摘要：襄渝二線財神廟鐵路特長隧道應(yīng)用超前探孔、分段接力通風(fēng)、人工檢測和自動檢測相結(jié)合等多項措施，防止了瓦斯、硫化氫突出、積聚，防治了硫化氫中毒，保證了施工安全，取得了良好的效果
　　關(guān)鍵詞：隧道、瓦斯、硫化氫、防治措施。
　　
　　襄渝二線財神廟隧道鐵路隧道,隧道洞身地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，圍巖多段分布有炭質(zhì)片巖、石煤等軟弱圍巖，主要為云母石英片巖及石英云母片巖，呈互相狀及夾層狀分布，礦物成分主要為絹云母和石英等。在DZK239+372.7施工過程中發(fā)現(xiàn)瓦斯及硫化氫有害氣體，直接危及施工安全。
　　1工程概況
　　財神廟隧道位于漢江南岸、既有線左側(cè)，穿過范圍屬中低山區(qū)，自然山體高陡，溝谷發(fā)育，山體自然坡度較陡，溝谷及山崖基巖裸露，山坡上植被茂密。隧道起訖里程為DZK235+215～DZK242+848，全長7633m，其中磨溝斜井長574m，坡度10.1%，與正洞交點DZK239+000。襄渝鐵路地處華北古陸與揚子古陸的接合部位，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，在構(gòu)造單元劃分上屬秦嶺褶皺系之南秦嶺印支褶皺帶。南秦嶺褶皺帶巖性以軟質(zhì)巖層為主，由于受褶皺、斷層影響，產(chǎn)狀十分紊亂，巖層中節(jié)理、裂隙較為發(fā)育。
　　隧道洞身圍巖地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，其中石煤形成于四億多年前，以“雞窩狀”和“透鏡狀”賦存。
　　在DZK239+372.7鉆眼過程中出現(xiàn)“臭雞蛋”味的不明氣體，經(jīng)西安近代化學(xué)研究所分析測試中心對隧道內(nèi)“臭雞蛋”味氣體進行現(xiàn)場取樣檢驗，檢驗結(jié)果為主要成分為甲烷，含少量的硫化氫。同時，委托西安煤炭科技研究院檢測巖石的含氣量，具體含氣量見表1。
　　巖樣瓦斯含量測試結(jié)果表1

　　
　　財神廟隧道在發(fā)現(xiàn)瓦斯的同時都有“臭雞蛋味”的氣體，用硫化氫專用檢測儀檢測最大達25ppm，超國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)10mg/m3（折合體積濃度約6.588ppm）約4倍，瓦斯最大濃度達9.6%，且發(fā)現(xiàn)逸出氣體還存在壓力，出氣點有“咝咝”的響聲，底板有氣泡。
　　
　　圖1現(xiàn)場瓦斯突出情況
　　2瓦斯、硫化氫性質(zhì)
　　2.1瓦斯性質(zhì)
　　瓦斯是隧道(或礦井)內(nèi)有害氣體的總稱，其成分比較復(fù)雜，主要為甲烷（CH4，俗稱沼氣），占80%～90%，另外還含有其它的烴類以及CO2和稀有氣體。沼氣無色、無味、無毒，難溶于水，比空氣輕，遇火即燃燒或爆炸。
　　瓦斯爆炸必須同時具備3個條件:一是火源（火花的能量達到0.28毫焦，溫度在400℃～500℃以上）;二是氧氣(氧氣含量在12%以上)；三是瓦斯本身的濃度在5％～16％范圍內(nèi)。
　　2.2硫化氫性質(zhì)
　　硫化氫為無色氣體。具有臭蛋氣味。分子式H2S。分子量34.08。相對密度1.19。熔點-82.9℃。沸點-61.8℃。易溶于水,亦溶于醇類、石油溶劑和原油中。爆炸上限為45.5％,下限為4.3％。燃點292℃。
