摘要：合（肥）武（漢）鐵路客運專線紅石巖隧道穿越大別山區，大別山區系變質巖地區，但是在隧道施工過程中發現燃燒現象，通過現場檢測和化學試驗確定巖石所含氣體成分，在此基礎上提出了相關可燃性氣體隧道施工技術措施，通過這些技術措施在紅石巖隧道施工中的應用，確保了隧道施工的安全，并且收到了良好的效果。
　　關鍵詞：客運專線，可燃性氣體，施工對策
　　
　　1可燃性氣體氣體發現過程
　　合（肥）武（漢）站前工程第三標段紅石巖隧道出口工地自2005年10月28日至11月5日，掌子面開挖放炮后（上部開挖里程DK189+220，地質情況為二長片麻巖），發現在掌子面附近存在燃燒的火焰，持續時間3～5分鐘，燃燒面積5～6m2。2005年11月6日至11月30日期間未出現類似現象，初步認為洞口淺埋，地表內含有腐植氣體而引發的燃燒。
　　2005年12月1日，掌子面放炮后，又開始出現燃燒現象。經過連續的觀察，類似情況仍舊時有發生，但洞內無異常刺鼻氣味。
　　2005年12月7日，經中鐵隧道集團科研所和遼寧工程技術大學有關專家、教授現場勘查之后認為：根據巖石中有少量的黑色夾層，放炮后有藍色火焰在巖石表面燃燒的現象，初步判斷巖石中存在有機質含量高的炭質夾層，可能是甲烷或者其他重烴而產生的燃燒。
　　2005年12月7日，業主、設計、監理、施工單位四方到現場了解情況。
　　2005年12月10日，紅石巖隧道開挖至DK189+100時，碴堆再次出現燃燒現象。
　　2005年12月13日在紅石巖隧道出口采集氣體一瓶、碴塊30g，并由監理見證取樣。送交中國礦業大學能源與安全學院進行化驗，2005年12月15日中國礦業大學出具了化驗報告，該報告認為：巖石中可燃物成分為甲烷、乙烷、丙烷，也發現有毒氣體一氧化碳。
　　2005年12月17日，合武公司工程部長帶領工程部、安質部有關工程技術售貨員會同設計、施工、監理單位召開現場會，會議確定該隧道按《鐵路瓦斯隧道技術規范》組織施工，并對該問題提出了8條意見及安全措施。
　　2005年12月18日，施工單位編制了《可燃性氣體爆炸應急預案》和《紅石巖隧道可燃性氣體段施工方案初步設計》，報請監理審批通過。
　　2006年1月4日，中鐵隧道集團管段內配備有自動可燃性氣體監測系統兩套，便攜式可燃性氣體檢測儀十臺，光學可燃性氣體檢測儀一臺，并成立了可燃性氣體監測小組，派專人全天候監測。
　　2006年1月9日紅石巖隧道出口安裝調試自動瓦斯監測系統成功，終端連接到洞口值班室，直接在洞外觀察洞內掌子面可燃性氣體濃度，如洞內可燃性氣體濃度超出1%，自動切斷洞內電源，確保施工安全。
　　2006年1月10日，在紅石巖隧道出口邀請華鎣山礦務局綠水洞煤礦專職瓦檢員對我單位專職瓦檢員進行了第一次培訓。
　　2區域地質特征
　　隧道所經區域位于商城東南部，主要為緯向構造，典型區域構造有雙廟鋪-馬店斷裂、藥鋪-青山斷裂，其次為北東方向的商城-麻城斷裂。斷層地層主要為片麻巖，洞身未突起較大區域斷裂，僅有一些次生斷層和節理裂隙帶與區域斷裂相關連。靠近斷裂帶的紅石巖隧道應該嚴重關注（圖1）。
　　在同一座隧道內部，也應該分段區別對待，在巖性穩定地段，巖層向外釋放氣體的總量可能不大，而在巖性破碎、裂隙發育的地段，可能是可燃氣體聚集和保存的主要場所，當掘進至這樣的巖性段時應該引起特別注意。

　　圖1可燃氣體燃燒隧道分布示意圖(Thepicture1combustiblegascombustiontunneldistributesasketchmap)
　　在調查和收集了相鄰區域的有關礦產分布資料表明：在片麻巖地層出現可燃氣體現象，可能與附近的煤田氣體經構造長期運移有關。經統計在隧道內燃燒處的地質情況后發現，燃燒處的巖體多處于斷裂或節理裂隙發育的構造帶中，巖塊有明顯的晶洞、氣孔特征。
