的检测工作中，应重视检测方式的强化，并采取相应的措施。要对隧道中的瓦斯进行定期检测，并对检测到的结果进行仔细的记录，从而根据检测到的结果来制定相关的应对计划，从而确保隧道工程能够顺利开展。在实际的瓦斯防治工作中，应该首先成立相应的检测部门，并高度重视瓦斯气体的检测工作，由专门的检测人员不间断地来完成检测过程，在对瓦斯浓度进行控制和管理的工作当中，主要应将其分为以下几方面工作：首先是当瓦斯含量低于0.3%时，可以正常地开展施工工作;其次是当瓦斯含量处于0.4%～0.5%之间时，那么施工过程具有一定的危险，这时应该进行报警并加强通风。最后当检测的过程中发现瓦斯浓度高于0.5%，那么必须停止隧道施工，并要求全部人员撤离。
　　2  瓦斯事故教训
　　（1）达成铁路炮台山隧道。1994年4月3日平导掘进到距洞口808 m处，灯泡爆裂引发瓦斯燃烧，死1人，伤3人。次日，汽车进洞运风管，由于汽车打火，又引起瓦斯爆炸，死12人。事故后实测，隧道瓦斯逸出强度为3.54 m3/h。
　　从以上事故来分析，瓦斯隧道施工的重要程度不言而喻，首先是施工单位的重视程度不够，存在轻视行为，过程中把控不严，对于瓦斯进行什么样的管理和控制工作取决于瓦斯的浓度，并应该根据具体的情况来制定相关的方案，并采取相应的措施来对瓦斯进行合理控制。在隧道施工中进行瓦斯检测时，应该按照相关的要求来进行，从而确保施工过程能够更加安全，同时也充分保障了施工人员的人身安全。在相關的要求当中，对于瓦斯检测所采用的方法进行了明确的规定，即为利用人工巡检和安全监控相结合的方式来进行瓦斯检测。
　　除此之外，在隧道洞口安装了防静电设备，消除每一位进隧道人员身上携带静电，也对安全检测系统进行了明确的要求，在隧道施工当中，会在入口和出口两侧设置安全检测装置，在该装置当中包含了电脑监控、瓦斯断电装置、瓦斯风电闭锁装置、备用电源等设备组成。在洞口设置的传感装置为KG9001C型高低浓度甲烷传感装置，并采用二次衬砌的方式来进行作业面的施工和仰拱的填充，同时也包括开挖作业和防水施工。在测风站的位置中应该安装相应的风速传感装置，并确保该装置顶部无淋水和干燥的隧道路段。在进行人工检测的过程当中，一般会采用多台AZJ-2000甲烷检测装置和多台干涉式的甲烷测定装置，除了需要对固定的区域进行检测之外，也要对放炮区域进行重点的检测，另外还包括人行道、停车带、混凝土施工以及隧道凹陷位置和电缆接头位置进行重点的检测。 　　在陈家湾隧道施工过程中，有针对性地设定了瓦斯检测频率，应该特别注意以下几方面问题：首先，在经过瓦斯富集地区，实行24 h专人不间断轮流流动检测隧道内掌子面，掌子面左右侧已形成封闭成环区域、下导坑施工区域及不同地段的二衬区域的瓦斯浓度。其次，检测段内瓦斯浓度含量在0.5%以下时，每隔30 min到1 h检查一次，检测结果达到0.5%以上时，应加强检查频率，不得离开隧道掌子面，发现异常应第一时间报告，并采取加强洞内通风等措施确保施工过程安全。瓦斯浓度限值及超限处理应符合《铁路瓦斯隧道技术规范》第9.1.7条的规定，停工区内瓦斯或二氧化碳浓度达到3%，必须在24 h内封闭完毕，临时停工地点不得停风，否则必须切断电源撤人并设置栅栏和警示标志，在恢复通风并经检测达到允许浓度后，方可进入复工。当发现瓦斯浓度大于2%，应加强通风和洞内增加通风设备等措施稀释后方可进行检查。最后，加强对洞内死角，尤其是隧道拱顶、仰拱、中心水沟、电缆槽及变压器预留洞市等各个凹陷处通风不良、瓦斯易积聚的地点的检测。当发现瓦斯浓度大于2%，应加强加大通风机的运作功率，稀释后方可进行检查。
　　3  运用通风措施和钻孔技术来降低隧道瓦斯浓度
　　除了对瓦斯进行控制和管理工作还，也应尽可能地降低隧道内部的瓦斯浓度，采用通风的措施是非常有效的，所以在施工现场安装通风设备，可确保隧道中全天候的通风，当瓦斯出现浓度增加时，要相应地增强通风设备的风力，并且除了安装通风设备之外，也要按时进行隧道空气的更换，从而提升空气中瓦斯的稀释速度，从而有效地降低瓦斯浓度。另一方面，应该根据施工现场的情况来对预先制定的通风方案进行合理的调整，从而确保通风力度能够满足隧道施工的需求，当隧道中的瓦斯浓度达到施工要求后，才可以进行施工，从而有效避免危险事故的发生。
