摘要：伴随着隧道及地下工程的修建，大量的地质灾害接踵而来。瓦斯事故是隧道及地下工程中的一个重要的地质灾害，给建设者带来了巨大的威胁。研究瓦斯隧道施工技术对于预防瓦斯突发性事故，减少灾害性损失有极其重大的意义。掌握瓦斯隧道施工要点对预防瓦斯灾害有很大的帮助。
关键词：隧道；瓦斯；灾害
瓦斯隧道以属于高风险隧道，施工难度大、技术要求高、安全隐患多。要保障瓦斯隧道的施工安全，必须做到：讲科学、循规章、抓通风、重监控、强基础。从技术角度来说，在组织瓦斯隧道施工中，我们需要掌握瓦斯的属性、爆炸与煤层突出的条件、瓦斯隧道的通风、瓦斯隧道的设备配套、瓦斯隧道预报与监控、瓦斯隧道的爆破、瓦斯隧道施工工艺、气密性混凝土等等。
一、瓦斯隧道的基本属性
（一）瓦斯的组成
瓦斯气体是隧道内有害气体的总称，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。瓦斯气体无色、无味、无毒，较空气轻，易聚集在隧道的顶部；渗透性高，扩散速度快；在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。瓦斯浓度达到5%以上，如遇明火，即可燃烧，发生“瓦斯”爆炸，直接威胁着隧道施工人员的生命安全。
（二）瓦斯的存在方式
瓦斯常伴生于有机黏土、油页岩、煤层、含碳及沥青质页岩、泥灰岩等岩类中，分布于石油、天然气、煤炭、褐煤分布区及富含有生机物的泥炭层、腐殖土等地区。通常将煤层中的瓦斯称为煤系地层瓦斯，通常将储存于一般岩石中（不含煤层）的瓦斯称为非煤系地层瓦斯。在隧道施工过程中，两种类型地层的瓦斯都经常会遇到。瓦斯在煤层中主要有游离、吸附和吸收三种赋存状态。地质构造对瓦斯赋存具有控制作用，褶皱、断层等不同的构造是控制瓦斯赋存及分布的重要因素。
（三）瓦斯爆炸
瓦斯爆炸是指火焰从火源占据的空间不断地传播到瓦斯混合气体所在的整个空间过程。达到一定的浓度范围，我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限，瓦斯爆炸界限为5%～16%。当瓦斯浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为9.5%时，其爆炸威力最大（氧和瓦斯完全反应）；瓦斯浓度在16%以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，它还受温度、压力以及煤尘、其它可燃性气体、惰性气体的混入等因素的影响。瓦斯爆炸产生的高温高压，促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击，造成人员伤亡，破坏结构物和器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力。另外，爆炸后生成大量的有害气体，造成人员中毒死亡。
（四）瓦斯突出
瓦斯突出是威胁隧道施工的严重自然灾害。瓦斯突出主要是在施工过程中破坏了原来岩石中的平衡，让存在于岩层中的瓦斯集中释放出来，根据突出的瓦斯量与瓦斯压力确定瓦斯突出的危害。突出的岩碴量在100吨以下的为一般突出，100～500吨的为严重突出，500～1000吨的为大突出，1000吨以上的为特大突出。
绝大多数的瓦斯突出在突出发生前都有预兆，没有预兆的突出是极少数的。突出的预兆可分为有声预兆和无声预兆。
有声预兆为响煤炮。由于各开挖工作面的地质条件、开挖方法、瓦斯特征的不同，所以预兆声音的大小、间隔时间、在岩体深处发出的响声种类也不同。有的像炒豆似的噼噼啪啪声，有的像鞭炮声，有的像机关枪连射声，有的似跑车一样的闷雷、嘈杂、沙沙声、嗡嗡声以及气体穿过含水裂缝时的吱吱声等。其他声音预兆，发生突出前，因压力突然增大，支架会出现嘎嘎响、劈裂折断声，岩层壁会开裂，打钻时会顶钻、喷瓦斯等；当声响由远而近、由小而大、由断续变连续即是突出危险信号。
无声预兆岩层结构构造方面表现为：岩层层理紊乱，岩石变软、变暗淡、无光泽，岩层受挤压褶曲变粉碎，厚度变大、倾角变陡。地压显现方面表现为：压力增大，使支架变形，岩壁外鼓、片帮、掉渣，顶底板出现凸起台阶、断层、波状鼓起，手扶岩壁感到震动和冲击，炮眼变形装不进药，打眼时垮孔、顶夹钻等。其他方面的预兆有：瓦斯涌出异常、忽大忽小，空气气味异常、闷人，有时变热。
二、瓦斯隧道的施工要点
（一）瓦斯隧道通风
由于隧道内瓦斯富含大量有毒有害气体，对施工人员会造成人身伤害，所以瓦斯隧道施工过程中要保持通风，让新鲜风将有毒有害气体稀释并排出洞外。
瓦斯隧道施工中通风是一个重要的关键技术，它不仅决定防瓦斯施工安全，而且影响设备配套，是决定是否采用防爆设备的重要技术判据。瓦斯通风分为压入式通风、吸出式通风、混合式通风、巷道式通风。
通风应有专门组织，负责通风管理、维修、效果检测。确保主风机和局扇正常运行，备用风机必须能在10min内启动供风；加强对风道、风管和风门的管理，确保通风畅通，防止漏风和短路通风；建立测风制度，做好通风工作。
