高瓦斯隧道施工机械配置

摘要：兰渝铁路图山寺隧道为单线铁路高瓦斯隧道，进出口同时掘进，采用台阶法和光面爆破法开挖、防爆改装后的装载机与挖掘机配合防爆改装后的自卸汽车出碴运输，以压入式通风为主辅以正洞和平导射流通风的施工方案。文章以该隧道为例，主要介绍无轨运输的瓦斯隧道快速施工的施工机械配置。

关键词：隧道 瓦斯 施工机械

1 工程概况

图山寺隧道位于丘陵区，全长3212m，穿越近东西向展布的脊状山梁，地面高程320～540m，相对高差约220m。地下水不发育，隧道涌水量较小，隧道最大涌水量Q=2000m3/d。地下水对砼具弱硫酸盐侵蚀性，测区不良地质为风化剥落，有毒有害气体。通过对隧道深孔天然气进行测试：单孔天然气浓度最高达9500ppm，隧道天然气含量通过计算为6087m3，参照达成既有炮台山隧道出口平导，瓦斯压力0.2kpa，天然气绝对涌出量为3.03m3/min。隧道内动峰值加速度<0.05，动反应谱特征周期为0.35s。

隧道位于川中产油产气地层，一般埋深2000～2800m，并且在一定程度上顺着岩层构造裂隙，天然气等有害气体不断上逸，在隧道洞身范围基岩裂隙或隙缝中出现一定程度的游散富集，进一步形成气囊，由于这种气体在一定程度上具有随机性和不均性等特性，进而在一定程度上直接威胁到隧道的施工安全。

2 瓦斯的性质

通常情况下，隧道内的瓦斯属于天然气瓦斯，并且在一定程度上以游离的状态存在，其特点主要表现为：具有较强的随机性和不均匀性，在施工过程中，进一步增加了风险系数。对于天然气瓦斯来说，通常情况下从位于地下2000～2800m的含气层中，沿着岩石缝隙不断上逸，使得补给线路比较长，并且在一定程度上具有间断性、不稳定性等特征，进行爆破后，通过对瓦斯浓度进行检测，进而在一定程度上发现浓度较高，但是这种浓度在短时间内就能降低。通常情况下天然气主要埋藏在地层中，并且主要以碳、氢化合物的形式存在，在其成分中，主要包含甲烷、乙烷等气体。

所谓瓦斯通常情况下是指，各种气体从煤层或岩层中释放出或生成，进而在一定程度上不断涌入到隧道内，其成分通常情况下主要是：甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2），以及氮气（N2）等，另外，在一定程度上还伴有少量的硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、氢气（H2）、二氧化硫（SO2）等。

瓦斯作为无色、无味、无臭的气体，其大气压通常情况下在101.325kPa，在标准状态下，容重0.716kg/m3。与空气相比，瓦斯比较轻，其相对密度为0.554，并且其扩散速度超出空气的1.6倍，在这种情况下，瓦斯容易透过裂隙的发育、结构松散的岩层等，不断聚集在隧道顶部、断面变化处，以及隧道塌腔内、模板台车等处；但当瓦斯重烃含量较大时也可能聚集到隧道底部。瓦斯不助燃，但在条件适宜时能发生燃烧和爆炸。

3 电器设备与作业机械的要求

由于图山寺隧道为高瓦斯隧道，一般普通隧道的适用电器设备与作业机械容易引起瓦斯燃烧和爆炸，因此隧道内工作的电器设备与作业机械必须满足以下要求：①隧道内的电气设备与作业机械必须使用防爆型。②各种机电设备在隧道内的额定电压需要符合相应的要求：高压区控制在10000V；低压区控制在1140V；对于照明、手持式电器设备来说，其额定电压在低瓦斯区控制在220V，在高瓦斯和瓦斯突出区通常情况下控制在127V；并且在一定程度上远距离控制线路的额定电压控制在36V。③对于隧道内的配电变压器来说，为了确保施工的安全性，通常禁止出现中性点直接接地的现象。对于通过洞外中性点直接接地的变压器或发电机向瓦斯隧道内进行直接供电的现象也是绝对禁止的。④通过护罩或遮拦等，在一定程度上对容易碰到的、裸露的电气设备，以及相应的机械外露的传动和转动部分进行保护。⑤对于隧道内的低压电气设备来说，通常情况下严禁使用油断路器、带油的起动器，以及油浸变压器。⑥通过风电闭锁装置，对隧道内的局部通风机和开挖工作面的电气设备进行处理；当局部通风机停止运转时，局部通风机供风区段的一切电源在这种情况下需要立即自动切断。⑦对于隧道内的36V以上的，以及由于绝缘损坏可能造成危险电压的设备和作业机械的金属外壳、架构等，通常情况下需要进行保护接地处理。⑧在作业机械摩擦发热的装置上安设过热保护装置和温度检测报警断电停机装置。⑨作业机械在隧道内车辆限速5km/h。

