浅谈瓦斯隧道初支工序不动火工艺及应用实践

浅谈瓦斯隧道初支工序不动火工艺及应用实践

周文龙 ,秦培雨

四川路桥华东建设有限责任公司

摘要：预防爆炸是瓦斯隧道施工管理的重点内容，瓦斯爆炸是非常严重的灾害，轻则毁坏隧道与器械设备，重则造成不可挽回的事故，危及人们的生命财产安全。不动火工艺指的是掌子面初期支护所采用的栓接、销接、绑扎等工艺。二衬钢筋采用洞外焊接至半成品与洞内绑扎相结合的工艺，避免了掌子面、衬砌台车等瓦斯集中区域的明火施工，充分保障了隧道施工安全。

关键词：瓦斯隧道；初支工序；不动火工艺；应用实践

在煤系地层、含有天然气的地段进行隧道施工时，最大的风险便是短时间内涌出大量瓦斯。瓦斯本身无毒，瓦斯对隧道施工造成的风险性在于，当空气中的瓦斯达到某个浓度界限值时，就会因为静电、火花等因素引起爆炸事故，给工程建设造成巨大的经济损失，甚至造成重大的人员伤亡。怎样消除施工中的火源，成为瓦斯管理工作的重要内容。瓦斯隧道的初支工序施工中，电火花和掉落的焊渣都可能引起瓦斯爆炸，尤其是初期支护的架设钢拱架施工，会因为围岩新暴露面积过大，瓦斯涌出量过多，瓦斯浓度过高而增加动火作业的危险系数。

1.瓦斯爆炸的条件

1.1瓦斯浓度

理论上，当空气中的瓦斯浓度达到5%时，就可能引起爆炸。在相对宽阔的空间中，瓦斯达到爆炸条件的浓度也会有所提高，但为了保障人员安全，通常会将瓦斯浓度的预警值设置在5%以下。

1.2引火温度

当瓦斯所处的温度达到650~750℃时，就可能发生引火风险。比如隧道中的机械碰撞、明火作业、电气火花、吸烟等违规操作所引起的明火，都可能导致瓦斯爆炸事故。

1.3氧浓度

隧道施工过程中需要人工作业，因此氧浓度需要满足人类生存需求，同时也必然会满足瓦斯爆炸的氧浓度需求，即12%以上。

2.瓦斯爆炸的危害性

2.1冲击波

在瓦斯爆炸事故发生的一瞬间，会产生强大的冲击波，冲击波会以极快的速度扩散至四周，对隧道内的设备、人员造成损毁，严重情况下甚至会导致人员伤亡。

2.2高温

瓦斯爆炸的基本条件是瓦斯与氧气达到一定浓度后，并遇到火源，产生氧化反应。瓦斯爆炸的一瞬间会释放出大量热，温度在1850℃以上。

2.3有毒有害气体

众所周知，一氧化碳是一种在封闭、狭窄的环境下很难扩散的气体。而瓦斯爆炸后，会生成大量的一氧化碳，短时间内，空气中一氧化碳的浓度会迅速升高，当浓度为0.4%时就会使人中毒，严重威胁生命安全。

2.4次生灾害

爆炸和燃烧往往相伴相生，紧随瓦斯引起的爆炸之后的事故，便是瓦斯燃烧。在爆炸所引发的巨大能量中，大量粉尘在空间闭塞的隧道内飞扬。在此情况下，如果引起爆炸的火源还未熄灭，则会再次出现爆炸、燃烧灾害。

3.瓦斯隧道初支工序不动火工艺的应用实践

某地铁总长61.78km，分为7个标段，施工隧道处于第5标段。隧道右线起止里程为9695m；左线起止里程为9657m。隧道采用的是并行双线隧道，左右线的间距为30m，单线建筑断面积为50.6m2。隧道沿线的地质条件比较复杂，均为高瓦斯隧道，属于地铁工程的重点施工地段。

3.1准备工作

（1）模具卡具的制作：钢筋加工现场使用的是φ14、φ10钢筋。根据拱架设计的弧度、分节长度焊接为模型。以连接筋设计方案为依据，在模具上焊接短钢筋，间隔1m，形成连接筋套管焊接时限位卡具。

