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1、高瓦斯隧道施工工艺工法QB/ZTYJGYGFSD0504-2011第五工程有限公司 李建铭1 前言1。1 工艺工法概况新中国成立后，我国修建的瓦斯隧道累计80多座,其中1999年前修建了18座，2000年以后修建了70余座,这些隧道中1959年修建的贵昆线贵阳六枝段岩脚寨隧道，和2005年修建的都汶高速公路董家山隧道先后发生过瓦斯爆炸等恶性事故,引起了业界的普遍关注。瓦斯是埋藏在地下的煤在其变质过程中生成的或埋藏在地下的天燃气逸出的烃类气体的总称，一般以甲烷为主，它以游离、吸附和吸收3种状态赋存在煤层及煤层围岩内。隧道建设过程中，滞留在煤层、煤层围岩或游离在围岩裂隙内的瓦斯不断释放出来，就可能
2、发生瓦斯灾害.上世纪90年代以来,随着科技的进步，技术的革新，侯月铁路云台山隧道、南昆铁路家竹菁隧道、成渝高速公路中梁山隧道、都汶高速公路紫坪铺隧道开始部分借鉴矿用技术和管理经验取得了成功;2009年开始修建的兰渝铁路图山寺隧道,系统的引进吸收消化和创新矿用技术和管理经验，并将先进自动化管理技术用于高瓦斯隧道施工，使得瓦斯隧道施工技术日臻成熟，并取得了良好的社会经济效益。1.2 工艺原理瓦斯隧道施工按照“早预报、适排放、勤监测、禁火源、强通风、控浓度”的原则，循序渐进向前施工。通过超前地质预测预报探明前方未掘进地段的瓦斯储量，在开挖前(适当抽排）、开挖中和开挖后等工序作业过程中，采取多种技术和
3、管理措施，禁绝火源，防止撞击，将瓦斯浓度控制在0。3%以内，将CO浓度控制在24ppm以内,回风风速不小0.5m/s，从而实现高瓦斯隧道安全施工.2 工艺工法特点2.1根据工程地质条件以及地层瓦斯含量，确定地质分级,划分高瓦斯和低瓦斯工区，在不同等级瓦斯工区选择不同的施工方案，不仅确保安全，而且节约成本。2。2新鲜风的供给必须24小时不间断，并设置“风电闭锁装置。2。3采用远程自动监测系统对洞内工作面的瓦斯浓度、回风风速、CO浓度24小时不间断遥测，且监测系统和风机系统链接，当所测数据超标后，监测系统及时向风机自动控制系统传递指令，加强通风。2。4建立两级出入隧道安全检查门岗,制定极为严格的出
4、入隧道管理制度， 采用感应式IC智能卡管理系统对出入隧道作业人员进行实名管理，可以切实杜绝火源进洞,能准确掌握进出隧道的作业人员及其数量。2。5高瓦隧道作业区的机械设备均要进行防爆或隔爆改装，洞内电气通风设备设施均要采用阻燃、抗静电等特殊材料生产的产品，产品更换周期长,成本高.3 适用范围本工法适用于在煤系地层或富存天燃气的地区修建铁路、公路或水工隧道,对在煤系地层或富存天燃气的地区修建其他地下工程.4 主要引用标准4。1 铁路瓦斯隧道施工技术规范、煤矿安全规程、铁路隧道工程施工技术指南（TZ204）、铁路隧道工程施工质量验收标准(TB10417）、铁路隧道施工规范(TB10204)、新建铁路
5、铁路工程测量规范（TB 10101)、铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设2008105号）、铁路隧道风险评估与管理暂行规定(铁建设2007200号）、铁路隧道工程施工安全技术规程（TB10304）、铁路工程水文地质勘察规程（TB10049）.4.2设计图纸、合同文件。5 施工方法隧道开挖前，先采用物探或钻探等超前预测预报手段探测瓦斯含量、浓度及压力,后对隧道是否为高瓦斯隧道或高瓦斯工区进行判释。对高瓦斯隧道(或高瓦斯工区后)，于开挖前完成隧道内供电、通风、机械设备及设施的防爆（或隔爆)改装；配置瓦斯自动监测报警系统和人工检测仪器,建立健全瓦斯检测、通风、进洞等安全管理机构及系列安全管理制度;
