黎愛清

(中鐵二十局集團(tuán)有限公司, 陜西西安 710000)

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低瓦斯隧道施工瓦斯危害及其控制管理

黎愛清

(中鐵二十局集團(tuán)有限公司, 陜西西安 710000)

【摘要】針對(duì)在建的成貴鐵路低瓦斯隧道施工難題，運(yùn)用理論分析和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證等方法，分析了低瓦斯隧道中瓦斯特點(diǎn)和危害并提出了當(dāng)前低瓦斯隧道管理現(xiàn)狀決定了管理費(fèi)用不足的問題，結(jié)合中項(xiàng)山低瓦斯隧道施工實(shí)踐，確定了瓦斯檢測(cè)與通風(fēng)、隧道內(nèi)電器設(shè)備、隧道動(dòng)火和施工管理等一系列管理方法。結(jié)果表明，盡管低瓦斯隧道及其施工條件一般比較復(fù)雜，只要施工重視并提出合理的控制方法就能完成工程安全、工程及成本目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】低瓦斯隧道；特點(diǎn)與危害；控制管理；施工

當(dāng)需要在瓦斯工程條件下掘進(jìn)隧道特別是長(zhǎng)大隧道時(shí)，瓦斯將會(huì)對(duì)工程安全、進(jìn)度及其工程成本控制帶來決定性作用。這也是往往讓包括施工在內(nèi)的建設(shè)單位難以應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)，因?yàn)榘船F(xiàn)行規(guī)范，當(dāng)瓦斯涌出量小于0.5m3/min時(shí)確定為低瓦斯隧道，在施工時(shí)必須選擇合理的施工方法、保證通風(fēng)強(qiáng)度以及采取合理的運(yùn)輸方式，否則不允許施工。但是，在現(xiàn)實(shí)工程中，如果把握不好將會(huì)嚴(yán)重影響施工的具體布置和管理。一是低瓦斯隧道很可能會(huì)在某個(gè)區(qū)段因瓦斯積聚成為高瓦斯工區(qū)而極具風(fēng)險(xiǎn)，容易誘發(fā)安全事故；二是正因?yàn)閾?dān)心上述風(fēng)險(xiǎn)致使施工及其管理人員時(shí)常忐忑不安，畏手畏腳，不敢大膽掘進(jìn)；三是在按瓦斯隧道條件施工配備通風(fēng)、運(yùn)輸、支護(hù)和供配電等一系列防爆措施后，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)得到的瓦斯?jié)舛然九c非瓦斯隧道差不多，即使風(fēng)機(jī)通風(fēng)不足，也幾乎如此，時(shí)間一長(zhǎng)則會(huì)使得施工人員出現(xiàn)麻痹思維，這種不好的想法往往具有更大的威脅。因此，到底在施工中如何分析低瓦斯的影響、控制標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)其采取合理的對(duì)策將會(huì)是當(dāng)前大量瓦斯隧道施工迫切需要解決的難題。

1低瓦斯特點(diǎn)與危害

對(duì)于高瓦斯特別是高瓦斯長(zhǎng)大隧道施工，通風(fēng)效果的好壞會(huì)直接影響隧道工程建設(shè)安全和施工進(jìn)度。按照施工安全要求，正常隧道進(jìn)行臺(tái)階法開挖時(shí)，隧道內(nèi)風(fēng)速不小于0.25m/s，如果要防止瓦斯聚集則風(fēng)速不應(yīng)小于1m/s。

按瓦斯隧道相關(guān)技術(shù)規(guī)范[1-2]，當(dāng)瓦斯涌出量小于0.5m3/min時(shí)為低瓦斯。瓦斯爆炸有三個(gè)條件：一是瓦斯的濃度，二是適當(dāng)?shù)臏囟?，三是氧氣。高瓦斯隧道的施工一般很容易引起重視，隧道施工的安全管理與措施都比較重視，只要按瓦斯管理的操作規(guī)程進(jìn)行施工一般不會(huì)出現(xiàn)瓦斯爆破事故。從施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，低瓦斯隧道也極具風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榈屯咚顾淼赖氖┕と藗兺炊鲆?，在設(shè)備投入與瓦斯管理上就不會(huì)那么規(guī)范。但是低瓦斯的集聚也很容易變成高瓦斯，同樣會(huì)引起瓦斯爆炸。從某種意義上看其風(fēng)險(xiǎn)甚至?xí)^高瓦斯隧道，其主要原因就是其潛在積聚后的突發(fā)性卻又會(huì)因其長(zhǎng)期處于正常狀態(tài)而突發(fā)后施工人員不能及時(shí)反應(yīng)，由此會(huì)造成極大不利危害和后果。根據(jù)統(tǒng)計(jì)40 %的瓦斯爆炸都是發(fā)生在低瓦斯隧道，這也從分說明了低瓦斯隧道施工管理的重要性。

