鐵路瓦斯隧道安全設(shè)計(jì)

鐵路瓦斯隧道安全設(shè)計(jì)\施工與管理摘要：新時(shí)期鐵路建設(shè)蓬勃發(fā)展，更多的高速鐵路伸向偏遠(yuǎn)地區(qū)，線路經(jīng)過含煤層地區(qū)，瓦斯隧道的數(shù)量也隨之增加，施工難度方面的問題也會(huì)接踵而來。本文就對(duì)鐵路瓦斯隧道的通風(fēng)、用電的設(shè)計(jì)，以及瓦斯的施工方案與施工管理進(jìn)行了分析，希望能為同行提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：鐵路瓦斯隧道安全設(shè)計(jì)施工方案施工管理按照具體分類，瓦斯隧道可以分為低瓦斯隧道、高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道。在具體的隧道中又可以按區(qū)進(jìn)行劃分把隧道分為四個(gè)區(qū)段：非瓦斯工區(qū)、低瓦斯工區(qū)、高瓦斯工區(qū)和瓦斯突出工區(qū)。在實(shí)際工作當(dāng)中，對(duì)于非瓦斯工區(qū)、低瓦斯工區(qū)、高瓦斯工區(qū)以及瓦斯突出區(qū)四個(gè)不同的區(qū)段有不同的判定標(biāo)準(zhǔn)。以判定標(biāo)準(zhǔn)作為依托，就可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)每個(gè)區(qū)段是否有異常情況，以便及時(shí)排查以消除隱患。目前區(qū)段級(jí)別的判定標(biāo)準(zhǔn)：第一，在低瓦斯區(qū)段是以瓦斯涌出量為判定標(biāo)準(zhǔn)的，而具體的瓦斯涌出量0.5m3/min為界線，如果小于0.5m3/min則屬于低瓦斯工區(qū)；第二，高瓦斯工區(qū)也是以瓦斯涌出量為判定標(biāo)準(zhǔn)的，如果大于或等于0.5m3/min則屬于高瓦斯工區(qū)；第三，瓦斯突出工區(qū)判定的標(biāo)準(zhǔn)因素較多，以瓦斯壓力、煤的堅(jiān)固性系數(shù)、煤的破壞類型以及瓦斯放散初速度作為判定的標(biāo)準(zhǔn)。以下就根據(jù)瓦斯隧道的特點(diǎn)對(duì)其安全設(shè)計(jì)、施工與管理進(jìn)行了分析。1、瓦斯隧道的安全設(shè)計(jì)1.1通風(fēng)設(shè)計(jì)1.1.1通風(fēng)方式的選擇隧道通風(fēng)方式有壓入式、抽出式、混合式、巷道式。各種通風(fēng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下所示。壓入式通風(fēng)：優(yōu)點(diǎn)是有效射程大，沖淡和排除氣體效果強(qiáng)；污風(fēng)不通過風(fēng)機(jī)，可以采用柔性風(fēng)筒；污風(fēng)從隧道通過，可以一并帶走其他雜質(zhì)和煙塵，對(duì)改善工作面環(huán)境有利。缺點(diǎn)是長(zhǎng)距離掘進(jìn)需要風(fēng)量大；回風(fēng)污染整合巷道。抽出式通風(fēng)：優(yōu)點(diǎn)是排煙效果好，需風(fēng)量?。换仫L(fēng)流不污染巷道。缺點(diǎn)是有效吸程短，風(fēng)筒在鉆爆法施工中容易擊壞；污風(fēng)流經(jīng)過風(fēng)機(jī)?；旌鲜酵L(fēng)：優(yōu)點(diǎn)是適合大斷面長(zhǎng)距離隧道通風(fēng)，有利于降塵；有利于機(jī)械化作業(yè)。缺點(diǎn)是管理復(fù)雜。巷道式通風(fēng)：優(yōu)點(diǎn)是污風(fēng)從另一條隧道流出，安全性好；隧道穿過突出煤層、瓦斯涌出嚴(yán)重的隧道一般采用此法。缺點(diǎn)是需要雙巷條件；需要多作聯(lián)絡(luò)巷。