高海拔鐵路隧道施工突出氣體防治與監測措施

陳 志 春

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

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高海拔鐵路隧道施工突出氣體防治與監測措施

陳 志 春

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

介紹了米林隧道施工中突出氣體的發現過程，對該氣體的成分進行了檢測，并分析了氣體的成因，從人工巡回檢測、自動監測、超前地質預報、施工通風、爆破等方面，提出了有害氣體的防治措施。

隧道，有害氣體，自動監測系統，爆破方案

0 引言

近年來，隨著西部的經濟發展，越來越多的鐵路隧道開始在西部青藏高原修建。目前我國西部已建成的鐵路有青藏鐵路、拉日鐵路，拉林鐵路正在修建，工程施工中關于西部高原地質情況了解有限，對于隧道中的有害氣體研究還局限于普通地層。通常地層中的有害氣體來源于含煤層、砂巖、泥巖、白云巖、灰巖、頁巖、含瀝青的地層等，在建的拉林鐵路米林隧道的突出氣體來源于片麻巖地層。本文通過對米林隧道橫洞突出有害氣體成分的研究，制定了防治措施，并對防治措施進行現場驗證。

1 工程概況

米林隧道位于念青唐古拉山與喜馬拉雅山之間的藏南谷地高山區，山高谷深，氣候極端惡劣。山脈呈南北向縱貫延展，谷嶺相間，地勢起伏跌宕。隧道縱斷面標高范圍為：2 965 m～3 076 m。隧道位于西藏林芝市米林縣，隧道為單線隧道，全長11 560 m，設置一處長1 602 m無軌單車道橫洞，一處長1 632 m無軌雙車道斜井。

2 隧道施工中突出氣體的發現

米林隧道橫洞自2015年10月4日開工，計劃2016年11月16日完工，采用無軌運輸，截止到出現氣體時完成開挖支護1 338 m，剩余264 m。2016年7月22日上午8:00，米林隧道橫洞正在進行鉆孔施工，在掌子面左側起拱線距底板4 m高位置的周邊眼鉆孔施工過程中，鉆至3 m深度時，發現孔內向外涌出氣體，氣體涌出壓力較大，掌子面共施作炮孔13個，出現不明氣體的為進洞左側起拱線上約1 m的2個周邊眼炮孔，炮孔深度約3 m，初始涌出氣體無異味，洞內氧氣含量正常。本處隧道埋深約770 m，揭露基巖為新元古—中元古界念青唐古拉巖群八拉巖組片麻巖，受地質構造影響輕微，節理不發育，總體巖體完整，呈巨塊狀結構，掌子面未見地下水活動跡象，為Ⅱ級圍巖。

發現情況后，現場技術人員立即向項目部領導匯報，項目部決定，立即暫停洞內一切施工，撤出洞內所有施工人員和施工機械，切斷洞內的施工用電，向洞內持續通風稀釋洞內不明氣體濃度，并上報業主、監理、設計單位。

3 出現氣體后的應急措施

洞口設卡，禁止一切機動車輛和非檢測人員進洞，并立即通知專業機構到現場進行氣體成分檢測。值班員采用ADKS-4便攜式氣體檢測儀每30 min進洞檢測一次，監測人員進洞前必須佩戴防毒面罩、便攜式氧氣瓶，并關閉手機，結伴步行進入洞內。洞內照明采用36 V安全電壓，進洞人員配備防爆手電。

4 氣體成分檢測

通常隧道內有害氣體成分主要為甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氫(H2S)，本隧道通過便攜式氣體檢測儀檢測出氣體內主要包含可燃氣體、硫化氫兩種有害成分，從檢測記錄情況可知，有害氣體的含量隨時間在逐漸減弱，有害氣體檢測曲線如圖1所示。

2016年7月26日項目部聯系了拉薩博源環境檢測有限公司到米林隧道橫洞取樣，檢測了硫化氫、二氧化硫、氨、氮氧化物、總烴5種項目，檢測結果顯示均不超標，檢測結果如表1所示。

表1 有害氣體檢測結果

5 有害氣體防治措施

根據氣體檢測和監測情況，采取以H2S氣體防治為主的監測防治措施。選用人工檢測和自動監測系統兩種形式相結合的方式，兩種監測結果相互印證，并結合超前預報工作、加強洞內通風、優化爆破方案等措施，加強對H2S及其他不明氣體的防治，確保施工安全。