2低瓦斯隧道常用對(duì)策及其存在的問題

參考現(xiàn)有瓦斯隧道施工技術(shù)[3-5]，對(duì)于低瓦斯隧道，目前主要采用以下對(duì)策進(jìn)行安全控制。

2.1加強(qiáng)通風(fēng)及監(jiān)測(cè)

施工一般要求非常嚴(yán)格，如當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.3 %～0.5 %時(shí)，瓦檢人員應(yīng)向現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人報(bào)警，同時(shí)加強(qiáng)瓦斯?jié)舛葯z測(cè)；當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^0.5 %時(shí)，瓦檢人員應(yīng)立即向現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人報(bào)告，由現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人立即組織停止工作，撤出人員，切斷隧道中電源，查明原因，加強(qiáng)通風(fēng)檢測(cè)，為了施工安全，甚至?xí)淹咚節(jié)舛瓤刂圃诘陀?.3 %才能恢復(fù)施工。從上述控制過程就知道，瓦斯隧道的控制與施工干擾非常大，即使瓦斯?jié)舛容^低時(shí)也會(huì)導(dǎo)致施工緊張，如果由于誤差而測(cè)試出現(xiàn)異常，則會(huì)對(duì)工程施工造成極大影響。

2.2設(shè)備防爆

常規(guī)隧道開挖、支護(hù)和運(yùn)輸?shù)绕胀C(jī)械設(shè)備在瓦斯隧道內(nèi)作業(yè)存在安全隱患，因此不影響設(shè)備的正常使用的前提下必須對(duì)運(yùn)輸車、裝載機(jī)和挖掘機(jī)進(jìn)行合理改造以適應(yīng)實(shí)際使用環(huán)境，使其基本的防爆要求。由此，需要配備或改裝大量防爆設(shè)備，如果因瓦斯?jié)舛容^低使得設(shè)備不用啟動(dòng)而閑置，造成成本極大浪費(fèi)。

2.3有軌運(yùn)輸

依據(jù)相關(guān)規(guī)定，在瓦斯隧道中一般不能采用無軌運(yùn)輸，優(yōu)選有軌運(yùn)輸以避免無軌汽車排煙尾氣火花引發(fā)瓦斯爆炸。如果采用有軌運(yùn)輸，就目前隧道開挖量看，出渣速度慢且嚴(yán)重影響整個(gè)工程的進(jìn)度。

2.4供配電技術(shù)

瓦斯隧道施工洞內(nèi)供電必須做到“三?！?、“兩閉鎖”，即專用變壓器，專用開關(guān)，專用供電線路，瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)與供電的閉鎖及壓入式通風(fēng)的風(fēng)機(jī)與洞內(nèi)供電的閉鎖。因此，瓦斯工區(qū)的主通風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)和洞內(nèi)與之相應(yīng)的工作面的電氣設(shè)備，必須與瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)電、瓦電閉鎖，當(dāng)通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)能立即自動(dòng)切斷局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)區(qū)段的一切電源。這些技術(shù)均很多程度影響施工管理，使得施工難度大大增加。

