中铁二局第三工程有限公司
摘要：瓦斯隧道在施工过程中，管理难度大、安全风险高、技术要求高，一旦发生瓦斯爆炸、中毒窒息，极易造成人员伤亡。本文以普安县城至县城东区旅游快速通道工程细寨隧道为例，对高瓦斯隧道所采取的瓦斯监测措施进行介绍，以为其他类似工程提供借鉴。
关键词：高瓦斯；隧道；人工检测；自动监测
0引言
隧道瓦斯浓度监测是防止发生瓦斯事故的主要措施之一。做好瓦斯浓度监测，是保证瓦斯隧道施工安全的一项极其重要的工作，在施工过程中，根据不同的地质情况，不同的瓦斯分布情况及浓度，及时采取合理有效的安全技术措施，落实瓦斯隧道施工管理的有关规定，有利于降低和减少瓦斯灾害发生的可能性。
本文以普安县城至县城东区旅游快速通道工程细寨隧道的施工为例，通过同时采用人工检测和自动监测系统，减少人为或设备误差而引发生产安全事故，确保瓦斯隧道施工安全。
1工程概况
细寨隧道为分离式双线隧道，位于贵州省普安县境内，左洞长934m，最大埋深103m，右洞长975m，最大埋深107m，为Ⅴ级围岩隧道。
根据地质调绘，隧道区不良地质主要有瓦斯。
根据附近煤矿及相关成果，该隧道煤层瓦斯绝对涌出量为1.68m³/min，按照设计文件及《中国中铁股份有限公司瓦斯隧道施工防爆卡控红线》、《贵州省高速公路瓦斯隧道设计技术指南》（试行），该隧道属于高瓦斯隧道。
2工程地质
隧道场地区未见断层，进、出口段为粉砂岩、泥岩岩层呈单斜产出，进口段产状为130∠22°，出口段为140∠20°，局部洞身段产状有变化。
场地岩体节理裂隙发育情况，下伏龙潭组（P2l）泥岩（少量含碳质）、粉砂质泥岩、粉砂岩，偶夹煤层，二叠系上统峨眉山组（P2β）玄武岩，主要发育有3组：70°∠89°、245°∠75°、335°∠25～78°，密闭性由一般至较差，节理间距为20至40mm。
根据测区外围煤矿资料及钻孔揭露、地表调研，煤层主要位于二叠系上统龙潭组（P2l）中部、下部，其中含薄煤3至4层，中心桩号是：左幅ZK6+840、ZK7+270、ZK7+478；右幅为YK6+851、YK7+300、YK7+540；厚1.80～5.80m，为中～低灰、特低硫烟煤。
从隧道区钻孔揭露情况来看,细寨隧道SZK3号孔在15m、33m、49m等井深段揭露到煤线及薄煤层，厚度仅数厘米至1.80m，SZK4号孔在10m、25m、40m等井深段揭露到煤线及薄煤层，在9.1～14.9m有厚5.8m左右的煤层，SZK5号孔在孔深12m、20m等井深段揭露到煤线。
3施工阶段瓦斯监测
本隧道属于高瓦斯隧道，须同时采用自动和人工两套瓦斯监测预警系统。
项目部成立瓦斯隧道施工管理领导小组，下设瓦斯检测和监控组，对小组人员进行责任分工，明确工作内容。检测、监控组按工作分工做好瓦斯检测、监控工作，并定时向领导小组办公室汇报瓦斯检测、监控情况，小组办公室对收集的数据进行汇总、分析，遇特殊情况及时与相关部门和人员进行沟通，以便及时采取应对措施，确保隧道施工生产安全。
3.1瓦斯人工检测
瓦斯人工检测采用光干涉甲烷测定仪，检测人员为经过专业培训合格并取得证件人员。
3.1.1瓦检频率及设备配备
瓦斯人工检测24小时连续进行，每个工作面瓦检员实行隧道内交接班制度，每天三班，每班8小时。低瓦斯工区每班检测次数不少于2次，高瓦斯工区每班检测次数不少于3次，煤与瓦斯突出危险作业地段，全过程检测。瓦斯工区按《中国中铁股份有限公司瓦斯隧道施工防爆卡控红线》进行等级划分，如表1：
每位瓦检员配备光干涉甲烷测定仪（10%GWJ-1A）1台，便携式瓦斯检测报警仪（AZJ-2000）1台；隧道进口端、出口端作业面分别配备光干涉甲烷测定仪（100%GWJ-2）1台，以及一定数量的延长管（胶管）、钠石灰（瓶装）、硅胶（瓶装）等物品。瓦斯检测仪器仪表实行定人定机管理，瓦检员按照仪器仪表操作规程要求进行操作和日常管理、维护；项目部建立设备管理台账，制定检验计划，定期送就近煤炭部门进行校正，并做好送检记录。
表1 施工阶段瓦斯工区等级判定
3.1.2瓦斯人工检测地点
瓦斯隧道施工管理领导小组根据瓦斯分布情况及瓦斯浓度制定瓦斯巡检图和频率，瓦检员按照巡检图规定路线和频率进行瓦斯巡检工作，不得擅自离岗，不得漏检、假检，每次检测完成后及时填写瓦斯检测记录表和瓦斯记录牌。巡检地点包括：
