高瓦斯隧道施工防爆措施 王 伟 (中铁十九局集团第二工程有限公司,辽宁辽阳111000) 摘要:云桂铁路老石山隧道施工过程中突现瓦斯,发生瓦斯摩擦燃烧,瓦斯最大浓度达9.7%。通过加强超 前地质预报、控制瓦斯涌出量、合理通风、建立瓦斯监控系统、设置门禁系统、加强爆破管理和动火审批、使用 防爆设备和车辆等一系列措施防范瓦斯浓度超标和火源的产生,消除了瓦斯爆炸的基本条件,有效预防了瓦 斯爆炸风险,顺利完成了老石山隧道高瓦斯段落施工任务 关键词:高瓦斯隧道;控制浓度;消除火源 DOI:10.13219/j.gjgyat.2015.03.019 中图分类号:U458.2文献标识码:B文章编号:1672—3953(201 5)03—0064—04 1 工程概况 老石山隧道全长8 075 m,采用“人”字坡,为满 需同时具备三个基本条件llj:①浓度。瓦斯浓度在 5 A~16o 之间。②引火温度。点燃瓦斯的最低温度 足工期需要,兼顾施工通风、排水及运营通风等功 能,设置“进口平导+出口平导”辅助坑道模式。隧 道穿越砂岩、页岩及白云质灰岩,隧道穿越的地层中 含煤地层为页岩、砂岩、泥岩夹泥灰岩及煤层。 2012年3月6日,老石山隧道出口平导施工至 PDK7l7+772时,发现距掌子面8 m处底板左侧出 现瓦斯溢出,实测浓度0.2 ~0.3 9/5,并有上升趋 在650 ̄750 C之间,且存在时间必须大于瓦斯爆炸 的感应期。③氧气含量。氧气浓度不得低于12 。 3 防瓦斯爆炸技术措施 瓦斯爆炸无法通过控制氧气浓度来防止,只能 把控制瓦斯浓度和火源作为切入点来防范。 3.1 超前探测及处理流程 势。3月7 t:t,掌子面瓦斯气体浓度0.6 ~o.7 , PDK717+780处底板瓦斯浓度为1.4O~1.6 。 老石山隧道高瓦斯段落超前探测按地质调查 法、物探法及钻探法等多种手段对掌子面前方围岩 及地下水情况进行探测。地质调查重点记录洞内瓦 为确保安全,立即撤离所有施工人员和机具,在台车 推出掌子面过程中将PDK717+780处瓦斯摩擦引 燃,火苗高度达1.7 m。3月12日,采取气密性砼铺 底方式对PDK717十77O~+780段瓦斯进行封堵,在 斯溢出、回风巷瓦斯浓度、通风等情况;物探法重点 查明围岩破碎程度、裂隙发育及地下水情况;超前钻 探采用水钻,重点为掌子面前方瓦斯赋存情况,超前 探孔直径为76 cm、长30 m,搭接长度不小于5 m, 正洞超前探孔按6个布置,平导按3个孔布置,并在 实施完铺底封堵后,该段铺底与边墙交界处出现多处 瓦斯气体溢出,最大浓度达9.7 。3月13 El,正洞 DK717+901处上台阶出现气泡,出气点瓦斯浓度达 8.12 。经参建各方紧急协商后,暂停该隧道出口所 探孔处设检测点,以检测有害气体涌出。瓦斯探测 及处理流程见图1。 3.2 瓦斯浓度控制、监测及超限处理 3.2.1 瓦斯浓度控制 有作业,加强通风,做好瓦斯浓度检测,同时建立瓦斯 自动检测报警系统。为保证安全,设计单位于5月1o 日变更设计方案,将该隧道K717+21O~+900段按 (1)瓦斯涌出量控制:为减少瓦斯涌出量,老石 高瓦斯隧道施工,其余地段按低瓦斯工区施工。 山隧道瓦斯段施工时及时施作初期支护、衬砌,尽早 封闭围岩,在初期支护与二次衬砌之间全环铺设瓦 斯隔离板加闭孔型泡沫塑料垫层对瓦斯进行封闭, 并严格控制正洞二衬距掌子面不超过60 m、平导模 筑衬砌距掌子面不超过40 m。高瓦斯段落内正洞、 平导及横通道、附属洞室等衬砌结构均采用全封闭 衬砌,衬砌用模筑砼为气密性砼。 2 瓦斯的危害 瓦斯的危害主要有窒息、燃烧、爆炸。瓦斯爆炸 收稿日期:2015 03一l8 作者简介:王伟(1978),男,工程师,主要从事桥梁及隧道工 453380696@qq.corn 程施工技术管理工作国防交通工程与技术 口 2015第3期 ・成果与应用・ 高瓦斯隧道施工防爆措施 王 伟 (2)通风稀释:高瓦斯段采用从正洞供新鲜风、 从平导排污风的巷道式通风。对瓦斯易于集聚的空 间和衬砌模板台车附近区域,采用局部通风的办法 消除瓦斯聚集。保证已衬砌地段的回风流最小风速 不小于1 m/s,同时将洞内瓦斯浓度稀释到0.5 以 下。巷道式通风示意见图2。 图2巷遭式通风示意图 老石山隧道瓦斯段通风机设2条的供电线 路,一条主线路与洞内施工线路相通,另一条备用线 路由750 kw发电机组提供电源。