淺談?dòng)蜌馓飬^(qū)特長(zhǎng)地鐵隧道瓦斯監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)

郭 有 余， 張 鐸， 馮 南 波

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 工程概況

成都地鐵18號(hào)線龍泉山隧道位于天府新區(qū)站～三岔湖站區(qū)間，為穿山越嶺隧道，采用雙洞分修方案(線間距30 m)，礦山法施工，隧道區(qū)域?yàn)辇埲接蜌馓锓植紖^(qū)域瓦斯隧道。筆者結(jié)合該工程，對(duì)油氣田區(qū)特長(zhǎng)地鐵隧道瓦斯監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了剖析。

2 瓦斯災(zāi)害的預(yù)測(cè)及特點(diǎn)

2.1 瓦斯災(zāi)害的預(yù)測(cè)

成都地鐵18號(hào)線龍泉山隧道屬油氣田區(qū)高瓦斯隧道，開挖油氣田區(qū)的高瓦斯隧道具有極高的危險(xiǎn)性。油氣田區(qū)瓦斯無處不在，因有斷層、節(jié)理帶存在，易有瓦斯溢出。

2.2 瓦斯災(zāi)害可能發(fā)生的原因和位置

2.2.1 可能發(fā)生的原因

瓦斯爆炸的主要原因是由于瓦斯積聚、通風(fēng)不當(dāng)所致。一方面，爆破作業(yè)后瓦斯溢漏面急劇增大，洞內(nèi)通風(fēng)條件差，瓦斯?jié)舛茸钜咨?；另一方面是瓦斯突涌?/p>

其他引起爆炸的原因有電力線短路、電氣焊防火不當(dāng)以及車輛、機(jī)械設(shè)備保養(yǎng)不及時(shí)等產(chǎn)生火花而引起爆炸。

2.2.2 可能發(fā)生的位置

隧道主要采用臺(tái)階法施工，由人工手持風(fēng)鉆鉆爆開挖和模板臺(tái)車進(jìn)行二次襯砌，因此爆破后未支護(hù)的斷面及模板臺(tái)車附近最容易形成瓦斯積聚，發(fā)生爆炸的可能性最大；另外，坍塌、超挖形成的空腔，錯(cuò)車道、隧道洞室等容易形成瓦斯積聚。

3 瓦斯的監(jiān)測(cè)及檢測(cè)

3.1 瓦斯的監(jiān)控要求

(1) 瓦斯隧道施工期間，項(xiàng)目部成立了專門的瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由自動(dòng)監(jiān)控、人工監(jiān)控及第三方檢測(cè)系統(tǒng)組成并作為施工工序管理，由現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人主管，該系統(tǒng)主要測(cè)定氣象、瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、風(fēng)量等參數(shù)。

(2) 壓入式通風(fēng)機(jī)必須裝設(shè)在洞外或洞內(nèi)新鮮的風(fēng)流中，避免污風(fēng)循環(huán)。瓦斯工區(qū)的通風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)兩路電源并應(yīng)裝設(shè)風(fēng)電閉鎖裝置。當(dāng)一路電源停止供電時(shí)，另一路應(yīng)在15 min內(nèi)接通，以保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3) 隧道正洞安裝全斷面超前探測(cè)設(shè)備，超前探孔孔徑為89 mm，單孔長(zhǎng)度為30 m，搭接長(zhǎng)度不小于5 m，沿拱墻等間距布置5個(gè)探孔，探孔位于開挖邊線內(nèi)20 cm處；并在超前探孔處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以檢測(cè)是否有有害氣體涌出，若探測(cè)到有害氣體，應(yīng)根據(jù)記錄確定有害氣體涌出的位置。

(4) 瓦斯檢測(cè)地點(diǎn)及范圍：

①開挖工作面風(fēng)流、回風(fēng)流中，爆破地點(diǎn)附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中及局部塌方冒頂處。

②坑道總回風(fēng)的風(fēng)流中。

③局扇及電氣開關(guān)前后10 m的風(fēng)流中。

④各種作業(yè)臺(tái)車和機(jī)械附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中。

⑤電動(dòng)機(jī)及其開關(guān)附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中。

⑥隧道洞室中，如變電所、水倉等瓦斯易于積聚處。

⑦錯(cuò)車道位置及襯砌端頭。

⑧接近地質(zhì)破碎帶處。

⑨電焊作業(yè)、防水板焊接及坍方處等特殊工序部位。

3.2 監(jiān)測(cè)方案

結(jié)合該隧道高瓦斯特點(diǎn)，采用人工監(jiān)控與自動(dòng)監(jiān)控相結(jié)合，在掌子面頂部、模板臺(tái)車頂部的上隅角設(shè)置便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，在檢測(cè)到瓦斯?jié)舛取?.5%時(shí)應(yīng)立即報(bào)警，切斷作業(yè)區(qū)電源，工人停止作業(yè)并撤出作業(yè)人員。設(shè)風(fēng)速傳感儀，對(duì)于回風(fēng)處風(fēng)速小于1 m/s時(shí)停止作業(yè)并檢查原因。對(duì)需人工檢測(cè)的部位，應(yīng)保證每120 min檢測(cè)一次；遇突發(fā)或異常情況需隨時(shí)監(jiān)測(cè)。在洞口測(cè)風(fēng)站配備手動(dòng)式測(cè)風(fēng)儀，定期測(cè)定回風(fēng)巷的風(fēng)流速度。當(dāng)風(fēng)流速度變化時(shí)，及時(shí)找出原因，采取措施。