1.1.2隧道施工風(fēng)量計(jì)算原則隧道施工中，工作面所需的風(fēng)量與施工方法、施工作業(yè)的機(jī)械配條件關(guān)系很大。通風(fēng)量計(jì)算的目的是為了正確選擇通風(fēng)設(shè)備和設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)提供依據(jù)。以下以一段隧道施工為例其施工量進(jìn)行計(jì)算。按洞內(nèi)最小允許風(fēng)速計(jì)算：Q風(fēng)=60xSxV小=60x143.43x0.3m/s=2582m3/mino式中：S 隧道最大斷面，皿；V小 最小允許風(fēng)速，m/s；按洞內(nèi)同時(shí)時(shí)間最多人數(shù)計(jì)算：Q人=4KN=4x1.25x50=250m3/min。式中：K一備用系數(shù)N 洞內(nèi)同一時(shí)間最多人數(shù)。按瓦斯涌出量計(jì)算：Q瓦=100xqCH4/(Bg-Bg0)=100x10/(0.5-0)=2000m3/min.式中：Q瓦——按瓦斯涌出量計(jì)算所需風(fēng)量，m3/min；qCH4——實(shí)際瓦斯涌出量，按實(shí)際情況取10m3/min；Bg——工作面允許瓦斯?jié)舛?，?.5%；Bg0—送入風(fēng)中瓦斯?jié)舛龋?；按稀釋和排炮煙所需風(fēng)量計(jì)算：Q炮=7.8x{Ax(SxL)2}1/3/t=7.8x{120x(80x1840)2}1/3/40=2681m3/min。式中：Q炮——按稀釋和排炮煙計(jì)算所需風(fēng)量，m3/min；A——一次爆破所用最大裝藥量，根據(jù)爆破設(shè)計(jì)取120kg，瓦斯工區(qū)減少開挖面積考慮半斷面開挖。S——隧道斷面，最大按143.34皿，平均按照80(襯砌后凈空約為70)L——最長(zhǎng)通風(fēng)距離，共1840m，t 放炮后通風(fēng)時(shí)間，取40min。按同時(shí)起爆炸藥量計(jì)算Q=5Ab/t=5x120x40/30=800m3/min式中：Q 同時(shí)起爆炸藥量計(jì)算所需風(fēng)量，m3/min；b——稀釋每Kg炸藥起爆時(shí)產(chǎn)生的CO所需風(fēng)量，m3/min。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，取允許最小通風(fēng)量為2681m3/min。風(fēng)速驗(yàn)算：未進(jìn)行二次襯砌段V=Q風(fēng)/S=2681/143.34=27.5m/min=0.31m/s。已進(jìn)行二次襯砌段V=Q風(fēng)/S=2681/70=56.21m/min=0.64m/s。1.1.3通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)設(shè)備的選擇風(fēng)筒直徑的確定考慮減少通風(fēng)阻力以及風(fēng)筒的內(nèi)壓承受能力，取風(fēng)筒風(fēng)速1600m/min，以下以設(shè)置一套風(fēng)機(jī)為例，取風(fēng)筒的直徑為：D=2{Q風(fēng)/(3.14xV)}1/2=1.46m式中：設(shè)計(jì)風(fēng)筒直徑，m；Q風(fēng) 設(shè)計(jì)通風(fēng)量，2681m3/min；V 設(shè)計(jì)風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)速，m/min。取風(fēng)筒直徑為1.5m，實(shí)際風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)速為2518m/min。