高速公路隧道施工瓦斯段通風(fēng)技術(shù)控制的應(yīng)用研究

王同德

(中交路橋建設(shè)有限公司， 北京 100027)

0 前言

交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)系我國西南大開發(fā)和拉大內(nèi)需戰(zhàn)略的重要組成部分，目前已大規(guī)模地往高、艱、險(xiǎn)山區(qū)延伸。隨著公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提升，隧道工程所占比重越來越大，所穿越地層地質(zhì)條件空前復(fù)雜，在挖掘隧道的過程中，難免會(huì)遇到大量瓦斯。如果沒有制定出嚴(yán)謹(jǐn)合理的施工方案及專項(xiàng)通風(fēng)方案并加以嚴(yán)格控制管理，將很有可能導(dǎo)致瓦斯爆燃，造成人員生命、財(cái)產(chǎn)安全的施工事故發(fā)生。對于這個(gè)問題我們必須予以高度重視，提高隧道施工安全，降低風(fēng)險(xiǎn)隱患。廈蓉高速織（金）至納（雍）公路瓦斯隧道便是其中一例。

筆者通過廈蓉高速織（金）至納（雍）公路許家寨瓦斯隧道施工風(fēng)險(xiǎn)控制過程的綜合管控，緊密結(jié)合施工管理中所發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)，對公路瓦斯隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)綜合控制中的瓦斯段通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行了研究，取得了一些有益的經(jīng)驗(yàn)，旨在為抓好類似隧道施工尤其是瓦斯段的通風(fēng)控制提供借鑒。

1 隧道工程瓦斯通風(fēng)應(yīng)用技術(shù)研究意義

高速公路的建設(shè)能夠大幅提高物資的運(yùn)輸速度，縮短兩地距離，提高經(jīng)濟(jì)文化的交流能力。尤其在西南地區(qū)山嶺重丘區(qū)，溝壑縱橫，長隧高橋在所難免。隨著山嶺隧道的進(jìn)一步開發(fā)，隧道施工隊(duì)伍對瓦斯通風(fēng)的要求也在不斷加大。我們必須進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)瓦斯通風(fēng)手段的研究，盡可能規(guī)避調(diào)煤層、煤田的穿越。在必須穿過的時(shí)候，應(yīng)注重瓦斯的通風(fēng)，降低空氣中的瓦斯?jié)舛龋瑸槭┕と藛T提供更為安全的作業(yè)空間，減少隧道施工帶給施工人員的心理和生理威脅。對此我們必須予以隧道施工更高的重視，加強(qiáng)技術(shù)性研發(fā)以便敲定出合理的瓦斯通風(fēng)方案，提高隧道施工能力。

2 實(shí)例隧道工程的地質(zhì)條件

廈蓉高速織（金）至納（雍）公路許家寨隧道，長度分別左幅2.42km、右幅2.37 km，隧道結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌,按新奧法原理組織施工。該隧道原設(shè)計(jì)為“低瓦斯隧道”，隧道穿越強(qiáng)風(fēng)化煤系地層內(nèi)、褶皺十分發(fā)育，地質(zhì)條件極其復(fù)雜。隧道于2013年4月開工，依據(jù)圖紙及規(guī)范要求，按“低瓦斯隧道”實(shí)施安全設(shè)防。2013年11月，施工中發(fā)生過瓦斯燃燒事故。后經(jīng)設(shè)計(jì)院及相關(guān)專家現(xiàn)場量測、判定，該隧道被變更為“高瓦斯隧道”，明確要求按高瓦斯隧道安全防范標(biāo)準(zhǔn)組織施工。

根據(jù)徐家寨隧道的地勘資料，隧道的進(jìn)口處位于強(qiáng)風(fēng)化煤系地層內(nèi)，局部存在殘留瓦斯。根據(jù)隧道的超前預(yù)測報(bào)告，掌子面圍巖巖體節(jié)理裂隙發(fā)育?，F(xiàn)場瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測發(fā)現(xiàn)掌子面附近拱頂部位有瓦斯氣體逸出。經(jīng)現(xiàn)場檢測，左幅瓦斯?jié)舛扔诠绊敒?.1%，拱腰0.21～0.29%之間，邊墻0.13～0.19%。距掌子面5m處瓦斯?jié)舛葹?.05%～0.09%之間。由于超前探測范圍有限，為了安全起見應(yīng)隨時(shí)做好超前探測的工作。

