葛超戈
中铁二局第六工程有限公司 四川成都 610000
摘要：文章结合具体的工程，分析低瓦斯隧道施工中主要面临的安全风险，并在此基础上提出具体的施工安全风险控制技术及措施，以期保障低瓦斯隧道施工安全顺利的进行。
关键词：低瓦斯隧道；施工安全风险；风险控制；技术及措施
近年来在隧道工程施工中，瓦斯燃烧、瓦斯窒息、瓦斯爆炸等安全事故屡屡发生，不仅严重阻碍隧道工程的建设发展，也对工作人员的人身财产安全造成巨大的威胁。瓦斯本身属于一种无色、无味、无毒的有害气体，但当空气中的瓦斯浓度达到一定比例后，在遇到火源时就很容易引发燃烧或爆炸。同时在隧道中，瓦斯能够通过裂隙、松散岩层逐渐渗透至隧道内部，在隧道内部积聚，隧道内瓦斯浓度逐渐上升，且瓦斯中含有较多的乙烷、丙烷、一氧化碳等气体，这些气体一旦被人体吸入，就会引起头疼、昏迷等症状，甚至出现窒息等现象。因此，加强低瓦斯隧道施工安全风险控制技术的研究，尤其必要且重要。
1、工程概况
某铁路隧道工程全线长3022m，全隧Ⅴ级围岩，为单线隧道，隧道最大埋深约205m。隧道进口里程DK366+138，出口里程DK369+160，线路纵坡为0.76%/3022m一字坡（上坡）。分析隧道地质、设计资料以及现场施工情况可得知，本隧道工程主要面临的风险有：①隧道施工区域存有明显的黄土湿陷性特征，使得隧道开挖的风险性较高，且黄土遇水后强度会降低，容易引起冒顶、坍塌、崩塌等灾害，如何避免这些灾害是本隧道工程施工的重难点；②由于隧道穿越层为中更新统风积黄土，湿陷性特征明显，因此也增加了工程支护工作的难度，支护设备容易出现变形，从而威胁施工人员的生命安全；③该隧道工程区域穿越瓦斯存储地层，保障瓦斯施工安全，是本工程施工的重难点所在，在施工过程中，需要严格按照工程设计施工。
2、低瓦斯隧道施工安全风险控制技术
2.1 隧道支护及变形控制技术
结合本隧道工程实际情况，在隧道施工时，其支护施工关键在于隧道坍塌与变形控制。首先，在隧道开挖时，采用超前小导管技术控制渗水。在具体的应用中，为减少施工用水造成工作面积水，采用煤炭钻干钻钻孔，同时根据隧道渗水的情况确定超前小导管的密度、深度及注浆浆液比例。最终确定使用的超前小导管长度及施工参数为:长度4.5m；外径50mm；壁厚4mm；管壁四周钻8mm压浆孔；环向间距40cm，排间距1.5m。另外，在掌子面及尚未施工仰拱段四周设置环形排水沟，将汇集的渗漏水流入集水坑中，且为了避免汇集的渗漏水下渗，所设的排水沟及集水坑采用5cm厚的M10砂浆铺设处理。其次，在隧道掘进过程中，针对黄土遇水强度降低而导致掌子面区域坍塌等问题出现，隧道采用CD法、环形开挖留核心土法等措施，以此避免隧道掌子面出现坍塌。最后，为有效避免隧道垮塌，还需要准确及时掌握隧道掌子面地质情况及开挖后的稳定情况，可在隧道开挖后，采用喷射混凝土、锚杆、钢拱架等初期支护措施，同时采用超前地质钻探、高频率隧道监控测量措施，由专人负责超前地质量测及预报工作，并每天记录观测数据，一旦变形量超出险情及时发出警报，通知隧道施工人员停止作业，待施工人员全部撤出后，进一步加固处理，待监测围岩变形量稳定之后再继续开展作业。
2.2 瓦斯灾害防治技术
瓦斯防治是本隧道工程施工的重难点所在，针对瓦斯灾害的特点，需要采取有效的瓦斯灾害防治技术加以控制，以保证隧道施工的安全。主要的施工工序可见下图1，主要采取的防治措施有施工通风、火源控制、设备优选、施工方案优化等。
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图1 施工工序
（1）施工通风。在瓦斯隧道施工中，要确保施工掌子面的需风量满足隧道内最小风速、隧道内人员需氧量、瓦斯排放或稀释所需空气等用风量要求。为保持隧道施工时的通风，需要隧道口处放置风机，采用的是11kW轴流式风机，产风量是8136m3/min。风机位置距洞口外不小于30m，风管出风口距掌子面不大于5m。同时还需要在瓦斯隧道各洞口处配置同等通风能力的备用风机。为保证通风设施稳定运行，还需要加强通风设施的定期维护检修，在布设风管时，必须要顺直、稳定及严密，尽最大可能减少风损，且每天检查，看有无漏风严重的情况，控制风管的百米漏风率在2％以内。风机房附近20m范围内不得存有火源。