通風(fēng)阻力計(jì)算風(fēng)筒內(nèi)摩擦阻力h摩=aLUQ2/S2=3379Pa式中：a 摩擦阻力系數(shù)，Kg/m3；L 風(fēng)筒長(zhǎng)度，m；U 風(fēng)筒周長(zhǎng)，m；Q 設(shè)計(jì)風(fēng)量，m3/s；S——風(fēng)筒截面積，皿。隧道通風(fēng)阻力h摩=aLUQ2/S2=3.91Pa局部阻力考慮風(fēng)筒穿過二次襯砌臺(tái)車、運(yùn)渣車輛等因素，局部阻力按總摩擦阻力的5%計(jì)算。通風(fēng)最困難時(shí)通風(fēng)總阻力為：h總=1.05h摩=3552Pa通過上述計(jì)算，可根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取合適的風(fēng)機(jī)與風(fēng)筒。1.2施工用電安全設(shè)計(jì)1.2.1電纜線路安全規(guī)定瓦斯工區(qū)內(nèi)高壓電纜的選用應(yīng)符合下列規(guī)定：固定敷設(shè)的電纜根據(jù)作業(yè)環(huán)境條件選用;移動(dòng)變電站采用監(jiān)視型屏蔽橡套電纜；電纜采用銅芯。（2） 瓦斯工區(qū)內(nèi)低壓動(dòng)力電纜的選用應(yīng)符合下列規(guī)定：固定敷設(shè)的電纜采用鎧裝鉛包裝紙絕緣電纜、鎧裝聚氯乙烯電纜或不延燃橡套電纜；移動(dòng)式或手持式電氣設(shè)備的電纜，采用專用的不延燃橡套電纜；開挖面的電纜必須采用銅芯。（3） 電纜的敷設(shè)應(yīng)符合下列規(guī)定：電纜懸掛。懸掛點(diǎn)間的距離不大于3m。電纜不能與風(fēng)、水管敷設(shè)在同一側(cè)，當(dāng)受條件限制需敷設(shè)在同一側(cè)時(shí)，必須敷設(shè)在管子的上方，其間距大于0.3m。高、低壓電力電纜敷設(shè)在同一側(cè)時(shí)，其間距大于0.1m。高壓與高壓、低壓與低壓電纜間的距離不小于0.05m。（4） 電纜連接應(yīng)符合下列要求：電纜與電氣設(shè)備連接，必須使用與電氣設(shè)備的防爆性能相符合的接線盒。電纜芯線必須使用齒形壓線板或線鼻子與電氣設(shè)備連接。在高瓦斯工區(qū)和瓦斯突出工區(qū)，電纜之間若采用接線盒連接時(shí)，其接線盒必須是防爆型的。高壓紙絕緣電纜接線盒內(nèi)必須灌注絕緣充填物。1.2.2配電條的安全設(shè)計(jì)（1） 總配電屏設(shè)在配電房?jī)?nèi)，分配電箱安裝在用電設(shè)備或負(fù)荷相對(duì)集中的地方。分配電箱與開關(guān)箱的距離不得超過30米，開關(guān)箱與其控制的固定用電設(shè)備的水平距離不宜超過3米。（2） 配電箱、開關(guān)箱周圍應(yīng)有足夠二人同時(shí)工作的空間和通道，不得堆放任何妨礙操作、維修的物品。（3） 配電箱、開關(guān)箱應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)絕緣材料制作，安裝應(yīng)端正牢固，箱底面與地面的距離在1.2?1.5米之間。箱內(nèi)工作零線應(yīng)通過接線端子板連接，并應(yīng)與保護(hù)零線接線端子分設(shè)，箱體的金屬外殼應(yīng)做保護(hù)接零，保護(hù)零線必須通過接線端子連接。配電箱、開關(guān)箱必須防雨、防塵。導(dǎo)線的進(jìn)線口和出線口應(yīng)設(shè)在箱體的下底面，并要求上部為電源端，嚴(yán)禁設(shè)在箱體的上頂面、側(cè)面、后面或箱門處。進(jìn)出線就回護(hù)套分路成束并做防水彎，導(dǎo)線束不得與箱體進(jìn)出口直接接觸。1.2.3接地了防雷設(shè)計(jì)在施工現(xiàn)場(chǎng)專用的中性點(diǎn)直接接地的電力線路中，必須采用接零保護(hù)，電氣設(shè)備的金屬外殼必須與專用保護(hù)零線連接。