公路瓦斯隧道施工风险控制

摘要：以湖南娄新高速公路刘家排隧道为工程背景，提出了采用专家调查法与层次分析法相结合的公路瓦斯隧道施工风险识别方法。在风险分析的基础上，结合多种风险控制方法，对风险识别阶段确定的重点风险事件，有针对性地研究制定了公路瓦斯隧道施工风险控制措施。

关键字：瓦斯隧道；风险控制

Abstract: The new highway in Hunan, Liu platoon tunnel as the engineering background, proposed the Road gas tunnel construction risk identification methods using expert survey method and AHP combined. On the basis of risk analysis, risk control, combined with a variety of methods, focus on the event risk identification stage identifies, targeted to the highway gas tunnel construction risk control measures to study and formulate.

Key words: gas tunnel; risk control

中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

1概述

1.1 隧道穿越煤系地层越来越多

在煤系地层地层修建隧道往往会遇到以下困难：

（1）煤系地层多数含有瓦斯，当瓦斯浓度高时，遇火源有燃烧和爆炸的危险。

（2）在瓦斯压力高的煤系地层施工时，有可能发生煤与瓦斯突出。所谓突出是指在地应力与瓦斯压力的共同作用下，煤层被压碎并与瓦斯一道突然抛出。

（3）煤系地层岩性较软，隧道深埋、地层压力较大时，隧道施工会使其产生大量的塑性变形，往往给施工与支护带来一定困难。

1.2 瓦斯隧道工程风险研究程度较低

穿煤隧道工程由于基础信息缺乏，地质环境复杂，加之勘察手段等各方面的限制，虽然有超前地质预报等新兴方法，但也不可能完全掌握施工中地质状况，必须利用开挖过程中所揭示的具体地质条件对原设计方案进行必要调整和修正。因此瓦斯隧道工程的设计无法确保在施工前做到万无一失，加之瓦斯的易燃、易爆特性，施工存在很大的不确定性和高风险性。目前关于公路瓦斯隧道工程施工风险研究的进展相对较缓慢，还存在如下一些问题：

（1）基础资料缺乏，风险辨识困难。

（2）风险意识依然淡薄。

（3）研究结果的应用性和可信度较差。

2工程概况

2.1 工程概况

娄新高速公路刘家排隧道，为分离式独立双洞隧道及小净距隧道。2009年9月2日新化端左洞掌子面掘进至ZK83+870里程处时，掌子面出现一股不明气体喷出，位置在拱顶右侧约2m处，喷射口为一条长35cm、宽5mm的裂缝。此处围岩为弱风化炭质灰岩与泥炭质泥岩互层。后经湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心对该气体进行现场气体取样试验后确认该不明气体为瓦斯。经专业人员现场布点进行瓦斯浓度测定，进行数学回归分析得出了掌子面附近空间瓦斯随不同高度分布的规律，结合施工单位对出现气体异常涌出后半个多月的现场日常瓦斯浓度检测数据，分析计算隧道绝对瓦斯涌出量为0.91 m3/min。依据相关规范的规定，“绝对瓦斯涌出量大于或等于0.5 m3/min时，为高瓦斯工区”，因此刘家排隧道左洞定性为高瓦斯隧道。

2.2风险分析

公路瓦斯隧道施工风险分析是个极其复杂的系统工程，按风险的相互关系分解成若干个子系统，使人们较为容易地识别出在施工阶段的主要风险，使风险分析更准确、完整和系统化。根据公路瓦斯隧道施工特点，参考以往铁路、公路瓦斯隧道以及煤矿工程风险分析的资料及数据，结合专家问询等方法，从通风、防火、揭煤段的施工、瓦斯浓度等风险因素考虑施工期风险。

刘家排瓦斯隧道风险评估采用专家调查法识别出了施工期的主要风险因素，并利用层次分析法(AHP)建立该瓦斯隧道施工风险递阶层次结构。结合1~9标度法，计算出了各基本风险事件的综合权重和引起这些基本风险事件的因素的权重。