设风电闭锁装 置,当风机停止运转时,自动切断洞内的一切工作电 源。施工主线路断电时,由值班电工在10 min内将 发电机组启动,保证风机正常运转通风。瓦斯段通 图l 瓦斯超前探测及处理流程图 风设备配置见表l。 表1 老石山隧道瓦斯段通风设备配置表 3.2.2 瓦斯浓度监测及超限处理 站,总站安装在监控室,全面监控隧道内瓦斯浓度、 风量、风速、温度、CO浓度及风机开停状况。1、2号 高瓦斯段瓦斯监测采用人工和自动检测报警系 统两种方式共同监测,均为24 h作业。检测的主要 地点是:①开挖面风流、回风流中、爆破地点20 m 附近的风流及局部塌方冒顶处;②坑道总回风流中; 分站安装在监控室,控制正洞洞口传感器;3、4、5、6 号分站均安装在正洞与平导的横通道内,3、4号分 站控制正洞内的传感器;5、6号分站控制平导内的 ③各作业台车和机械、电动机及其开关附近2O m 内的风流中;④电气开关及局扇前后10 m风流中; ⑤隧道洞室中。 传感器。所有传感器的实时监控数据均在主站电脑 上显示,实时监控数据超过规定限值或出现异常后, 监控室内声光报警器报警,并切断电源。正洞传感 器配置、检测项目及超限处理措施见表2。平导传 老石山隧道的瓦斯自动检测报警系统采用煤矿 用KJlOl系统,此系统主要由电脑、声光报警器、打 印机和各分站传感器组成。共设1个总站、6个分 感器设置与正洞相似。 3.3 火源控制措施 国防交通工程与技术_囝2015第3期 ・成果与应用・ 高瓦斯隧道施工防爆措施 王 伟 表2 正洞传感器配置、检测项目及超限处理 检测到瓦斯气体的情况下按照设定要求进行报警和 瓦机闭锁,达到了改装要求。 设备防爆改装完成后,对设备改装效果进行了 共同验收,验收主要是针对设备改装后的整体机械 性能,确认防爆改装后未改变机械的性能,并连续7 正洞 甲烷传感器 l 台车处瓦斯浓度 1.5 1 风筒风量 撤人、增加局扇通风 d与便携式瓦检仪数据相比较,跟踪检查防爆系统 对瓦斯监测的灵敏度。 3.3.4 出碴 二衬 风筒风量传感器大于设计 停工、查明原因 台车处 烟雾传感器 i 是否有烟雾 否 撤人、查明原因 洞内出碴由装载机上料、汽车运输,出碴前用水 将石碴浇湿,出碴时,装载机操作轻柔,不与石碴猛 力撞击,以防止产生摩擦火花。 3.4 瓦斯排放处理 3.3.1 设备及照明 (1)瓦斯治理原则是“以排为主”。 为防止电火花,出口高瓦斯段施工前,将隧道内 所有机电设备全部更新为防爆型设备。洞内固定照 明采用Exd II CT3型防爆自镇汞灯;开挖工作面附 近的移动照明采用Exd IIBT3型防爆高压钠灯。洞 (2)在初期支护与二次衬砌之间全环铺设瓦斯 隔离板加闭孑L型泡沫塑料垫层。 (3)设置全封复合衬砌将瓦斯封闭在二次衬砌 外,并通过二次衬砌与初期支护设置的排水装置及排 气管将瓦斯通过平导排出隧道外。瓦斯排放路径为: 内所有输电线路全部使用密闭电缆,电缆接头均在 特制的防爆接线盒内连接。 3.3.2 爆破 环向盲管一纵向盲管一水气分离装置一纵向瓦斯排 放管一横通道瓦斯排放管一平导瓦斯排放管一洞外。 (4)全隧二次衬砌背后设Q50 mm环向盲管,每 10 m一环;两侧边墙脚设Q100 mm纵向透水盲管, 每隔10 m设置一道水气分离装置将地下水引入洞 实行“一炮三检”和“三人连锁爆破制”。采用湿 式钻孑L,爆破作业采用三级煤矿许用炸药和电雷管, 雷管最后一段的延期时间不大于130 ms。炸药正 向装药,所有炮眼的剩余部分均用炮泥封堵。 3.3.3 设备改装及验收 (1)设备改装:对现场所有进洞设备进行了防爆 改装。防爆改装系统主要由三部分组成:系统维护 内侧沟,将瓦斯引人瓦斯排放管。瓦斯段纵向盲管 采用080 mm波纹管,水气分离装置及瓦斯排放管 均采用 8O mm PVC管。水气分离装置采用PVC 直弯头、三通管连接,设于瓦斯地段两侧。瓦斯段落 水气分离装置见图3。 与配置管理中心、控制分站、检测控制器 】。 设备防爆监测是在驾驶室、机械底部或侧面以 及驾驶室与车箱连接处安装传感器、声光报警器和 瓦机闭锁装置。在传感器检测到瓦斯达到设定参数 浓度时发出声光报警,浓度超标时,启动瓦机闭锁, 对设备断油断电。 