四川公路桥梁建设集团有限公司公路隧道分公司四川成都610200
摘要穿越煤层隧道工程施工过程，特别注意瓦斯防突工作，瓦斯爆炸最易发生，且后果最为严重。本文依托南大梁高速公路华蓥山隧道，分析高瓦斯段隧道施工管理与技术管控，采取了一系列管理措施：明确责任、强化管理、优化通风、防爆改装、落实一炮三检等，实现了华蓥山隧道高瓦斯段的施工安全，本文取得管控经验可为高瓦斯隧道施工提供借鉴与参考。
关键词公路隧道；安全防治；施工管控；高瓦斯
1引言
西部山岭隧道高速公路建设过程中，不可避免穿越煤系地层或邻近煤系地层，会出现大量有害气体（主要成分为CH4)，煤与瓦斯的存在极其不利于隧道安全施工。建国以来，我国已修建近百条瓦斯隧道，其中为75.8%为铁路隧道，22.6%为公路隧道，其他瓦斯隧道仅占1.6%；瓦斯级别所占比重分别为：低瓦斯隧道占43.5%，高瓦斯隧道占43.5%，有突出危险的隧道占13%。瓦斯引起的安全问题已占隧道工程事故的10%。瓦斯隧道施工中一旦发生事故，就是群死群伤，少则数十人，多则达上百人，并且造成巨大的经济损失。
瓦斯隧道施工周期长、开挖复杂，在施工过程中应特别注意瓦斯事故的发生，瓦斯隧道施工过程中应根据实际情况制定严格的安全对策措施保证工程顺利进行，防止事故发生[1][2]。越来越多的瓦斯隧道成为控制隧道施工安全建设的关键和重点。因此有必要依托实际工程，对隧道特长瓦斯隧道工程施工技术展开研究，加强施工通风管理与防控技术，提高我国公路瓦斯隧道施工技术水平。
2工程概况
华蓥山特长高瓦斯隧道（全长8160米）是南充~大竹~梁平（川渝界）高速公路重难点控制性工程，左、右线最大埋深分别为577m和604m。隧道主体构造为华蓥山背斜、区域断层和各种次级褶皱、节理裂隙。隧道存在断层破碎带、岩溶、岩溶水、石膏及盐溶角砾岩、软弱围岩、煤层瓦斯、采空区、有害气体等不良地质和特殊地质。隧址区含煤地层为三叠系上统须家河组（T3xｊ），二叠系上统龙潭组（P21），通过多层煤或煤线段，其中隧道进口端1km范围内跨越煤层及采空区为隧道高瓦斯工区。
3高瓦斯华蓥山隧道监控方案及其控制技术
3.1瓦斯隧道施工监控方案设计
华蓥山瓦斯隧道采用双向掘进，隧道采用两套安全监控。每套系统均配备主机、监控软件、甲烷传感器、风速传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、监控分站、传输接口、UPS电源、交换机、打印机、电缆等。在开挖工作面、二次衬砌台车、加宽带、地下风机房、局部通风机、回风、洞外等地点布控传感器。通讯电缆采用静电屏蔽电缆，安装线路埋地防止雷击。隧道内的监控通信电缆必须选用阻燃橡套电缆或矿用塑料电缆。监控系统中各设备之间的连接电缆需加长或分支连接时，被连接电缆的芯线盒或具有接线盒功能的装置，必须具备隔爆功能，接线盒为矿用防爆型。电缆与压风管、供水管在隧道同一侧敷设时，必须敷设在管子上方，并保持0.3m以上的距离。安全监控电缆与隧道低压电缆和信号电缆应沿隧道两侧分开悬挂，若因条件限制必须在同一侧平行悬挂时，应悬挂在低压电缆的上方，并保持0.3m以上的间距。
甲烷传感器安装地点：掌子面、洞口回风流10~15m、二次衬砌台车、掌子面以外第1加宽带、掘进中的联络巷；安装位置：掌子面的操作台车或顶板上、洞口进去10－15m回风口的顶板上、加宽带顶板上、联络巷的顶板上、二次衬砌台车上；甲烷传感器的吊挂离隧道顶部≯300mm，离隧道的两侧≮200mm处，其迎风流和背风流0.5m内不得有阻挡物，防止二次衬砌台车上的防水板档住传感器。相关要求及标准参见表1所示。
表1各类传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围表
3.2瓦斯检查频率
检测段内瓦斯浓度在0.5%以下，每隔1h检查一次；0.5%以上时，应随时检查，并停止作业，撤出人员，进行处理；发现异常及时报告，并采取有效措施保证施工过程安全。当发现瓦斯浓度在2%以上时，应加强通风使瓦斯浓度降到0.5%以下方可进入检查。局部瓦斯积聚地点光干涉型甲烷检定器检测瓦斯浓度达到或超过0.5％时，瓦斯检测员通知通风人员对该地点加强通风(开启局部通风机等措施)，并继续加强瓦斯浓度检测，该地点可继续施工，但应绝对避免火源的产生。