4 施工机械的改装

①改装发电机，进而在一定程度上与国家标准要求相适应。②改装原启动机，将其改装成隔爆型启动机。③更换蓄电池，将其改装成阀控式免维护电瓶，并且在一定程度上将电路中接线处各种操纵开关安统一装在隔爆箱内。④对于照明、信号灯、喇叭等，通常情况下主要采用防爆产品进行处理。⑤对于容易产生静电积聚的非金属件，通常情况下，需要采取抗静电措施。⑥通过在排气管出口安装废气处理箱，进而在一定程度上将排气温度控制在70°C，为了消除排气火花，通常情况下在废气处理箱出口安装相应的阻火器。⑦通过牢固的结构对燃油箱进行处理，进而在一定程度上避免撞击出现损坏。采用螺纹连接燃油箱孔盖，同时需要有系紧装置。⑧增设自动保护设置，需要符合相应的标准要求。在机器运转过程中，当某一项超过安全值时，在这种情况下自动声光装置就会报警，同时延时10-30s自动停机。⑨为了便于检测瓦斯浓度，通常情况下，需要在驾驶室内设置便携式甲烷检测报警器，同时将瓦斯浓度值设1%，在施工现场，当瓦斯浓度达到1%时，这时瓦斯报警器就会自动声光报警，在这种情况下，施工作业人员需要立即停止作业，同时撤离到安全地带。⑩隧道各处及施工机械上配置便携式灭火器消防装置。

5 施工机械配置

选择与配置设备，在瓦斯隧道施工过程中需要进行优先考虑：①大型配套的机械化施工设备；②隧道施工方案和施工通风设计方案；③总体施工工期要求。

5.1 配置挖装设备 在隧道施工过程中，需要结合开挖断面和工期的实际情况，配置了30台YT-28气动凿岩机，2台PC200挖掘机、6台ZLC50C装载机，同时进行相应的防爆改装，进而在一定程度上满足施工要求。

5.2 配置出碴运输设备 根据图山寺隧道洞内实测瓦斯浓度、施工通风设计方案及通风设备配置和施工通风管理等方面，同时在一定程度上结合图山寺隧道实际的施工技术水平，在确保通风良好和瓦斯监控措施得力的条件下，通常情况下需要配置经过防爆改装的6台EQ153自卸汽车。

5.3 配置混凝土运输施工设备 在施工过程中，根据施工的进度和工期要求，进而在一定程度上配置1台12m长厂制衬砌台车，4台柳州运力混凝土罐车，1台功率112KW的HBT60A拖式混凝土泵、4台功率为9KW的TK500混凝土湿喷机、2台功率11KW的FBY-50/70注浆机，进而在一定程度上满足施工的要求。

5.4 通风设备的配置 根据通风方案要求，配置了3台2x132KW的SDF（C）-N013压入式轴流风机，4台2x110KW的SDF（C）-N012.5压入式轴流风机，3台SDS-Ⅱ-NO10.0射流风机，1台FBD60-II-N06局扇。

5.5 配置瓦斯监控设备 在施工过程中，结合瓦斯监控检测方案的实际要求，进而在一定程度上配置1台RPD-150C多功能超前探孔钻机、12台光干涉式瓦检仪、10台便携式甲烷检测报警仪、6台GASMANⅡ一氧化碳检测仪、6台GASMANⅡ二氧化碳检测仪、2台风速检测仪、1台FD150-3防爆启动器。

5.6 供风、供电、照明设备的配置 根据施工方案及供电方案配置6台L13.5-20/8空压机、S11-630KVA型电力变压器1台、S11-1000KVA型电力变压器1台、S11-315KVA型电力变压器1台、S11-200KVA型电力变压器1台、500KW发电机1台、矿用阻燃型专用电缆、防爆矿灯、防爆型专用手电。

6 结束语

施工企业由于作业环境复杂，工种多、工序多、投入使用的机械设备多，而且随着新技术、新工艺、新材料、新设备的不断应用，因此，需要及时、全面、准确了解施工机械的配置，采取最佳方案，进而在一定程度上寻求最低的事故率、最小的经济损失和最优的安全效益，以实现单线铁路高瓦斯隧道安全、快速施工的建设目标。

参考文献：

[1]杜文，伍军，王勇双.线铁路瓦斯长隧道快速施工设备配套及防爆改装探索[J].现代隧道技术，2011（04）.

[2]TB10120-2002，铁路瓦斯隧道技术规范[S].

[3]苟彪.瓦斯隧道施工控制及防治措施探讨[J].现代隧道技术，2011（04）.

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