根据瓦斯隧道施工风险度量具有模糊性的特点，运用模糊理论对公路瓦斯隧道施工风险估计中的定性问题进行定量化处理，得到了刘家排隧道施工基本风险因素的概率估计及损失估计结果。

课题组建立了刘家排隧道施工风险多层次模糊综合评价数学模型。基于R=P×C模型和模糊综合评价原理，综合考虑风险因素的发生概率及损失严重程度对风险水平的影响，得到各层次风险因素及工程施工整体的风险等级模糊集，再通过与相应的风险指标对比，确定其风险等级与风险分布状态。

经分析评价，刘家排瓦斯隧道施工的整体风险等级为四级，必须采取决策控制、预警等措施降低风险或转移风险。从评价结果可以看出，施工通风风险、隧道揭煤段风险、揭煤防突风险、施工防火风险、隧道内瓦斯浓度限值及超值处理风险，等级较高，均为四级，必须决策采取措施进行规避或转移。而基本风险因素中，通风设施损坏；在钻孔过程中，出现顶钻、夹钻、喷孔等动力现象时，继续钻孔；管理工作不善、技术人员失职；隧道洞口值班员疏忽职守四个风险因素等级为五级，需特别引起注意，并采取有力措施降低或转移风险。

3风险控制技术措施

风险控制技术的选择因项目特征而异。针对刘家排隧道工程风险发生概率大、后果损失严重的特征，其风险控制主要采用损失控制技术。瓦斯隧道施工前应针对风险事故发生时各种可能出现的情况做好应急预案，同时根据现场实际情况采取有针对性的预防措施，这样才能保证施工顺利进行。

3.1施工通风风险控制

为了确保隧道安全施工，防止瓦斯燃烧与爆炸，以及防止有害气体的危害，瓦斯隧道通风是安全施工的有力保证。特别是长大高瓦斯隧道的通风技术水平，将直接影响隧道独头掘进的速度与施工工期，充分显示了瓦斯隧道通风工作的重要性。

3.2隧道揭煤段风险控制

3.2.1超前钻孔探测

进入煤层前10m要进行超前钻孔预测。如遇地质岩性明显变黑或随着掘进瓦斯浓度呈高梯度变大时，不论设计是否为煤层段，均应加强超前钻孔探测。钻孔长度要求在15m以上，最小超前距离不得小于5m，钻孔的数量与布置时应保证钻孔间距不超过钻孔有效排放半径的2倍。应经常检查超前钻孔措施的执行情况，不断根据变化了的地质条件，及时测定钻孔的有效半径，校正钻孔布置的参数。在打超前钻孔的过程中要随时注意突出预兆的观测，必要时停钻，甚至撤离人员。为了避免在打钻时发生突出造成人身事故，可先将工作面两帮和迎面均用木板背严，然后再开钻，这样一方面可避免煤壁坍塌造成跨孔，另一方面在地压剧烈活动时，便于观察声响和煤移的预兆，以及时撤离人员。

3.2.2瓦斯排放

刘家排瓦斯隧道采用钻孔排放作为防突的主要手段。根据多次钻孔突出事故的分析认为，要避免突出的发生，在工作面前方最少要保持3～5m的卸压带。应保证整个施工断面和断面外上部3m、两侧1.5m的距离内，都应在钻孔排放瓦斯半径范围内，对于危险程度严重的煤层，排瓦斯的保护范围还应适当扩大。单孔排放半径及孔间距应根据允许排放时间、煤的透气性等因素确定,瓦斯排放可根据煤层的不同特点，采取相应的排放方法，缩短排放时间。

3.2.3揭煤施工

（1）洞内只能采用风动凿岩机或风动凿岩台车钻孔，不许采用电钻钻孔，所有电钻必须撤出洞外；所有钻孔必须采用湿式钻孔。

（2）钻孔前必须检测工作面附近20m风流中瓦斯浓度，如果瓦斯浓度小于1.0%，方可开始作业，如果浓度大于1.5%，应停工、撤人、切断电源和查明原因，并加强通风使瓦斯浓度降到允许值以下。必须采用湿式打眼，炮眼深度不得小于0.65m。在钻孔过程中，出现顶钻、夹钻、喷孔等动力现象时，应立即停止钻进，撤出人员，加强通风。