6、瓦斯涌出量3m3/min时，还应采取钻孔抽排释放瓦斯降低瓦斯浓度后，再进行开挖作业。开挖使用矿用火工品进行光面爆破，开挖作业的钻孔装药、爆破前后和出碴过程中必段坚持瓦斯检测；开挖出碴完成后，应尽快采用防渗砼封闭新开挖面，减少瓦斯溢出量，及时完成隧道初期支护防止隧道坍塌引起瓦斯积聚;施工全环封闭防渗二衬砼.6 工艺流程及操作要点6。1 施工工序安排及工艺流程高瓦斯隧道施工工艺流程图如下：洞身开挖工程地质法TSP203超前钻孔瓦斯探测瓦斯判定0.5m3/minQQ05m3/min高瓦斯工区低瓦斯工区配置防爆设施及设备防爆性能改装高瓦斯隧道通风设计及实施人工瓦斯检测配置自动监测瓦斯系统通 风Q3m3
7、/min0.5m3/minQ3m3/min浓度大于0.3%钻孔抽排释放瓦斯通 风通 风检测瓦斯浓度浓度小于0.3%浓度小于0.3%初期支护二次衬砌图1 高瓦斯隧道施工工艺流程图6.2 操作要点6.2.1 开挖1采用台阶法开挖，台阶长度控制在5m以内，当瓦斯溢出量时0.5m3/min，开挖进尺控制在1m以内.2 采用3煤矿许用炸药，煤矿许用5段电雷管，电力起爆。严禁使用秒或半秒级电雷管.使用煤矿许用毫秒延期电雷管时,最后一段的延期时间不得大于130ms.3 采用电雷管起爆时,严禁反向装药;采用正向连续装药结构时，雷管以外不得装药卷。在岩层内爆破，炮眼深度不足0。9m时，装药长度不得大于炮眼深度的
8、1/2；炮眼深度为0.9m以上时，装药长度不得大于炮眼深度的2/3。在煤层中爆破，装药长度不得大于炮眼深度的1/2。4 爆破网络和连线，必须符合下列要求：1）必须采用串联连接方式，检查散杂电流，散杂电流不超标时，爆破人员方可工作，除瓦检人员外的其他人员均撤离工作面，设立警戒人员.线路所有连接接头应相互扭紧,明线部分应包覆绝缘层并悬空.2）母线与电缆、电线、信号线应分别挂在巷道的两侧,若必须在同一侧时,母线必须挂在电缆下方，并应保持0.3m以上的间距。3)母线应采用具有良好绝缘性和柔软性的铜芯电缆，并随用随挂，严禁将其固定。母线长度必须大于规定的爆破安全距离。4)必须采用绝缘母线单回路爆破,装药
9、炮眼不响时,放炮员必须先取钥匙,再将放炮母线摘下扭线短路，至少等15分钟，方可严线检查原因。5)严禁将瞬发电雷管与毫秒电雷管在同一串联网路中使用。6）爆破只许采用矿用防爆型起爆器,并定期检查保养。5 严格执行“一炮三检制”、“三人连锁爆破制”。6.2。2探测瓦斯1 成立超前地质预测预报小组当瓦斯隧道比较集中或一座瓦斯隧道分别由进出口相向掘进时,宜成立一个超前地质预报小组，小组至少配置1名熟悉物探和钻探的地质工程师，1名钻机熟练操作工。2 根据瓦斯隧道地质分级表，开挖前以每100m/次的频率采用TSP203长距离预报开挖掌子面前方地质状况,前后两次搭接10m，探测后结合工程地质法对前方地质情况进
10、行判释；再采用超前深孔钻孔每30m/次，布置3孔,探测并验证前方地质状况，每次搭接5m,每孔探测时应测量钻孔瓦斯每分钟涌出量，瓦斯压力。6。2.3 瓦斯判定 根据超前预测预报的资料，对待开挖段进行风险评估.根据瓦斯涌出量、浓度和瓦斯压力，判释其是否为高瓦斯隧道或高瓦斯工区。当瓦斯涌出量0。5m3/min为高瓦斯隧道或工区，反之则为低瓦斯隧道或工区。6.2。4 安装防爆电器设施1 高瓦斯隧道采用公用电网和自备发电站双电源供电，自备发电站安装备用电源自动切换装置,公用电网停电时自备发电机自动供电，保证通风机、瓦斯监测系统、洞内照明设备的供电和正常运转.2 按“三专”-专用防爆变压器、专用开关、专用
