摘要：合（肥）武（汉）铁路客运专线红石岩隧道穿越大别山区，大别山区系变质岩地区，但是在隧道施工过程中发现燃烧现象，通过现场检测和化学试验确定岩石所含气体成分，在此基础上提出了相关可燃性气体隧道施工技术措施，通过这些技术措施在红石岩隧道施工中的应用，确保了隧道施工的安全，并且收到了良好的效果。
关键词：客运专线，可燃性气体，施工对策
1可燃性气体气体发现过程
合（肥）武（汉）站前工程第三标段红石岩隧道出口工地自2005年10月28日至11月5日，掌子面开挖放炮后（上部开挖里程DK189+220，地质情况为二长片麻岩），发现在掌子面附近存在燃烧的火焰，持续时间3～5分钟，燃烧面积5～6m2。2005年11月6日至11月30日期间未出现类似现象，初步认为洞口浅埋，地表内含有腐植气体而引发的燃烧。
2005年12月1日，掌子面放炮后，又开始出现燃烧现象。经过连续的观察，类似情况仍旧时有发生，但洞内无异常刺鼻气味。
2005年12月7日，经中铁隧道集团科研所和辽宁工程技术大学有关专家、教授现场勘查之后认为：根据岩石中有少量的黑色夹层，放炮后有蓝色火焰在岩石表面燃烧的现象，初步判断岩石中存在有机质含量高的炭质夹层，可能是甲烷或者其他重烃而产生的燃烧。
2005年12月7日，业主、设计、监理、施工单位四方到现场了解情况。
2005年12月10日，红石岩隧道开挖至DK189+100时，碴堆再次出现燃烧现象。
2005年12月13日在红石岩隧道出口采集气体一瓶、碴块30g，并由监理见证取样。送交中国矿业大学能源与安全学院进行化验，2005年12月15日中国矿业大学出具了化验报告，该报告认为：岩石中可燃物成分为甲烷、乙烷、丙烷，也发现有毒气体一氧化碳。
2005年12月17日，合武公司工程部长带领工程部、安质部有关工程技术售货员会同设计、施工、监理单位召开现场会，会议确定该隧道按《铁路瓦斯隧道技术规范》组织施工，并对该问题提出了8条意见及安全措施。
2005年12月18日，施工单位编制了《可燃性气体爆炸应急预案》和《红石岩隧道可燃性气体段施工方案初步设计》，报请监理审批通过。
2006年1月4日，中铁隧道集团管段内配备有自动可燃性气体监测系统两套，便携式可燃性气体检测仪十台，光学可燃性气体检测仪一台，并成立了可燃性气体监测小组，派专人全天候监测。
2006年1月9日红石岩隧道出口安装调试自动瓦斯监测系统成功，终端连接到洞口值班室，直接在洞外观察洞内掌子面可燃性气体浓度，如洞内可燃性气体浓度超出1%，自动切断洞内电源，确保施工安全。
2006年1月10日，在红石岩隧道出口邀请华蓥山矿务局绿水洞煤矿专职瓦检员对我单位专职瓦检员进行了第一次培训。
2区域地质特征
隧道所经区域位于商城东南部，主要为纬向构造，典型区域构造有双庙铺-马店断裂、药铺-青山断裂，其次为北东方向的商城-麻城断裂。断层地层主要为片麻岩，洞身未突起较大区域断裂，仅有一些次生断层和节理裂隙带与区域断裂相关连。靠近断裂带的红石岩隧道应该严重关注（图1）。
在同一座隧道内部，也应该分段区别对待，在岩性稳定地段，岩层向外释放气体的总量可能不大，而在岩性破碎、裂隙发育的地段，可能是可燃气体聚集和保存的主要场所，当掘进至这样的岩性段时应该引起特别注意。
图1可燃气体燃烧隧道分布示意图(Thepicture1combustiblegascombustiontunneldistributesasketchmap)
在调查和收集了相邻区域的有关矿产分布资料表明：在片麻岩地层出现可燃气体现象，可能与附近的煤田气体经构造长期运移有关。经统计在隧道内燃烧处的地质情况后发现，燃烧处的岩体多处于断裂或节理裂隙发育的构造带中，岩块有明显的晶洞、气孔特征。
3送样检验结果
