李胜任
摘要：针对高速公路隧道施工常出现瓦斯最大涌出量过大，严重影响施工安全性的问题，开展高速公路隧道瓦斯防治施工工艺技术研究。通过隧道施工瓦斯检测、瓦斯隧道出口通风方案设计、车辆防爆改装、瓦斯段钻孔爆破作业施工，提出一种新的瓦斯防治施工工艺技术，分别从瓦斯最大涌出量控制和防御危险情况发生两方面展开研究。通过实例证明，新的工艺技术应用可以实现对瓦斯最大涌出量的有效控制，保障高速公路隧道施工的安全性。
关键词：隧道；
防治；
瓦斯；
公路；
施工工艺
0 引言
随着国家交通基础设施建设的不断推进，高速公路隧道工程日益增多。然而在隧道施工过程中，瓦斯灾害问题也随之凸显。瓦斯是一种易燃易爆的气体，如不加以妥善防治，极易引发安全事故[1]。因此开展高速公路隧道瓦斯防治施工工艺技术研究，具有重要的现实意义和理论价值。
近年来，国内外学者针对高速公路隧道瓦斯防治施工工艺技术开展了大量研究。在瓦斯监测方面，研究者们提出了多种监测方法，如气体成分分析法、红外线法、光纤传感法等[2]。在瓦斯治理方面，则主要集中在瓦斯抽放、局部通风、防火灭火等方面。当前的研究仍存在一些问题：一是理论研究与实际应用脱节，研究成果难以转化为实际工程应用；
二是缺乏对不同地质条件下瓦斯防治施工工艺技术的系统研究；
三是对于新型材料和工艺在瓦斯防治领域的应用研究尚不充分。本文旨在探讨高速公路隧道瓦斯防治施工工艺技术，以实现对瓦斯最大涌出量的有效控制，提高施工安全性。
1 隧道施工瓦斯检测
1.1 瓦斯濃度爆炸界限
隧道施工中瓦斯段内的混合气体中还含有CO、CO2、H2S、NO等有害气体。当这些有害气体浓度达到一定值时，工作人员进入该地区就可能发生窒息等瓦斯事故。表1为瓦斯浓度爆炸界限表。
1.2 隧道施工瓦斯检测体系
可通过对隧道各施工地点的连续监测和重点检测，有效防止施工过程中有毒有害气体超限，确保隧道施工安全。根据监测数据的大小，采取针对性的有效措施。图1为隧道施工瓦斯检测体系。
1.3 瓦斯检测方法
目前在隧道施工过程中，瓦斯检测方法有两种，一种是采用监控系统进行自动监测；
另一种就是利用检测设备，定期的进行人工检测。前者可以实现连续性的自动化监测，但是只能对探头位置的瓦斯浓度进行检测。而人工检测能实现对任何地点的检测，但是却不能实现连续性检测。在瓦斯隧道施工过程中，必须采取人工检测与自动监测相结合的方式进行瓦斯检测，以确保检测的可靠性。
2 瓦斯隧道出口通风方案设计
2.1 控制瓦斯最大涌出量方法
控制瓦斯最大涌出量可从应下列几个方面着手：一是采取机械不间断的通风方式；
第二，对于高瓦斯区，在2km以下的区域，可以使用压入法。第三，在瓦斯洞施工之前，要对各个施工区段的风量进行调节；
在掘进结束后，要进行通风系统的调试，并对各个施工区域的瓦斯浓度进行监测，以避免瓦斯超限[3]。第四，在局部瓦斯积聚的地方，最小风速应该取1m/秒，且整个巷道的风速不能低于0.25m/秒。第五按照稀释瓦斯所需，确定风量。风量计算如下：
（1）
式中：Q瓦斯表示稀释瓦斯所需风量；
K表示实现相关系数，取值为2；
A表示绝对瓦斯涌出量；
C1表示送风瓦斯浓度；
C0表示隧道内允许瓦斯浓度。
2.2 不同通风方式特点分析
隧道通风的方式有自然通风和机械通风两类。自然通风是利用洞室内的温差或风压差来实现通风的一种形式，一般仅限于短直隧道。该种通风方式受洞外的气候条件的影响极大，因此该种通风方式在隧道上不适用。机械式通风是通过设置一系列的通风机械，将新鲜空气送入隧道中来达到置换污浊空气的目的。
