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高瓦斯隧道施工工艺工法

第五工程有限公司李建铭

瓦斯隧道施工按照“早预报、适排放、勤监测、禁火源、强通风、控浓度”的原则，循序渐进向前施工。通过超前地质预测预报探明前方未掘进地段的瓦斯储量，在开挖前（适当抽排）、开挖中和开挖后等工序作业过程中，采取多种技术和管理措施，禁绝火源，防止撞击，将瓦斯浓度控制在0.3%以内,将CO浓度控制在24ppm以内，回风风速不小0.5m/s，从而实现高瓦斯隧道安全施工。

2.1根据工程地质条件以及地层瓦斯含量，确定地质分级，划分高瓦斯和低瓦斯工区，在不同等级瓦斯工区选择不同的施工方案，不仅确保安全，而且节约成本。

2.2新鲜风的供给必须24小时不间断金港镇黄泗浦路鑫江花苑住宅小区二期工程施工组织设计，并设置“风电闭锁装置”。

2.4建立两级出入隧道安全检查门岗，制定极为严格的出入隧道管理制度,采用感应式IC智能卡管理系统对出入隧道作业人员进行实名管理，可以切实杜绝火源进洞，能准确掌握进出隧道的作业人员及其数量。

2.5高瓦隧道作业区的机械设备均要进行防爆或隔爆改装，洞内电气通风设备设施均要采用阻燃、抗静电等特殊材料生产的产品，产品更换周期长，成本高。

本工法适用于在煤系地层或富存天燃气的地区修建铁路、公路或水工隧道，对在煤系地层或富存天燃气的地区修建其他地下工程。

4.1《铁路瓦斯隧道施工技术规范》、《煤矿安全规程》、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204)、《铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10417)、《铁路隧道施工规范》(TB10204)、《新建铁路铁路工程测量规范》(TB10101)、《铁路隧道超前地质预报技术指南》(铁建设[2008]105号)、《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》(铁建设[2007]200号)、《铁路隧道工程施工安全技术规程》(TB10304)、《铁路工程水文地质勘察规程》(TB10049)。

4.2设计图纸、合同文件。

隧道开挖前，先采用物探或钻探等超前预测预报手段探测瓦斯含量、浓度及压力，后对隧道是否为高瓦斯隧道或高瓦斯工区进行判释。对高瓦斯隧道（或高瓦斯工区后），于开挖前完成隧道内供电、通风、机械设备及设施的防爆(或隔爆)改装；配置瓦斯自动监测报警系统和人工检测仪器，建立健全瓦斯检测、通风、进洞等安全管理机构及系列安全管理制度；瓦斯涌出量＞3m3/min时，还应采取钻孔抽排释放瓦斯降低瓦斯浓度后，再进行开挖作业。

开挖使用矿用火工品进行光面爆破,开挖作业的钻孔装药、爆破前后和出碴过程中必段坚持瓦斯检测；开挖出碴完成后，应尽快采用防渗砼封闭新开挖面，减少瓦斯溢出量，及时完成隧道初期支护防止隧道坍塌引起瓦斯积聚；施工全环封闭防渗二衬砼。

6.1施工工序安排及工艺流程

高瓦斯隧道施工工艺流程图如下:

图1高瓦斯隧道施工工艺流程图

1采用台阶法开挖，台阶长度控制在5m以内，当瓦斯溢出量≥时0.5m3/min，开挖进尺控制在1m以内。

4爆破网络和连线，必须符合下列要求：

1）必须采用串联连接方式，检查散杂电流，散杂电流不超标时，爆破人员方可工作，除瓦检人员外的其他人员均撤离工作面，设立警戒人员。线路所有连接接头应相互扭紧，明线部分应包覆绝缘层并悬空。

2）母线与电缆、电线、信号线应分别挂在巷道的两侧，若必须在同一侧时，母线必须挂在电缆下方，并应保持0.3m以上的间距。

3）母线应采用具有良好绝缘性和柔软性的铜芯电缆，并随用随挂，严禁将其固定。母线长度必须大于规定的爆破安全距离。

4）必须采用绝缘母线单回路爆破，装药炮眼不响时，放炮员必须先取钥匙，再将放炮母线摘下扭线短路，至少等15分钟，方可严线检查原因。

5）严禁将瞬发电雷管与毫秒电雷管在同一串联网路中使用。

5严格执行“一炮三检制”、“三人连锁爆破制”。

1成立超前地质预测预报小组

当瓦斯隧道比较集中或一座瓦斯隧道分别由进出口相向掘进时,宜成立一个超前地质预报小组，小组至少配置1名熟悉物探和钻探的地质工程师，1名钻机熟练操作工。

2根据瓦斯隧道地质分级表，开挖前以每100m/次的频率采用TSP203长距离预报开挖掌子面前方地质状况，前后两次搭接10m，探测后结合工程地质法对前方地质情况进行判释；再采用超前深孔钻孔每30m/次，布置3孔，探测并验证前方地质状况，每次搭接5m，每孔探测时应测量钻孔瓦斯每分钟涌出量，瓦斯压力。