3.3隧道施工自动化监控措施
（1）定点自动监控：通过在洞内（掌子面、二次衬砌台车，等）安装瓦斯传感器、风速传感器、一氧化碳、硫化氢等测定洞内瓦斯浓度、一氧化碳浓度、硫化氢浓度、风速、温度等参数，并将此信息回馈主控计算机分析处理，瓦斯超标自动声光报警。
（2）人工流动式检测：人工检测实行“三班制”24h不间断巡回查检测，以跟班作业的形式在隧道内进行实时瓦斯浓度及有毒有害气体浓度检测。
3.4瓦斯超限处理控制措施
瓦斯浓度管理应按三级管理实施，即隧道内任何一处瓦斯浓度低于0.3%时正常施工，当达到0.4%时应报警，当瓦斯浓度达到0.5%时应停止工作并加强通风；在焊接、切割等工作点前后各20m范围内，风流中瓦斯浓度不得大于0.5％，并检查证明作业地点附近20m范围内隧道顶部、支护背板后无瓦斯积存时方可进行作业，作业完成后由专人检查确认无残火后方可结束作业；低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出量进行判定。该隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施应严格按照规范要求执行。
3.5高瓦斯隧道施工管理策略
3.5.1制度防控
（1）明确责任
为落实瓦斯隧道施工安全管理，将防控责任落实到具体负责人，隧道进口端组织签订安全身生产目标责任书;全面进行危险源告知和安全技术交底，落实三级教育和领导代班、主要负责人值班制度。
（2）门禁管理
门禁管理主要任务为，监控人员进出洞情况、禁止违禁品进洞、监控、联系洞内外等。针对人员流动，项目采取自动定位系统不间断监控，迈过高瓦斯区后，采用自动定位、洞门登记、挂牌方式综合进行，设置值班室、自动安全门和自动升降杆，配备4名门卫配合现场安全人员各作业面设置视频监控，洞外设置信息电子显示屏等设备；全面推行进出登销制。隧道动火，必须在值班室登记，通知瓦斯人工检测人员进洞检测，进行动火审批制；民爆物品使用严格按照一炮三检执行。
（3）防止施工意外点火源
施工人员不得穿化纤衣服进入隧道，以防静电引爆瓦斯；在隧道施工区域设置灭火器、消防用沙、消防水池；禁止电焊、切割等工作；雷管使用煤矿许可毫秒延期电雷管，起爆器使用防爆起爆器，出渣车安装尾气排放净化器，防止排放尾气带有火花，对车辆进行防爆改装。安全应急演练。建立健全应急机制，强化应急演练；加强与地方救援力量沟通协调，渠县矿山地质救援队达成意外事故救援协议，全方位构建应急机制。隧道内电器、机械作业等采用防爆设备；洞内敷设的照明、控制用电缆采用铠装电缆，不引燃橡胶套电缆或者矿用塑料电缆，且电阻低于安全限制，且悬挂安装，不予洞内风管、水管同置以侧；固定照明设施采用防爆型照明灯，移动照明采用矿灯。
（4）施工作业面管理
对于各施工作业面还应注意以下管理：掌子面开挖、爆破前后均应由瓦检人员现场检测瓦斯等浓度，合格后方能进入人员施工；掌子面施工期间须全程开启局扇；掌握爆破员资质证书；出渣前，并在瓦检安全后需对渣体进行喷淋湿透后，在进行出渣作业，并安排专人在出渣过程中持续对渣体进行喷淋；仰拱及二衬作业面施工前，必须由瓦检人员检测安全后才能进入施工。施工期间局扇需全程开启；各施工作业面必须使用动火时，必须有瓦检人员在场全程监测。
3.5.2技术防控
（1）超前地质预报
华蓥山隧道进口端对隧道前方地质进行预报，重点超前瓦斯钻探，探明瓦斯突出可能，提前采取应急预案。在通过煤层采空区时，采取长、中、短相结合的探测手段，探明采空区位置和范围等，选取合理的方案进行处治。
（2）强化瓦斯监控、反馈
选用KJ90NA型安全监控，在洞内安装的甲烷传感器、风速传感器、一氧化碳等传感器测定洞内瓦斯浓度、一氧化碳浓度、硫化氢浓度、风速等参数，并将此信息回馈主控计算机分析处理，瓦斯超标自动声光报警，再通过设备开停传感器和馈电断电器对被控设备自动断电。该系统主要对洞内瓦斯及有毒有害气体、风量和主要通风机实施风电瓦斯闭锁，及时准确对洞内各工作面的瓦斯及有毒有害气体状况进行24小时监控。