防爆设备改装主要是为了消除电气火花、排气 火花和机械火花以及危险高温。改装的项目包括发 电机、启动机(马达)、照明灯具等改为防爆型;蓄电 池、电路接线处各种操纵开关安装在隔爆箱内;柴油 图3 高瓦斯段水气分离装置(单位:cm) 机尾气排放采取加装补水箱式废气处理装置和夹层 排气管道措施,并在废气处理箱排气出口处设置阻 火栅栏及控制柴油机机体表面温度。 (2)设备验收:经检测,设备防爆监测系统检测 瓦斯精度在±0.1 以内,同时整个防爆监测系统在 4 结束语 高瓦斯隧道与普通隧道施工的主要区别是瓦斯 爆炸引起的施工高危险性,除认真采取技术措施外,还 从组织机构、人员培训方面加强组织, (上转第35页) 国防交通工程与技术_囝2015第3期 ・实例分析・ 基于接触单元的球型钢支座有限元仿真分析 周衍领 2005,25(2):51—53 1-9]陈云信,钱,11o]李[2]中华人民共和国铁道部.TB/T 1853—2006铁路桥梁钢 支座[s].北京:中国铁道出版社,2006 [3]王言明,马军.球型钢支座受力性能的理论分析[J]. 工业建筑,2007(S1):1553—1565 勤.基于参数化有限元分析的桥梁支座刚度 矩阵的求解[J].现代机械,2006(5):39—40 乔.桥梁支座的有限元模型[J].工程力学,2000 [4]马蓓蓓,罗瑞敏.浅析水平荷载与竖向荷载的比值对桥梁支 座稳定性的影响I-J].黑龙江交通科技,2005,140(10):54-55 [53杜红艳.桥梁支座受力计算注意事项[J].世界交通,2011 (21):238—239 [6]符致森,潘德雄.浅谈桥梁支座的结构类型[J].山西建 筑,2007,33(32):328—330 (s1):657—660 [111刘岳兵.铁路桥梁支座数值仿真研究l-D].成都:西南交 通大学,2010 -112]陈阶亮,谢晓波,谭永朝,等.大吨位抗震球型支座的有 限元分析VJ].2005,22(8):98—101 '113]刘兵山,黄聪.Patran从人门到精通[M].北京:中国 [7]严振林.球型支座的结构设计与检算I-j].国防交通工程 与技术,2013,11(2):3l-34 [8]李军歌.对桥梁支座简化模型的一点思考[J].四Jil建筑, 水利水电出版社,2003 '114]刘兵山,陈火红.Marc有限元实例分析教程[M].北京: 机械工业出版社,2002 A Finite Element Simulation Analysis 0f the Contact—Unit-Based Steel Spherical Bearings Zhou Yanling (The Fifth Survey and Design Institution Group Co.Ltd.of China Railway,Beijing 1 02600,China) Abstract:Spherical steel bearings are simple in structure.In its structure the spherical sliding plate made of the ultra high mo— lecular weight polyethylene material is embedded in the groove of the lower support plate made of steel materia1.The two mem— bers are in a contacted—connection state.With the existence of this contacted connection state,the common simplified calculation method can hardly reflect the true state of stress accurately.Therefore,the IMPLICIT NONLINEAR module of the finite ele— unit are used for simulating—analysing the contact structure,upon ment simulation software MSCNASTRAN and the