根据超前预测预报的资料，对待开挖段进行风险评估。根据瓦斯涌出量、浓度和瓦斯压力，判释其是否为高瓦斯隧道或高瓦斯工区。当瓦斯涌出量＞0.5m3/min为高瓦斯隧道或工区，反之则为低瓦斯隧道或工区。

6.2.4安装防爆电器设施

1高瓦斯隧道采用公用电网和自备发电站双电源供电,自备发电站安装备用电源自动切换装置,公用电网停电时自备发电机自动供电，保证通风机、瓦斯监测系统、洞内照明设备的供电和正常运转。

2按“三专”——专用防爆变压器、专用开关、专用供电线路，“两闭锁”——瓦电闭锁（瓦斯浓度超标时与供电的闭锁）、风电闭锁（局部通风与供电的闭锁）布设洞内配电设备及照明电器。

3洞内配电设备及照明电器全部采用防爆型,低压配电箱必须具有断相、短路、漏电和接地保护功能。

4采用不延燃橡套电缆布置洞内高、低压电缆，各种电缆的分支连接必须使用与电缆配套的防爆连接器、接线盒，移动式或手持式电气设备的电缆采用专用不延燃电缆。

5隧道内高压电网的单相接地按电容电流小于20A施工，禁止高压馈电线路单相接地运行，隧道内各种机电设备和作业机械严禁接地，作业机械严禁带电检修。

6.2.5机械设备防爆改装

1对洞内施工的工程机械的柴油机的“冷却方式、启动方式”进行防爆改装。

2对防爆柴机在使用过程中可能受到撞击的部位采用轻金属制造成的，在其外设置喷涂保护层，或设置钢质罩壳保护。

3在柴油机的进气系统前设置阻火器，即在空气滤清器后端设置阻火器空气关断阀。在柴油机的排气设置水洗箱及阻火器，水洗箱安装在阻火器前，以使防爆柴油机废气排出前通过水洗箱，消除火星。

4改装柴油机，使其具有声光报警功能，当排气温度高于70℃，表面温度高于150℃，冷却水温度高于95℃或厂家设计值，废气处理箱缺水，润滑油压力、液压油压力、压缩空气压力低予最低压力，超过最高转速时自动报警。

1瓦斯隧道通风设计参数的选择

瓦斯隧道通风设计，除按普通隧道通风设计考虑“洞内同一时间所有作业人员消耗新鲜风空气需风量、洞内所有内燃机械工作消耗新鲜风所需风量、稀释爆破作业所生产有害气体所需风量、保持洞内作业环境适宜的温度所需风速外”，还应特别计入“稀释瓦斯降低瓦斯浓度所需风量和确保洞内回风风速V≥1m/S所需风量”，来综合比较进行设计。

1）对于单线隧道，隧道开挖面积小于64m2,当隧道施工的长度＜1200m时，可采用压入式通风；当隧道施工的长度＞1200m时，宜采用混合式通风。

2）当单线隧道设计有平导或双线隧道施工，可采用巷道式通风。

1）在瓦斯隧道配置双风机双管路，风机安装在洞口外，距洞口距离不小于20m，其中风机为防爆风机，通风管道为阻燃抗静电风管。其中在开挖掌子面50m范围内设置可移动式通风管道，确保在开挖或超前预报作业时风管距掌子面距离不大于5m,爆破作业时，将风管快速撤至掌子面50m以外。

2）在洞内综合洞室、台车前、断面变化处设置防爆局扇排除瓦斯，对局扇实行风电闭锁措施。在拱顶坍腔处，采取在高压风管上接出分支管，设置喷嘴射风排除积聚瓦斯。

3）当采用巷道式通风时，应在横洞处设置防爆射流风机导流，在横通道对应位置设置导风过渡段。

4）在隧道洞口衬砌砼上设置风速传感器，通过通信光缆与洞口瓦斯监测中心室的KJ90监测系统连接。

4成立专门通风管理小组,负责通风管理。

1）专门通风管理小组由组长、洞内通风管道维护班、风机操作司机和维护人员组成。

2）其中组长宜由作业队副队长担任，通风管道维护班除根据开挖掘进进度及钻爆作业进程安装拆除通风管道外，还应随时巡视通风管道的破损情况，用风速仪、风压计测风速、风压，确保通风管道顺直和完好率，及漏风率不大于2%，洞内回风速度不小于0.5m/s，并作好记录。

3）风机操作司机和维护人员，应随时检视风机运行状况，搞好风机的日常保养维护，确保工作风机24小时不间断动转，备用风机能在工作风机发生故障后随时启用，并按要求填好风机运转记录。