3低瓦斯隧道安全經(jīng)費(fèi)的現(xiàn)狀

在現(xiàn)有鐵路隧道規(guī)范中瓦斯作為一種特殊的巖土，對(duì)瓦斯的施工管理有詳細(xì)的規(guī)定，但并沒有瓦斯的高低之分，在施工概算中瓦斯是沒有專門的處理費(fèi)用，費(fèi)用也沒有高低之分。項(xiàng)目在設(shè)計(jì)之初為了控制投資規(guī)模，低瓦斯或疑似瓦斯巖層的處理是沒有單列費(fèi)用的。而從安全的角度來講，只要有瓦斯就要按瓦斯的管理標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。項(xiàng)目單列的安全費(fèi)是普通工程的安全防護(hù)措施費(fèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了瓦斯或低瓦斯安全管理所需的安全費(fèi)用。施工單位作為企業(yè)行為追求項(xiàng)目利益是必須的，但保證安全也是項(xiàng)目管理主要目標(biāo)之一。在低瓦斯隧道施工中，在沒有預(yù)列其處理費(fèi)用時(shí)，施工單位為了保證施工安全，為了預(yù)防瓦斯事故，前期的安全投入是必須的。但瓦斯的預(yù)防與處置前期要投入到何種程度是我們施工單位必須認(rèn)真研究和分析的。

4低瓦斯隧道施工案例

成貴鐵路7標(biāo)設(shè)計(jì)隧道18 522m/11座。除貓魯寺隧道和興隆坪隧道為高瓦斯隧道外其他均為低瓦斯隧道。以中項(xiàng)山低瓦斯隧道(3 632m)施工組織管理為例說明低瓦斯隧道的為防治瓦斯的特點(diǎn)。

4.1瓦斯的檢測(cè)與通風(fēng)

與高瓦斯的管理一樣，瓦斯的檢測(cè)是關(guān)鍵一步，只有發(fā)現(xiàn)了瓦斯才能治理。瓦斯的檢測(cè)方法與高瓦斯隧道管理一樣。在瓦斯預(yù)報(bào)方面，高瓦斯采用30m超前探孔和物探試驗(yàn)的方法進(jìn)行預(yù)報(bào)，低瓦斯隧道采用5m超前探孔預(yù)報(bào)，掌子面共設(shè)2個(gè)探孔。通風(fēng)采用雙風(fēng)機(jī)單風(fēng)筒，原則上是采用不間斷通風(fēng)并勤監(jiān)測(cè)(圖1)。

圖1　雙風(fēng)機(jī)單風(fēng)筒通風(fēng)

4.2隧道內(nèi)電器設(shè)備

洞內(nèi)施工供電每個(gè)支路由一臺(tái)隔爆型低壓饋電開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制，并由相應(yīng)的獨(dú)立的隔爆低壓磁力啟動(dòng)器啟動(dòng)并保護(hù)。由地面10kV電源供洞口的總配電開關(guān)(隔爆型高壓真空配電裝置)的負(fù)方，引出礦用交聯(lián)鎧裝電纜(MYJV22-8.7/10)做為施工供電總電纜，沿洞壁架設(shè)電纜掛勾懸掛敷設(shè)。電纜隨著工作面向前推進(jìn)不斷延伸，500m左右為一段，中間接頭處通過隔爆高壓電纜連接器(LBG1-200/10)連接。主電纜末端接入隔爆型干式變壓器前端的高壓真空隔爆配電裝置(進(jìn)線方)。總配電開關(guān)(隔爆型高壓真空配電裝置)型號(hào)為PJG-50/10Y型，結(jié)構(gòu)特征為A型，主要用于具有爆炸性危險(xiǎn)氣體(甲烷混合物)的場(chǎng)所，對(duì)Ue=10kV，Ie≤400A，額定頻率50HZ的三相交流中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)進(jìn)行控制、保護(hù)和測(cè)量，同時(shí)作為瓦斯風(fēng)電閉鎖裝置的總開關(guān)，設(shè)置在洞口外側(cè)20～30m。

隧道內(nèi)照明由ZBZ型礦用隔爆型照明綜合保護(hù)裝置將380V電源轉(zhuǎn)換為127V照明電壓供給照明燈具用電來實(shí)現(xiàn)。照明綜保裝置具有短路、過載、漏電閉鎖及電纜絕緣危險(xiǎn)指示功能。每隔10m沿隧道兩側(cè)各設(shè)一盞DGS24/127Y型礦用隔爆熒光燈，采取分段照明的方案，洞內(nèi)照明綜保前后250m引出照明主線，其余段從隧道洞口變壓器單獨(dú)引入照明主線，照明主電纜選用型號(hào)為MY-0.38/0.66-4×6。隧道掌子面照明采取在掘進(jìn)工作面臺(tái)架上安裝4盞DGS175/127B型礦用隔爆投光燈，1臺(tái)ZBZ-4/380/127V型礦用隔爆型照明綜合保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)(圖2)。

