戴云山隧道二级瓦斯隧道段施工技术

内容提要 以戴云山隧道瓦斯段施工为例，阐述了瓦斯隧道施工的关键技术，采取了科学合理的技术措施，保证了二级瓦斯隧道的施工安全。关键词 隧道 瓦斯 施工1.引言瓦斯是地下坑道内有害气体的总称，其主要成分为甲烷（CH4），当隧道穿越煤层、沥青岩层，或从其附近通过时，由于围岩破碎、节理裂隙发育，就有可能遇到瓦斯。瓦斯在空气中爆炸下限为5%～6%，上限为14%～16%，在7%～8%时最容易爆炸。当隧道内发生瓦斯爆炸时，温度可达到2150～2650℃，并且爆炸后可使隧道内迅速失氧而充满有害气体，给隧道施工带来极大的危害和损失。瓦斯爆炸必须同时具备3个条件：瓦斯含量（浓度）达到爆炸界限，含量为5%～16%；空气中氧气含量大于12%（地面空气中氧气含量为21%）；引起爆炸的火源。实际施工中工作面氧气浓度为20%，因此限制其它两个条件的发生是防止瓦斯爆炸的有效途径，是隧道施工安全的重中之重。2.工程概况戴云山隧道起点里程为DK422+810，终点里程左线为DK438+433，右线为DK438+415，进口695m为双线铁路隧道加宽段，其余为双洞单线铁路隧道，隧道还包括高坪斜井2147m，东乾斜井1158m，进口平导3100m。戴云山隧道进口地段为二迭系含煤地层，地表已发现煤线及采煤坑道，地层较为紊乱，钻孔揭示洞身有煤层。戴云山隧道进口正洞DK422+810～DK423+635（825m）段和进口平导PDK422+837～PDK423+635（798m）段为二级含瓦斯地段，瓦斯压力为0.3MPa；按照设计要求需按照瓦斯工区进行施工组织。3.施工方案3.1总体施工方案戴云山隧道进口洞口里程为DK422+810，平导洞口里程为DK422+837，二级瓦斯隧道地段距离洞口较近，采用压入式通风，通风方便，通风效果好。隧道施工采用新奥法施工，人工风钻打眼，采用矿用炸药、煤矿许用电雷管起爆，光面爆破，超前小导管、锚杆、钢筋网、喷射砼联合支护，I型钢钢架加强的初期支护措施；防爆挖掘机辅助防爆装载机挖、装洞碴，防爆自卸汽车运输，二次衬砌采用防爆模板台车衬砌，砼在洞外拌和站集中拌和，防爆砼运输车运输，泵送入模。隧道通风采用压入式通风方式；瓦斯检测采用人工检测和自动检测相结合的检测方式；隧道喷射混凝土和模筑混凝土均采用气密性混凝土，其中喷射混凝土掺用气密剂后透气系数不大于10-10cm/s，模筑混凝土掺用气密剂后透气系数不大于10-11cm/s。二次衬砌在隧道开挖、初期支护完成并满足设计和规范要求后立即施工，尽快封闭围岩，减少瓦斯泄漏。正洞采用全环初期支护，二次衬砌和初期支护之间铺设EVA防水板和闭孔PE泡沫塑料垫层。二次衬砌施工缝进行气密处理，有效的防止瓦斯泄漏。3.2施工通风方案3.2.1通风要求⑴风速洞内风速要求：正洞全断面开挖时应不小于0.15m/s，平导开挖时应不小于0.25 m/s，低瓦斯地段应不小于0.25 m/s，高瓦斯地段应不小于0.5 m/s，但均不应大于6 m/s。根据以往瓦斯隧道施工案例，如：家竹箐瓦斯隧道回风风速0.5m/s、华蓥山瓦斯隧道回风风速0.5m/s，朱嘎瓦斯隧道回风风速0.5m/s。综合考虑戴云山隧道的实际情况和现场条件，戴云山隧道进口和平导压入式通风方案回风风速按0.5m/s设计，为防止瓦斯积聚，对塌腔、模板台车、加宽段、错车道等处局部采用施工用高压风增强局部风压加快风速解决，对于一般段落采用隧道射流风机卷吸升压以提高风速，从而解决回风流瓦斯的层流问题。⑵瓦斯含量隧道内不同地段的瓦斯浓度有不同的要求，具体内容见下表。为确保施工安全，本隧通风瓦斯浓度按0.5%考虑。隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施表⑶通风的连续性瓦斯隧道施工期间，应实施连续通风。因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。恢复通风前，必须检查瓦斯浓度，压入式局部通风机及其开关地点附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工开动局部通风机。瓦斯工区的通风机设两路电源，并装设风电闭锁装置，当一路电源停止供电时，另一路应在15min内接通，保证风机正常运转。3.2.2通风方案⑴通风机设在洞外距洞口30m处，避免污风循环。⑵洞口安装SDF（C）No12.5型轴流风机通过φ1.5m双抗风管（阻燃、抗静电）将新鲜空气送至掌子面。⑶风管最前端距掌子面5m，并且前55m采用可折叠风管，以便放炮时将此55m迅速缩至炮烟抛掷区以外。⑷射流风机采用SDS-Ⅱ-No10.0型风机，依据施工进度布设，射流风机布设在隧道拱顶或距边墙2m处。⑸在掌子面至模板台车地段的死角、塌腔等部位采用施工用高压风将瓦斯引出。具体方案为根据瓦斯检测结果对其吹入高压风，将其聚集的瓦斯吹出，使之与回风混合后排出。3.2.3通风管通风管选用抗静电阻燃风管，直径为1.5m，模板台车至洞口风管每节100m，二衬至掌子面风管每节30m。通风直接采用压入式通风，见图1。图1 戴云山隧道进口瓦斯地段通风示意图3.2.4通风管理⑴成立专门的通风安装、使用、维修、维护的通风班组，每天进行巡检。保证管路顺直，无死弯、漏洞，其开机人员每天按班组对风机运行进行记录登记。⑵通风系统安装后，首先，组织人员及有关专家对通风设施进行验收，确认通风效果是否与设计相符。其次，组织相关人员每周对通风进行定期检查。⑶钻眼、喷锚、出碴运输、安装格栅钢架、掌子面塌方、塌方处理、瓦斯浓度大于或者等于0.5%时，风机要高速运转，加强检测确保洞内任一处瓦斯浓度降至0.5%以下才能施工。⑷风机的停运，关开、变速由监控中心专人负责调度指挥，并且做好相应的记录并签认后备查，其他任何人不准擅自停机。⑸通风设施安装完毕正常运转后，每10天进行1次全面测风，对掌子面和其他用风地点，根据实际需要随时测风，每次测风结果做好记录并填写测风记录。若风速不能满足规范要求，采用适当的措施，进行风量调节。⑹每7天在风管进风、出风口测一次风速及风压，并计算漏风率，如漏风率1.1%，要检查风筒的连接是否良好，风管是否存在孔洞，通过及时维修来保证通风效果。3.3 机械的防爆性能改装方案3.3.1 机械要求⑴隧道内非瓦斯工区的电气设备与作业机械可使用非防爆型，但严禁在隧道瓦斯工区使用。⑵隧道内高瓦斯工区和瓦斯突出工区的电气设备与作业机械必须使用防爆型。3.3.2机械的改装聘请专业瓦斯检测员，对瓦斯全过程检测和瓦斯隧道安全知识培训；隧道开挖施工过程中，首先检测瓦斯的浓度，并采取相应的措施。同时由陕西瑞普防爆设备有限公司对戴云山隧道进口和平导机械进行防爆性能改装，以达到施工要求，经改装后的设备配发通行证，否则严禁通行瓦斯工区。⑴改装的机械表⑵改装后机械的性能①技术要求：a排气温度不超过70℃；b水箱水位下降设定值和机体表面温度不超过150℃；c电器系统采用防爆装置；d启动系统采用防爆装置；e以上各项设定值是光指标、声报警，延时60s自动停车；f防爆机机械采用低水位报警和温度过高报警。②改装机械的排气系统中一氧化碳、氮气化物含量不超过国家设定排放标准。3.4供电方案瓦斯工区供电应配置两路电源，采用双电源线路，其电源线上不得分接隧道以外的任何负荷。