此次采样在红石岩隧道出口处，气样用3.5L氧气袋封装，岩石用钢瓶封装，具体采集地点如下：
钻孔2–1中（取样时间2006年1月13号）取气样一袋和岩石500g（10.40–10.90m处，取样时间2006年1月12号）；
钻孔1–1中（取样时间2006年1月9号）取气样一袋和岩石500g（10.35–10.65m处，取样时间2006年1月8号），钻孔1–1洞口外部取气样一袋。
气体样品的分析：直接在室温（15℃）下用气相色谱仪分析气袋内气样的化学成分；渣块样品的分析：先用10ml注射器直接抽取钢瓶中气体样品，用气相色谱仪分析其化学成分。然后，取约280g渣块（破碎后，其中红石岩岩石试样潮湿、破碎时呈粉末状，金寨岩石潮湿、硬度较大，破碎呈块状），装入2001型煤自燃特性测试仪内的样品罐，通入干空气10ml/min，放入90℃、150℃恒温箱，稳定约10分钟后，采集解吸气样，用气相色谱仪分析其化学成分。
此次气样分析结果如表1，岩石分析结果见表2。
表1气样分析结果(Express1gasappearanceanalysesresult)
表2岩石分析结果(Express2rocksanalysingresult)
初步分析结果表明，岩石中可燃物成分为甲烷、乙烯、乙烷、丙烷，也发现有毒气体一氧化碳。这一结果较好的解释了施工现场出现的可燃气体燃烧现象。
4针对隧道内的可燃性气体，在隧道施工中采取的对策
结合合武公司对红石岩隧道可燃烧气体的有关文件要求，并结合《铁路瓦斯隧道施工技术规范》及其它瓦斯隧道施工经验，经过技术攻关，决定采取施工如下：
4.1成立安全可燃性气体施工领导小组
成立安全可燃性气体施工领导小组，负责对可燃性气体隧道工作的领导、组织、实施与应急处理等所有工作。
4.2红石岩工区成立钻探组
红石岩工区成立钻探组,负责超前探孔的技术人员与设备，根据钻探结果进行分析并为可燃性气体段施工提供指导性方案。
4.3员工培训
隧道所有施工人员全部进行可燃性气体培训，专职瓦检员、安全员、兼职安全员等必须经过专业培训并且负责人要取得上岗资格证书，人力配置及施工技术水平满足施工安全生产需要。
4.4应急预案及演练
成立应急预案领导小组，设立专门的抢救救护组，并对其进行相应的抢救训练，使其熟知在抢救中可能发生的各种不安全现象及预防方法，非救护组成员不得在事故发生后进洞抢救。
必须配备相应急救和抢救设备，并指定专人保管，经常保持其良好的状态，且抢救设备不得挪做他用。
4.5超前钻孔检测可燃性气体情况
根据隧道围岩地质情况及检测可燃性气体浓度情况，检测可燃性气体浓度较高时，采用水平钻机超前钻孔检测；检测可燃性气体浓度较低时，采用人工手持风钻超前钻孔检测。
a.水平钻机超前钻孔检测
根据隧道可燃性气体及围岩变化情况，在上半断面拱部上开始超前钻探，打超前探孔一个，初探可燃性气体存量，对可燃性气体各项指标进行测定，如有较大可燃性气体涌出或突出等，则增加排气钻孔，同时加强通风，加长可燃性气体排放时间。
b.人工手持风钻超前钻孔检测
在全隧道采用人工手持风钻钻孔，钻孔长5～6m，全断面布置4个钻孔，对可燃性气体超前检测。
4.6开挖及初期支护施工应对措施：
根据设计及围岩实际情况，该可燃性气体段采用全断面爆破开挖，按照“快支护、紧封闭、勤检测”的原则稳步施工，同时做好各项安全防护措施。
a.全断面开挖支护：
施工顺序：（全断面开挖）测量放线→钻眼→爆破→出碴→初喷→锚杆及局部钢筋网施工→复喷砼喷，进入下一施工循环。
b.钻眼：
