瓦斯长隧道的施工通风措施

姜春平

【摘 要】王家隧道是巴达铁路最长隧道，施工中常遇天然气溢出，施工采用了加强通风控制瓦斯浓度，保障了隧道施工安全顺利进行。本文以实例介绍瓦斯长大铁路隧道的施工通风实施情况，供同类工程借鉴。

【关键词】瓦斯：隧道：施工；通风；措施

1、工程概况

王家隧道全长5374m，最大埋深245m是巴达铁路最长隧道，也是全线重点控制性工程。王家隧道中心里程DK15+567，进口里程DK12+880，出口里程DK18+256，本隧道内坡度有：DK12+927～DK14+350段（计1423m）为3.0‰的上坡，DK14+350～DK14+750段（计400m）为7.0‰的下坡，DK14+750～DK17+800段（计3050m）为11.0‰的下坡，隧道围岩分为Ⅲ～Ⅴ级：其中Ⅲ级围岩4140m，占总长度的77.69%；Ⅳ级围岩390m，占总长度的7.32%；Ⅴ级围岩799m，占总长度的14.99%。王家隧道为底瓦斯隧道，线路位于川东北油气构造内，沿线分布有较多气田、气井，所采天然气均为浅层天然气，一般开采深度2000-3000m，主要储气层为三叠系飞仙关组和二叠系龙潭长兴组。铁山背斜、华蓥山背斜两翼地层中局部含煤层，存在天然气逸出危险，岩层缓倾，节理发育。

2、瓦斯以及瓦斯事故概述

2.1、瓦斯

常说的瓦斯，是指从岩层中放出的有毒有害气体的统称，是一种无色、无味、无臭、可以燃烧和爆炸的气体，在标准状态（气温为0℃，大气压为1.01*105Pa），在地球演变的过程中，植物及其它有机物在高温缺氧条件下，化学分解从而生成瓦斯。主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种。

2.2、瓦斯事故

常见的瓦斯隧道事故有三种类型，分别是瓦斯燃烧，瓦斯窒息，瓦斯爆炸，其中瓦斯爆炸危害最大。

瓦斯爆炸的条件，出现瓦斯爆炸事故必须具备三个基本条件，一是空气中瓦斯浓度达到5%～16%；二是要有温度为650～750℃的引爆火源；三是空气中氧含量不低于12%。

王家隧道设计为底瓦斯隧道，全长5374米，由于该隧道位线路位于川东北油气构造内，沿线分布有较多气田、气井，所采天然气均为浅层天然气危及隧道施工。隧道里瓦斯的存在降低了氧气的浓度，能造成人员缺氧窒息。它的扩散性较强，能较快的弥漫于整个隧道内，最容易积存在隧道拱顶、附属洞室及坍塌空腔或通风死角内。

执行《铁路隧道施工技术安全规则》和《铁路瓦斯隧道技术规范》中对瓦斯的浓度规定。洞内空气中允许的瓦斯含量（按体积计算）应符合下列规定：

总回风流中小于0.75%；其他工作面进来的风流中小于0.5%；掘进工作面的瓦斯浓度在1%以下；工作面装药爆破前在1%以下。

3、瓦斯隧道施工通风方案

3.1、通风要求

隧道回风风速按0.5m/s设计，为防止瓦斯积聚，对塌腔、模板台车、加宽段、避车洞等处增加局扇进行解决，对于一般段落采用射流风机卷吸升压以提高风速，从而解决回风流瓦斯的层流问题。要求施工中瓦斯的控制指标在0.5%以下。

根据《铁路瓦斯隧道技术规范》，对隧道内不同地段的瓦斯浓度有不同的要求，具体内容详见《隧道内瓦斯浓度限值处理措施表》。根据《铁路瓦斯隧道技术规范》7.2.9规定瓦斯隧道施工期间，应实施连续通风。因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。