（3）施工中，要特别注意拱部变形，防止大的坍塌及采空区，因采空区域赋存老窑水及瓦斯，如果击穿，灾害巨大。在煤系地层中不宜全断面开挖，而应采取半断面正台阶、先墙后拱的施工方法。上半断面开挖时应遵循“勤检验、短进尺、弱爆破”， 支护时应遵循“快封闭、强支护”等要求。

（4）通过刘家排隧道左洞气体检测分析得知，该隧道存在一段高瓦斯工区。瓦斯压力较大，易通过围岩裂隙涌出。在实际施工过程中，应根据围岩揭露的完整情况、瓦斯的初始压力情况，采取局部裂隙注浆或全断面围岩注浆封堵。

3.3隧道内瓦斯浓度限值及超值处理风险控制

隧道中煤（岩）层中瓦斯涌出浓度的大小是危险程度的标志，施工中必须将瓦斯浓度控制在安全的限值以内。

高瓦斯隧道施工时，项目经理部必须配置足够数量的监测、检测、警报、自救、防爆、消防设施、设备和工具。保证备用风机、发电机的完好性，必须满足隧道24小时不间断供风的需求。还必须建立下列安全管理制度：安全教育、检查、奖惩制度；瓦斯隧道通风管理制度（含通风设施设备管理、局部通风管理、通风设计、审批、管理等）；瓦斯排放管理制度；瓦斯检测、监控、报告制度（瓦斯隧道施工单位应于每天将监测结果报公司安质部）；紧急救援与抢险制度（含紧急救援预案的编制、培训、演练，紧急抢险队伍的人员配置、职责分工、响应机制；紧急救援物资的储备等）；瓦斯隧道用各种仪器、设备、设施等的检查维修检定制度。

3.4施工防火风险控制

（1）瓦斯隧道施工必须制定具体的防火措施及配备必要的消防设施。

（2）进入瓦斯隧道人员须接受洞口值班员检查，严禁将火柴、打火机及其他易燃品带入隧道内，严禁穿化纤衣服进入含瓦斯工区。

（3）易燃品管理

3.5揭煤防突风险控制

（1）经预测有煤与瓦斯突出危险时，施工单位应在揭煤前制定包括技术、组织、安全、通风、抢险、救护等技术组织措施。

（2）揭煤前，工作面与煤层之间要留有足够的安全距离，保险岩柱厚≥2m，若围岩较为松散破碎，安全距离应再适当增加。

（3）揭煤施工中及时做金属骨架做支护，防止坍塌造成突出。

（4）煤层地段掘进工作面设风水喷雾装置，浮煤应注水（使煤体湿润以改变煤的物理机械性质）并及时运出洞外，以防煤尘积聚。

4结论

（1）研究风险的目的是为了控制风险，论文对风险识别阶段确定的重点风险事件，结合多种风险应对手段，提出了各风险因素的控制措施。对现场施工安全起到一定指导作用，将施工风险降到最低，确保工程的顺利竣工。

（2）刘家排隧道施工风险多层次模糊综合评价数学模型，基于R=P×C模型和模糊综合评价原理，综合考虑风险因素的发生概率及损失严重程度对风险水平的影响，得到各层次风险因素及工程施工整体的风险等级模糊集，再通过与相应的风险指标对比，确定其风险等级与风险分布状态。

（3）经分析评价，判定刘家排隧道施工风险等级为四级，必须决策采取控制、预警等措施降低风险或转移风险。

（4）风险评估是岩土工程领域的一个重要发展方向，对瓦斯隧道建设风险进行系统研究具有重要的理论和现实意义。刘家排高瓦斯隧道建设者采用本文提出的一些风险预防措施，较好地规避了施工期的安全问题。今后，无论是业主还是施工方都要高度重视隧道施工中的风险问题，不断提高职工的从业素质和风险意识，严防瓦斯事故的发生。

参考文献

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[2] 邓加亮. 公路瓦斯隧道施工风险分析[D]：[长沙理工大学硕士学位论文].长沙：长沙理工大学，2010

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