开挖工作面附近20米风流中可燃性气体浓度必须小于1.0%，当超过此限值时，所有作业人员停止钻孔作业，检查并处理，其浓度小于0.5%后方可继续施工；钻眼方式采用湿式钻孔。分队钻爆作业人员依据测量开挖轮廓，按爆破设计对开挖掌子面进行布眼，布眼时应注意掏槽眼位置、角度、深度，以保证开挖进尺效果（本隧道全断面开挖采用斜眼掏槽）；周边眼应控制其间距，并严格控制外插角度，防止出现超欠挖情况；底板眼下插角度应控制并保持一致，以防止底板不平整影响正常施工；所有钻孔均必须控制其眼底深度，以保证开挖掌子面平齐。钻眼过程中应随时观察围岩变化情况，当遇有异常情况时（如在钻孔时发生喷孔、顶钻、夹钻等动力现象时），立即通知相关人员进行检查处理后方可继续施工。
c.爆破：
（1）炸药采用乳化炸药，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应用水炮泥封堵，水炮泥应用专用塑料袋制作，水炮泥外剩余部分的炮眼部分应用炮泥填满封实装至孔口，严禁用块状材料或可燃性材料作炮泥。
（3）使用毫秒延期雷管时，最后一段的延迟时间不得超过130ms，并不得跳段使用。电雷管使用前必须进行阻值测定，选用阻值相近的。严禁将瞬发雷管与毫秒雷管在同一串联网络中使用，雷管的连接采用串并联方式。
（4）装药与爆破作业应保证：爆破地点20m内风流中可燃性气体浓度低于1%；通风风量足，风向稳，局扇无循环风。
（5）震动放炮时，回风系统内的电气设备必须切断电源。
（6）放炮时，隧道内同时停止施工并停电，全部人员撤出洞外，且人员及机电设备均不要正对洞口。
（7）放震动炮由爆破人员统一指挥，并由救护人员在指定地点值班。爆破前，必须确认所有人员已全部撤至安全地点，方准下达起爆命令，爆破工接到起爆命令后，必须先发出爆破警号，至少再等5s，方可起爆。放炮后至少经30min后，应由可燃性气体检测人员携带防毒面具和自救器到工作面对爆破效果、可燃性气体浓度等进行检查，确认安全后通知送电、开动局部通风机。
d.出碴：
利用装载机配合自卸式汽车运输出碴（装载机和自卸式汽车排气口必须安装防暴装置），由于是无轨运输，要求出碴全过程可燃性气体最大浓度不得超过1%，否则立即停止出碴运输，处理后方可继续施工。出碴时，开挖底部应尽量清理干净、平整，已便于开挖台架进出。
e.初喷砼：
出碴完成后，推进开挖台架时，应对开挖掌子面进行充分撬邦找顶，清除危石，消除安全隐患。由于是可燃性气体段，为及时封闭围岩，防止可燃性气体溢漏集聚，同时为保证施工安全，防止坍方掉块等。砼配合比由试验室提供。初喷砼厚度约4～5cm，对凹凸不平处找平，喷射后应保证岩面基本平顺。
f.锚杆及局部钢筋网施工：
初喷砼完成后，施作径向锚杆时，必须在作业区检测可燃性气体浓度，符合规定要求时方可进行锚杆施工操作。
钢筋网施工，在电焊机操作前，必须在作业区检测可燃性气体浓度，符合规定要求时方可进行电气焊操作。
4.7加强施工通风管理
①成立隧道通风组，由集团公司科研所通风室集中对隧道进行通风。
②由专业人员进行现场施工通风管理和实施，风管安装必须平、直、顺，通风管路转弯处安设刚性弯头，并且弯度平缓，避免转锐角弯，以减小管路沿程阻力和局部阻力，并且要加强日常维修和管理。
③必须配有专业技术人员对现场通风效果和可燃性气体涌出状况进行检测，根据检测结果及时进行阶段调整。
④必要时可以根据检测结果及时对通风系统作局部调整，必须保证洞内可燃性气体浓度不超过1%，气温不得高于28℃、一氧化碳（CO）和二氧化氮（NO2）浓度在通风30min后分别降到62.5mg/m3和5mg/m3以下，以满足施工需要。
⑤风机必须配有专业风机司机负责操作，并作好运转记录，上岗前必须进行专业培训，培训合格后方可上岗。
4.8机电设备防爆
①可燃性气体隧道内的照明灯具，采用BCD-200型防爆照明灯。防爆照明灯设置间距为5米，在接线时采用防爆接线盒。
