浅析页岩地段隧道安全施工保障技术

■李艳玲，王飞龙 ■陕西工业职业技术学院土木学院，陕西 咸阳 712000

1 页岩地段隧道不良地质防治技术

页岩地段隧道施工根据超前地质预报的反馈情况，对有可能发生塌方的地段的施工遵循:“管超前、短开挖、弱爆破、快衬砌、勤检查、勤量测”的原则施工。

预防隧道施工塌方，首先做好地质预报，选择相应的安全合理的施工方法和措施。其次在施工中主要采取以下措施:(1)超前小导管注浆配合钢架;(2)优化施工工序，采用短台阶法施工;(3)及时衬砌:仰拱施工须紧跟开挖工作面进行，衬砌距掌子面不得超过步长要求;(4)弱爆破:在爆破时，要用浅眼、密眼，并严格控制药量或微差毫秒爆破;(5)勤检查、勤量测:若围岩发现有变形或异状，要立即采取有效措施及时处理隐患。加强变形监控，页岩的检测，加强通风，页岩浓度达到0.5%以下。

2 页岩地段隧道施工通风技术

2.1 施工通风方案比选

通风设备选定是结合隧道各工区任务量划分，并根据页岩涌出量、爆破排烟、同时间洞内工作的最多人数、洞内施工机械排放废气量等分别计算通风所需风量，并按允许风速进行检验，采用其中的最大值，以确保风量和风速满足页岩防治要求。

(1)铁路隧道施工机械满足要求:①隧道施工独头掘进长度超过150m 时，应采用机械通风，并配置相应的通风机械;②通风机的功率与通风管的直径应根据掘进长度、运输方式、断面大小和通风方式等计算确定，并宜选用大直径风管和风量风压可调式高效节能低噪型多级风机;③当通风管较长，需要提高风压时，可采用多台通风机串联;巷道式通风可采用通风机并联。串联或者并联的通风机应采用同一型号;④隧道施工作业时，应对粉尘浓度、有害气体含量和噪声进行监测。监测仪器主要采用粉尘检测仪、噪声计、页岩测定仪、气体检测仪等。

(2)风机及风管配置。根据风量计算要求正洞单口选用的型号为:2 台SDF(c)-NO.13(2 ×132KW)型轴流风机通过2 道管路同时供风，可满足隧道需求风量4919m3/min 要求，斜井采用一台SDF-NO.11(2×110KW)轴流风机，可满足风量1000。

2.2 防页岩聚积的通风措施

隧道正洞通风第一阶段采用压入式通风方式;第二阶段采用压入式与竖井通风相结合方式进行通风。

施工时采用超前水平钻进行超前预报及检测，人工检测和自动检测相结合(KJ90 安全监控系统)，隧道通风采用压入式的通风方式。加强通风和防爆、防燃措施，确保施工安全。施工人员在每次上下班检测和工作期间进行检测;管理人员按每次上下班和工作期间检测;K90 自动监控系统对瓦期突出区域和页岩易积聚处进行实时监控。在洞内页岩浓度达到0.4%时，系统报警提示，加强通风，配合瓦检人员对该工作区域进行时刻检测;在页岩浓度达到0.5%及以上时，自动监控系统立即对隧道内进行断电，并警报施工人员撤离。

隧道施工中页岩浓度管理按照二级管理进行控制，即:(1)页岩含量大于等于0.4%，报警处理并加强施工通风;(2)页岩含量大于等于0.5%，停工、停电、撤人。

设计高页岩工区和页岩涌出段采用气密性混凝土，其它地段采用普通砼。隧道仰拱、二次衬砌在开挖、初期支护完成并满足有关要求后尽快封闭，减少页岩溢出量。页岩涌出地段及时进行页岩排出，同时加强通风，保证页岩浓度小于等于0.4%后正常施工。

3 页岩地段隧道施工用电管理技术

3.1 电气设备的安全隐患分析

对煤矿电气设备的常见安全故障问题进行分析，包括以下几个方面:(1)设备短路故障;(2)系统过负荷故障;(3)电气设备中的电压过低;(4)电气设备漏电;(5)单相接地故障;(6)单相断线故障。

3.2 供电设计

(1)变压器容量计算:根据施工现场实际用电特点，按需要系数法计算用电负荷。根据经验值:需要系数KC 选0.65;机械效率η 取0.9;功率因数cosφ 取0.85;