3.3 自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

瓦斯自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)使用KJ自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其探頭懸掛位置應(yīng)能反映隧道風(fēng)流中瓦斯的最高濃度。在檢測(cè)到瓦斯?jié)舛取?.5%時(shí)報(bào)警，隧道自動(dòng)斷電報(bào)警系統(tǒng)為聲、光連動(dòng)形式，瓦斯?jié)舛取?%時(shí)切斷電源并實(shí)施瓦電閉鎖。

(1) KJ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

該系統(tǒng)主要由三部分組成：

①地面中心站。地面中心站是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，主要用于設(shè)置、實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)隧道的環(huán)境參數(shù)。地面中心站主要由監(jiān)控主機(jī)、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)傳輸接口和其它計(jì)算機(jī)周邊設(shè)備組成并包含防雷設(shè)備。

②隧道分站。分站的作用主要是為傳感器提供電源并接收傳感器的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過通訊線路傳輸?shù)降孛嬷鳈C(jī)。分站有大、中、小三種類型，以方便用戶根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

③傳感器及控制器。傳感器主要用于采集隧道的環(huán)境參數(shù)。控制器是系統(tǒng)斷電的執(zhí)行器，在異常情況下接收分站發(fā)來的斷電信號(hào)，切斷隧道的工作電源，防止意外事故的發(fā)生。

(2) 系統(tǒng)工作原理。

該系統(tǒng)主要用于采集隧道中的甲烷濃度、一氧化碳濃度及風(fēng)機(jī)運(yùn)行等參數(shù)，在地面機(jī)房進(jìn)行24 h不間斷監(jiān)測(cè)；并在以上參數(shù)異常的情況下自動(dòng)報(bào)警、切斷工作電源，以達(dá)到隧道安全生產(chǎn)的目的。

(3) KJ隧道施工環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的布置。

①中心機(jī)房設(shè)在隧道口的監(jiān)控值班室，機(jī)房設(shè)備有監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)接口、電源避雷器、UPS電源和主機(jī)配KJ監(jiān)控軟件。為了更好地保護(hù)監(jiān)控設(shè)備，在監(jiān)控中心機(jī)房和隧道口各設(shè)信號(hào)避雷器一臺(tái)。

②傳感器的布置。

在隧道掌子面分別設(shè)3臺(tái)甲烷傳感器、1臺(tái)一氧化碳傳感器和1臺(tái)硫化氫傳感器，各二襯臺(tái)車端頭設(shè)計(jì)有1臺(tái)甲烷傳感器、1臺(tái)風(fēng)速傳感器、1臺(tái)溫度傳感器，在防爆開關(guān)處設(shè)計(jì)有斷電儀，在洞口(或值班室)設(shè)1臺(tái)聲光報(bào)警器。隨著隧道的延伸，瓦斯段隧道每400 m增加1臺(tái)甲烷傳感器和1臺(tái)一氧化碳傳感器(含硫?qū)釉僭黾?臺(tái)硫化氫傳感器)。

根據(jù)傳感器的數(shù)量和種類，配置大型分站2個(gè)，分站應(yīng)安裝在便于工作人員觀察、調(diào)度、檢驗(yàn)、支護(hù)良好、無滴水、無雜物的地方，其距離地面的高度不應(yīng)小于0.3 m，并加墊木或支架固定。

3.4 人工檢測(cè)

人工監(jiān)控采用便攜式瓦斯檢測(cè)報(bào)警儀和光干涉甲烷測(cè)定儀。

人工檢測(cè)地點(diǎn)及范圍：

(1)開挖工作面，風(fēng)流、回風(fēng)流中，爆破地點(diǎn)附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中及局部塌方冒頂處；

(2)局扇附近10 m內(nèi)的風(fēng)流中，電動(dòng)機(jī)及開關(guān)附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中，各種作業(yè)臺(tái)車和機(jī)械附近20 m內(nèi)的風(fēng)流中；

(3)坑道總回風(fēng)流中，平導(dǎo)與正洞的橫通道；

(4)錯(cuò)車道的位置、襯砌的端頭、二襯臺(tái)車及掌子面頂部等瓦斯易聚集部位；

(5)接近地質(zhì)破碎帶處。

4 結(jié) 語

目前，國內(nèi)對(duì)于油氣田區(qū)瓦斯隧道施工技術(shù)的研究還停留在初級(jí)階段，加強(qiáng)油氣田區(qū)高瓦斯隧道致災(zāi)機(jī)理與瓦斯監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)的研究對(duì)于填補(bǔ)該領(lǐng)域技術(shù)空白、保證安全施工已刻不容緩。