瓦斯隧道機械車輛主動防御防爆改裝施工工法中鐵十二局集團有限公司中鐵十二局集團第一工程有限公司王琪胡曙峰王萬通安建國姜軍1.前言由于瓦斯隧道施工的高風險性，普通機械設備無法在瓦斯隧道內(nèi)作業(yè)，因此，機械設備防爆改裝是瓦斯隧道施工中最重要的內(nèi)容之一，機械設備的防爆性能直接決定瓦斯隧道施工的成敗。金竹山瓦斯隧道是達陜高速公路高風險控制性工程，全長2700m，不良地質(zhì)主要有采空區(qū)、煤層、瓦斯、小煤窯、極軟弱破碎圍巖等，施工條件極其復雜。為了安全、優(yōu)質(zhì)的完成施工任務，中鐵十二局集團有限公司組織隧道施工、瓦斯防治與設備改裝專家和技術(shù)人員成立了攻關(guān)小組，對金竹山瓦斯隧道關(guān)鍵施工技術(shù)課題進行研究。用KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和KG9701A低濃度甲烷傳感器對機械和車輛進行主動防御防爆改裝為課題關(guān)鍵技術(shù)之一，并申請了《車載瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)》專利，且已授權(quán)，經(jīng)查新此項技術(shù)在國內(nèi)外首次使用，2011年8月31日山西省科技廳組織專家進行技術(shù)鑒定，認為該項技術(shù)達到國際先進水平。該項技術(shù)在瓦斯隧道施工中有較大的推廣價值，經(jīng)過實踐檢驗總結(jié)形成本工法。2.工法特點2.1機械車輛用KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和KG9701A低濃度甲烷傳感器進行主動防御防爆改裝，形成車載瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，防爆改裝價格便宜實惠。2.2防爆裝置安裝快捷，維護簡便，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。2.3不會改變機械車輛的動力特性。2.4可同時防御監(jiān)測多種有害氣體，甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、二氧化氮、風速等。2.5本工法將傳統(tǒng)的設備被動防御防爆改裝（對設備進行特殊的設計實現(xiàn)設備在瓦斯超限等危險條件下具備繼續(xù)作業(yè)的能力）變?yōu)橹鲃臃烙辣难b（采用一定的措施手段，使機械設備在瓦斯超限等危險條件下設備自動停止作業(yè)，瓦斯在正常范圍后設備會重新啟動作業(yè)）,結(jié)合瓦斯隧道施工的實際情況分析，施工機械如挖掘機和裝載機在作業(yè)時會不可避免的產(chǎn)生摩擦或碰撞火花，瓦斯?jié)舛瘸薜那闆r下非常危險，但被動防御的防爆設備是無法克服的。因此該類設備必須采用主動防御的措施來實現(xiàn)設備的防爆功能,確保瓦斯隧道的施工安全。3.適用范圍本工法防爆改裝技術(shù)適用于無嚴重瓦斯突出危險的高瓦斯隧道和低瓦斯隧道，隧道具備良好的通風換氣條件，施工機械設備狀況良好。4.工藝原理主動防御防爆改裝系統(tǒng)主要利用煤礦監(jiān)控分站和傳感器采集施工機械工作區(qū)域的環(huán)境瓦斯氣體濃度參數(shù)，形成車載瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)?？刂品终靖鶕?jù)采集的濃度值和控制邏輯進行分析處理。系統(tǒng)工作時，當環(huán)境瓦斯?jié)舛戎饾u上升，達到比較危險的濃度（比如按照有關(guān)規(guī)定設定為0.3%），分站向報警器發(fā)出報警信號，報警器發(fā)出聲光報警，駕乘人員聽到或看到報警信號后，立即停止作業(yè)，通知相關(guān)人員核查現(xiàn)場實際情況，在查明起因并解除危險后再行作業(yè)，可以實現(xiàn)危險提前處理的作用。如果瓦斯?jié)舛壬仙^快或者是施工機械現(xiàn)場無人值守時，環(huán)境瓦斯?jié)舛冗_到較高危險限值0.5%后，此時控制分站再次向機械的斷油熄火控制器發(fā)出控制信號，使機械自動停止工作，實現(xiàn)閉鎖。系統(tǒng)工作原理示意如下圖4所示。圖4車載瓦斯系統(tǒng)工作原理示意5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程見圖5.15.2操作要點5.2.1防爆改裝系統(tǒng)組成防爆改裝系統(tǒng)主要由三部分組成：系統(tǒng)維護與配置管理中心、控制分站、檢測控制器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖5.2.1。1、系統(tǒng)維護與配置管理中心系統(tǒng)維護與配置管理中心主要用于設置、調(diào)試系統(tǒng)配置參數(shù)和控制邏輯。主要由中心電腦、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)傳輸接口組成。這部分配置主要由設備提供方使用，用戶也可購置用于平時的維護，系統(tǒng)正常運行時不需該部分設備。