　　3送樣檢驗結果
　　此次采樣在紅石巖隧道出口處，氣樣用3.5L氧氣袋封裝，巖石用鋼瓶封裝，具體采集地點如下：
　　鉆孔2–1中（取樣時間2006年1月13號）取氣樣一袋和巖石500g（10.40–10.90m處，取樣時間2006年1月12號）；
　　鉆孔1–1中（取樣時間2006年1月9號）取氣樣一袋和巖石500g（10.35–10.65m處，取樣時間2006年1月8號），鉆孔1–1洞口外部取氣樣一袋。
　　氣體樣品的分析：直接在室溫（15℃）下用氣相色譜儀分析氣袋內氣樣的化學成分；渣塊樣品的分析：先用10ml注射器直接抽取鋼瓶中氣體樣品，用氣相色譜儀分析其化學成分。然后，取約280g渣塊（破碎后，其中紅石巖巖石試樣潮濕、破碎時呈粉末狀，金寨巖石潮濕、硬度較大，破碎呈塊狀），裝入2001型煤自燃特性測試儀內的樣品罐，通入干空氣10ml/min，放入90℃、150℃恒溫箱，穩定約10分鐘后，采集解吸氣樣，用氣相色譜儀分析其化學成分。
　　此次氣樣分析結果如表1，巖石分析結果見表2。
　　表1氣樣分析結果(Express1gasappearanceanalysesresult)

　　表2巖石分析結果(Express2rocksanalysingresult)

　　初步分析結果表明，巖石中可燃物成分為甲烷、乙烯、乙烷、丙烷，也發現有毒氣體一氧化碳。這一結果較好的解釋了施工現場出現的可燃氣體燃燒現象。
　　4針對隧道內的可燃性氣體，在隧道施工中采取的對策
　　結合合武公司對紅石巖隧道可燃燒氣體的有關文件要求，并結合《鐵路瓦斯隧道施工技術規范》及其它瓦斯隧道施工經驗，經過技術攻關，決定采取施工如下：
　　4.1成立安全可燃性氣體施工領導小組
　　成立安全可燃性氣體施工領導小組，負責對可燃性氣體隧道工作的領導、組織、實施與應急處理等所有工作。
　　4.2紅石巖工區成立鉆探組
　　紅石巖工區成立鉆探組,負責超前探孔的技術人員與設備，根據鉆探結果進行分析并為可燃性氣體段施工提供指導性方案。
　　4.3員工培訓
　　隧道所有施工人員全部進行可燃性氣體培訓，專職瓦檢員、安全員、兼職安全員等必須經過專業培訓并且負責人要取得上崗資格證書，人力配置及施工技術水平滿足施工安全生產需要。
　　4.4應急預案及演練
　　成立應急預案領導小組，設立專門的搶救救護組，并對其進行相應的搶救訓練，使其熟知在搶救中可能發生的各種不安全現象及預防方法，非救護組成員不得在事故發生后進洞搶救。
　　必須配備相應急救和搶救設備，并指定專人保管，經常保持其良好的狀態，且搶救設備不得挪做他用。
　　4.5超前鉆孔檢測可燃性氣體情況
　　根據隧道圍巖地質情況及檢測可燃性氣體濃度情況，檢測可燃性氣體濃度較高時，采用水平鉆機超前鉆孔檢測；檢測可燃性氣體濃度較低時，采用人工手持風鉆超前鉆孔檢測。
　　a.水平鉆機超前鉆孔檢測
　　根據隧道可燃性氣體及圍巖變化情況，在上半斷面拱部上開始超前鉆探，打超前探孔一個，初探可燃性氣體存量，對可燃性氣體各項指標進行測定，如有較大可燃性氣體涌出或突出等，則增加排氣鉆孔，同時加強通風，加長可燃性氣體排放時間。
　　b.人工手持風鉆超前鉆孔檢測
　　在全隧道采用人工手持風鉆鉆孔，鉆孔長5～6m，全斷面布置4個鉆孔，對可燃性氣體超前檢測。
　　4.6開挖及初期支護施工應對措施：
　　根據設計及圍巖實際情況，該可燃性氣體段采用全斷面爆破開挖，按照“快支護、緊封閉、勤檢測”的原則穩步施工，同時做好各項安全防護措施。
　　a.全斷面開挖支護：
　　施工順序：（全斷面開挖）測量放線→鉆眼→爆破→出碴→初噴→錨桿及局部鋼筋網施工→復噴砼噴，進入下一施工循環。
　　b.鉆眼：