11、供电线路，“两闭锁”瓦电闭锁（瓦斯浓度超标时与供电的闭锁）、风电闭锁(局部通风与供电的闭锁）布设洞内配电设备及照明电器.3 洞内配电设备及照明电器全部采用防爆型，低压配电箱必须具有断相、短路、漏电和接地保护功能。4 采用不延燃橡套电缆布置洞内高、低压电缆，各种电缆的分支连接必须使用与电缆配套的防爆连接器、接线盒,移动式或手持式电气设备的电缆采用专用不延燃电缆。5 隧道内高压电网的单相接地按电容电流小于20A施工，禁止高压馈电线路单相接地运行，隧道内各种机电设备和作业机械严禁接地,作业机械严禁带电检修。6.2。5 机械设备防爆改装1 对洞内施工的工程机械的柴油机的“冷却方式、启动方式”进行防爆改
12、装.2 对防爆柴机在使用过程中可能受到撞击的部位采用轻金属制造成的，在其外设置喷涂保护层，或设置钢质罩壳保护。3 在柴油机的进气系统前设置阻火器，即在空气滤清器后端设置阻火器空气关断阀。在柴油机的排气设置水洗箱及阻火器,水洗箱安装在阻火器前,以使防爆柴油机废气排出前通过水洗箱，消除火星。4 改装柴油机,使其具有声光报警功能，当排气温度高于70，表面温度高于150，冷却水温度高于95或厂家设计值，废气处理箱缺水，润滑油压力、液压油压力、压缩空气压力低予最低压力，超过最高转速时自动报警。6。2。6 通风1 瓦斯隧道通风设计参数的选择瓦斯隧道通风设计，除按普通隧道通风设计考虑“洞内同一时间所有作业人
13、员消耗新鲜风空气需风量、洞内所有内燃机械工作消耗新鲜风所需风量、稀释爆破作业所生产有害气体所需风量、保持洞内作业环境适宜的温度所需风速外”,还应特别计入“稀释瓦斯降低瓦斯浓度所需风量和确保洞内回风风速V1m/S所需风量”，来综合比较进行设计。2选择通风方式1）对于单线隧道，隧道开挖面积小于64m2,当隧道施工的长度1200m时，可采用压入式通风；当隧道施工的长度1200m时，宜采用混合式通风。2)当单线隧道设计有平导或双线隧道施工,可采用巷道式通风。3 通风系统的布置1）在瓦斯隧道配置双风机双管路，风机安装在洞口外，距洞口距离不小于20m，其中风机为防爆风机，通风管道为阻燃抗静电风管。其中在开
14、挖掌子面50m范围内设置可移动式通风管道，确保在开挖或超前预报作业时风管距掌子面距离不大于5m,爆破作业时，将风管快速撤至掌子面50m以外。2）在洞内综合洞室、台车前、断面变化处设置防爆局扇排除瓦斯，对局扇实行风电闭锁措施。在拱顶坍腔处,采取在高压风管上接出分支管,设置喷嘴射风排除积聚瓦斯。3）当采用巷道式通风时，应在横洞处设置防爆射流风机导流，在横通道对应位置设置导风过渡段。4)在隧道洞口衬砌砼上设置风速传感器,通过通信光缆与洞口瓦斯监测中心室的KJ90监测系统连接。4 成立专门通风管理小组，负责通风管理。1)专门通风管理小组由组长、洞内通风管道维护班、风机操作司机和维护人员组成.2）其中组
15、长宜由作业队副队长担任，通风管道维护班除根据开挖掘进进度及钻爆作业进程安装拆除通风管道外，还应随时巡视通风管道的破损情况，用风速仪、风压计测风速、风压,确保通风管道顺直和完好率，及漏风率不大于2%,洞内回风速度不小于0。5m/s,并作好记录。3)风机操作司机和维护人员，应随时检视风机运行状况，搞好风机的日常保养维护,确保工作风机24小时不间断动转,备用风机能在工作风机发生故障后随时启用，并按要求填好风机运转记录.4）小组组长应定期（一般为1周）组织技术员、安全员进行测风工作及风电闭锁测试，分析总结1周通风过程中出现的问题，并制定整改措施；根据开挖进度，确定是否调整通风方式及动态增加通风设备。6。2.7瓦斯检测与监测高瓦斯隧道瓦斯浓度测量，采用“人工检测和远程自动监测”相结合的方式，人工检测与远程监测互相校核，以人工移动方式检测弥补远程监控系统自动监测部位固定的局限。1 成立专门的瓦斯检测组一座隧道多口掘进时，每个口必须成立一个专门的瓦斯检测组,检测组下设专职洞内移动式瓦斯检测班和专职洞口远程监控系统管理班。专职洞内移动式瓦斯检测班每口配置3人,专职洞口远程监控系统管理班配置
