公路瓦斯隧道施工风险的控制措施

摘要：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。本文主要对公路瓦斯隧道施工风险的控制措施进行了分析探讨。

关键词：公路工程；瓦斯隧道；施工风险；控制措施

中图分类号： X734 文献标识码： A

工程概况

六盘水至镇宁高速公路六盘水至六枝段第五合同段高峰隧道位于六枝县岩脚镇高峰村至六枝县岩脚镇群峰村境内，该隧道属于长隧道，为分离式隧道。隧道左线里程：ZK80+210～ZK81+481，全长1271米，六盘水端和六枝端洞门型式均为端墙式，路面纵向坡度-2.5%；右线里程：YK80+235～YK81+461，全长1226米，六盘水端和六枝端洞门型式均为端墙式，路面纵向坡度-2.5%，最大埋深215m。工程地质情况：隧道区山体由泥岩、粉砂质泥岩、灰岩等构成，属软～较硬岩。据地质调绘、物探及钻探揭露表明，遂道址区不良地质主要为岩溶和采空区。工程水文情况：地下水主要为第四系松散土层中的孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶裂隙和构造裂隙水。

一、瓦斯来源及影响范围

1.1瓦斯来源

隧道进口及浅埋二叠系上统龙潭组地层含煤层，煤层分布于该组地层的粉砂质泥岩中，呈层状，根据附近黑塘煤矿资料，该地层含8层煤，在SDK47孔取得煤样，测瓦斯含量为0.14m3/t,瓦斯压力为0.01MPa，由于钻探揭露煤层地表，暴露时间长，氧化程度高，为三级瓦斯地段，参考黑塘煤矿煤样试验资料，为高瓦斯煤层。根据煤层分布、瓦斯浓度及压力，进口至ZK80+732段、进口至YK80+781段位高瓦斯工区，按高瓦斯隧道设计。

1.2瓦斯影响范围

根据中国公路工程咨询集团有限公司钻探结果，高峰隧道瓦斯涌出影响范围为ZK80+220～ZK80+735段、进口至YK80+245～YK80+770，瓦斯含量为0.14m3/t,瓦斯压力为0.01MPa。隧道出口暂未发现瓦斯，将根据隧道进尺深度逐一排查瓦斯，确定影响范围。

二、煤系地层及采空区的瓦斯监测与预测方法

1、瓦斯检测仪器及监控系统

《铁路瓦斯隧道技术规范》中明确规定：“瓦斯隧道施工期间，应建立瓦斯通风控制、检测的组织系统，测定气象参数、瓦斯浓度、风速、风量等参数。低瓦斯工区可用便携式瓦检仪，高瓦斯工区和瓦斯突出工区除便携式瓦检仪外，尚应配置高浓度瓦检仪和瓦斯自动检测报警断电装置。”

1.1便携式瓦斯检测仪

便携式瓦斯检测仪携带方便，操作简易，可直接快速测定矿井或隧道内任意位置瓦斯浓度，较好地满足生产、施工需要，目前在矿井生产和隧道施工中应用较为广泛。

1.2瓦斯遥测仪

瓦斯遥测仪是在瓦斯检测仪的基础上发展起来的，具有连续监测、记录、报警和断电等装置，可安全、高效地监测矿井、隧道作业点和回流风中的瓦斯。目前，应用较多的瓦斯遥测仪包括AK-201A型瓦斯遥测仪、ADJ-2型瓦斯遥测仪、KCD-Ⅱ型瓦斯遥测仪、ABD-21自动瓦斯监测断电仪等。

1.3瓦斯监控系统

瓦斯监控系统的功能侧重于监测，即对环境的各种参数进行收集处理，控制功能主要是实施瓦斯超限断电处理。国内外广泛应用的瓦斯监控系统有英国MINOS瓦斯监测系统、德国TF-200瓦斯监测系统、波兰CMM-20瓦斯监测系统等。

2、隧道瓦斯监测技术

目前，隧道施工期瓦斯监测网格多采用系统自动监控和人工检测相结合的模式，即通过自动监测，由监控覆盖隧道重点部位和易发生瓦斯积聚的部位，实现实时监测及预警；通过人工检测，实现全隧道范围的瓦斯数据补充采集。这样可通过系统自动监控和人工检测的相互补充，可构建起覆盖全隧道的瓦斯实施监测网格，有效解决瓦斯漏检漏测难题，系统、全面把握隧道内任意位置任意时刻的瓦斯信息。

3、隧道瓦斯预测技术

目前，国内外学者针对瓦斯预测已进行了诸多研究，总体可以分为定性预测和定量预测。定性预测是对瓦斯浓度的历史数据和现状做出解释以及判断，从而综合的评价预估瓦斯浓度的变化、发展的趋势，主要包括判断预测法、专家评估法和模糊综合评价。定量预测主要是利用过去和现状的各种瓦斯数据，根据实际情况建立相关数学模型，对瓦斯浓度变化、发展做出预测，主要包括回归分析法、灰色系统、BP神经网络等方法。

三、公路瓦斯隧道施工风险控制措施

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。

2、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、隧道揭煤段风险控制

3.1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瓦斯排放

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。

3.3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

结束语

本文结合具体工程实践，通过对瓦斯隧道施工风险的控制措施各个要素进行分析探讨，得出一套系统性的瓦斯隧道施工风险管理方法，希望可为类似瓦斯隧道的施工和风险管理提供一定的借鉴和参考。

参考文献

［1］邓加亮．公路瓦斯隧道施工风险分析［D］．长沙:长沙理工大学，2010．

［2］毛儒．隧道工程风险评估［J］．隧道建设，2003．

［3］王梦恕．厦门海底隧道设计施工运营安全风险分析［J］．施工技术，2005．