根据主要通风机工作方式的不同，机械式通风方式可以分为压入式、抽出式和压抽混合式。根据风道类型和通风机安装位置的不同，可以分为风管式、巷道式和风墙式3种。
2.3 通风措施
在隧道掌子面开挖台架顶部前方两侧安装2台5.5kW移动式防爆型通风机，向掌子面供风，防止局部瓦斯聚集。在二衬台车顶部前方操作平台中间安装1台5.5kW移动式防爆型通风机，将模板台车顶部、死角位置的瓦斯引出。在防水板铺设台架顶部前方中间位置配备1台5.5kW移动式防爆型通风机，防止局部瓦斯聚集。
隧道采用抗静电阻燃型直径1.8m风筒，风筒采用双反边接头，建议设置2个独立风筒，互为备用，确保连续通风。
目前隧道采用的风机型号为SDF-No11.5，风量为1170～2285m3/min，风压为1450～9250Pa。在隧道掘进后期，该风机风量不能满足隧道通风需求，因此采用2×132kW轴流风机与Φ1800mm风管供风，以满足隧道进口风量及风压要求。并在隧道各进口附近30m外，装设SDDF-Ⅲ13型对转三速轴流风机2台，1个运行一个备用。
3 隧道施工设备防御措施
在施工现场，经常会使用很多诸如输送泵、挖掘机、装载机、运输机车等大型施工设备。在有瓦斯的情况下，需要采取相应的措施，以避免此类设备在瓦斯超限情况下发生火花，进而引发瓦斯爆炸[4]。隧道大型施工设备防御措施分为两种：主动防御和被动防御。
主动防护是在车上加装气体监测装置，以对车辆周边大气中的气体含量进行实时检测。在检测到气体含量超过警戒值0.3%时，检测装置会发出声音来提醒驾驶员立刻停机。若驾驶员未对警报进行及时处理，当气体浓度达到停电限制值0.5%时，控制器会控制电子熄火设备自动熄火，并切断设备电源。
被动防护的方法重点是对机械设备的进气系统、排气系统、冷却系统、电气系统作适当改造。其主要作用及特征如下：①安装后，机车功率等性能不会发生变化；
②安装迅速、维修方便、防振、防水性好、工作平稳、可靠；
③设备先启后停，有一定的安全处置时间间隔；
④燃气超限报警、断气阈值可根据使用情况进行动态设置；
⑤气体参数超出报警极限时，具有声光报警功能；
⑥在燃气参数超出停电限制时，能自动发出切断控制信号[5]。
某监控装置安装如图2所示。该保护装置的工作电压为DC18～36V，工作电流为≤1000mA，工作温度为-20～+80℃，甲烷监测范围为0～4%。该装置以车载甲烷断流器为主机，配合瓦斯传感器，实现了对其工作环境中瓦斯浓度的实时监控。
4 瓦斯段钻孔爆破作业要点
在瓦斯段施工时，要求在开挖面20m范围内的气体含量不能超过0.5%。在施工过程中，先开水，再通风，再通电，最后开孔。工作完成后，先关水，再关风口，最后断电。
炮眼的深度不能少于0.6m，如欠掘，炮眼深度低于0.6m，则要做好防护措施，并用炮泥封堵。严禁在露天进行爆破作业，且在作业过程中，要将作业机具的电源断开。
放炮母线、连接线、雷管脚线等各连接点必须拧紧，不能虚接，明线部位要用绝缘材料覆盖并悬挂起来。禁止在放炮母线上采用裸线，且不允许有明接点。爆炸母线与电缆、电线及信号线应分别悬挂于巷道两端，如需并列，则母线应吊于电缆之下，且悬吊间隔应大于0.3m。顺发电雷管和毫秒电雷管不能共用一個网路。