　　開挖工作面附近20米風流中可燃性氣體濃度必須小于1.0%，當超過此限值時，所有作業人員停止鉆孔作業，檢查并處理，其濃度小于0.5%后方可繼續施工；鉆眼方式采用濕式鉆孔。分隊鉆爆作業人員依據測量開挖輪廓，按爆破設計對開挖掌子面進行布眼，布眼時應注意掏槽眼位置、角度、深度，以保證開挖進尺效果（本隧道全斷面開挖采用斜眼掏槽）；周邊眼應控制其間距，并嚴格控制外插角度，防止出現超欠挖情況；底板眼下插角度應控制并保持一致，以防止底板不平整影響正常施工；所有鉆孔均必須控制其眼底深度，以保證開挖掌子面平齊。鉆眼過程中應隨時觀察圍巖變化情況，當遇有異常情況時（如在鉆孔時發生噴孔、頂鉆、夾鉆等動力現象時），立即通知相關人員進行檢查處理后方可繼續施工。
　　c.爆破：
　　（1）炸藥采用乳化炸藥，采用水炮泥堵眼。
　　（2）采用毫秒雷管起爆。所有炮眼的剩余部分應用水炮泥封堵，水炮泥應用專用塑料袋制作，水炮泥外剩余部分的炮眼部分應用炮泥填滿封實裝至孔口，嚴禁用塊狀材料或可燃性材料作炮泥。
　　（3）使用毫秒延期雷管時，最后一段的延遲時間不得超過130ms，并不得跳段使用。電雷管使用前必須進行阻值測定，選用阻值相近的。嚴禁將瞬發雷管與毫秒雷管在同一串聯網絡中使用，雷管的連接采用串并聯方式。
　　（4）裝藥與爆破作業應保證：爆破地點20m內風流中可燃性氣體濃度低于1%；通風風量足，風向穩，局扇無循環風。
　　（5）震動放炮時，回風系統內的電氣設備必須切斷電源。
　　（6）放炮時，隧道內同時停止施工并停電，全部人員撤出洞外，且人員及機電設備均不要正對洞口。
　　（7）放震動炮由爆破人員統一指揮，并由救護人員在指定地點值班。爆破前，必須確認所有人員已全部撤至安全地點，方準下達起爆命令，爆破工接到起爆命令后，必須先發出爆破警號，至少再等5s，方可起爆。放炮后至少經30min后，應由可燃性氣體檢測人員攜帶防毒面具和自救器到工作面對爆破效果、可燃性氣體濃度等進行檢查，確認安全后通知送電、開動局部通風機。
　　d.出碴：
　　利用裝載機配合自卸式汽車運輸出碴（裝載機和自卸式汽車排氣口必須安裝防暴裝置），由于是無軌運輸，要求出碴全過程可燃性氣體最大濃度不得超過1%，否則立即停止出碴運輸，處理后方可繼續施工。出碴時，開挖底部應盡量清理干凈、平整，已便于開挖臺架進出。
　　e.初噴砼：
　　出碴完成后，推進開挖臺架時，應對開挖掌子面進行充分撬邦找頂，清除危石，消除安全隱患。由于是可燃性氣體段，為及時封閉圍巖，防止可燃性氣體溢漏集聚，同時為保證施工安全，防止坍方掉塊等。砼配合比由試驗室提供。初噴砼厚度約4～5cm，對凹凸不平處找平，噴射后應保證巖面基本平順。
　　f.錨桿及局部鋼筋網施工：
　　初噴砼完成后，施作徑向錨桿時，必須在作業區檢測可燃性氣體濃度，符合規定要求時方可進行錨桿施工操作。
　　鋼筋網施工，在電焊機操作前，必須在作業區檢測可燃性氣體濃度，符合規定要求時方可進行電氣焊操作。
　　4.7加強施工通風管理
　　①成立隧道通風組，由集團公司科研所通風室集中對隧道進行通風。
　　②由專業人員進行現場施工通風管理和實施，風管安裝必須平、直、順，通風管路轉彎處安設剛性彎頭，并且彎度平緩，避免轉銳角彎，以減小管路沿程阻力和局部阻力，并且要加強日常維修和管理。
　　③必須配有專業技術人員對現場通風效果和可燃性氣體涌出狀況進行檢測，根據檢測結果及時進行階段調整。
　　④必要時可以根據檢測結果及時對通風系統作局部調整，必須保證洞內可燃性氣體濃度不超過1%，氣溫不得高于28℃、一氧化碳（CO）和二氧化氮（NO2）濃度在通風30min后分別降到62.5mg/m3和5mg/m3以下，以滿足施工需要。
　　⑤風機必須配有專業風機司機負責操作，并作好運轉記錄，上崗前必須進行專業培訓，培訓合格后方可上崗。
　　4.8機電設備防爆
