高速公路隧道施工瓦斯段通风技术控制的应用研究

王同德

(中交路桥建设有限公司， 北京 100027)

0 前言

交通基础设施建设系我国西南大开发和拉大内需战略的重要组成部分，目前已大规模地往高、艰、险山区延伸。随着公路技术标准的提升，隧道工程所占比重越来越大，所穿越地层地质条件空前复杂，在挖掘隧道的过程中，难免会遇到大量瓦斯。如果没有制定出严谨合理的施工方案及专项通风方案并加以严格控制管理，将很有可能导致瓦斯爆燃，造成人员生命、财产安全的施工事故发生。对于这个问题我们必须予以高度重视，提高隧道施工安全，降低风险隐患。厦蓉高速织（金）至纳（雍）公路瓦斯隧道便是其中一例。

笔者通过厦蓉高速织（金）至纳（雍）公路许家寨瓦斯隧道施工风险控制过程的综合管控，紧密结合施工管理中所发现的薄弱环节，对公路瓦斯隧道的施工风险综合控制中的瓦斯段通风技术进行了研究，取得了一些有益的经验，旨在为抓好类似隧道施工尤其是瓦斯段的通风控制提供借鉴。

1 隧道工程瓦斯通风应用技术研究意义

高速公路的建设能够大幅提高物资的运输速度，缩短两地距离，提高经济文化的交流能力。尤其在西南地区山岭重丘区，沟壑纵横，长隧高桥在所难免。随着山岭隧道的进一步开发，隧道施工队伍对瓦斯通风的要求也在不断加大。我们必须进一步强调瓦斯通风手段的研究，尽可能规避调煤层、煤田的穿越。在必须穿过的时候，应注重瓦斯的通风，降低空气中的瓦斯浓度，为施工人员提供更为安全的作业空间，减少隧道施工带给施工人员的心理和生理威胁。对此我们必须予以隧道施工更高的重视，加强技术性研发以便敲定出合理的瓦斯通风方案，提高隧道施工能力。

2 实例隧道工程的地质条件

厦蓉高速织（金）至纳（雍）公路许家寨隧道，长度分别左幅2.42km、右幅2.37 km，隧道结构采用复合式衬砌,按新奥法原理组织施工。该隧道原设计为“低瓦斯隧道”，隧道穿越强风化煤系地层内、褶皱十分发育，地质条件极其复杂。隧道于2013年4月开工，依据图纸及规范要求，按“低瓦斯隧道”实施安全设防。2013年11月，施工中发生过瓦斯燃烧事故。后经设计院及相关专家现场量测、判定，该隧道被变更为“高瓦斯隧道”，明确要求按高瓦斯隧道安全防范标准组织施工。

根据徐家寨隧道的地勘资料，隧道的进口处位于强风化煤系地层内，局部存在残留瓦斯。根据隧道的超前预测报告，掌子面围岩岩体节理裂隙发育。现场瓦斯浓度监测发现掌子面附近拱顶部位有瓦斯气体逸出。经现场检测，左幅瓦斯浓度于拱顶为4.1%，拱腰0.21～0.29%之间，边墙0.13～0.19%。距掌子面5m处瓦斯浓度为0.05%～0.09%之间。由于超前探测范围有限，为了安全起见应随时做好超前探测的工作。

3 瓦斯隧道基础知识

瓦斯是一种由甲烷、乙烷、硫化氢等构成的气体，具有无色、无味、不助燃、不能呼吸的特征。通常情况下瓦斯都会聚集在隧道顶部，如果遇到火源那么瓦斯气体将很有可能会在剧烈的波动下发生严重的爆炸事故。在进行此类隧道施工作业时，经常会遇到一些突发危害。主要包括巷道坍塌、煤尘爆炸、瓦斯爆炸、瓦斯岩石突出、煤压出、煤顺出以及煤瓦斯突出问题。以上灾害发生时，需要提前做好风险级别判定，包括危险源、危险事件与危险特征等全部需要进行勘测。通过上述步骤在解决问题的同时消除灾害隐患及遗留问题。从而避免造成更大的经济损失[2]。

4 隧道工程瓦斯通风具体应用

4.1 敲定隧道通风标准

首先应提前了解隧道的施工位置，做好当地地质的勘测，了解隧道施工环境是否达到安全通风规定。其次，要对施工现场的空气含氧量进行检测，确保含氧量高于百分之二十。施工过程中，在进行装药爆破时瓦斯隧道在通风后的瓦斯浓度必须低于百分之一，总瓦斯浓度小于百分之零点五。如果瓦斯浓度超过上述数据，甚至达到了百分之一点五。则需要提前做好防火、防爆炸预防，将所有人全部撤离至安全区域。此外还要保持隧道内的温度与噪声符合国家标准，即温度低于28度，噪声不可大于90分贝。隧道通风量应保持为每个人每分钟约有4立方米的新鲜呼吸空气，保障隧道内部的通风速度超过1米每秒，严防瓦斯聚集问题出现。

4.2 避开隧道瓦斯风险

在隧道施工时，应结合施工区的地质和岩性，引入模糊数学理论[3]。做好隧道瓦斯风险的预防和量化处理工作，并做好通风设计，敲定隧道通风风速与风量，选配质量达标的风管与风机。此外还要做好定期的风管与风机检查，以防出现设备故障，导致隧道内部通风系统瘫痪出现瓦斯超限度与聚集情况。实际施工时，可以根据隧道通风实际需求，安排通风办法。如隧道瓦斯浓度降低可以采用局扇通风的方式。当然不论是哪一种通风方法都有可能会出现通风故障，对此如果通风设备出现问题，在恢复通风系统以前。必须安排专业的检验人员测量隧道内部的瓦斯浓度、瓦斯气体含量，并排除掉瓦斯。施工过程中一旦发生瓦斯泄漏，瓦斯喷出异常，应及时断电与消灭所有火源，提高通风强度，并撤离所有隧道作业人员。隧道通风系统应做好日常维护与保养，做好通风管道、通风设备的日检、周检与月检工作，消除设备安全隐患，保障通风系统能够长期保持高效率的运行，为安全施工保驾护航。