　　硫化氫是一種神經(jīng)毒劑。亦為窒息性和刺激性氣體。其毒作用的主要靶器是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，亦可伴有心臟等多器官損害，對毒作用最敏感的組織是腦和粘膜接觸部位。
　　3施工中存在問題
　　由于財神廟隧道區(qū)域內(nèi)出露地層局部賦存“透鏡狀”和“雞窩狀”石煤，該石煤由古海洋生物形成，其中的瓦斯是石煤在炭化過程中形成。而煤是由植物腐爛、沉積、在一定的地壓下炭化作用下形成，其中的瓦斯是伴隨煤的形成而生成，古代的植物殘骸被水、泥沙埋沒后與空氣隔絕。在高溫、高壓的作用下，這些植物殘骸進行著長期緩慢的化學(xué)物理變化—泥炭化、炭化，最終就形成了煤炭，同時也生成氣狀產(chǎn)物，其主要成分為沼氣和二氧化碳等。屬于沉積巖系。因此財神廟隧道瓦斯施工存在以下問題：
　　(1)由于生成母體的差異，古海洋生物死體蛋白質(zhì)含量較植物高，變質(zhì)巖地層瓦斯氣體中含硫化氫含量較高。在發(fā)現(xiàn)瓦斯初期，就檢測到硫化氫濃度25ppm，超出國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)10mg/m3（折合體積濃度約為6.588ppm）約4倍。雖然硫化氫既為易燃易爆體氣，也為劇毒體氣，但其毒性濃度遠遠低于爆炸濃度，因此防治硫化氫的重點在防毒。
　　(2)通過野外調(diào)查，變質(zhì)巖地層中的石煤呈雞窩狀或透鏡狀分布，分布范圍較小，具有間歇性、突發(fā)性。
　　(3)財神廟隧道施工過程中遇到的瓦斯?jié)舛茸畲?.6%，為瓦斯爆炸威力最大濃度，施工風(fēng)險較大。
　　4、防瓦斯、硫化氫突出及聚集施工技術(shù)
　　為了綜合防治財神廟隧道瓦斯、硫化氫，針對瓦斯的特性主要采取了防瓦斯積聚、突出、控制火源等措施；針對硫化氫的特性主要采取了防硫化氫積聚、防毒等措施。具體如下：
　　4.1防瓦斯、硫化氫突出措施
　　為了防止瓦斯、硫化氫突出，主要采取了地質(zhì)評估和超前地質(zhì)探孔。
　　通過地質(zhì)評估，確定了石煤以“雞窩狀”或“透鏡狀”形式存在和該地層瓦斯的含量。
　　通過在掌子面“品”字形布置三個超前探孔（超前探孔每次鉆進30m，施工20m，預(yù)留10m的安全距離，再進行下一次的超前鉆孔），根據(jù)超前鉆孔的速度、石屑、有害氣體逸出情況等確定掌子面前方的地質(zhì)情況，確定下一步施工措施和有害氣體的防止措施。另外根據(jù)掌子面的地質(zhì)情況作好地質(zhì)素描，判斷掌子面圍巖的穩(wěn)定性，及時調(diào)整施工方法，保障了施工安全，防止有害氣體突出。
　　4.2防瓦斯、硫化氫聚積技術(shù)措施
　　4.2.1監(jiān)控
　　（1）監(jiān)測內(nèi)容
　　根據(jù)財神廟隧道有害氣體的復(fù)雜性，把困擾施工的瓦斯(ＣＨ4)、硫化氫(Ｈ2Ｓ)作為主要監(jiān)測對象，而把其它一些含量低、濃度小的有害氣體不作為監(jiān)控對象。
　　（2）監(jiān)測儀器
　　儀器名稱 型號 儀器特點 產(chǎn)地及用途 使用方法
　　光干涉甲烷測定儀 GWJ-1A 精度高，可探測探孔內(nèi)濃度，測定范圍大。 國產(chǎn)測CH4 由值班瓦檢員攜帶測洞內(nèi)各處
　　甲烷測定報警儀 JCB-AB 攜帶方便，具有聲光報警功能，適合管理人員使用。 國產(chǎn)測CH4 由值班瓦檢員和管理人員攜帶檢測洞內(nèi)各處
　　硫化氫測定報警儀 TSI 攜帶方便，具有聲光報警功能，適合管理人員使用。 國產(chǎn)測H2S 由值班瓦檢員攜帶測洞內(nèi)各處
