公路隧道施工过程瓦斯安全控制技术研究

摘要：基于成都第二绕城高速丹景山隧道的工程实际和监控量测数据，阐述了瓦斯监测方案以及所采取的安全措施，总结提出高瓦斯隧道监控的关键在于前期超前预报、施工中的瓦斯实时监测。在目前公路高瓦斯隧道施工无统一规范的情况下，为以后同类工程建设积累了可行性经验。

关键词：公路隧道 高瓦斯 瓦斯监控 超前预报

现代隧道施工方法的选择应以地质条件为主要依据，结合工期、建筑物长度、断面尺寸、结构类型以及施工技术力量等综合考虑。同时，要考虑在地质条件变化的情况下，变换施工方法的可能性。

1、工程概况

丹景山2号隧道位于在建的成都第二绕城高速东段第JK1合同段，隧道左洞起讫桩号ZK102+177至ZK105+548，长3371 米。隧道右洞起点桩号K102+174至K105+578，长3404 米。隧道最大埋深约365m。隧址区地下水类型主要有松散岩类孔隙水、基岩风化带网状裂隙水和基岩构造裂缝水，处于同一构造带上已建成的隧道中，有部分出现过瓦斯溢出，本项目隧道围岩级别为IV 级、V 级，单洞按三车道隧道设计。

2、丹景山隧道瓦斯概况

在丹景隧道进口端施工初期的监测中，瓦斯浓度高达8.5%，进行电焊作业时发生燃烧现象，符合高瓦斯隧道的标准。此外，根据四川静远工程咨询有限公司《成都第二绕城高速公路隧道天然气专项勘察报告》，隧址区处于龙泉山天然气溢出带，在丹景 2 号进口端见天然气气苗 1 处，隧址区钻遇砂体储集性能较差，具有明显特低渗致密砂岩储层特征，但在低孔低渗背景下局部发育孔渗好的储集砂体。根据野外调查、隧道钻孔资料和油气勘探资料，结合区域地质调查研究成果，隧址区浅层及地表区域断层不发育，但喜山期节理缝发育，贯穿能力差，气藏形成的保存条件差，不具备形成规模气藏的条件。值得注意的是，浅表裂缝如与断层连通可作为气源通道，将天然气运聚到储集砂体中形成小规模气包。因此，按设计图将本隧道定义为高瓦斯隧道。

3、瓦斯监控技术方案

瓦斯隧道施工是极其复杂的，我国大量瓦斯隧道在修建过程中都遇到了诸如瓦斯窒息、燃烧、爆炸事故和瓦斯突出的危险。目前国内公路系统对高瓦斯隧道监控的研究较少，公路隧道施工规范中对瓦斯的监控还没有详尽的阐述，尚未形成相关的技术规范，只是提到了对瓦斯隧道应加强注意。通过对以往隧道施工经验和教训的总结分析，超前预测预报和瓦斯监测是确保公路瓦斯隧道施工安全的重要手段。

3.1 超前探孔预测预报

高瓦斯隧道施工中，必须采取有效的超前预报手段探明前方天然气的储气情况，以便及时制定或调整施工工艺，提前采取安全措施，保证隧道施工安全。超前探测既能探测前方的天然气分布状况，还可以同时预测前方的岩性、断层和地下水等地质状况，能够提供相关的地质参数。

在掌子面上按设计要求打四个探测孔，每次约60米左右，探孔过程中应特别注意有没有地下水、断层、煤层、天然气包、软弱层及天然气顶钻现象，并做详细记录。钻孔完毕封孔测瓦斯压力或涌出速度及有害气体检测。当瓦斯压力超过0.74MPa，或涌出速度超过4L/min时，表示有瓦斯涌出或突出危险，需增设瓦斯排放孔。在钻孔及瓦斯排放过程中，要保持通风，并确保风量足够将瓦斯气体稀释。

3.2 瓦斯监控系统

瓦斯的监测，主要以《煤矿安全规程》、《防治煤矿瓦斯突出细则》、《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）为主要依据，并参照现行《公路隧道施工技术规范》，根据上述规程采取自动监测与人工检测相结合，对瓦斯等有害气体进行监测和控制。