4.3 测定隧道通风质量

首先应先掌握隧道原有基础风速，归零风表指针，将风表放置在隧道迎风区，与风的流动方向保持垂直。当风表翼轮保持匀速转动时读取风表显示的指针读数，做好风速记录。此外还要做好断面风速测量，次数应超过三次以上，每次测量之间的误差应保持在百分之五以内，根据断面风速判断隧道断面积，将其记录在施工记录中。之后使用瓦斯监控系统，用通信测试方式，完成瓦斯管道检测、闭锁风电瓦斯、断点仪操作。地下分站风速和瓦斯检测，可以通过配备传感器的方式，完成隧道整体环境的检测，并建立数据传输管道和网络，完成隧道整体布局管理和瓦斯检测。使用远程瓦斯超限报警系统，提高瓦斯检测和风速检测效率。

之后结合风表和通信系统获知的风速测量结果，根据通风管理细则开始隧道施工。将安全性作为施工的第一前提[4]。施工时，可以利用压入式通风方式将风机安装在隧道洞口把隧道外的空气注入隧道内部，用外界的空气气压排挤隧道内部的污浊空气，建立循环气流，保持隧道内部空气的持续流通。施工期间应全程保持无轨运输，以防轨道摩擦出火源，引发瓦斯气体连锁反应与爆炸。采取航道通风方式，由隧道的洞口处将风筒对准正洞口，用压入式方式将外部空气打入隧道内部，形成排风向导。将大功率风机放置在隧道背扣，将隧道内部的污浊空气吸出，排向外界的同时在大功率风机附近创造负压，从而吸收更多隧道内部空气。实际过程中结合隧道需求选定最合理、最科学的施工方案用于风机安装和隧道瓦斯检测。用精准的通风监测系统，为隧道施工提供安全保障。

4.4 通风技术在隧道应用的重要性

瓦斯通风可以帮助施工作业提前做好断面全方位超前检测，详细的了解储层当中的瓦斯具体含量。在掌子面于探孔相距10米左右的时候，进行二次探孔，每次探孔的孔深保持在30米左右。之后使用甲烷探测设备测量隧道洞内瓦斯有无与浓度，之后结合测量数据进行隧道施工。施工可以使用KG9701瓦斯传感器，这种传感器的工作电流为50mA,电压为3v，能够同时检测瓦斯浓度及隧道具体环境质量。此外KG9701还能够帮助施工人员做隧道内的气体动态调节。施工所用的通信及控制系统，可选用JENNIC-5139通信控制模块。这是一种待机电流仅有30μA,电压3V的通信控制设备。模块中集成了96kbRAM以及32位的RISCCPU[4]。通信控制模块可以将隧道气体包括瓦斯含量用数字化模式传达给接收信号人员，同时利用这一设备也可以测量隧道内的气体含量、湿度与温度。之后隧道施工人员借助于计算机设备，用图形系统打造隧道三维通风模型，以便更加直观的分析与评价隧道内的通风网络系统与结构，精准测量通风系统存在的问题，及解决的有效措施。实现通风系统管理的可视化与数字化，从而进一步为隧道施工工作人员提供数据处理、数据计算的支持。此外瓦斯通风这项系统技术的应用，还可以帮助施工人员做好超前地质预测，降低地质灾害引起的隧道风险，避免发生隧道坍塌、泄水等问题。施工人员通过这项技术提前做好基坑支护，保障围岩支护效果。在主洞设置干扰出渣进料风门，防止巷道新鲜空气风流倒流[5]。此外也要将一台大功率风机放置于洞内用于在洞内产生负压，并将洞内浑浊空气吸出。当结束通风作业后，如果隧道内挖起浓度低于百分之零点三以下，则可以开始后续的隧道工作。最后隧道施工团队也要建立专业的安全检测团队，包括对隧道的质量安全与通风安全系统进行全面的检测和维护，做好日检、周检与月检活动，以保隧道施工更加安全、更加效率。

结语：综上可见隧道施工前我们就必须提前预估好隧道施工可能遇见的风险，并提前做好防范和控制措施，加强风险区域和危险性识别，定性通道的施工威胁性，最终敲定出严谨、科学、合理的施工办法，用于控制隧道中的瓦斯气体排放。现阶段国内在瓦斯通风的经验与研究都比较多，但在一些细节处理上还有这一定局限。对此我们必须在研究前人经验的同时，加快新型通风技术的研发，弥补本次研究中仍旧存在的不足，为国内隧道工程发展提供数据，希望其他学者也能予以本研究批评与指正促进笔者进步。

[1]常艳花.瓦斯通风技术在高速公路隧道施工的应用研究[J].建设科技,2016(08):108-110.

[2]李冰.解析高速公路隧道施工中瓦斯通风技术的应用[J].民营科技,2015(08):140.

[3]晏明.高速公路隧道施工对瓦斯通风技术的运用[J].中国新技术新产品,2015(13):105.

[4]瞿佳佳.瓦斯通风技术在高速公路隧道施工中的应用[J].民营科技,2015(06):195.

[5]周金邦.高速公路隧道施工中瓦斯通风技术的应用分析[J].交通世界(运输.车辆),2015(04):124-125.