　　自動監(jiān)控 KJ-90 實時監(jiān)控，及時傳輸數(shù)據(jù)。 國產(chǎn)測CH4和H2S 自動檢測并傳輸?shù)街蛋嗍?br /> 　　（3）監(jiān)測方式
　　瓦斯隧道監(jiān)控方式主要分為三大類，即：人工監(jiān)控、自動監(jiān)控和人工監(jiān)控和自動監(jiān)控相結(jié)合，各種監(jiān)控方式的優(yōu)缺點詳見下表：
　　瓦斯、硫化氫氣體檢測方案對照表
　　檢測方案 優(yōu)點 缺點 備注
　　人工檢測 ①操作簡單、攜帶方便、靈活性強；②價格低廉；③待機時間長。 ①檢測部位受限制，過高檢測不方便，要借助于其他物體；②數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實際不能及時反映給洞外。③檢測數(shù)據(jù)受人的影響比較大。 
　　自動監(jiān)測 ①數(shù)據(jù)精度高；②數(shù)據(jù)能及時反映給洞外，也可儲存；③可對洞內(nèi)人員實時動態(tài)跟蹤監(jiān)測；④停電后系統(tǒng)可工作2小時以上；⑤可自動實現(xiàn)風(fēng)、電、瓦閉鎖功能。 ①只能測到探頭附近的數(shù)據(jù)，沒有靈活性；②無法靠近隧道開挖掌子面；③自動監(jiān)控系統(tǒng)及傳感器成本費用比較高。 
　　人工檢測和自動檢測相互結(jié)合 ①檢測系統(tǒng)安全可靠；②數(shù)據(jù)及時反映現(xiàn)場實際。 ①費用比較高；②管理難度大。 
　　綜上所述，最終采用人工檢測與自動監(jiān)測相結(jié)合的方案。自動監(jiān)控采用煤礦用KJ90瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，自動監(jiān)控探頭安裝到硫化氫容易聚集的地方，探頭采集到的數(shù)據(jù)傳送到洞內(nèi)分站，再由分站傳送到值班室總站。人工監(jiān)控分三班，每班兩人，按照每1小時巡檢一次重點監(jiān)控瓦斯容易聚集的地方，如掌子面、拱頂、洞室、下臺階等坑凹不平的地方。所有瓦檢人員均經(jīng)過專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。一切情況直接向調(diào)度指揮系統(tǒng)人員匯報。每作業(yè)班配置1名瓦檢員，負責(zé)本班作業(yè)區(qū)域和作業(yè)時間內(nèi)瓦斯檢測工作。
　　濃度均超過了標(biāo)準(zhǔn)中許可的濃度，必須采取通風(fēng)措施予以降低；通風(fēng)后再行檢測,ＣＨ4的濃度降低到1.0(%)以下、H2S濃度降低到6ppm以下方可繼續(xù)施工,以保證施工安全。否則，停止施工，采取斷電、強通風(fēng)措施，直到經(jīng)過瓦檢員檢測符合要求才能恢復(fù)施工。
　　4.2.2通風(fēng)
　　依據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》7.2.7要求：“瓦斯隧道施工中防止瓦斯積聚的風(fēng)速不宜小于1m/s”，借鑒以往瓦斯隧道施工最低風(fēng)速的成功案例，如：家竹箐瓦斯隧道回風(fēng)風(fēng)速0.5m/s、華鎣山瓦斯隧道0.5m/s，朱嘎瓦斯隧道0.5m/s，董家山隧道0.5m/s，結(jié)合財神廟隧道的實際情況確定最低風(fēng)速按0.5m/s計算。按照稀釋瓦斯、硫化氫、最低風(fēng)速、爆破、作業(yè)人員呼吸等方面對比計算,財神廟隧道磨溝斜井工區(qū)最大需風(fēng)量為3315m3/min，出口方向最大需風(fēng)量為2242.5m3/min,進口最大需風(fēng)量為1072.5m3/min。經(jīng)過通風(fēng)方案比選，最終確定財神廟隧道磨溝斜井工區(qū)通風(fēng)采用分段接力機械壓入、射流風(fēng)機輔助的通風(fēng)方式。