变压器的总容量为:S=KC ×Σ P/(η ×cosφ)=0.65 ×1156/(0.9×0.85)=982(KVA);故变压器容量选择为1000KVA。

(2)斜井通风机变压器容量计算。斜井采用轴流风机通过双抗风管(阻燃、抗静电)将新鲜空气送至掌子面，斜井设射流风机，以便排风。

根据施工现场实际用电特点，按需要系数法计算用电负荷。根据经验值:需要系数KC 选0.65;机械效率η 取0.9;功率因数cosφ 取0.85;

变压器的总容量为:S=KC×Σ P/(η ×cosφ)=0.65 ×506.5/(0.9×0.85)=430(KVA);故变压器容量选择为430KVA。

(3)正洞空压机、抽水、生活区变压器容量计算。需要系数KC 选0.65，机械效率η 取0.9，功率因数cosφ 为0.85;

变压器的总容量为:S=KC×Σ P/(η×cosφ)=0.65 ×627/(0.9 ×0.85)=532(KVA);故变压器容量选为630KVA。

(4)斜井空压机、抽水、生活区变压器容量计算。需要系数KC 选0.65，机械效率η 取0.9，功率因数cosφ 为0.85;

变压器的总容量为:S=KC×Σ P/(η×cosφ)=0.65 ×314/(0.9 ×0.85)=267(KVA);故变压器容量选为300KVA。

3.3 电气设备的要求

(1)开关箱要“一机、一箱、一闸、一漏、一锁”，箱内无杂物。开关箱、配电箱内严禁动力、照明混用，严禁用其它金属丝代替熔丝;(2)配电系统应做到“三级配电两级保护”分配电箱和开关箱内漏电保护器不允许有失灵现象。配电箱制作要有防雨措施，门锁齐全，有色标，统一编号;(3)电工要做好钢管脚手架等防雷接地及设备的接零保护，严禁接地、接零混线;(4)直埋电缆做好保护及线路标记，以防损坏;(5)现场照明应有漏电保护器，照明线路应整齐美观，灯具离地高度不能小于2.4m，潮湿作业和容器内作业采用36V 以下安全电压。

4 页岩地段隧道施工设备防爆设计

从隧道施工现场经验，爆炸性危险场所在用防爆电气设备存在的比较突出的安全隐患有以下方面:(1)爆炸性危险场所使用非防爆电气设备;(2)对防爆电气设备的选型错误;(3)使用假冒伪劣防爆电气产品;(4)隔爆面的问题;(5)橡胶密封垫的问题;(6)引入口的问题;(7)紧固件的问题;(8)接地和等电位连接的问题;(9)存在未经批准的修改。除了以上九个方面的安全隐患比较突出外，爆炸性危险场所在用防爆电气设备比较常见的隐患还有:设备外壳破损;铭牌丢失或无法清晰辨识;立式安装的电动机风罩上方没有安装防止异物坠入的挡板;地坪引出的钢管没有做有效的隔离密封;电缆的自由端没有进行妥善处理等等。

为了预防和控制防爆电气设备的安全隐患，应至少从以下三个方面做起:(1)对于客观的环境因素，应采取措施尽量避免其对防爆电气设备的直接影响;(2)对于从业人员应加强防爆技术培训，普遍提高从业人员的理论知识和选型、安装、使用、维护、检修水平。接受适当的继续教育或定期培训，并具备相关经验和经过培训的资质证书;(3)对于防爆电气设备应加强管理。建立合格供应商名录，实行定期评价，动态管理。

5 小结

本文针对页岩隧道施工的风险因素，浅析了主要的隧道安全施工保障措施，得到了如下结论:(1)采用超前小导管注浆配合钢拱架、短台阶、弱爆破、及时衬砌等措施，防止隧道塌方的出现;(2)采用超前钻孔页岩探测，确定页岩的赋存情况，通过通风及页岩排放措施，降低页岩的浓度，保证施工安全;(3)加强施工通风，防止页岩聚集，保证页岩浓度不超过规定限值;(4)规范施工用电，对电气设备采用安全防护及防爆设计，保证施工用电安全，并防止页岩事故的出现。

［1］罗鹏飞.地质因素对隧道安全施工的影响［J］.硅谷，2011(18).

［2］勒不果喇吉瓦斯隧道安全贯通［J］.公路隧道.2010(02).

［3］南钦铁路最长的花甲山隧道安全贯通［J］.铁道货运，2011(09).