②隧道内缚设低压电缆均采用3×95+1型或3×10+1型防爆电缆；开关采用DW80-200型防爆开关；在台架及模板台车处均采用JBK-10KVA防爆变压器；高压进洞时采用10KV3×35型高压防爆电缆；1JBK-500KVA防爆变压器，10KV防爆高压隔离开关及250KVA低压防爆补偿柜。
③可燃性气体隧道内的配电变压器严禁中性点直接接地。严禁由地面中性点接地的变压器或发电机直接向可燃性气体隧道内供电。可燃性气体工区内的电气设备不能大于额定值运行，低压电气设备严禁使用油断路器、带油的起动器和一次线圈为低压的油浸变压器。
④可燃性气体隧道内使用的机电设备，在使用期间，除日常检查外，应按规定进行周期性检查。机电设备应重点检查专用供电线路、专用变压器、专用开关、浓度超限与供电设备的闭锁、局扇与供电的闭锁情况。供电线路应无明接头，无接头连接不紧或散接头，有漏电保护装置，有接地装置，电缆悬挂整齐，防护装置齐全等。
4.9汽车、装载机及挖掘机等移动设备的防爆
在汽车、装载机及挖掘机等移动设备的排气管处安置排气管防暴装置，共现进场排气管防暴装置50台套，现已安装完毕，剩余部分为备用。
4.10可燃性气体监测布点及监测计划
本着经济、可靠的原则，采用人工检测和自动监测相结合的形式。
①监测仪器的选定
配备专职的可燃性气体检测员定期检查各可燃性气体情况，瓦检员配备的检测仪器为便携式甲烷检测报警器和光干涉甲烷测定器，仪器性能见下表。
出口工区自动监测系统的选择要考虑隧道技术管理水平，根据监测量的多少，对系统进行质量和性能价格比较，选择适合现有施工技术水平的可燃性气体监测系统。目前煤矿普遍采用的自动可燃性气体监控系统主要有KJ4、TF-200、KJ54等系统，考虑红石岩隧道出口施工的特点选择：甲烷传感器2台、可燃性气体报警断电仪2台、信息处理系统，井下安全电源和信号传输电缆等。
表3人工可燃性气体检测仪器性能表（Form3manpowersgaseschecktheinstrumentfunctiongauge）
②测点布置
检测范围主要是开挖工作面和机电设备20米附近。
人工检测隧道断面采用五点法检查可燃性气体,取最大值做为该断面可燃性气体浓度。
自动可燃性气体监测的甲烷传感器设于开挖工作面、衬砌工作面，以准确反映全隧的可燃性气体状况。
③检测频度
红石岩隧道出口施行三班制可燃性气体巡回检查，每班应检查2～3次，正常施工中执行"一炮三检"的可燃性气体制度，可燃性气体检测结果及时上报并在洞口值班室的可燃性气体警示牌上公布，自动可燃性气体监测系统全天候监测。
表4可燃性气体浓度控制标准和可燃性气体超限处理措施
④可燃性气体监测安全保证措施
⑴成立可燃性气体监管小组，由领导及有经验的专业监测人员组成，制定实施性计划使监测按计划、有步骤进行。
⑵制定切实可行的监测实施方案，将其纳入工程的施工进度控制中。
⑶可燃性气体检测人员要相对固定，保证数据资料的连续性，并提供有关切实可靠的数据记录。
⑷明确可燃性气体安全的浓度基准值，当发现超过基准值时，应立即上报，并现场采取应急处理措施。
⑸对所有仪器设备必须按有关规定进行检验和校核，确保仪器的稳定可靠性和保证观测的精度，监测过程中按规定对监测仪器要定期校核、标定。
5结论
通过对红石岩隧道出口端岩石内所含气体的研究，，制定出了有针对性的专项施工技术措施，通过现场实施，确保了隧道施工的安全，同时对相类似隧道施工有借鉴意义。
参考文献
[1]喻渝，赵东平，曾满元，王明年客运专线超大断面隧道施工过程三维力学分析[J].现代隧道技术，2005
[2]关宝树.隧道施工的技术特性、理念及其发展(上)[J].铁道建筑技术，2003
[3]铁路瓦斯隧道技术规范（TB10120-2002/J160-2002），2002年7月1日
[4]客运专线铁路隧道工程施工技术指南（TZ212-2005），2005年9月22日