　　（1）通風(fēng)系統(tǒng)
　　在DzK239+016～DzK239+046襯砌段設(shè)風(fēng)室（見圖4），風(fēng)室容積432m3，風(fēng)室設(shè)置的原則為“進風(fēng)量不能小于出風(fēng)量，風(fēng)室內(nèi)不能出現(xiàn)負壓”。新鮮風(fēng)流送到風(fēng)室后，再由風(fēng)室分送到工作面。風(fēng)室在隧道拱部3m處形成封閉風(fēng)室，底板和兩擋頭采用3mm鋼板焊接，采用I16工字鋼門架支撐。
　　在磨溝斜井距離洞口30m處安裝1臺高功率軸流風(fēng)機通過φ1.8m雙抗風(fēng)管（阻燃、抗靜電）將新鮮空氣送至正洞內(nèi)的風(fēng)室，再由風(fēng)室兩側(cè)通過軸流風(fēng)機分別將新鮮空氣通過φ1.5m雙抗風(fēng)管（阻燃、抗靜電）風(fēng)管送至掌子面。同時在斜井內(nèi)設(shè)置兩臺射流風(fēng)機，隧道進、出口向模板臺車處各設(shè)置一臺射流風(fēng)機（通風(fēng)系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)見圖5）。

　　圖4風(fēng)室結(jié)構(gòu)圖圖5通風(fēng)及監(jiān)控系統(tǒng)布置圖
　　（2）局部通風(fēng)
　　在掌子面至模板臺車地段的死角、超挖嚴(yán)重、洞室等部位用森林滅火機將聚集的瓦斯吹出，使之與回風(fēng)混合后排出。為確保風(fēng)流循環(huán)速度需設(shè)置射流風(fēng)機，誘導(dǎo)風(fēng)向。
　　4.3硫化氫綜合防毒技術(shù)
　　硫化氫具有易燃、易爆、劇毒的性質(zhì)。由于硫化氫的毒性濃度遠遠低于其燃燒、爆炸濃度，因此重點是防毒。防毒系統(tǒng)由通風(fēng)系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、個人防護、噴霧系統(tǒng)和急救系統(tǒng)五部分組成綜合防毒系統(tǒng)。
　　通風(fēng)系統(tǒng)主要是為洞內(nèi)作業(yè)人員供給新鮮空氣，同時稀釋硫化氫濃度；
　　檢測系統(tǒng)主要是監(jiān)控洞內(nèi)硫化氫易積聚部位濃度不能超標(biāo)；
　　個人防護系統(tǒng)主要是所有洞內(nèi)作業(yè)人員必須佩帶防毒防護用品，如防毒面罩、氧氣自救器。
　　噴霧系統(tǒng)是在開挖平臺上設(shè)置噴霧系統(tǒng)，在爆破之后，噴霧系統(tǒng)自動打開，濕潤洞渣，同時溶解空氣中的硫化氫。
　　急救系統(tǒng)是根據(jù)現(xiàn)場實際，項目部制定了切實可行的管管理制度和應(yīng)急預(yù)案，成立了緊急應(yīng)急急救小組，防止事故的擴大。
　　4.4防火措施
　　防火措施主要是防止明火產(chǎn)生，主要采取了以下措施：
　　（1）建立防火管理制度和用火管理制度，嚴(yán)禁攜帶易燃物品進洞，動用明火必須先申請，相關(guān)措施到位之后才能開始施工。
　　（2）爆破堅持“一炮三檢”，爆破器材采用煤礦需用炸藥和雷管。
