...市泥水盾构泥岩地层施工技术研究-打印预览
廖文涛
【摘 要】山区公路隧道过煤系地层是公路建设的控制性工程。煤层中瓦斯的存在，限制了隧道施工进度，施工难度大，周期较长。因此，解决煤层瓦斯带来的威胁，是隧道施工的重点。本文通过合理的通风设计和施工，排除或降低瓦斯的影响，控制瓦斯事故，确保隧道施工安全可靠。
【关键词】隧道；瓦斯；突出煤层；通风
0 引言
近年来，国家对基础设施不断加大投入和西部大开发战略的实施，高等级公路在西南地区发展迅猛。但该区域多为山区，地形复杂。公路隧道和桥梁的建设是西南山区高速公路建设的关键，建设难度大，耗资大，施工周期長。特别是过煤系地层时，由于煤层瓦斯的存在，在隧道通风、安全等提出了新的要求[1]。
隧道施工过程中，瓦斯爆炸事故时有发生，带来人员和经济的巨大损失[2]。在隧道过突出煤系地层施工过程，瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出是最大的安全隐患，避免瓦斯积聚、瓦斯超限是需要解决的首要问题，而解决这一问题的关键就是合理的通风系统。同时，加强瓦斯监测监控，对隧道进行全面的安全监测监控，确保施工安全。
1 工程概况
该隧道位于云贵高原乌蒙山脉北段，地势西高东低。隧道由北东往南西向穿越山体，隧道附近海拔+1888m～+2305m，相对最大高差约417m，隧道进口端坡度较陡，出口端坡度平缓。隧道分为左、右幅隧道。
根据地勘报告，隧道施工范围内揭穿煤层7层，从上至下，分别为M3、M5、M6、M9、M11、M13、M14煤层，煤层倾角为3-11°。煤层在隧道范围内呈“U”形态且隧道为左、右两幅，因此，隧道施工共需要揭煤次数多。开挖隧道与过煤层情况见图1。根据调查附近矿井，瓦斯含量：8.09-10.07m3/t，瓦斯压力：0.40-0.41MPa。煤层属于突出煤层。
2 通风系统
2.1 隧道各种有毒有害气体容许浓度
该隧道存在多层突出煤层煤层，隧道断面开挖要进行爆破作业，必然存在一定量的有毒有害气体。根据隧道的实际情况，隧道内各有毒有害气体的容许浓度定为：
由于隧道内煤层的存在，煤层瓦斯涌出量较大，有较大的瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出危险。降低瓦斯浓度并控制在瓦斯浓度在0.5%以下是确保施工快速、安全的重要条件，而加强通风是稀释瓦斯浓度的最有效、最快捷的途径。
2.2 隧道需风量
隧道采用机械通风.必须满足洞内各作业点所需的最大风量、风压。风量按每人每分钟供应4m3/ min的新鲜空气计算，采用内燃机械作业时，1kw供风量不宜小于3m3/min。风速在全断面开挖时不应小于0.5m/s。
1）满足安全生产的用风量计算
（1）按单个掘进工作面最大班作业人数计算得Q人=174m3/min=2.9m3/s。
（2）按将瓦斯浓度稀释到0.5%以下风量计算得Q=141.97m3/min
（3）隧道燃油用风量计算得：Q无轨总=355.97m3/min=5.93m3/s
因此，满足安全生产用风量的最大值为355.97m3/min（5.93m3/s）。
2）以隧道中最低风速计算风量
参照相关行业规范[3-4]，综合考虑取隧道施工中防止瓦斯集聚的风速不得小于0.5m/s，计算风量的最大值为 1968m3/min （32.8m3/s）。
3）按稀释和排炮烟所需风量计算得最大值为983.6m3/min（16.4m3/s）。
根据公路隧道施工的实际情况，既要解决隧道安全生产的最低用风量，又要为处理瓦斯分层、消除隧道顶部瓦斯聚积隐患创造必要条件，同时考虑隧道断面大这一实际困难。按照最低风速要求计算的需要风量最大，故隧道所需风量为1968m3/min（32.8m3/s）（按照最低风速0.5m/s计算）。
2.3 风机选择和通风系统
2.3.1 风机选择
隧道所需风量为1968m3/min，以此为依据选择合适的风机。在隧道进、出口端的左、右幅洞口外30m各安装SDDY一ⅡNo12.5A型对旋轴流式风机2台（1台工作，1台备用），共计8台，通风机采用风筒压入式向隧道内通风，风筒直径1.5m，风机功率2×115kw，转速980r/min及1480r/min两速，风量135000—90000m3/h；全压2650-6000pa。
鉴于隧道停风后瓦斯等有害气体增加趋势明显，故采用24小时不间断通风。按照隧道内回风流中的最低风速0.5m/s计算，由此选择的风机配备的送风风筒承受的压力合理，风筒内风速比较适中，通风管理容易。
2.3.2 通风方式
该隧道单个掘进工作面最长通风距离约为950m，则单个掘进工作面的通风如下：左幅隧道进、出口2个相向掘进头均采用压入式独头通风，为了满足隧道快速掘进的要求，在隧道单个掘进工作面增加射流风机2台，以快速排出隧道瓦斯的通风方式；同理，右幅隧道进、出口2个相向掘进头通风方式相同。风机布置平剖面图见图2、图3。
压入式通风开挖工作面需风量和回风量均由洞外轴流风机提供，射流风机起洞内外调压作用。由于隧道过突出煤系（下转第171页）（上接第165页）地层施工的特殊性，在适当位置处施工连接左右隧道的连通横道，设置避难硐室、风门等设施。如有必要时，可打开风门作为巷道式通风的回风联络巷。在隧道内每隔一定距离设置测风站，用于测量风速、温度、湿度、CH4、CO2等参数。
3 结论
实践表明，根据隧道实际地质构造、煤层瓦斯赋存情况、机械设备情况，该隧道在施工过程中采用了上述的通风方式，解决了瓦斯积聚、超限问题，提高了隧道施工进度。
（1）通过计算、比较，以隧道中最低风速计算风量的最大值1968m3/min（32.8m3/s）作为隧道通风设施设备的选型计算，是合理的。
（2）施工期间，隧道内加强了风流流动，加快瓦斯排放的能力，稀释瓦斯并防止局部积聚；开挖、支护强调短进尺、弱爆破、强支护、勤监测、强通风，采用上下台阶法分部开挖，隧道施工安全可靠。
【参考文献】
[1]黄成光.公路隧道施工[M].北京：科学出版社，2002，1-5.
[2]张民庆.铁路瓦斯隧道安全设计、施工与管理[J].现代隧道技术，2012，25-31.
[3]铁道部.《铁路瓦斯隧道技术规范》TB10120-2002，J160-2002[Z].
[4]交通部.《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009[Z].
[责任编辑：朱丽娜]endprint