3 瓦斯隧道基礎(chǔ)知識

瓦斯是一種由甲烷、乙烷、硫化氫等構(gòu)成的氣體，具有無色、無味、不助燃、不能呼吸的特征。通常情況下瓦斯都會(huì)聚集在隧道頂部，如果遇到火源那么瓦斯氣體將很有可能會(huì)在劇烈的波動(dòng)下發(fā)生嚴(yán)重的爆炸事故。在進(jìn)行此類隧道施工作業(yè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到一些突發(fā)危害。主要包括巷道坍塌、煤塵爆炸、瓦斯爆炸、瓦斯巖石突出、煤壓出、煤順出以及煤瓦斯突出問題。以上災(zāi)害發(fā)生時(shí)，需要提前做好風(fēng)險(xiǎn)級別判定，包括危險(xiǎn)源、危險(xiǎn)事件與危險(xiǎn)特征等全部需要進(jìn)行勘測。通過上述步驟在解決問題的同時(shí)消除災(zāi)害隱患及遺留問題。從而避免造成更大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。

4 隧道工程瓦斯通風(fēng)具體應(yīng)用

4.1 敲定隧道通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)

首先應(yīng)提前了解隧道的施工位置，做好當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)的勘測，了解隧道施工環(huán)境是否達(dá)到安全通風(fēng)規(guī)定。其次，要對施工現(xiàn)場的空氣含氧量進(jìn)行檢測，確保含氧量高于百分之二十。施工過程中，在進(jìn)行裝藥爆破時(shí)瓦斯隧道在通風(fēng)后的瓦斯?jié)舛缺仨毜陀诎俜种?，總瓦斯?jié)舛刃∮诎俜种泓c(diǎn)五。如果瓦斯?jié)舛瘸^上述數(shù)據(jù)，甚至達(dá)到了百分之一點(diǎn)五。則需要提前做好防火、防爆炸預(yù)防，將所有人全部撤離至安全區(qū)域。此外還要保持隧道內(nèi)的溫度與噪聲符合國家標(biāo)準(zhǔn)，即溫度低于28度，噪聲不可大于90分貝。隧道通風(fēng)量應(yīng)保持為每個(gè)人每分鐘約有4立方米的新鮮呼吸空氣，保障隧道內(nèi)部的通風(fēng)速度超過1米每秒，嚴(yán)防瓦斯聚集問題出現(xiàn)。

4.2 避開隧道瓦斯風(fēng)險(xiǎn)

在隧道施工時(shí)，應(yīng)結(jié)合施工區(qū)的地質(zhì)和巖性，引入模糊數(shù)學(xué)理論[3]。做好隧道瓦斯風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防和量化處理工作，并做好通風(fēng)設(shè)計(jì)，敲定隧道通風(fēng)風(fēng)速與風(fēng)量，選配質(zhì)量達(dá)標(biāo)的風(fēng)管與風(fēng)機(jī)。此外還要做好定期的風(fēng)管與風(fēng)機(jī)檢查，以防出現(xiàn)設(shè)備故障，導(dǎo)致隧道內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)癱瘓出現(xiàn)瓦斯超限度與聚集情況。實(shí)際施工時(shí)，可以根據(jù)隧道通風(fēng)實(shí)際需求，安排通風(fēng)辦法。如隧道瓦斯?jié)舛冉档涂梢圆捎镁稚韧L(fēng)的方式。當(dāng)然不論是哪一種通風(fēng)方法都有可能會(huì)出現(xiàn)通風(fēng)故障，對此如果通風(fēng)設(shè)備出現(xiàn)問題，在恢復(fù)通風(fēng)系統(tǒng)以前。必須安排專業(yè)的檢驗(yàn)人員測量隧道內(nèi)部的瓦斯?jié)舛?、瓦斯氣體含量，并排除掉瓦斯。施工過程中一旦發(fā)生瓦斯泄漏，瓦斯噴出異常，應(yīng)及時(shí)斷電與消滅所有火源，提高通風(fēng)強(qiáng)度，并撤離所有隧道作業(yè)人員。隧道通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)做好日常維護(hù)與保養(yǎng)，做好通風(fēng)管道、通風(fēng)設(shè)備的日檢、周檢與月檢工作，消除設(shè)備安全隱患，保障通風(fēng)系統(tǒng)能夠長期保持高效率的運(yùn)行，為安全施工保駕護(hù)航。