（1）隧道内各工作面(掌子面超前钻孔、掌子面开挖、掌子面初期支护、仰拱开挖、仰拱混凝土施工、防水板挂设、二次衬砌立模、二次衬砌混凝土灌注、隧道防水治理等)。每个断面采用四点法或六点法检测瓦斯，取最大值作为该断面瓦斯浓度。检测点距离周边轮廓20cm。
（2）瓦斯可能产生积聚的地点(二衬台车部位、加宽带、加宽带、联络通道及预留洞室.上部、塌腔内、局部超挖具有明显凹陷的地点等)。
（3）隧道内可能产生火源的地点(电机附近、变压器、电气开关附近、电缆接头的地点)。
（4）瓦斯可能渗出或异常涌出的地点(地质破碎地带、地质变化地带、煤线地带、裂隙发育的砂岩、泥岩及页岩地带及其它瓦斯异常涌出点)。
（5）在隧道进行水平钻孔时，水平钻孔附近。
（6）被批准允许洞内电气焊接作业地点、内燃机具、电气开关、电机附近20m范围内。
（7）爆破地点附近20m范围内风流中。
（8）其它通风死角处。
3.1.3瓦斯人工检测管理要点
（1）进行瓦斯工区钻爆作业、超前地质预测钻孔、焊接以及动火等作业时，瓦斯检测员跟班作业，随时进行瓦斯浓度检测。
（2）爆破作业严格执行“一炮三检制”和“三人联锁放炮制”，在装药前、放炮前、放炮后，由放炮员、瓦检员、安全员同时检查开挖工作面20m范围内的瓦斯浓度，并填写一炮三检记录表。爆破作业30分钟后检测CO2浓度、瓦斯浓度，当CO2浓度低于1.5%、瓦斯浓度低于1%才能作业。
（3）在瓦斯工区进行焊接、明火等动火作业进行特殊工序管控，瓦检员跟班作业，随时检测瓦斯浓度，动火点附近配备消防设施，当焊接或明火作业半径20m范围内瓦斯浓度≥0.3%时，立即停止作业。
3.2瓦斯自动监控系统
安全自动监控系统由瓦斯自动监控系统、信息联网平台、短信报警平台、隧道口LED显示系统组成。
瓦斯自动监控系统：由地面的监控主机、服务器以及隧道内的分站、各类传感器终端设备组成。实现隧道掌子面瓦斯、一氧化碳、风速、温度等环境参数的实时监测、重要通风设备的开停状态监测、实现风电闭锁和瓦电闭锁功能。
信息联网平台：实现瓦斯监控数据的实时上传与远程访问。信息联网平台与中铁二局隧道瓦斯监控信息系统连接，实现数据实时上传、远程访问、超限预警，项目部、公司各管理部门、分管领导可通过隧道瓦斯监控信息系统实时查看瓦斯浓度。
信息报警平台：实现瓦斯自动监控系统信息自动通过短信分级发送。
隧道口LED显示系统：实时显示隧道内安全监控与人员定位系统信息。
3.2.1瓦斯自动监控系统布设
隧道洞口建立瓦斯监控中心，配置培训合格，熟悉电脑操作和瓦斯自动检测设备性能的瓦斯监控员，并建立24小时连续值班制度，随时监控各类监测设备的运行状态，填写监控系统运行记录。中心站计算机电源由交流稳压器加后备式不间断电源供给。
瓦斯传感器的布置：隧道各开挖工作面设低浓度瓦斯传感器4台，距开挖工作面20m回风流处设瓦斯传感器1台，二次衬砌模板台车作业面及已完成衬砌段回风流中各设瓦斯传感器1台。瓦斯传感器悬挂在拱顶下20cm位置处，其迎风流和背风流附近无障碍物阻挡，瓦斯报警浓度为0.3%，瓦斯断电浓度为1%，恢复用电浓度为小于0.3%，断电范围为隧道内全部非本质安全型电气设备。掌子面只准人工复电，人工恢复用电前，必须进行瓦斯检测，确认瓦斯浓度低于0.3%后，方可人工恢复用电。
风速传感器及一氧化碳传感器布置：风速传感器及一氧化碳传感器布置于隧道开挖工作面、二次衬砌模板台车作业面等瓦斯易聚集处。
机电设备开停传感器设置：隧道主风机处设机电设备开停传感器，连续监控设备运行状态。
馈电传感器设置：隧道主风机处设馈电传感器，监控线路通电状态。
远程断电器：每个掘进的隧道中设置一台低压远程断电器，起到超限断电的作用。
3.2.2瓦斯自动监控系统管理要点
（1）瓦斯自动监控系统安装完成后报监理单位验收，验收合格后投入使用。
（2）瓦斯自动监控系统及其相关设备指定专人管理，建立管理台账，运行期间加强巡视、维护，按要求对传感器进行校正和检定，保证各项性能、指标满足要求。
（3）防水板作业面、仰拱作业面、局部通风机和电动机集中放置地点等拱顶部位，悬挂便携式瓦斯报警仪。
