浅谈公路高瓦斯隧道瓦斯监控技术研究.doc

浅谈公路高瓦斯隧道瓦斯监控技术研究 摘 要基于成都第二绕城高速丹景山隧道的工程实际和监控量测数据，阐述了瓦斯监测方案以及所采取的安全措施,总结提出高瓦斯隧道监控的关键在于前期超前预报、施工中的瓦斯实时监测。在目前公路高瓦斯隧道施工无统一规范的情况下，为以后同类工程建设积累了可行性经验。 关键词公路隧道；高瓦斯；瓦斯监控；超前预报 中图分类号 U459.2 文献标识码 A 文章编号 Discussion on the research of gas monitoring technology of high gas highway tunnel Li Guang-fu1 , Wu Jin-liang2 School of Civil Engineering high gas; gas monitoring; advanced prediction 1 工程概况 丹景山2号隧道位于在建的成都第二绕城高速东段第JK1合同段，隧道左洞起讫桩号ZK102177至ZK105548，长3371 米。隧道右洞起点桩号K102174至K105578，长3404 米。隧道最大埋深约365m。隧址区地下水类型主要有松散岩类孔隙水、基岩风化带网状裂隙水和基岩构造裂缝水，处于同一构造带上已建成的隧道中，有部分出现过瓦斯溢出，本项目隧道围岩级别为IV 级、V 级，单洞按三车道隧道设计。 2 丹景山隧道瓦斯概况 在丹景隧道进口端施工初期的监测中，瓦斯浓度高达8.5，进行电焊作业时发生燃烧现象，符合高瓦斯隧道的标准。此外，根据四川静远工程咨询有限公司成都第二绕城高速公路隧道天然气专项勘察报告，隧址区处于龙泉山天然气溢出带，在丹景 2 号进口端见天然气气苗 1 处，隧址区钻遇砂体储集性能较差，具有明显特低渗致密砂岩储层特征，但在低孔低渗背景下局部发育孔渗好的储集砂体。根据野外调查、隧道钻孔资料和油气勘探资料，结合区域地质调查研究成果，隧址区浅层及地表区域断层不发育，但喜山期节理缝发育，贯穿能力差，气藏形成的保存条件差，不具备形成规模气藏的条件。值得注意的是，浅表裂缝如与断层连通可作为气源通道，将天然气运聚到储集砂体中形成小规模气包。[1]因此，按设计图将本隧道定义为高瓦斯隧道。 3 瓦斯监控技术方案 瓦斯隧道施工是极其复杂的,我国大量瓦斯隧道在修建过程中都遇到了诸如瓦斯窒息、燃烧、爆炸事故和瓦斯突出的危险。目前国内公路系统对高瓦斯隧道监控的研究较少,公路隧道施工规范中对瓦斯的监控还没有详尽的阐述，尚未形成相关的技术规范，只是提到了对瓦斯隧道应加强注意。通过对以往隧道施工经验和教训的总结分析，超前预测预报和瓦斯监测是确保公路瓦斯隧道施工安全的重要手段。 3.1 超前探孔预测预报 高瓦斯隧道施工中，必须采取有效的超前预报手段探明前方天然气的储气情况，以便及时制定或调整施工工艺，提前采取安全措施，保证隧道施工安全。超前探测既能探测前方的天然气分布状况，还可以同时预测前方的岩性、断层和地下水等地质状况，能够提供相关的地质参数。 在掌子面上按设计要求打四个探测孔，每次约60米左右，探孔过程中应特别注意有没有地下水、断层、煤层、天然气包、软弱层及天然气顶钻现象，并做详细记录。钻孔完毕封孔测瓦斯压力或涌出速度及有害气体检测。当瓦斯压力超过0.74MPa，或涌出速度超过4L/min时，表示有瓦斯涌出或突出危险，需增设瓦斯排放孔。[2]在钻孔及瓦斯排放过程中，要保持通风，并确保风量足够将瓦斯气体稀释。 表1 预测瓦斯突出危险性指标 定量指标 如钻孔过程中遇到顶钻、卡钻及喷孔等动力现象时，即视该开挖工作面为突出危险工作面。 另外，还采用美国SSL无线地质雷达100MHz天线进行超前地质探测，从而预测掌子面前方岩层的异常地质情况。 截止到2012年9月，丹景隧道超前探孔瓦斯检测共进行226孔次，瓦斯排放效果检测共进行226孔次，对瓦斯浓度、瓦斯压力、瓦斯流量进行了检测；掌子面处地质雷达超前探测共252次（按探测深度10m计一次）。在所探测深度范围内，均无地下水富存，无明显的地质断层和不良地质。每次超前探孔中的瓦斯浓度、瓦斯压力及流速均较小，无瓦斯突出危险，无需增设瓦斯排放孔。在保持通风的情况下，均可正常进行施工作业。 3.2 瓦斯监控系统 瓦斯的监测，主要以煤矿安全规程、防治煤矿瓦斯突出细则、铁路瓦斯隧道技术规范TB10120-2002为主要依据，并参照现行公路隧道施工技术规范，根据上述规程采取自动监测与人工检测相结合，对瓦斯等有害气体进行监测和控制。 人工检测采用光学瓦斯检测仪器配6 米左右长软管由专业瓦检员进行检测。在自动探测浓度小于0.2时，可每隔4小时检测一次，超过0.3时宜每2小时检测一次。超过1.5时，隧道内自动断电，禁止瓦检员前往检测，作业人员全部撤出。此外，实行“一炮三检”制度（钻孔前、装药前、起爆前），放炮后进行续监测，直到回风巷中的CH4浓度低于0.5方可进行后续工作。检测数据分类别做记录，并由各负责人签字后存档。此外，各作业小组均配便携式瓦斯检测报警仪，随时检测工作位置及通道的瓦斯浓度，以保证施工区域的安全性。 自动监测方面，由于隧道内具有较多的监测点，若采用有线方式传输，则节点数量较多，面临布线复杂，安装维护困难的问题；因此，瓦斯自动监测系统采用无线网络传输。丹景隧道瓦斯监测系统数据采用470MHz无线网络进行传输，整体采用树形结构进行布线，以中继桥为数据传输的主要通道，隧道内部每一个监测点作为支点，将采集点瓦斯量信号通过无线信号发射到中继桥，由中继桥将瓦斯信号传递到洞口以RS232串口协议输出，同时输出的RS232信号分作数份，分别送至LED点阵显示屏和视频编码服务器，在由视频编码服务器将串行信号分别送至现场监控指挥中心和互联网中心服务器，为远程瓦斯监控用户提供服务。这样一来不但减小了工程量，而且利于监控设备随着施工进度不断向隧道内推进。