（2）火源控制。严格执行瓦斯隧道动火作业申请制度，隧洞内动火作业主要有电焊、气焊、切割、防水板焊接等，严格执行动火作业申请批示制度。制定专门的隧道动火安全措施，包括：洞内不得有火源进入，包括打火机、非防爆型手电筒、火柴、手机及其他电子产品等；在瓦斯段洞口，要配备完善的安全检查设备，在工作人员进入洞前，检查确认无火源后才可进入；在瓦斯施工段，禁止存放各种油类，应及时处理，所使用过的纸张、棉纱布等，应放在专用的密封桶中。
（3）设备优选。非瓦斯施工区域和低瓦斯施工区域均可采用非防爆型的电气设备和施工机械，具体需要根据现场瓦斯检测的浓度情况，若现场检测瓦斯浓度较高，应在瓦斯施工区域采用防爆型的施工机械设备，敷设固定的照明，同时还需要采用矿用塑料电缆或铠装电缆等措施。
（4）施工方案优化。首先，结合机械和人工方式进行隧道开挖，并严格控制隧道开挖的进尺，采用台阶法进行开挖，每次开挖的进尺在0.75m内，确保每次开挖的面积较小，不会溢出大量的瓦斯，这样可确保开挖轮廓迅速得到支护。其次，在瓦斯隧道施工中，要注意洞内水平收敛、地表沉降变形、拱顶下沉等项目的测量监控，及时根据测量监控的情况对施工方案进行调整。与此同时，对于油井段施工，将CD法作为施工预案，然后根据现场测量监控的结果来决定是否启用施工员，避免隧道出现塌方或变形，从而严重影响天然气井的安全。最后，强化施工通风，应采用压入式通风方法，在每次开挖循环出渣通风后，需要对洞内瓦斯浓度进行检测，若瓦斯浓度未超标可继续作业。若探测到瓦斯浓度超标，则需要及时处理，将洞内瓦斯浓度稀释至0.5％以下。
2.3 坍腔瓦斯灾害防治技术
由于本隧道工程穿越更新统风积黄土，湿陷性特征明显，容易导致隧道内形成坍腔。若在坍腔中聚集大量的瓦斯，就会引起瓦斯爆炸等安全事故，加之瓦斯存在会影响坍腔的处理，不及时处理还会引起二次坍塌。对此，必须要采取有效的措施降低坍腔中的瓦斯浓度，从而保证施工安全。而结合本隧道工程施工特点，主要采取了如下措施：
（1）地质超前预报。事先对掌子面前方地质情况进行预测，掌握湿陷性黄土分布的情况，以便采取有效的措施防止坍塌事故发生。
（2）加强施工通风管理。为避免出现通风视角和循环风，需要在坍腔处及时安装局扇，保证隧道通风的效果，并降低瓦斯浓度。另外，建立可靠的供电系统是施工通风的必要条件，因此在施工中需要配置备用电源或应急供电措施，保证不间断通风。
（3）加强瓦斯检测。当隧道出现坍腔时，需要检测坍腔中的瓦斯浓度，可采用人工检测、自动检测或者人工检测与自动检测的方式进行，以此保证坍腔处理的安全。
2.4 瓦斯监测与执行
瓦斯监测的目的十分明显，避免在施工中有害气体浓度超出标准，且在隧道施工中及时的监测到有害气体的浓度大小，做好技术措施。在瓦斯监测中需要遵循《铁路瓦斯隧道技术规范》等相关文件，将其作为依据，对有害气体进行监测。且隧道岩层中瓦斯所涌出的浓度大小代表是否危险，需要将瓦斯浓度控制在安全限值之内。在施工中瓦斯监测需采取人工监测方式，可采用光干涉式甲烷测定器测定空气中的甲烷、二氧化碳等气体浓度，或者在此基础上利用四合一气体检测仪进行辅助检测，通过利用该仪器，可以实现报警提醒，其中关于四合一气体检测仪监测范围与分辨率见表1.
表1四合一气体检测仪监测范围与分辨率
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结语：
综上所述，针对低瓦斯隧道施工安全，需要具体结合工程实际情况采取有效的处理措施。具体可从隧道坍塌及变形控制、瓦斯灾害防治这些方面着手，加强施工安全风险控制，确保低瓦斯隧道施工顺利进行，进而保证施工的安全性。
参考文献：
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