通风设备有主风机、局扇及备用风机。在新安装的主风机和局扇，在投产前，必须进行通风性能检测及试运转。压入式通风机必须装设在洞外或洞内新鲜风流中，避免污风循环。设计计算选配通风机械设备要考虑设备故障因素，配备足够的备用设备，防止设备故障造成洞内瓦斯积聚与超限。
瓦斯隧道的通风设备，均应实行专用变压器、专用开关、专用线路供电，实行风电闭锁、瓦斯电闭锁装置。
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（二）瓦斯超前预报
瓦斯隧道超前地质预报方法中，可选方法主要有两种：地质法和物探法。
地质法是最基本的地质预报方法，主要包括地表及洞内地质调查、隧道开挖掌子面地质素描和钻孔。该方法是最简单、最直接的方法。在掌子面打超前孔时，该方法是瓦斯地质预报非常重要的、必不可少的预报方法。
超前钻探法是运用钻孔台车从隧道掌子面向前打孔时，根据钻进速度的变化、岩粉和泥浆颜色来预测打孔深度范围内的地质情况，该方法能直接地揭示隧道掌子面前方的地质特性，所以准确率很高。
超前平导法也称超前导坑法，它是在隧道中线附近利用平行导坑先期贯通一个综合性地质探洞，以便对主洞作出直观、精确的地质预报。
地质预报的物探方法还有很多，如地震法、TSP系统、HSP声波反射法、电磁波反射法、电法等。不同的物探方法，各有其坦克团的条件和优缺点。由于不同的隧道具有不同的地质条件，因此在选用时应该根据具体情况确定，不能一概而论。
瓦斯隧道建议采取“以地质法为基础、以物探为主要手段，结合超前钻孔和瓦斯浓度监测相结合方法”实施瓦斯隧道地质预报。
（三）瓦斯隧道施工机具
对钻爆法施工的隧道而言，施工机具不仅影响隧道的施工进度、施工方法、施工质量，
而且直接影响隧道工程造价和经济效益。
瓦斯隧道施工设备要采用防爆设备。主要防爆设备有钻孔设备，装渣设备，运渣车，衬砌设备，电气设备，通风设备，防爆空压机，隔爆型混凝土输送泵等。
瓦斯隧道的供电系统，应做到“三专”、“两闭锁”，即专用变压器、专用开关、专用供电线路与瓦电、风电供电的闭锁，以保证瓦斯隧道的施工安全。
瓦斯浓度监测应选择专用的瓦斯检测仪。采用现场瓦检员检测与瓦斯监控系统检测的双检测模式，确保瓦斯浓度检测的实时性与真实性。
瓦斯隧道使用的各种设备，在使用期间除日常检查外，还应按规定的周期性检查。固定敷设的照明、通信、信号和控制用的电缆应采用铠装电缆或矿用塑料电缆。电缆不应与风、水管敷设在同侧。
（四）安全综合管理
瓦斯隧道一旦发生事故，损失必然巨大，不但延误工期，而且机具设备和人员生命的安全都将会付出重大代价。而防止灾害的发生，一是需要切实可行的技术措施；二是应有科学而严谨的管理制度。瓦斯隧道施工管理要坚决贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，施工中的各项管理工作要在此方针的基础上做到科学、简便、严谨、系统。为保证瓦斯隧道施工作业的安全，要突出以下几点：
1、组织队伍的建立与队伍的设置要服从安全的需要。
2、当安全与作业安排发生矛盾时要做到安全第一。
3、当安全与施工进度发生矛盾时要做到安全第一。
4、当施工受到自然灾害威胁时要做到安全第一。
5、洞内生产设备要根据安全需要进行配置。
6、各项管理制度、各种责任制要突出安全。
7、施工的投入首先要考虑安全的投入。
依据瓦斯控制标准并结合现场实际条件，制订相应的瓦斯控制指标及超标后应采取的措施。洞内一律采用矿用安全型、防爆型、安全照明型电气设备；严禁施工人员携带香烟、打火机、非防爆通信设备进入施工区域；洞口布设宣传栏，设警示标志；加强洞内通风，尽可能地降低瓦斯浓度；瓦斯检测人员应严格按“一炮三检制”操作，每一小时检测一次，24h不间断；对不同部位、不同状态出现的瓦斯浓度异常需要采取针对性措施。
做好安全检查，加大检查力度，增加检查次数，及时发现和消除隐患。采取定期全面检查、经常性检查、特殊检查、专业人员检查制度。对瓦斯隧道内通风、瓦斯检测、电气设备防爆检查等进行检查，发现问题立即整改，对施工人员进行周、月安全教育，消除隐患。
结束语：
综上所述，瓦斯隧道施工关键在于对危险源的控制，通风管理、超前预报、机械及电气设备、安全管理是施工管理的关键。施工过程中应不间断通风，保证洞内各部位瓦斯浓度低于安全要求。应做好施工技术交底工作、提高管理人员的责任意识，建立严格的施工管理制度。才能让瓦斯隧道生产将风险降到最低。
参考文献：
[1]《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009
[2]《公路瓦斯隧道技术规程》DB51_T 2243-2016
[3]《铁路瓦斯隧道施工技术规范》TB10120-2002
[4]《煤矿安全规程》（2011版）
[5]《爆破安全规程》GB6722-2011
[6]《瓦斯隧道施工技术与管理》雷升祥 2011年
论文作者:孙肸
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/22
标签：瓦斯论文; 隧道论文; 地质论文; 浓度论文; 预兆论文; 气体论文; 方法论文; 《基层建设》2019年第11期论文;