人工检测采用光学瓦斯检测仪器配6 米左右长软管由专业瓦检员进行检测。在自动探测浓度小于0.2%时，可每隔4小时检测一次，超过0.3%时宜每2小时检测一次。超过1.5%时，隧道内自动断电，禁止瓦检员前往检测，作业人员全部撤出。此外，实行“一炮三检”制度（钻孔前、装药前、起爆前），放炮后进行续监测，直到回风巷中的CH4浓度低于0.5%方可进行后续工作。检测数据分类别做记录，并由各负责人签字后存档。此外，各作业小组均配便携式瓦斯检测报警仪，随时检测工作位置及通道的瓦斯浓度，以保证施工区域的安全性。

自动监测方面，由于隧道内具有较多的监测点，若采用有线方式传输，则节点数量较多，面临布线复杂，安装维护困难的问题；因此，瓦斯自动监测系统采用无线网络传输。丹景隧道瓦斯监测系统数据采用470MHz无线网络进行传输，整体采用树形结构进行布线，以中继桥为数据传输的主要通道，隧道内部每一个监测点作为支点，将采集点瓦斯量信号通过无线信号发射到中继桥，由中继桥将瓦斯信号传递到洞口以RS232串口协议输出，同时输出的RS232信号分作数份，分别送至LED点阵显示屏和视频编码服务器，在由视频编码服务器将串行信号分别送至现场监控指挥中心和互联网中心服务器，为远程瓦斯监控用户提供服务。这样一来不但减小了工程量，而且利于监控设备随着施工进度不断向隧道内推进。

4、穿煤隧道瓦斯防治及施工通风技术

钻孔释放瓦斯，保证了隧道掘进安全，是一种经济、可行的方法，是防治瓦斯的重要手段，而合理的通风系统既能稀释和防治瓦斯，又能满足其它施工工序的需要。

4.1瓦斯释放

不按防爆方案施工的隧道，以0.5%作为瓦斯自动报警断电的控制浓度。随水平超前探孔的钻进，瓦斯也随之涌出或喷出，瓦斯逐步释放，使隧道开挖时瓦斯涌出量减少至安全量，确保了施工安全。水平超前探孔起钻点应保证有足够的岩盘，又能尽快钻出瓦斯，达到安全排放瓦斯的目的。钻孔安全释放瓦斯必须具备下列条件：钻孔掌子面至瓦斯涌出点的岩盘稳固并具有一定的厚度，在布置钻孔前要对掌子面及附近围岩进行必要的加强支护；钻孔直径不宜大干130mm；从钻孔释放出的瓦斯在进人工作面空间时，必须有足够的新鲜风使瓦斯释放至安全浓度；应使释放的瓦斯在进入全断面后不至于造成局部聚集。

4.2 施工通风系统

按一般经验和要求，大断面隧道施工，洞内最低风速可为0.15m/s。瓦斯隧道中通风防治瓦斯的关键是尽快排出瓦斯和降低瓦斯浓度，防止出现空气静止区，产生瓦斯积聚。根据施工经验，洞内最低风速为0.5m/s。

瓦斯隧道的施工通风与煤矿通风有所区别。设计应合理划分无瓦斯含量工区和含瓦斯工区。全线设防投资过大，一般不应考虑全线设防。通风系统应具备足够的抗瓦斯灾害的能力，既能满足过煤段防爆施工要求，又能适应后部大型非防爆机械的施工。只要搞好施工通风，坚持瓦斯监测，将瓦斯浓度控制在不大于0.3%以下，也可以采用内燃机械进行隧道揭煤和穿煤施工。

5、结束语

在煤层瓦斯段施工作业中，只要把握好煤层瓦斯段的减压和通风措施，密切监视瓦斯浓度，就能保障施工的安全。本文总结了一套过煤层瓦斯段的施工工艺流程，相信对从事相关工作的同行有真一定的参考价值。

参考文献

[1]王建宇.隧道工程的技术进步[J].体制改革，2010，16（4）：11～12

[2]王强.高等级公路隧道施工及监控技术研究.2009，20

[3]殷杰.隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，1999