（2）连接套筒：钢筋加工厂内生产钢拱架，即钢格栅，在钢拱架上环向按照1m的间距焊接连接套筒，连接套筒使用5cm长的φ42钢管。

（3）锁脚套筒：将锁脚套筒焊接在钢拱架预定锁脚位置，锁脚套筒的长度为钢拱架径向厚度＋6cm的φ50~φ60钢管。锁脚套筒的底部焊接锁脚加强筋。

（4）连接筋：根据不同的围岩级别确定钢拱架的间距（d），制作连接筋。连接筋加工长度为d－5 cm、d、d＋5cm、d＋10cm。

（5）锁脚锚杆（管）：制作4套L型的锚杆，除了L型弯钩之外，直边的长度均要达到基岩。如果锁脚使用导管，则需要制作四套锁脚筋。

（6）准备若干8号绑扎铁丝，用来固定绑扎的钢筋网片。

3.2初期支护不动火工艺应用实践

3.2.1基础数据提取

（1）隧道工作面爆破施工时，应严格按照设计方案进行作业，爆破之后开挖的工作面不可出现超挖、欠挖等严重问题。技术人员测量的数据和设计数据之间不存在较差误差，符合误差范围要求，保证设计方案和施工现场相符，达到省时、省工、省力、省料的效果。

（2）隧道开挖工作面的爆破施工结束后，应根据开挖工作面的进尺与钢拱架的间距明确钢拱架的榀数。

（3）以开挖工作面的爆破效果为依据，确定钢拱架高程与安装位置。

3.2.2模具卡制作与施工

（1）在模具制作工序中，模具卡是最关键的环节，因为连接套筒、连接筋、锁脚套筒、锁脚锚杆的设计数量与尺寸很大程度上取决于模具卡，这些也是设计、制作其他工序的前提。制作模具卡主要使用Φ14mm或者Φ10mm钢筋，按照拱架设计的弧度，在模具上遵循连接筋设计为环向1m间距焊接短钢筋。

（2）模具施工过程中，首先使用连接筋与套筒将钢拱架固定牢固，用钢筋楔子或者木楔子jiang连接筋、连接套筒之间的间隙楔紧，并绑扎钢筋网片。使用8号铁线绑扎钢筋网，考虑到隧道施工工序与交叉作业较多，为了避免钢筋网松动脱落，应该将钢筋网多点绑扎在钢拱架或者连接筋上。锁脚施工时，先施工钢拱架与钢筋网片，然后进行锁脚钻孔施工到基岩，安装锁脚锚杆、注浆，用锁脚锚杆卡紧锁脚套筒，以起到抗收敛效果。全部模具安装成功后，在钢架底部连接板及其以上5cm的范围内堆沙或者包裹，以免喷射混凝土的过程中堵塞了螺栓孔，影响下导坑钢拱架的正常施工。

4.瓦斯隧道不动火工艺的优点与不足

4.1优点

（1）在洞外加工锁脚锚杆套筒，减少了洞内施工量与施工时间，提高了施工效率。

（2）掌子面与模板台车周围的瓦斯浓度高于其他区域，采用不动火工艺施工，能够避免出现火花，彻底隔绝了火源，保证了施工安全性。

（3）节约了大量人力资源，瓦斯隧道施工如果采用传统焊接工艺，必须严格执行审批制度，在动火范围内安排安全管理员检测瓦斯浓度、监管施工现场。由于隧道施工内容较多，交叉作业频繁，施工时间较长，所以需要的安全员、监管员较多，在狭窄的隧道环境中，人员过多反而会增加安全隐患。而不动火工艺则不需要配备全程跟班人员。

4.2不足

（1）在施工现场开挖进尺以及钢架加工误差的影响下，钢架架立的间距需要不断调整，连接筋加工成型后，无法调整长短，因此会对钢架的连接质量与连接稳定性产生影响。

（2）对钢架加工质量提出更高要求，采用冷弯成型工艺加工钢架，加工中会出现平面翘曲的问题，钢架架立后，不同位置和上品钢架之间的间距不同，以至于无法连接局部纵向连接筋，需要对纵向连接筋的长度进行调整。

（3）对前后两榀拱架的高程位置要求十分严格，连接套筒的高度一致，钢架架立过程中会出现较大的高程误差，导致连接筋无法正常连接。

结束语

综上，瓦斯隧道初支工序中不动火工艺的施工安全性明显优于常规工艺，能够有效避免动火作业引起的瓦斯燃烧、爆炸等事故。在施工质量方面，由于拱架间连接筋的尺寸与拱架上套管的位置固定，施工过程中对拱架垂直度以及拱架间距的要求较高，能够有效避免拱架间距超标问题。本文结合瓦斯隧道工程案例介绍了不动火工艺的施工，希望能为类似工程提供参考。 

参考文献

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