保護(hù)接零不得裝設(shè)開關(guān)或熔斷器，保護(hù)零線應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，不作他用。保護(hù)零線統(tǒng)一標(biāo)志為綠/黃雙色，在任何情況下不得使用綠/黃雙色作為負(fù)荷線。施工現(xiàn)場(chǎng)的用電設(shè)備，處于經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)上空高壓架空電力線的屏蔽范圍內(nèi)，不單獨(dú)設(shè)避雷裝置。若出現(xiàn)用電設(shè)備在該屏蔽范圍之外，應(yīng)安裝避雷設(shè)施。避雷針長(zhǎng)度為1?2米，可用＜p160鋼端部磨尖。2瓦斯隧道施工方案2.1隧道穿越含煤層層位探測(cè)煤層層位探測(cè)方法可與超前探測(cè)結(jié)合。如果隧道所處區(qū)域含煤性較差，基本不含真厚度0.5m以上的可采煤層。當(dāng)隧道超前預(yù)探到煤層且煤層厚度(含局部)大于等于0.3m時(shí)，則該煤層視為具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，揭開煤層按照揭穿突出煤層施工要求。如果煤層厚度小于0.3m，則保直接采取振動(dòng)爆破揭開煤層。打鉆過程中出現(xiàn)頂鉆、夾鉆、卡鉆、噴孔等瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，或煤層賦存條件急劇變化、構(gòu)造破壞帶，或有明顯突出危險(xiǎn)預(yù)兆，視為揭穿突出煤層。2.2隧道開挖及初支施工方案隧道通過煤層瓦斯的原則：短進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)，勤監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)通風(fēng)，快噴錨。2.2.1短進(jìn)尺隧道通過煤層地區(qū)，因煤層有瓦斯溢出，圍巖軟弱，應(yīng)力較大。每次開挖進(jìn)尺控制在2m以內(nèi)，采用上、下微臺(tái)階開挖，臺(tái)階長(zhǎng)度控制在5m內(nèi)。保證每次開挖面積小，瓦斯溢出量不大，開挖輪廓能夠迅速得到支護(hù)。2.2.2強(qiáng)支護(hù)在可能的情況下，盡量將支護(hù)加強(qiáng)?；蛘呒訌?qiáng)初期支護(hù)，或者加強(qiáng)二次襯砌，形成“加固圍巖，改善變形，先柔后剛，先放后抗，變形留夠，底部加強(qiáng)'的支護(hù)原則。2.2.3勤檢測(cè)采用“雙保險(xiǎn)”監(jiān)測(cè)措施。即建立遙控自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與人工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合。2.2.4弱爆破采用低爆力部分露煤震動(dòng)放炮方案。施工期間，保證連續(xù)通風(fēng)，在特殊情況下停風(fēng)時(shí)，同時(shí)停止工作，撤出人員，切斷一切電源，恢復(fù)通風(fēng)前首先檢查瓦斯深度。2.2.5快噴錨由于煤層軟弱松散，爆破后往往產(chǎn)生坍塌冒頂，因此必須設(shè)置超前支護(hù)。超前支護(hù)采用942注漿小導(dǎo)管，爆破過后，待允許進(jìn)洞時(shí)，立即站在碴堆上施工初噴混凝土，系統(tǒng)錨桿采用藥卷錨桿。過煤段的支護(hù)施工程序：導(dǎo)管超前-預(yù)注漿-開挖（揭煤）-初噴混凝土-掛網(wǎng)-設(shè)鋼架-系統(tǒng)錨桿-復(fù)噴混凝土到設(shè)計(jì)厚度-圍巖監(jiān)控量測(cè)-二次襯砌-封閉瓦斯。