　　（3）用電采用防爆開關(guān)、電纜采用不延燃橡套電纜，同時嚴(yán)禁電纜、用電器超負荷運轉(zhuǎn)，照明采用礦用防爆燈。
　　（4）出渣前先用水濕潤洞渣。
　　（5）各作業(yè)平臺安裝消防設(shè)備，洞內(nèi)每50m安裝消防水管。
　　4.5其它措施
　　為了確保施工安全和以后的運營安全，在施工過程中還采取了以下措施：
　　（1）初期支護增加噴射混凝土厚度，由原設(shè)計的8cm增加到15cm；系統(tǒng)錨桿由φ22砂漿錨桿變?yōu)?phi;25的中空注漿錨桿；
　　（2）襯砌結(jié)構(gòu)采用全封閉復(fù)合式襯砌，增加了混凝土厚度，由原設(shè)計的30cm增加到40cm；混凝土變?yōu)闅饷苄曰炷�土，氣密劑參量為水泥用量�?2%；施工縫采用界面劑進行處理，界面劑性能不小于混凝土本體。
　　（3）防排水取消襯砌背后忙管，防止瓦斯逸出，影響運營安全；防水板厚度由原設(shè)計的1.2mm增加到2.0mm。
　　（4）施工供配電采用防爆設(shè)備；雙回路回路供電。
　　（5）采用風(fēng)、瓦、電閉鎖技術(shù)。
　　5、施工效果
　　從發(fā)現(xiàn)瓦斯、硫化氫，到施工結(jié)束，1年多時間的施工檢驗，施工中所采取的措施科學(xué)有效。
　　（1）在對掌子面風(fēng)速隨機檢測發(fā)現(xiàn)，掌子面稀釋瓦斯、硫化氫的風(fēng)速均大于1.0m/s，證明通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計可靠、有效，但隨著掘進距離的增大，風(fēng)速逐漸降低。

　　圖6掌子面風(fēng)速隨機檢測曲線圖
　　（2）雖然掌子面多次發(fā)生瓦斯和硫化氫濃度嚴(yán)重超標(biāo)，但在回風(fēng)流中的含量均沒有超標(biāo)，瓦斯在回風(fēng)流中的濃度從未超過0.1%，硫化氫的濃度從未超過3ppm，也證明通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計可靠、有效。
　　（3）通過瓦斯、硫化氫通過人工檢測和自動檢測相結(jié)合，多次及時發(fā)現(xiàn)掌子面瓦斯、硫化氫局部濃度異常，及時采取應(yīng)急措施，使施工安全得到保障。
　　（4）硫化氫防治方案成功有效，從發(fā)現(xiàn)硫化氫到財神廟隧道施工結(jié)束的一年多時間從未發(fā)生硫化氫中毒事故。
　　6、結(jié)束語
　　《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》瓦斯隧道施工中規(guī)定防止瓦斯積聚的風(fēng)速不宜小于1m/s，由于《煤規(guī)》中關(guān)于容許最低風(fēng)速的規(guī)定,據(jù)不同巷道的功能對風(fēng)速的規(guī)定為0.15m/s～1.0m/s。財神廟隧道現(xiàn)場實際采用0.5m/s，通過實踐檢驗?zāi)軌驖M足瓦斯隧道防治的要求，建議在規(guī)范中明確瓦斯隧道最低風(fēng)速，明確稀釋風(fēng)流的速度為1m/s。
　　襄渝二線財神廟非煤系變質(zhì)巖隧道瓦斯、硫化氫的成功防治經(jīng)驗，尤其是分段接力通風(fēng)和瓦斯檢測措施為以后類似工程施工具有一定借鑒作用。
　　
　　參考文獻：
　　《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》（TB10120-2002）
　　《家竹等高瓦斯隧道施工通風(fēng)研究》（張開鑫）
　　《硫化氫的危害與防治》（尹忠、廖剛、梁發(fā)書、陳集）