4数据分析
瓦斯人工检测记录、自动监测记录由瓦斯隧道施工管理领导小组办公室专人负责管理，分类建档，统一保管，保证各类记录的连续性、完整性。
小组办公室按照数据分析与比对制度，对人工检测和自动监测数据，按照时间、里程、部位进行对比分析，并填写对照表，两种监测方式相互验证，发现异常及时上报并查明原因。
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从2017年8月5日开挖工作面人工检测和自动监测数据对比分析，9点左右为爆破作业时间点，瓦斯浓度明显升高，人工检测为通风后检测数据，浓度低于自动监测数据，为正常情况。通过自动监测系统，可实时掌握掌子面瓦斯浓度情况，进一步保障施工和检测人员安全。
从2017年11月17日开挖工作面人工检测和自动监测数据对比分析，下午3点到5点人工检测数据和自动监测数据存在较大差异，经现场排查，为瓦斯传感器故障。
通过人工检测和自动监测系统的同时应用，两者相互补充，相互校验，缺一不可，自动监测系统弥补了人工检测不能实时掌握瓦斯浓度情况的缺陷，人工检测弥补了自动监测系统不能灵活移动和监测的缺点，为高瓦斯隧道施工，提供了安全保障。
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5隧道瓦斯监控信息系统
除填写瓦斯检测记录外，该隧道瓦斯数据采用自动采集和人工录入两种方式录入中铁二局隧道瓦斯监控信息系统，其中人工检测数据每2小时填报一次。项目经理部、公司本部总工程师、安全总监、安质部长、工程部长等人员可随时登录隧道瓦斯监控信息系统，查看录入数据，同时，若出现预警情况，系统将自动发送短信至相关人员手机。通过隧道瓦斯监控信息系统的应用，便于各层级管理人员及时、动态掌握瓦斯浓度信息，以便及时根据数据变化情况采取相应措施，确保隧道施工安全。
6瓦斯浓度超限处置
（1）当瓦斯浓度为0.3%-0.5%时，瓦检员将检测结果报队长或值班领导，并通知现场领工员，停止焊接、明火等动火作业，现场查明原因，并加强通风、检测；
（2）当瓦斯浓度为0.5%-0.8%时，将检测结果逐级上报至项目安质部长、安全总监、项目总工、项目经理，现场查明原因，并加强通风、检测；
（3）当瓦斯浓度为0.8%-1%时，队长或值班领导通知相关人员做好停工、断电、撤离准备，现场加强通风、检测，查明原因，并逐级上报瓦斯浓度；
（4）当瓦斯浓度≥1%时，队长或值班领导通知相关人员立即停工、断电，并组织人员撤离，断电范围为隧道内全部非本质安全型电气设备，现场加强通风、检测，查明原因，并逐级上报瓦斯浓度。按照排除瓦斯、恢复送电安全措施进行操作：①送风30min后，若瓦斯自动监测浓度超过0.5%时，继续加强通风，稀释瓦斯；②若瓦斯自动监测浓度小于0.5%，由瓦检员进洞监测瓦斯浓度，经检测证实瓦斯浓度小于0.5%，可恢复施工；当瓦斯浓度小于0.3%，可通知专职电工恢复供电。
（5）当瓦斯检测浓度超限或开挖工作面出现瓦斯浓度忽大忽小、工作面温度降低、闷人、有异味等异常情况时，瓦检员立即报警，切断洞内电源，撤出洞内人员。
本隧道施工过程中，出现过两次预警，预警过程中，瓦检员、瓦斯监控员通过人工检测数据和自动监测数据比对，确定瓦斯浓度正在逐渐上升，同时将检测数据进行上报，项目瓦斯隧道施工管理领导小组按照以上方式进行了超限处置，及时组织相关人员撤离，并查明了导致浓度超标的原因并采取应急措施，避免了瓦斯灾害事故发生。
7结语
高瓦斯隧道施工，同时运用人工检测和自动监控系统，可大大提高检测数据的准确性，避免在人为或设备检测过程中，因检测错误或各自检测上的缺陷而引发生产安全事故。瓦检工作是瓦斯隧道施工一项极为重要的工作，容不得半点马虎，所有参与瓦斯隧道施工的人员，都必须高度重视瓦斯检测工作，遵守瓦斯隧道施工管理相关规定，以高度的责任心、危机感，将瓦斯隧道施工各项安全管理措施、管理要求落实到位，降低和减少瓦斯灾害发生的可能性，确保瓦斯隧道施工安全。
参考文献
[1]瓦斯隧道施工中瓦斯自动监测系统的设备选型及应用，罗占夫；
[2]浅谈高速公路低瓦斯隧道的施工管理，鲁鹏涛。