3.2、方案概述

在隧道正洞口安装2台SDF（c）-NO.13（2×132KW）型轴流风机分2管路通过

φ1.5m双抗风管（阻燃、抗静电）将新鲜空气送至正洞、平导及回风巷处各设一台SDS-Ⅱ-No10.0射流风机，以便排风。

3.3、通风设备的选择

3.3.1、计算参数的确定

供给每人的新鲜空气按q=4m3/min计算（参照铁路隧道工程施工技术指南中通风防尘要求），洞內最多作业人数m=60人

根据铁路瓦斯隧道技术规范施工通风要求，工作面最大允许瓦斯浓度取n=0.5%，瓦斯最大涌出量c=0.5m3/min隧道按单洞长度L=2687m取2700m计算，断面面积考虑到超挖情况取S=70m2。开挖爆破一次最大用药量a=223kg（现场统计最大用量），放炮后通风时间取t=30min。软质风筒长度l=2700m，直径ф=1.4m，百米漏风率β=1.5%正洞回风流速不小于0.25m/s，取V=0.25m/s，洞内作业采用1台挖掘机、1台装载机和2台运输车，取P总=600KW

3.3.2、正洞未贯通前风量的计算

根据上述计算结果对比，取风量的最大值Q（2231m3/min）、取阻力的最大值6304Pa作为选择风机型号的参数，选择风机型号为SDF（C）-NO12.5（110KW），低速风量1550m3/min、中速风量2102m3/min、高速风量2912m3/min，低速风压355Pa、中速风压2445高速风压5920Pa，所选的风机型号风量能满足计算要求，但是最高风压5920Pa不能满足计算最大阻力6304Pa，所以在洞内采用风机串联可满足隧道通风要求。

2.5.4、经以上计算，以下材料、设备计划能满足施工要求：

2.6、通风布置

压入式通风系统总体布局受地形及施工便道的限制，通风机安装在洞外20m的位置，向掌子面压入通风。

2.7、风机的安装

风机支架应稳固结实，避免运动中振动，风机出口处设置加强柔性管与风管连接，风机

与柔性管结合处应多道绑扎，减少漏风。

第一台风机安设在距洞口20m处，第二台风机安设在进洞1500米处，洞内外风机均安装在焊接牢固的槽钢支架上，两台风机直接用风管连接，为了防止软质风管变形，影响通风质量，故在风筒末端与洞内风机连接处采用2m薄铁皮制作的长筒相连。

第一台风机送入的新鲜空气经过风筒直接被第二台风机吸入，送到工作面，新鲜空气将浑浊的空气排挤出洞外。

2.8、风管的安装

风管必须有出厂合格证，使用前进行外观检查，保证无损坏，粘结缝牢固平顺，接头完好严密。挂设风管要平、顺、直。沿着拱墙每5m标出螺栓位置，安设膨胀螺栓，风管距隧底3.8米～4米。用φ6盘条，采用紧线器张紧。

风管吊挂在拉线下。为避免钢丝绳受冲击破振动、洞内潮湿空气等原因造成断裂，每10m设1个尼龙挂圈。风管保持同风向一致。风管悬吊稳固，尽量减少接头。

风管末端安装长60m旧风管，风管出口距工作面15m。风管从台车顶部穿过，风管通过台车时为了尽量减少风阻，尽量减小风筒转折角度，风管在风机处加强。过台车时风管位置如图3所示

在掌子面至模板台车地段的死角、超挖严重、洞室等部位用局扇将聚集的瓦斯吹出，使之与回风混合后排出。

通风管铺设要平、直、顺，尽量减少弯折，通过砼衬砌模板台车及各种作业台架时注意防损。

在检底和剥皮放炮时，把风管束起，放置在钻眼台车后方，并用木板遮挡，以免放炮石块飞溅损坏风管。

3、通风系统日常管理和维护措施

3.1、通风机应有专人值守，进、出口各设一个专门的通风班组，每个通风班组由6人组成，专门负责通风设备的安装、使用、维修、维护工作，每天进行巡检。保证管路顺直，无死弯、漏洞，其开机人员每天按班组对风机运行进行记录登记。