5.1 防護措施

洞外設吸氧室和手機火種存放室，進洞人員一律禁止攜帶電子產品和火種。進洞穿防護服，背氧氣瓶，頭戴過濾式消防自救面罩，與洞內空氣隔絕，配備多參數氣體檢測報警儀騎自行車進入洞內監測。

5.2 人工巡回檢測

人工巡回檢測采用便攜式有害氣體檢測報警儀。主要檢測硫化氫、一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲烷等有毒有害氣體，配備專職的有毒有害氣體檢測員，施工中如發現有以上氣體，加強對該種氣體的檢測頻次。除了檢測氣體含量還監測出氣口風速以及隧道內水中是否含有有害物質。

5.3 自動監測系統

自動監測系統型號為KJ83N，該監測系統能通過傳感器監測到各種氣體含量，并能自動報警，控制洞內風機及各種機電設備開停等生產參數和電壓、電流、功率等電量參數，以及綜合監控各種機電設備的運行情況，具有很好的聯網擴展功能。

自動監測部位主要為距掌子面5 m處、防水板臺車處布設自動監測傳感器，隨著隧道不斷掘進，掌子面、臺車處傳感器同時前移。另外在已經開挖段，由于回風距離長，在回風段每隔500 m安裝一組傳感器。

5.4 超前地質預報

采用地質雷達和超前鉆孔相結合的方式，在隧道開挖面布置超前鉆孔，鉆孔方向呈放射狀延伸到隧道周邊外。采用6孔超前鉆孔，每個孔深30 m，每個循環搭接5 m。6個孔分別布置在掌子面拱頂、兩側拱腳和兩側墻角距坑道周邊20 cm處以及掌子面中心處。

5.5 施工通風

通風采用壓入式通風。為了加強通風效果，由原有1組風機(132 kW×2)調整為兩組風機(132 kW×2)，共架設兩套通風管道。每個回車洞內均設置1臺局扇通風。

5.6 爆破方案

根據氣體檢測報告不明氣體中含有H2S，采用水壓爆破的同時，對炮泥、水袋制作用水采用碳酸氫鈉溶液，洞內降塵噴水改為噴灑弱堿性NaHCO3溶液降低硫化氫氣體濃度。開挖爆破應采用煤礦許用炸藥及煤礦許用電雷管。

6 氣體成因

依據區域地質構造、出現氣體部位地質結構特征和氣體濃度成分等，拉林鐵路米林隧道橫洞出現的天然氣體有以下特點：

1)隧道圍巖巖性(片麻巖)本身不具備生成可燃氣的條件，依據檢測結果分析，天然氣體可能是巖體形成時期形成的相對富集的氣囊，后期構造活動通過斷裂帶運移在本區的構造破碎巖體中滯留。

2)天然氣體僅出現在米林隧道橫洞局部巖層相對較完整地段，有一定的局限性。目前在相同地質構造背景下，同樣地層開工的8座隧道中未出現氣體現象。

3)出氣孔中氣壓隨時間推移由0.1 MPa衰減至0.05 MPa，且有明顯的衰減趨勢。

上述特點表明，拉林鐵路米林隧道橫洞天然氣體僅出現在局部相對較完整圍巖地帶，其氣體“濃度低、消散快、基本無補給”，因此與常規煤系地層和油氣地層的瓦斯隧道有著本質區別。在加強預報、檢測和施工通風的前提下，區別不同地段的不同情況，采取適當的安全防范措施，隧道施工和運營安全基本不會受到影響。

7 結語

米林隧道橫洞出現不明氣體后采取了有針對性的防治、監控措施，采用防爆型超前鉆機對氣體減壓，影響工期1個月。對突出氣體段落增加徑向注漿封閉、初期支護噴射混凝土加厚及增加二襯；后續隧道施工繼續加強監測，并根據監測結果進行結構動態設計及施工。

[1] 張玉偉.高海拔寒區隧道施工粉塵及有害氣體監測與控制技術[J].隧道建設,2014(8)：190-192.

On emphasis of outburst gas and monitoring measures in railway tunnel construction in areas with high altitude

Chen Zhichun

(No.5EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway17thBureauGroup,Taiyuan030032,China)

The paper introduces the finding of the outburst gas in Milin Tunnel, tests the components of the gas, analyzes the reasons for the gas, and points out the prevention measures for the hazardous gases from the manual data-logging test, autonomous test, advanced geological prediction, construction ventilation, and blast.

tunnel, hazardous gas, autonomous monitoring system, blast scheme

1009-6825(2017)13-0192-02

2017-02-25

陳志春(1983- )，男，工程師

U455

A