圖2　隔爆型照明綜合保護(hù)裝置

隧道掘進(jìn)500m后，考慮施工用電高壓進(jìn)洞，洞內(nèi)設(shè)置變壓器為礦用隔爆型干式變壓器，可隨工作面向前推動(dòng)整體向前移動(dòng)，型號(hào)為KBSG-315kVA/10/0.40kV，輸出電壓為380V，中性點(diǎn)不接地，其容量計(jì)算根據(jù)負(fù)荷情況而得出。變壓器前端的高壓真空隔爆配電裝置用于對(duì)變壓器饋電現(xiàn)場(chǎng)控制及對(duì)變壓器的監(jiān)測(cè)、保護(hù)作用，型號(hào)為PJG-50/10，結(jié)構(gòu)特征B型。中項(xiàng)山隧道出口主要防爆設(shè)備見表1。

4.3隧道動(dòng)火

瓦斯隧道施工原則上禁止動(dòng)火，但施工不可避免地局部要使用電焊、熱熔焊等，要求先進(jìn)行動(dòng)火申請(qǐng)，經(jīng)批準(zhǔn)后在瓦檢員、安全員在位并進(jìn)行必要的防護(hù)后才能開始作業(yè)。

4.4低瓦斯隧道施工管理方法

低瓦斯隧道的施工管理宜采取預(yù)防為主，實(shí)際施工中的瓦斯并無高低之分，低瓦斯的逸出不及時(shí)通風(fēng)經(jīng)過集聚也會(huì)轉(zhuǎn)換成高瓦斯。因此，低瓦斯隧道的安全管理首先要意識(shí)到瓦斯的危害性，要從思想上引起重視。

表1　中項(xiàng)山隧道出口主要防爆設(shè)備

低瓦斯隧道的安全管理首先是應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)和檢查。在低瓦斯隧道施工中主要是對(duì)隧道內(nèi)固定的電氣設(shè)備采用防爆改裝，防爆級(jí)別為Ⅱ型，可有效降低施工成本。

中項(xiàng)山低瓦斯隧道目前已經(jīng)貫通，盡管施工過程比較困難，但按上述方法進(jìn)行施工管理后，不但完成了整個(gè)工程的安全目標(biāo)，而且還較好地實(shí)現(xiàn)了施工工期及成本控制目標(biāo)。

5結(jié)論

(1) 低瓦斯隧道如果控制不好也會(huì)有很大風(fēng)險(xiǎn)，因此必須結(jié)合工程實(shí)際情況，對(duì)其具體特點(diǎn)、危害進(jìn)行分析并找出其存在的問題，進(jìn)而提出合理可行的控制方法才能保證隧道施工安全及滿足工程進(jìn)度要求。

(2) 由當(dāng)前低瓦斯隧道管理現(xiàn)狀決定了管理費(fèi)用不足，而按瓦斯的管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工則不能滿足瓦斯或低瓦斯安全管理需要，為此施工單位必須充分依據(jù)自身?xiàng)l件調(diào)動(dòng)相關(guān)因素才能確保工程安全。

(3) 由中項(xiàng)山低瓦斯隧道施工實(shí)踐看，只要對(duì)瓦斯的檢測(cè)與通風(fēng)、隧道內(nèi)電器設(shè)備、隧道動(dòng)火和施工管理做到位，盡管施工過程可能比較困難，仍然能較好地完成工程安全、工程及成本目標(biāo)。

(4) 由于瓦斯隧道及其施工條件較為復(fù)雜，對(duì)低瓦斯隧道的特點(diǎn)、存在問題及其控制管理辦法還應(yīng)在今后做更為廣泛且深入研究。

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[作者簡(jiǎn)介]黎愛清(1965～)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事隧道與地下工程施工技術(shù)與管理工作。

【中圖分類號(hào)】U455.49

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2016-05-31