4.3 測定隧道通風(fēng)質(zhì)量

首先應(yīng)先掌握隧道原有基礎(chǔ)風(fēng)速，歸零風(fēng)表指針，將風(fēng)表放置在隧道迎風(fēng)區(qū)，與風(fēng)的流動(dòng)方向保持垂直。當(dāng)風(fēng)表翼輪保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)讀取風(fēng)表顯示的指針讀數(shù)，做好風(fēng)速記錄。此外還要做好斷面風(fēng)速測量，次數(shù)應(yīng)超過三次以上，每次測量之間的誤差應(yīng)保持在百分之五以內(nèi)，根據(jù)斷面風(fēng)速判斷隧道斷面積，將其記錄在施工記錄中。之后使用瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，用通信測試方式，完成瓦斯管道檢測、閉鎖風(fēng)電瓦斯、斷點(diǎn)儀操作。地下分站風(fēng)速和瓦斯檢測，可以通過配備傳感器的方式，完成隧道整體環(huán)境的檢測，并建立數(shù)據(jù)傳輸管道和網(wǎng)絡(luò)，完成隧道整體布局管理和瓦斯檢測。使用遠(yuǎn)程瓦斯超限報(bào)警系統(tǒng)，提高瓦斯檢測和風(fēng)速檢測效率。

之后結(jié)合風(fēng)表和通信系統(tǒng)獲知的風(fēng)速測量結(jié)果，根據(jù)通風(fēng)管理細(xì)則開始隧道施工。將安全性作為施工的第一前提[4]。施工時(shí)，可以利用壓入式通風(fēng)方式將風(fēng)機(jī)安裝在隧道洞口把隧道外的空氣注入隧道內(nèi)部，用外界的空氣氣壓排擠隧道內(nèi)部的污濁空氣，建立循環(huán)氣流，保持隧道內(nèi)部空氣的持續(xù)流通。施工期間應(yīng)全程保持無軌運(yùn)輸，以防軌道摩擦出火源，引發(fā)瓦斯氣體連鎖反應(yīng)與爆炸。采取航道通風(fēng)方式，由隧道的洞口處將風(fēng)筒對準(zhǔn)正洞口，用壓入式方式將外部空氣打入隧道內(nèi)部，形成排風(fēng)向?qū)?。將大功率風(fēng)機(jī)放置在隧道背扣，將隧道內(nèi)部的污濁空氣吸出，排向外界的同時(shí)在大功率風(fēng)機(jī)附近創(chuàng)造負(fù)壓，從而吸收更多隧道內(nèi)部空氣。實(shí)際過程中結(jié)合隧道需求選定最合理、最科學(xué)的施工方案用于風(fēng)機(jī)安裝和隧道瓦斯檢測。用精準(zhǔn)的通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)，為隧道施工提供安全保障。