在軟弱破碎巖層或煤層中掘進(jìn)，采用超前支護(hù)及預(yù)注漿，防止崩塌引起突出。爆破后及時(shí)噴錨支護(hù)，及時(shí)封閉瓦斯。2.3初期支護(hù)及二次襯砌防瓦斯措施（1） 過煤段的支護(hù)施工程序：導(dǎo)管超前-預(yù)注漿-開挖（揭煤-）初噴混凝土-掛網(wǎng)-設(shè)格柵鋼架-系統(tǒng)錨桿-復(fù)噴混凝土到設(shè)計(jì)厚-度圍巖監(jiān)控量測(cè)-二次襯砌-封閉瓦斯。在軟弱破碎層或煤層中掘進(jìn)，采用超前支護(hù)或預(yù)注漿，防止崩塌引起突出。爆破后及時(shí)噴錨支護(hù)，及時(shí)封閉瓦斯。（2） 對(duì)開挖的隧道分段及時(shí)進(jìn)行二次襯砌，混凝土采用氣密性混凝土，達(dá)到防止泄漏的目的。瓦斯隧道的襯砌結(jié)構(gòu)有防瓦斯措施，其措施嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求執(zhí)行。確定防瓦斯處理范圍時(shí)，瓦斯較重、等級(jí)較高地段向瓦斯較輕、等級(jí)較低地段適當(dāng)延長(zhǎng)。仰拱與隧道邊墻同步施工，保證拱、墻、仰拱初期支護(hù)和二次襯砌形成閉合整體。（3） 含瓦斯地段的噴射混凝土厚度不小于15cm，砌筑混凝土襯砌厚度不小于40cm。（4） 外掛封閉防瓦斯地段有地下水時(shí)，采取在左右邊墻下部外側(cè)鋪設(shè)縱向透水管，將地下水引離含瓦斯地段的排水措施。透水管終點(diǎn)設(shè)置氣水分離裝置，分離出的瓦斯氣體可用管道引出洞外在高處放散。（5） 從隧道內(nèi)引出瓦斯的金屬管，其上端管口距地面不小于10m，并妥善接地，防止雷擊。瓦斯放空管的接地電阻不得大于5Q其周圍20m內(nèi)禁止有明火火源及易燃易爆物品。（6） 當(dāng)隧道內(nèi)含瓦斯地段較長(zhǎng)且初始瓦斯壓力大于0.74MPa時(shí)，在襯砌背后預(yù)埋通向大氣的降壓管；煤系地層設(shè)防段的二次模注襯砌措施預(yù)留注漿孔，襯砌完成后及時(shí)注漿，充填空隙以封閉瓦斯。3瓦斯隧道的施工管理3.1健全管理制度隧道瓦斯管理制度的主要內(nèi)容包括：健全專業(yè)機(jī)構(gòu)，配中檢查人員，定期培訓(xùn)和不斷提高專業(yè)人員技術(shù)素質(zhì)的規(guī)定，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和檢查人員（包括瓦斯檢查員）區(qū)域分工巡回檢查匯報(bào)制度、交接班制度，項(xiàng)目經(jīng)理、總工程師抽檢瓦斯日?qǐng)?bào)的規(guī)定，塌方區(qū)有關(guān)瓦斯管理的規(guī)定，爆破與隧道貫通時(shí)的瓦斯管理規(guī)定，隧道瓦斯排放的有關(guān)規(guī)定有瓦斯監(jiān)控裝備的使用、管理的有關(guān)規(guī)定；隧道瓦斯抽放、防止煤與瓦斯突出的規(guī)定、進(jìn)洞管理制度（進(jìn)洞等級(jí)及掛牌、翻牌制度）。3.2塌方區(qū)的瓦斯管理塌方區(qū)是保存大量高濃度瓦斯的主要場(chǎng)所，將作為隧道瓦斯管理工作的重點(diǎn)工作嚴(yán)格管理。（1） 在隧道施工中盡量避免出現(xiàn)任何形式的塌方。如發(fā)生塌方，及時(shí)進(jìn)行充填。施工時(shí)進(jìn)行瓦斯檢測(cè)，如果瓦斯超限，需制定專項(xiàng)措施進(jìn)行瓦斯排放，將瓦斯?jié)舛冉档揭?guī)定值以下后才能進(jìn)行坍腔處治。（2） 隧道保持24小時(shí)連續(xù)通風(fēng)，如因臨時(shí)停電或其他原因，局部通風(fēng)停止運(yùn)