本隧道正洞和平导供电方案为各自独立系统，分别配备双电源线路，即一条来自公用变电站和一条来自自备发电站的两条电源线路。洞内电器全部采用防爆型。并做到“三专”“两闭锁”，即专用变压器、专用开关、专用供电线路和瓦斯浓度超标时与供电的闭锁、局扇通风与供电的闭锁，以保证瓦斯隧道安全施工。3.5 其他施工措施3.5.1施工通讯技术在掌子面和洞口及值班室设置防爆应急电话，确保信息安全畅通。隧道内固定敷设的通信、信号和控制用电缆全部采用铠装电缆、不延燃橡套电缆或矿用塑料电缆。为防止雷电波及隧道内引起瓦斯事故，通信线路在隧道洞口处装设熔断器和避雷装置。3.5.2钻爆技术采用矿用炸药，矿用延时电雷管起爆，其总延时时间不超过130ms；钻眼采用风动凿岩机，水钻施工。洞内爆破严格执行“一炮三检制”（装药前、放炮前、放炮后）、“三人连锁放炮制” （爆破工、班组长、瓦斯检测员）进行瓦斯检测。4瓦斯地段的施工预案4.1超前钻探采用超前钻探进行瓦斯探测，超前钻孔采用MEDIAN 型TEC钻灌一体机。本隧道瓦斯工区的探测作业按图3形式（施工中应根据煤层的具置及走向布设钻孔方向），瓦斯探测孔兼作超前探水孔，孔径采用108mm，钻孔长度为30m，钻孔必须穿透煤层不小于2m，实测瓦斯压力大于1Mpa或单孔瓦斯涌出量大于5L/min时，在涌出孔附近增设钻孔数量，以释放瓦斯、天然气等有害气体。图3 超前钻孔示意图4.2瓦斯提前排放根据超前钻探的资料进行瓦斯突出的判定，当瓦斯压力P≥1Mpa或单孔瓦斯涌出量大于5L/min时，煤的坚固性系数f≤0.5，煤的破坏类型为Ⅲ类及以上时，在掌子面上钻孔施作卸压孔。钻孔排放参数如下：钻孔排放位置设在距煤层垂距不小于3m的掌子面上；瓦斯排放由具有有经验的专业队伍施工，以保证安全。在超前卸压孔施工过程中，加强掌子面瓦斯浓度和孔内瓦斯浓度监测，通过对浓度变化的分析，确保掌子面瓦斯浓度达到0.5%以下。4.3 瓦斯监控措施4.3.1瓦斯的监控⑴成立专门瓦斯检测组织，规范监测隧道内瓦斯浓度；隧道口设立门岗，24小时值班，登记人员出入。⑵作业人员随身携带便携式瓦斯检测仪，随时监控工作面及二衬砌地段的瓦斯浓度；瓦斯检测员随身配带光学瓦斯检测仪，重点部位使用光学瓦斯检测仪检测。⑶使用固定式瓦斯自动监测仪，其探头悬挂位置要能反映隧道风流中瓦斯的最高浓度，洞口值班室安装气体报警器控制器，液晶显示隧道内所监测的瓦斯浓度，专人24小时值班监测。4.3.2防止揭煤与瓦斯突出措施根据前方地质资料及时调整开挖方法和循环进尺。采取“超前探测、提前排放”，有效降低瓦斯压力，杜绝瓦斯涌出的可能。⑴ 经预测有瓦斯突出危险时，应在揭煤前制定包括技术、安全、通风、抢险、救护等施工措施。⑵ 防治瓦斯突出应建立以项目负责人为首的技术负责制，成立揭煤防突领导小组，其成员包括施工技术、通风安全、瓦斯检测、救护抢险等部门的负责人。4.3.3加强通风防止瓦斯积聚⑴ 洞内不间断通风，并根据隧道的瓦斯浓度情况，调整风机的档位，同时采用局扇防止瓦斯积聚，局扇与掌子面的距离始终保持5m左右。设置专人对通风设施进行检修、维护。 ⑵ 对瓦斯易积聚部位，隧道加宽段、防水板后、坍腔内以及横通道设置局扇或用高压风管等设备，实施局部通风，消除瓦斯积聚的隐患。5结束语⑴对于瓦斯隧道施工，必须采用科学有效的施工方案。⑵在思想上要对瓦斯隧道的施工引起重视，不可掉以轻心，防止突发事件。⑶对于瓦斯隧道施工，良好的通风是防止瓦斯爆炸的主要途径，瓦斯监测是瓦斯防治的主要手段。参考文献[1]铁路瓦斯隧道技术规范，TB10120-2002.[2]铁路隧道施工规范，TB10204-2002.