公路瓦斯隧道施工技术探讨

摘要：随着我国公路建设的快速发展，在含瓦斯地层中修建隧道的可能性将不断增加。在施工中不能有效地治理瓦斯、防治瓦斯突出将对工程的进度、安全、质量及造价等方面造成严重的不良后果。着重介绍了公路隧道穿越含瓦斯地层时的几个关键性技术问题，为同类工程提供参考。

关键词：公路 瓦斯隧道 施工技术

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

前言

地下空气的有害气体，根据其危害性及其特性，大致可分为三种类型：可燃烧和爆炸的气体，主要是沼气；具有窒息性气体，主要是二氧化碳；具有毒性的气体，主要是一氧化碳、硫化氢、二氧化碳和二氧化氮。上述这些有害气体，在矿井中总称为瓦斯，由于从煤(岩)层涌出的有害气体主要是沼气，习惯地将沼气称为瓦斯，重点指隧道通过煤层的瓦斯隧道施工。

一、瓦斯的性质及主要危害

1 瓦斯的性质

（1)瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体，其主要成分为CH4，有时还包括CO，CO2，H2S，NO2等有害气体。

（2)瓦斯极易燃烧，但不能自燃，当与空气混合到一定浓度时，遇火源能燃烧或爆炸。当隧道中的瓦斯浓度小于5％或大于16％时，遇到火焰只是在火源附近燃烧而不会爆炸；瓦斯浓度在5％-6％到14％～16％时，遇到火源便会爆炸，9．5％左右时爆炸威力最大，但瓦斯浓度大于43％时，一般遇火也不能燃烧。

2 瓦斯的主要危害

瓦斯窒息：瓦斯无毒，但当空气中的瓦斯含量达到43％时，氧气含量相对降低而使人开始窒息，当浓度达到57％时，氧气含量就降到9％，短时间内就会使人窒息而死亡。

瓦斯燃烧：当洞内瓦斯浓度大于3％而低于爆炸底限5％时，由于混合气体中的氧气浓度较大，遇火通常能燃烧，会引起火灾危险。

瓦斯爆炸：瓦斯爆炸时产生的高温可达1 900℃ ～2 650℃ ，在封闭状态时的爆炸温度会更高，同时产生巨大的压力，形成强大的冲击波，在隧洞内反复传播。另外爆炸时会产生大量的有害气体和热量，致使在爆炸范围内的人员受到烧伤、撞伤、晕倒乃至死亡。

二、公路瓦斯隧道的施工过程

1 划分区域

在公路隧道施工中，采用技术手段判断出隧道中含有瓦斯，在含瓦斯层前10 m 及后10 m 的区域内，根据其地址条件、预测的瓦斯含量、压力等因素，将瓦斯层分为各个区域，如一般瓦斯区域、重度瓦斯区域等，在按照不同区域的各种特点，科学调配施工设备、合理设置通风措施、布置不同的安全防护，并采用相应的施工手段，如一般瓦斯区域在一般防护与通风的条件下，配置一般的防爆施工设备及电气设备;重度瓦斯地区则必须配备防爆设备; 有煤块与瓦斯喷涌可能的地区设施要求较高，不仅需配备防爆设备，还需搭配灾害防治装备。根据不同区域分配不同设备及施工手段的方式，可以有效简化施工程序，减少了设备搬移是的繁琐，更好的包工程进度及控制成本。

2 预测瓦斯情况

在开挖之前，需提前做好各个区域的瓦斯预测工作。一般检测方法分以下三种:

( 1) 现场机械检测法及使用测量仪器或机械设备直接在施工区域内进行现场勘察;

( 2) 取样分析法取样分析法也称为是实验室分析法。先将隧道即将施工的区域内钻开一定大小的洞口，分析人员从中采集气体样品，带回实验室进行分析，其优点是准确度高，缺点是检验时间较长;

( 3) 远距离遥测法即运用高科技的自动化检测系统或遥测系统，进行长期的定点检测。其优点在于对于地质情况把握较为全面，并呢个分析出瓦斯情况的变化，缺点是检测额所需时间较长，且使用的是高精尖的设备，施工单位若要备齐该设备，成本较高。

上述三种方法中，运用最为广泛的是现场机械检测法。可以使用便携式检测仪器，在施工区域内检定现场空气中的气体的浓度及含量，或者使用全液压钻机进行施工前的测试钻探，过程分为两次; 在距离煤层40 m 左右的位置，打约三个孔，确认煤层的分布，测试瓦斯压力、含量; 在距离煤层15 m 左右的位置打约3 个孔，并将煤层穿过，采集煤块作为检验地层稳定性及坚固度的样品，并测试瓦斯含量、压力及排放的初速度。