contactthe basis of which the calculated results are analyzed and the law of the distribution of stress of the contacted・ connection struc ・ ture is obtained.The distribution law may serve as a useful reference for the design of,the choice of the right materials for,the processing and manufacture of and the site—application of the steel spherical bearings. Key words:steel spherical bearings;ultra-high molecular weight polyethylene;contact unit;finite element simulation (下接第66页)设置门禁系统,实行动火审批制度 等,严格落实安全生产制度,有效防范了瓦斯爆炸事 故的发生,解决了高瓦斯隧道施工风险大的问题,对 参考文献 I-1]张让洪.煤矿瓦斯爆炸的原因分析及防治措施[J].中国 新技术新产品,2011(8):144—145 类似瓦斯隧道施工提供了借鉴经验。 -12]郝俊锁.车载瓦斯监控系统在双线铁路瓦斯隧道施工机械 中的应用[J].国防交通工程与技术,2011(9):68—70,37 On the Explosion-Proof Measures for the Construction of Tunnels Rich in Gas Wang Wei (The 2nd Engineering Co.Ltd.of the 19th Bureau Group of China Railway,Liaoyang 111000,China) Abstract:During the construction of the Laoshishan Tunnel of the Yun-Gui Railway,gas abruptly Occurs with the maximum concentration of 9.7 ,following which gas combustion happens as a result of gas friction.Through strengthening the advanced geological forecast,controlling the amount of gas emission,performing reasonable ventilation,establishing the gas—monitoring system,providing the access control system,the management of explosion and the approval of the use of fire,the use of explo— sion—proof equipment and vehicles and some other preventative measures to prevent the gas concentration from exceeding the prescribed target and the occurrence of fire sources,the basic conditions of gas explosion are eliminated,which effectively pre— vents the risk of gas explosion,and helps the successful completion of the rich-gassed sections of the Laoshisha Tunne1. Key words:tunnel rich in gas;contro1 of concentration;elimination of fire sources 国防交通工程与技术困2015第3期