4.4 通風(fēng)技術(shù)在隧道應(yīng)用的重要性

瓦斯通風(fēng)可以幫助施工作業(yè)提前做好斷面全方位超前檢測，詳細(xì)的了解儲層當(dāng)中的瓦斯具體含量。在掌子面于探孔相距10米左右的時(shí)候，進(jìn)行二次探孔，每次探孔的孔深保持在30米左右。之后使用甲烷探測設(shè)備測量隧道洞內(nèi)瓦斯有無與濃度，之后結(jié)合測量數(shù)據(jù)進(jìn)行隧道施工。施工可以使用KG9701瓦斯傳感器，這種傳感器的工作電流為50mA,電壓為3v，能夠同時(shí)檢測瓦斯?jié)舛燃八淼谰唧w環(huán)境質(zhì)量。此外KG9701還能夠幫助施工人員做隧道內(nèi)的氣體動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。施工所用的通信及控制系統(tǒng)，可選用JENNIC-5139通信控制模塊。這是一種待機(jī)電流僅有30μA,電壓3V的通信控制設(shè)備。模塊中集成了96kbRAM以及32位的RISCCPU[4]。通信控制模塊可以將隧道氣體包括瓦斯含量用數(shù)字化模式傳達(dá)給接收信號人員，同時(shí)利用這一設(shè)備也可以測量隧道內(nèi)的氣體含量、濕度與溫度。之后隧道施工人員借助于計(jì)算機(jī)設(shè)備，用圖形系統(tǒng)打造隧道三維通風(fēng)模型，以便更加直觀的分析與評價(jià)隧道內(nèi)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)測量通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，及解決的有效措施。實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)管理的可視化與數(shù)字化，從而進(jìn)一步為隧道施工工作人員提供數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)計(jì)算的支持。此外瓦斯通風(fēng)這項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，還可以幫助施工人員做好超前地質(zhì)預(yù)測，降低地質(zhì)災(zāi)害引起的隧道風(fēng)險(xiǎn)，避免發(fā)生隧道坍塌、泄水等問題。施工人員通過這項(xiàng)技術(shù)提前做好基坑支護(hù)，保障圍巖支護(hù)效果。在主洞設(shè)置干擾出渣進(jìn)料風(fēng)門，防止巷道新鮮空氣風(fēng)流倒流[5]。此外也要將一臺大功率風(fēng)機(jī)放置于洞內(nèi)用于在洞內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，并將洞內(nèi)渾濁空氣吸出。當(dāng)結(jié)束通風(fēng)作業(yè)后，如果隧道內(nèi)挖起濃度低于百分之零點(diǎn)三以下，則可以開始后續(xù)的隧道工作。最后隧道施工團(tuán)隊(duì)也要建立專業(yè)的安全檢測團(tuán)隊(duì)，包括對隧道的質(zhì)量安全與通風(fēng)安全系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢測和維護(hù)，做好日檢、周檢與月檢活動(dòng)，以保隧道施工更加安全、更加效率。

結(jié)語：綜上可見隧道施工前我們就必須提前預(yù)估好隧道施工可能遇見的風(fēng)險(xiǎn)，并提前做好防范和控制措施，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域和危險(xiǎn)性識別，定性通道的施工威脅性，最終敲定出嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、合理的施工辦法，用于控制隧道中的瓦斯氣體排放?，F(xiàn)階段國內(nèi)在瓦斯通風(fēng)的經(jīng)驗(yàn)與研究都比較多，但在一些細(xì)節(jié)處理上還有這一定局限。對此我們必須在研究前人經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，加快新型通風(fēng)技術(shù)的研發(fā)，彌補(bǔ)本次研究中仍舊存在的不足，為國內(nèi)隧道工程發(fā)展提供數(shù)據(jù)，希望其他學(xué)者也能予以本研究批評與指正促進(jìn)筆者進(jìn)步。

[1]常艷花.瓦斯通風(fēng)技術(shù)在高速公路隧道施工的應(yīng)用研究[J].建設(shè)科技,2016(08):108-110.

[2]李冰.解析高速公路隧道施工中瓦斯通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用[J].民營科技,2015(08):140.

[3]晏明.高速公路隧道施工對瓦斯通風(fēng)技術(shù)的運(yùn)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2015(13):105.

[4]瞿佳佳.瓦斯通風(fēng)技術(shù)在高速公路隧道施工中的應(yīng)用[J].民營科技,2015(06):195.

[5]周金邦.高速公路隧道施工中瓦斯通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用分析[J].交通世界(運(yùn)輸.車輛),2015(04):124-125.