3 开挖及支护手段

在开挖隧道时，应遵循通风便于瓦斯意外防止等原则进行，不仅需要注意煤层的质量、按操作规程进行机械操作、断面的挖掘、把握工程进度等各方面，也需综合考量爆破对周围岩层产生的巨大振荡累及。其开挖时应使用正台阶法进行。按照施工区域的具体地质条件及施工设备决定台阶的长度。一般台阶宜长不宜短。在爆破时必须采用安全性较高的爆破材料，若需使用雷管，应选用瞬发式雷管，末尾段的爆破延期时间不可超过130 ms。因瓦斯的密度小于空气，一般会浮于隧道的上方，因此在施工时，应保障爆破点周围岩层平整，尤其是隧道顶部，避免瓦斯聚集于凹进的死角内。

开挖完成之后，应设置后期防护措施，如将周围岩层进行封闭式处理、堵塞岩层缝隙、喷锚支护措施等，避免瓦斯渗漏。在支护措施时，应使用封闭式复合衬砌，或带仰拱式衬砌，且厚度应大于17 cm，二次支护厚度应大于40 cm，浇筑材料选用气密性混凝土，主力浇筑流程，保证质量，尽量不给后期工程埋下安全隐患。

4 施工中的瓦斯监测

在施工的过程中，也应同步进行检测工作。施工单位在建立健全检测制度时，严格执行巡回式检测方式，联合使用多种方式定期对施工地点的排风量及瓦斯浓度进行测定，如定点报警器、便携式瓦斯报警器及遥测装置等，于隧道的风头的上方位置测定，较为准确。当隧道内瓦斯含量不超过0．5%时，应1 h 检查一次，若含量超过0．5%，应随时检查。合理调整风量及机械设备的配置，保持施工地点排气效果良好及排风设备性能稳定，避免瓦斯聚集，形成安全隐患。

三、各种情况处理措施

当检测结果显示瓦斯浓度超标时，应及时分析其原因，并采取应急措施，并向管理层报告，以进一步处理，按照监测点的不同，其瓦斯浓度的上线标准也有所区别，处理原则也不尽相同:

1总风口或一侧风口当甲烷及二氧化碳的含量超过0．75%时，应停止施工，施工人员撤离施工现场，管理人员及时做出应对措施;

2电动机和开关20 m 内风流中甲烷和二氧化碳的含量超过1．5% 时，机械设备应停止运转，断开电源，施工人员撤离施工现场;

3爆点和20 m 内风流中甲烷和二氧化碳含量超过1% 时，应禁止起爆;

4工作面进风流甲烷和二氧化碳含量超过0．5%时，应先将局扇停工，查出瓦斯泄露的位置，进一步处理; 回风流甲烷含量超过1%，二氧化碳超过1．5% 是，应停止施工，人员撤离施工区; 风流中部甲烷含量超过1% 时，应停止电钻打孔工作;超过1．5%时，应断开电源，人员撤离施工现场，再进一步处理，二氧化碳的含量超过1．5% 时，应直接停止施工，人员撤离现场;

5局部地点甲烷含量大于2% 时，该地点周围辐射20 m 内的施工应停止，断电撤离，并及时进行处理; 电气设备周围甲烷含量减少至1%一下，才能再次开机工作;

6停工区甲烷含量超过3%时，必须在24 h 内将其完全封闭。

结束语

在隧道穿越含瓦斯地层的施工过程中，如果处理不当。很可能发生突发事故。瓦斯作为一种易燃易爆气体，一旦发生爆炸其后果将不堪设想。因此应总结出适用于公路隧道的瓦斯预测、检验方法及标准，防爆、防突技术措施和穿过具有突出危险性煤层的揭煤技术、支护方法等，并把其中成熟的经验纳人规范，以便指导今后公路瓦斯隧道的施工；并逐步完善和提高瓦斯隧道的设计、施工技术水平，防治瓦斯危害，保证施工安全。

参考文献

[1] 周杰.浅谈公路隧道工程中通风与控制技术[J]. 科技信息. 2010(03)

[2] 李俊法.歌乐山隧道主要施工技术问题的探讨[J]. 西部探矿工程. 2001(04)

[3] 田荣.发耳隧道的瓦斯防治措施[J]. 铁道建筑技术. 1999(06)

[4] 张延.瓦斯隧道的界定及施工安全防治措施[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2001(04)