　　按照《铁路瓦斯隧道技术规范》要求，瓦斯隧道施工时实施连续通风，项目部各个工作面建立独立的压入式通风系统，稀释和排除洞内瓦斯，防治瓦斯积聚。
　　瓦斯隧道施工中，对瓦斯易于积聚的空间和衬砌板台车附近区域，采用空气引射器、气动风机等设备，实施局部通风的方法，消除瓦斯积聚。瓦斯工区在施工期间衬砌台车实施连续通风，分别在衬砌台车上设置排风机。
　　在进行隧道施工的过程中，当检测到其中拥有瓦斯，那么可以通过钻孔的方式来对瓦斯进行有效的排放，并卸下岩层的方式来进行隧道的钻孔，通常情况下钻孔的直径大约为24 mm，最大不能够超过89 mm，孔深应处于35 mm左右。任何一个孔的超前距离应大于等于5 m，通过实践过程可以了解到该距离是最为安全的，随着孔数的逐渐增加，瓦斯能够更加顺利地进行排放，这时应加大隧道内部的瓦斯检测力度，如果发生浓度增加的情况，那么一定要停止钻孔，并对其进行通风，待浓度达到施工标准后再继续进行作业，从而避免安全问题的出现。超前钻孔排放瓦斯，一是探明前方围岩中裂隙瓦斯的压力、浓度，是否还需要采取其他一些相应处理措施，如加密超前钻孔、加大超前钻孔直径、高压水冲洗钻孔、隧道周边超前注浆封堵瓦斯等措施;二是提前排放前方围岩中裂隙瓦斯的压力、浓度，将瓦斯压力、浓度进行释放到安全以下，给掘进钻眼时创造低浓度瓦斯的安全条件。
　　4  运用掘进技术来实现瓦斯防护
　　要想有效控制隧道内部的瓦斯噴出量，就必须对瓦斯喷出的情况进行有效控制。对于瓦斯喷出进行控制的方法主要包括以下两种：首先是利用围岩等级来进行选择，找到最为合理的围岩，并利用多种方式来开展施工工作，所使用的施工方法包括了全断面开挖法、上下台阶法以及预留法等，通过运用这些施工方法可以有效地掘进初喷混凝土，待隧道钻孔出现渣滓之前，可使用初喷混凝土的方法来实现封闭的效果。在全隧支护与衬砌之间，全环设置“瓦斯垫层+防水板”的瓦斯隔离层。第二种方式是在隧道施工的过程中通过二衬设计的方式来制造出具有高气密性的混凝土，其透气不大于1×10-11 cm/s。从而确保施工中能够实现拱墙或者仰拱的处理，确保施工的安全。
　　5  隧道衬砌背后设置水汽隔离装置防护
　　陈家湾隧道瓦斯等级为二级，全隧道设置了全环瓦斯隔离层，采取分段排水和水汽分离排放方式，隧道衬砌外按4.5～6 m间距设置Φ50环向盲沟，边墙下部设置Φ100纵向盲沟，并按4.5～6 m间距设置Φ80横向排水管。环向盲沟需接入纵向盲沟，边墙下部增设Φ100PVC排气管，构成水汽分离装置，水汽混合体由环向及纵向盲沟引入，经分离后，水体由边墙Φ80PVC横向排水管引至侧沟，气体由排气管拉通引至接近或高端洞口，改用Φ100镀锌钢管引至高处散放，水气分离装置对应边墙横向排水管设置，并与环向盲沟错位布置。
　　气密性混凝土，是在拌和普通混凝土时掺入一定比例的气密剂而成。能显著改善混凝土胶凝材料的基本性能，抑制水泥中Al3+的活性，加速Ca2+和SiO2离子水化进程，激发水泥中游离钙和氢氧化钙的活性，使其完全参与水泥水化生成硅酸钙胶凝，充分改善水泥水化中液相环境，增强混凝土抗气密的性能。
　　衬砌时，采用气密性混凝土进行衬砌，须选用合格的原材料，进行选配混凝土配合比，严格控制外加剂的品质和掺量，严格搅拌时间和运输过程的时间控制，使混凝土浇筑过程做到连续、振捣密实、保护层达到规定要求等措施，确保混凝土抗渗性指标达到规范要求，较好地控制气体扩散的最后一道关口。
　　6  结语
　　针对低瓦斯隧道施工，做好超前地质预报，超前探孔检测等措施和方法，通过加强隧道施工当中的通风力度，并重视强化瓦斯浓度的检测工作，采取全环设置“瓦斯垫层+防水板”的瓦斯隔离层，衬砌施工前，设置水汽隔离装置防护，衬砌施工时，采用气密性混凝土进行施工，能较好地封闭气体扩散，衬砌施工是把好气体扩散的最后一道关，陈家湾隧道施工时，严格把控每一个环节，通风不断，检测不停，现场施工顺利，未发生安全事故。
　　参考文献
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