　　①可燃性氣體隧道內的照明燈具，采用BCD-200型防爆照明燈。防爆照明燈設置間距為5米，在接線時采用防爆接線盒。
　　②隧道內縛設低壓電纜均采用3×95+1型或3×10+1型防爆電纜；開關采用DW80-200型防爆開關；在臺架及模板臺車處均采用JBK-10KVA防爆變壓器；高壓進洞時采用10KV3×35型高壓防爆電纜；1JBK-500KVA防爆變壓器，10KV防爆高壓隔離開關及250KVA低壓防爆補償柜。
　　③可燃性氣體隧道內的配電變壓器嚴禁中性點直接接地。嚴禁由地面中性點接地的變壓器或發電機直接向可燃性氣體隧道內供電。可燃性氣體工區內的電氣設備不能大于額定值運行，低壓電氣設備嚴禁使用油斷路器、帶油的起動器和一次線圈為低壓的油浸變壓器。
　　④可燃性氣體隧道內使用的機電設備，在使用期間，除日常檢查外，應按規定進行周期性檢查。機電設備應重點檢查專用供電線路、專用變壓器、專用開關、濃度超限與供電設備的閉鎖、局扇與供電的閉鎖情況。供電線路應無明接頭，無接頭連接不緊或散接頭，有漏電保護裝置，有接地裝置，電纜懸掛整齊，防護裝置齊全等。
　　4.9汽車、裝載機及挖掘機等移動設備的防爆
　　在汽車、裝載機及挖掘機等移動設備的排氣管處安置排氣管防暴裝置，共現進場排氣管防暴裝置50臺套，現已安裝完畢，剩余部分為備用。
　　4.10可燃性氣體監測布點及監測計劃
　　本著經濟、可靠的原則，采用人工檢測和自動監測相結合的形式。
　　①監測儀器的選定
　　配備專職的可燃性氣體檢測員定期檢查各可燃性氣體情況，瓦檢員配備的檢測儀器為便攜式甲烷檢測報警器和光干涉甲烷測定器，儀器性能見下表。
　　出口工區自動監測系統的選擇要考慮隧道技術管理水平，根據監測量的多少，對系統進行質量和性能價格比較，選擇適合現有施工技術水平的可燃性氣體監測系統。目前煤礦普遍采用的自動可燃性氣體監控系統主要有KJ4、TF-200、KJ54等系統，考慮紅石巖隧道出口施工的特點選擇：甲烷傳感器2臺、可燃性氣體報警斷電儀2臺、信息處理系統，井下安全電源和信號傳輸電纜等。
　　表3人工可燃性氣體檢測儀器性能表（Form3manpowersgaseschecktheinstrumentfunctiongauge）

　　②測點布置
　　檢測范圍主要是開挖工作面和機電設備20米附近。
　　人工檢測隧道斷面采用五點法檢查可燃性氣體,取最大值做為該斷面可燃性氣體濃度。
　　自動可燃性氣體監測的甲烷傳感器設于開挖工作面、襯砌工作面，以準確反映全隧的可燃性氣體狀況。
　　③檢測頻度
　　紅石巖隧道出口施行三班制可燃性氣體巡回檢查，每班應檢查2～3次，正常施工中執行"一炮三檢"的可燃性氣體制度，可燃性氣體檢測結果及時上報并在洞口值班室的可燃性氣體警示牌上公布，自動可燃性氣體監測系統全天候監測。
　　表4可燃性氣體濃度控制標準和可燃性氣體超限處理措施

　　 ④可燃性氣體監測安全保證措施
　　⑴成立可燃性氣體監管小組，由領導及有經驗的專業監測人員組成，制定實施性計劃使監測按計劃、有步驟進行。
　　⑵制定切實可行的監測實施方案，將其納入工程的施工進度控制中。
　　⑶可燃性氣體檢測人員要相對固定，保證數據資料的連續性，并提供有關切實可靠的數據記錄。
　　⑷明確可燃性氣體安全的濃度基準值，當發現超過基準值時，應立即上報，并現場采取應急處理措施。
　　⑸對所有儀器設備必須按有關規定進行檢驗和校核，確保儀器的穩定可靠性和保證觀測的精度，監測過程中按規定對監測儀器要定期校核、標定。
　　5結論
　　通過對紅石巖隧道出口端巖石內所含氣體的研究，，制定出了有針對性的專項施工技術措施，通過現場實施，確保了隧道施工的安全，同時對相類似隧道施工有借鑒意義。
　　參考文獻 
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