（3）防爆改装
根据高瓦斯隧道施工要求，进洞车辆和设备为防爆型，通过技术分析和防爆试验，对电缆、配电箱、电缆接头等，采购煤矿用防爆类型；挖掘机、除渣车、装载机等机械进行防爆改装。配电系统需与瓦斯监控系统联网，安装风电、瓦电闭锁装置。对装载机、挖掘机、自卸汽车、混凝土罐车等隧道内作业的机械设备采用GJC4（B）煤矿用低浓度甲烷传感器和DJ4Y200—Z车载式甲烷断电仪进行改装。
4高瓦斯隧道施工通风设计
4.1风量计算
瓦斯隧道施工期间的需风量根据洞内最低允许风速，洞内最多人数，爆破最多用药量，瓦斯绝对涌出量等计算所需风量[4]。
1）按洞内允许最低风速计算
Q1=60VminSmax
式中：Vmin—洞内允许最小风速，大断面隧道掘进不小于0.15m/s，小端面隧道掘进不小于0.25m/s；Smax—隧道最大截面积，取100m2。
Q1==60*0.25*100=1500m3/min
2）按洞内最多人数计算风量
Q2=q*n*k
式中：q—洞内作业人员的需风量，高瓦斯取4m3/min*人；n—作业面的最多人数，按150人计算；k—风量备用系数，取1.2。
Q2==4*150*1.2=720m3/min
3）按爆破最多用药量计算风量
Q3=5Ab/t
式中:A-同时爆破的炸药量，取200kg；b-1kg炸药折合成有害气体的体积，取40L/kg；
t—通风时间，取30min。Q3=5*200*40/30=1333.33m3/min
4）按瓦斯绝对涌出量计算
Q4=k2*Q绝/（Bg允-Bg送）
式中:k2-风量备用系数，考虑隧道掘进断面不平、风筒漏风、瓦斯泄漏不均衡等因素，取k2=1.7；Q绝—瓦斯绝对涌出量，取实测数据，选取隧址地区周边煤矿瓦斯等级检测鉴定结果最大值;取绝对最大涌出量为3.02m3/min,在施工中进行调整；Bg允—工作面允许瓦斯浓度，根据煤矿安全规程选取0.5%；Bg送—送入风流中瓦斯浓度，新鲜风流瓦斯质量浓度为0。
Q4=1.7*3.02/0.005=1026.8m3/min
实际所需风量。
经以上计算为Q需=max(Q1、Q2、Q3、Q4）=1500m3/min。
4.2通风风机选择及通风方式
在高瓦斯工区采用4台160KW轴流风机进行压入式通风，同时配备2台160KW轴流风机备用；在洞内掌子面回风处和二衬、防水板台车上设置局扇，加强掌子面空气流通和降低工作面死角处的瓦斯及有毒、有害气体浓度；设置通风管理小组，安排专人及时维护、修补、更换破损风带。
隧道掘进长度超过2km后，压入式通风较难满足通风要求，需进行巷道式通风改造。
1）隧道通过3#车行横通道后，采用巷道式通风。左右线通风设备统一配置，包括：压入式轴流风机两台，功率160kW；局部射流风机7台，40kW；ф1600mm软风管。
轴流风机置于3#车行横通道后方30m处，风管前端距掌子面25m。2台局扇分别置于左右线二衬模筑台车后方20m处，防止局部瓦斯聚集；2组4台局扇置于距洞口100m处，两组局扇间距为100m；1台局扇置于3#车行横通道处。1#人行横通道、2#人行横通道、1#车行横通道、2#车行横通道门关闭，防止风流互窜。（现场布置如下图所示）
2）隧道通过4#车行横通道后，将轴流风机置于4#车行横通道后方10m处，风管前端距掌子面25m。2台局扇分别置于左右线二衬模筑台车后方20m处，防止局部瓦斯聚集。
5结语
本文针对南大梁高速华蓥山特长隧道高瓦斯区段施工问题，研究了高瓦斯段隧道施工管理与技术管控，提出了一系列管理与技术措施，明确责任、强化管理、优化通风、防爆改装、落实一炮三检等，高瓦斯隧道施工通过提前预防、科学配置、有效投入等，实现安全生产。本文取得管控经验可为高瓦斯隧道施工提供借鉴与参考。
参考文献：
[1]雷升祥.瓦斯隧道施工技术与管理[M].北京：中国铁道出版社，2011
[2]张立坤，高峰.隧道施工高瓦斯防治指南[M].北京：人民交通出版社，2011
[3]丁睿.瓦斯隧道建设关键技术[M].北京：人民交通出版社，2010
[4]王小敏,方勇.南大梁高速公路华蓥山特长隧道施工通风方案[J].现代隧道技术,2013