高寒地区高瓦斯隧道安全施工技术研究

许卫武

(中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西 西安 710021)

1 引言

对于多数高瓦斯隧道工程而言，其面临的施工环境较为复杂，除此之外诸如地质等多方面因素均会对工程带来影响，因此这是一个极具危险性的工程项目。对于施工单位而言，必须高度重视这一问题，需要以实际情况为基准采取科学的手段，从根本上避免安全事故的发生，工程施工人员通力合作，携手创设安全的隧道施工环境。

2 工程概况

本文以牡佳铁路麻山隧道为背景，针对其中的2号斜井工区展开探讨，其为典型的高瓦斯工区，为了营造优良的隧道施工环境，工程在DIK107+350右线区域为之适配了一个施工通风竖井，其深度达到了76.50 m，竖井直径为3 m，由此发挥出优良的通风效果。除此之外，还在DIK106+220左线处设置施工一个瓦斯排放孔，对应深度达到了51.65 m，以便顺利的将瓦斯排放至外界。

3 机械设备选型及改造技术

3.1 设备选型

本工程中选用的是风动凿岩机设备，由此完成钻孔处理；此后，借助于湿喷机展开喷锚处理，进一步形成初期支护结构。引入两台经过优化后的防爆装载机，运行过程中功率达到162 kW，见图1。引入的是改装挖掘机，要求其功率达到133 kW。基于无轨运输的方式而展开，为了进一步提升运输效率，需要为之适配8台防爆自卸车、6台运输罐车，见图2。通风竖井适配一台规格为功率为110kW的通风机，可以起到优化隧道施工环境的效果。

由于施工过程中会产生一定量的地下水，此时需要使用到两台风动抽水机，在其辅助下顺利将水通过沉淀池排入排水沟中，而后借助于自然坡度最终流向洞外区域。

图1 装载机改装

图2 防爆车改装

3.2 防爆改装技术

在本工程中，车动力系统涉及到了防爆柴油机、气体系统等多个部分，具体作如下分析。

使用到了防爆柴油机，要求其需要以水冷却的方式运行；关于防爆柴油机的驱动机制，诸如弹簧或是液压启动器都是可行的方式；所有进气管路都需要为之适配一个阻火器，同时需要做好与发动机的隔爆工作，避免火焰经由管道进入到周边的气体环境之中。

火星灭火器是内燃机排气管路中必不可少的一部分，它可以起到阻火器与周边环境的隔绝效果，要求排气管路采取隔爆的设计方式，加大力度做好对排气管的温控工作，不允许出现高温情况，否则将会出现点燃周边气体的现象。除此之外，如果排气环境温度较高，此时极容易引发可燃气体燃烧现象，对此需要为之设置一个补水箱。柴油机在运行过程中会产生尾气，经一系列环节后最终会经由阻火器排放至外界，再次过程中阻火器发挥出重要的作用，它可以熄灭一些残留的火星。考虑到此问题，需要给阻火器适配一个温度传感器，当检测到的排气温度超过70 ℃时，则会自动触发警报，经过15～60 s不等的延时后最终便会促使柴油机采取停机行为。

对于任何一处外漏接线端而言，均需要设置一个灭弧罩装置； 区间内的所有线路都需要得到优化，即使用阻燃型电缆； 引入防爆型蓄电池，无论是马达还是发电机都需要具备隔爆性能； 采用防爆灯具； 由于塑料极容易产生静电，因此需要具备抗静电干扰能力。

4 高瓦斯隧道通风施工技术及瓦斯检测

4.1 施工技术

(1)施工区域内设置有竖井结构，从而实现巷道式通风的效果，此外的地段则遵循压入式通风的原则。

(2)以正洞以及斜井处所设置的仰拱填充面为基准，需要将其上部断面的净空气风速稳定在1 m/s及其以上水平，关于本工程中的2号斜井，其需要适配2套通风系统，由此确保作业面能够得到充分的供风，进行现场检测，要求其百米漏风率控制在1%范围内，同时需要严格控制风关口与掌子面的间距，即应当稳定在5 m以内。在施工过程中应密切关注瓦斯涌出量，当所检测的结果超出了工程许可标准后则需要加大力度做好通风工作，进一步提升各个作业面的供风量，全面降低区域内的瓦斯浓度。

(3)在进行正洞施工时，当到达竖井里程时，此时会应随即设置横道以及竖井结构，此举是形成巷道式通风的必要基础条件。

(4)瓦斯工区内的所有风机都需要设置为防爆型，所使用的通风管应具有优良的阻燃以及抗静电能力，在施工过程中应加大力度做好对风机以及风管两部分的管理工作。

(5)通风系统的稳定性至关重要，隧道施工中风机的数量不可过少，同时需要采取双向回路电源的方式。

(6)在施工过程中必须高度重视通风管理工作，同时应加大对通风效果的检测工作，关于放炮地点的20 m范围内，其所形成的瓦斯浓度如果达到了1%水平，此时不允许展开放炮操作；在开挖过程中，如果电动机周边20 m区域内的瓦斯浓度上升到了1.5%标准，此时则需要采取电机停运措施，组织好人员撤离工作，并将电源切断。

(7)需要以实际情况为基准建立测风制度，需要安排专员做好对通风系统的检查与维护工作，实时获悉到工区内的瓦斯浓度情况，此外做好记录也至关重要。

4.2 瓦斯检测

为了尽可能降低隧道内的瓦斯浓度，就离不开密切的瓦斯检测工作。工程中所使用的仪器应具备多样化的特性，所得到的结果应足够精确。相关研究表明，在凿眼以及放炮这两大环节中，所形成的瓦斯浓度最高，之所以出现此现象，是因为放炮阶段隧道极容易与瓦斯层达到相连通的状态，因此加大了瓦斯泄漏的风险。当结束放炮工作后，部分新鲜岩石会裸露出来，进一步引发瓦斯层暴露问题。考虑到上述问题，必须高度注重对瓦斯到了检测工作，考虑到瓦斯具有很强的扩散特性，所以在实际检测工作中不可忽略隧道上方以及所有不起眼的死角。

5 施工安全的总体要求

5.1 完善风险管理制度，重视风险防范工作

风险管理工作必不可少，对此施工单位需要综合考虑设计要求以及工程所在的实际环境，在此基础上采取针对性措施，做好风险评估工作，制定出可行的应急措施。

5.2 注重对隧道的检测，深化对施工环节的安全控制质量

基于监控量测工作，能够充分获悉到隧道以及周边结构的变形情况，这也是施工工作中不可缺少的一项内容。对此，施工方需要为之确定出可行的监控量测方案，伴随着现场环境的改变，对所得到的方案做以优化。

5.3 加大力度做好安全培训工作

任何一项生产工作都需要在法律规范的约束下进行，施工企业应完善安全生产保障体系，将各项安全管理工作落实到位；定期组织应急演练活动。

5.4 强化施工组织设计，规范施工现场管理

施工企业应高度重视施工组织设计工作，其需要充分考虑到危险源识别、应急方案等多方面内容。

6 结语

高瓦斯隧道工程具有很强的特殊性，在实际施工过程中做好工程管理工作，采取可行的安全施工技术，由此推动工程的全面发展，为高寒地区高瓦斯隧道工程创造更多的可能。