在爆破前，将爆破母线拉到指定的位置，然后用电爆网路安全阻抗装置对爆破网路的安全电阻进行检测。严格遵循“一炮三检”制度，爆破前、爆破后均要对爆破点周围的气体进行检测，若瓦斯浓度大于0.5%，则不得进行爆破。
实行“三人联动放炮制”，在爆破结束后15min内，爆破工、瓦工、工长要先到爆破现场进行检查，检查通风、瓦斯、煤尘、支护、瞎炮、残炮等，发现有危险时要及时处置。当瓦斯含量低于1%、CO2含量低于1.5%时，才能解除警报开展掘进作业。
5 实例应用分析
本文依托宜宾至毕节高速公路威信至镇雄段TJ-2标段施工项目，利用上述施工工艺技术对其进行施工。
5.1 工程概况
宜宾至毕节高速公路威信至镇雄段TJ-2标段扎西胜利隧道，位于云南省镇雄县龙里村境内。隧道采用分离式设计，左线起讫桩号ZK35+325～ZK38+925，总长3600m；
右线起讫桩号K35+315～K38+930，总长3615m。
设计为分离式双向四车道，设计时速80km/h，洞内设计为具有防排水功能的复合钢筋混凝土衬砌。隧道左线最大埋深约389m，右线最大埋深约407m，属于特长隧道。
根据本次超前钻孔中采取的瓦斯样分析，矿区瓦斯成份以N2为主，CH4其次。其中可燃气体成分含量为0.94%～34.09%。表2为扎西胜利隧道超前钻孔瓦斯成分测试分析一览表。
隧道场地主要包括隧道民工营区、湿喷站及钢筋加工场、空压机房、变压器场地。临建布局要求合理紧凑，满足施工并符合相关规定要求。
5.2 应用效果分析
利用本文上述提出的施工工艺技术对其进行施工，并结合下述公式计算得出5个不同分段绝对瓦斯涌出量：
Q绝=QC/100 （2）
式中：Q绝表示绝对瓦斯涌出量；
Q表示隧道回风量；
C表示隧道风流中瓦斯浓度。
根据该项目安全要求，各个分段单日瓦斯最大涌出量不得超过0.1814m3/min。将计算结果绘制成表3所示。
从表3中可以看出，各个分段单日瓦斯最大涌出量均能控制在0.025m3/min以内，充分满足上述规定要求的不超过0.1814m3/min的标准。通过得到的结果可以看出，应用本文提出的施工工艺技术可以实现对瓦斯涌出量的有效控制，促进施工安全性提高。
6 结束语
为了提高施工安全性，本文对高速公路隧道瓦斯防治施工工艺技术展开研究。同时，结合具体工程案例和实地调查数据，分析不同地质条件下瓦斯防治施工工艺技术的应用效果。研究结果表明，合理的瓦斯监测和防御措施，能够有效降低高速公路隧道瓦斯事故发生的风险。未来研究方向应集中在以下几个方面：一是加强理论研究与实际应用的衔接；
二是开展不同地质条件下瓦斯防治施工工艺技术的系统研究；
三是探索新型材料和工艺在瓦斯防治领域的应用前景。
参考文献
[1] 李鹏.隧道施工高瓦斯运移扩散规律及防治措施研究[J].铁道建筑技术，2023（9）：184-188.
[2] 王少龙，黄飞.贵州地区长段落浅埋公路瓦斯隧道施工管控要点及防治措施[J].交通世界，2023（15）：114-116.
[3] 张军.低瓦斯隧道施工中的瓦斯防治技术研究[J].交通世界，2022（16）：70-72+96.
[4] 曾泳太.长大低瓦斯隧道施工技术及防治要点探析[J]. 交通科技与管理，2023，4（9）：120-122.
[5] 傅璇.高风险长大页岩气隧道瓦斯涌出量预测及防治措施[J].铁道建筑技术，2022（9）：189-192+197.
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