4）小组组长应定期（一般为1周）组织技术员、安全员进行测风工作及风电闭锁测试，分析总结1周通风过程中出现的问题，并制定整改措施；根据开挖进度，确定是否调整通风方式及动态增加通风设备。

6.2.7瓦斯检测与监测

高瓦斯隧道瓦斯浓度测量，采用“人工检测和远程自动监测”相结合的方式，人工检测与远程监测互相校核，以人工移动方式检测弥补远程监控系统自动监测部位固定的局限。

1成立专门的瓦斯检测组

一座隧道多口掘进时，每个口必须成立一个专门的瓦斯检测组，检测组下设专职洞内移动式瓦斯检测班和专职洞口远程监控系统管理班。专职洞内移动式瓦斯检测班每口配置3人，专职洞口远程监控系统管理班配置2人，洞内检测和洞口远程监控均24小时不间断进行。

2）洞口瓦斯监测室，配置KJ90瓦斯自动监控系统，通过安装在洞内的瓦斯传感器，CO浓度传感器和风速传感器监测瓦斯浓度。KJ90瓦斯自动检测系统由高低浓度瓦斯传感器、温度传感器、风速传感器、洞内分站、远程断电仪、瓦斯风电闭锁装置、主控计算机、备用计算机、专用阻燃电缆、防雷设施组成。

1）瓦斯人工检测实行三班倒24小时连续检测，连续检测开挖掌子面、模板台车、横通道、各类洞室、断面变化等瓦斯易积聚部位；掌子面一般检测5点，即拱顶、左右侧拱腰，左右侧拱脚。一般情况下，检测1次/小时，当瓦斯浓度超过0.3%后,应检测1次/15min。

2）瓦斯自动远程监测实行24小时连续监测，传感器布置在距掌子面5.0m的拱顶，开挖平台的上部，二衬台车的上部。

3）严格执行“爆破工、工班长、瓦斯检查员”在场的“一炮三检制”和“三人联锁爆破制”，并及时将检测报表报经理部安质部及总工程师审阅。

4瓦斯检测仪器的校验及频率

1）瓦斯传感器、CO浓度传感器、风速传感器，每10天自检1次，每6个月检定1次。

2）光干涉式瓦检仪、便携式瓦检仪，每1周自检1次，每6个月检定1次。

3）KJ90瓦斯自动监控系统，每10天自检1次，每6个月检定1次。

5定期公示和反馈瓦斯检测浓度

1）瓦检员每次检测后，必须将检测结果及时告知工作面带班工班长，形成的检测报告，必须有工作面工班长或带班人员签认，若无签认的记录，一律视为无效记录，并追究瓦检员责任。瓦斯检查必须满足“三对口”的制度，即“隧道检查地点的记录板、瓦斯检查员随身携带的检查手册和瓦斯台帐（或调度日志）”三者上面填记的有关情况和数据要完全一致，而不能出现矛盾、不符或遗漏。

2）在每座瓦斯隧道的洞口设置一个瓦斯人工动态检测公示牌，每小时公布洞内各检测部位的瓦斯浓度情况。当瓦斯浓度超标时，现场应立即按照规定启动应急预案。

6.2.8抽排释放瓦斯

当掌子面瓦斯涌出量＞3m3/min,对于全隧绝对瓦斯涌出量大于或等于40m3/min,应抽放瓦斯。

1）在卸压钻孔抽放时，隧道开挖方式宜采用短台阶，每隔10～15m，在左侧或右侧将开挖断面加宽，加宽段横向宽3～5.0m，纵向长5.0m。

2）在每个加宽段内采用钻机钻孔1～2个，孔径45～60mm，孔深5～15.0m。

3）预埋瓦斯抽放封孔器，钻孔钻至设计深度后，在抽放管外卷缠聚氨酯等发泡聚合材料药液进入钻孔将钻孔密封，钻孔孔口采用锚固剂固定。

4、连接抽放管路抽放瓦斯。

1在衬砌外拱墙范围设置环向盲沟,两侧边墙各设一条纵向盲沟。环向盲沟接至纵向盲沟，纵向盲沟加设水气分离装置，将瓦斯通过排气管引至洞口排出，地下水通过横向水管引入侧沟。

2喷射砼与二衬砼间设置全环瓦斯隔离板，其接缝均与隧道“纵向、横向施工缝和沉降缝”错开；并在二衬砼外紧贴防水板埋设背贴式止水带，在二衬砼中间埋设中埋式止水带，纵向施工缝设中埋式止水带。

3采用模板台车施工二衬砼，砼采用耐腐蚀砼。

高瓦斯隧道涉及到的工序主要有电器及机械设备防爆改装，超前预报、通风、瓦斯检测、抽放瓦斯、开挖、初期支护、砼施工等，劳动力配置如下表：

表1主要工序作业劳动组织表

其他工序作业劳动力配置按普通隧道施工配置。

用于距悬挂掌子面50m范围内可收缩式风筒

感应式IC智能卡管理系统

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动力380V（主电缆）

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