3.2、通风系统安装后，首先，由项目部组织相关人员对通风设施进行验收，确认通风效果是否与设计相符。其次相关人员每月对通风系统进行定期检查，项目分部每天测量风速并进行管路维修。

3.3、钻眼、喷锚、出碴运输、初期支护、掌子面塌方、塌方处理、瓦斯浓度大于或者等于0.5%时，风机要高速运转，加强检测确保洞内任一处瓦斯浓度降至0.5%以下才能施工。

3.4、风机的停运，关开、变速由监控中心专人负责调度指挥，并且做好相应的记录并签认后备查，其他任何人不准擅自停机。当移动

模板台车时，风机采取低档位供风，以保证供风的连续性。

3.5、风机应尽量减少停机次数，发挥风机连续运转性能。需停机或开启时，根据洞内调度通知进行，为减少风机启动时气锤效应对风管的冲击破坏，应采用分级启动，分级间隔时间为3min。

3.6、开启轴流风机前，射流风机必须开启运转，以控制风流方向，防止污浊空气形成小循环。

3.7、因洞内渗水和温度变化的影响，风管内会积水，故应定期排水，以减少风管承重和阻力。

3.8、通风小组中应设专职风管维修工，每班必须对全部风管进行检查，发现破损等情况及时处理。对于轻微破损的管节，采用快干胶水粘补：先将破损部位清洁打毛后，再将破口缝合后再行粘补。粘补面积大于破损面积的30%，粘补后10min内不能送风，对于严重破损的管节，必须及时更换。

4、施工通风检测

4.1、气象条件的测试

用数字式温湿度计测试风管内、外气温和湿度值，用空盒气压表测试洞内各点气压。专门成立瓦斯监测小组，每天及时测定瓦斯含量，并认真填写瓦斯记录。

4.2、定期对洞内风速进行检测，确保洞内通风满足施工要求。

通风设施安装完正常运转后，采用风速检测仪每天进行1次全面测风，对掌子面和其他用风地点，根据实际需要随时测风，每次测风结果做好记录并写在测风地点的记录牌上。若风速不能满足规范要求，采用适当的措施，进行风量调节。

5、通风安全措施

5.1、风机必须安装牢固，风机前后5m内不得堆放杂物，避免影响风机风量、防止异物进入风机损坏叶片。风机应有过载限压保护装置，发生异常时，能自动停机，起到保护作用。

5.2、通風机进气口设置网片，防止异物进入风机损坏叶片和风机伤人事故的发生。

5.3、通风机司机要遵守操作规程，防止机械事故的发生；做好防触电工作，供电线路停电时，必须切断电源，风机叶片停止转动时，不准接触其转动部分或对其进行维修。

5.4、非操作人员，严禁私自开启通风机电源，通风机开启电源前，应确认前方是否有人员维修和接长风管，防止送风伤人。

5.5、各种车辆和人员在洞内进行时，应与风机、风管保持一定距离，注意保护通风管路。

5.6、通风工进洞必须戴好安全帽，发现通风系统有漏风或其他故障时，应立即通知有关人员进行处理。

5.7、接长、更换、修补风管时，作业人员应做好洞内运输车辆防护工作，避免发生坠落事故。

5.8、风机支架、承重索要经常检查，防止因锈蚀或其他原因造成断裂而影响通风。

5.9、成立一支稳定的通风小组，小组人员固定，专门负责通风设备、风管的日常使用、管理、检查、维护、养护等工作。

保持设备的良好工作状态，保证风管平顺，完好无损，及时维修破损的风筒，确保开挖面的空气

6、结语

在实际施工中，勤监测、加强隧道的通风，是控制瓦斯的最好办法。图山寺隧道施工过程中瓦斯的浓度均在0.3%以下，确保了施工顺利进行和施工的安全。

参考文献：

[1] TB10304-2009 J 947-2009.《铁路隧道施工技术安全规则》[S].北京：2009.

[2] TB10120-2002.《铁路瓦斯隧道技术规范》[S].北京：2002