圖5.1施工工藝流程圖圖5.2.1防爆改裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2、控制分站分站是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理和邏輯控制中心，負責從傳感器采集環(huán)境參數(shù)，并將結(jié)果按照管理中心軟件所設計的控制邏輯進行判斷處理，根據(jù)配置方案在檢測到異常時輸出報警和斷電等控制信號；分站還具備與管理中心進行數(shù)據(jù)通信的功能，接收管理中心下達的配置邏輯指令并可將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至管理中心進行實時監(jiān)測調(diào)試。3、檢測控制器檢測控制器包括傳感器和報報警器。傳感器主要是采集隧道的環(huán)境參數(shù)，傳感器的種類比較多，如：甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、二氧化氮、風速等。目前車載瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)配置的傳感器多為沼氣傳感器，也可根據(jù)現(xiàn)場需要配備其他類型傳感器。報警器接收分站發(fā)來的報警信號，發(fā)出聲光報警提示，提前發(fā)出預警。5.2.2施工準備主要是防爆改裝系統(tǒng)分站、傳感器的準備和安裝所用工具的準備。5.2.3防爆改裝的主體機械檢查對需要改裝的機械性能和狀態(tài)進行檢查，確保所改裝的機械具有良好的工作狀態(tài)。如果機械的工作狀態(tài)滿足不了要求，則需對機械進行維修和保養(yǎng)。5.2.4防爆系統(tǒng)的安裝監(jiān)測分站安裝位置可根據(jù)機械自身的結(jié)構(gòu)特點進行選擇，可安裝于駕駛室、機械底部或側(cè)面以及駕駛室與車箱連接處等。傳感器安裝于駕駛室頂部通風處。由于機械是一個振動劇烈的載體，因此相關(guān)設備需要作加固與防振設計。防爆改裝系統(tǒng)裝置布置示意如下圖5.2.4。圖5.2.4防爆改裝系統(tǒng)裝置布置圖5.2.5防爆系統(tǒng)的精調(diào)用標準甲烷氣體對改裝后的機械車輛進行檢測，系統(tǒng)檢測瓦斯精度控制在±0.1%以內(nèi)，同時保證整個系統(tǒng)在檢測到瓦斯氣體的情況下按照設定要求進行報警和瓦機閉鎖。5.2.6防爆機械的驗收1、防爆系統(tǒng)安裝完成后對整個機械性能進行驗收，保證增加防爆系統(tǒng)后不能改變機械的操作性能。2、機械防爆改裝完成后要求連續(xù)7天跟蹤檢查防爆系統(tǒng)對瓦斯監(jiān)測的靈敏度，與瓦檢員的光干涉檢測儀數(shù)據(jù)進行比較，同時觀察機械的實際作業(yè)性能有無改變。6.材料與設備材料與設備見表6表6材料設備序號設備名稱型號單位數(shù)量備注1煤礦監(jiān)測分站KZJ001-F臺1防振設計2低濃度甲烷傳感器KG9701A個2帶保護箱,防振設計3聲光報警器個14專用線纜及配件套15標氣瓶1校準用6減壓閥個17流量計個17.質(zhì)量控制7.1精度控制系統(tǒng)精度：≤±0.1%；掃描間隔:≤0.4秒；控制執(zhí)行時間：≤1秒；數(shù)據(jù)傳輸速率：2500bps，誤碼率≤10-87.2質(zhì)量保證措施7.2.1防爆改裝前專業(yè)技術(shù)人員先對機械狀態(tài)和防爆系統(tǒng)進行認真的檢查測試，各項指標均合格后才能進行防爆設備改裝工作。7.2.2系統(tǒng)安裝完成后必須進行反復的驗證，各項功能均滿足要求后方能投入使用。8.安全措施8．1做好所有作業(yè)人員的安全教育和培訓工作，明確責任和完成工作時應注意的安全事項。8．2由司機配合瓦斯監(jiān)測工每天對防爆系統(tǒng)的分站、傳感器和熄火裝置進行檢驗，每三天防爆系統(tǒng)的瓦斯監(jiān)控設備進行一次現(xiàn)場調(diào)校，以保證防爆瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的準確性和可靠性，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，處理不了的問題通知廠家專業(yè)技術(shù)人員來現(xiàn)場處理，嚴禁非專業(yè)人員擅自維修和拆卸。8．3機械車輛的防爆裝置嚴禁在隧道內(nèi)車輛啟動狀態(tài)下檢查，有故障時必須在洞外進行。8．4完善各項操作細則，嚴格遵守《煤礦安全規(guī)程》的各項要求。8．5監(jiān)控分站和傳感器應設置較好的防塵、防水和防震等安全措施，保證其正常的工作環(huán)境。9.環(huán)保措施9．1成立施工環(huán)保領(lǐng)導小組，根據(jù)相關(guān)的規(guī)范制定環(huán)保方案和措施，組織有關(guān)作業(yè)人員學習環(huán)保方面的知識，并經(jīng)常進行宣傳教育。9．2施工期間要保證防爆瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的有效作業(yè)環(huán)境，經(jīng)常對塵埃、煙氣、尾氣等污染進行清理，確保其工作環(huán)境達到相關(guān)要求。10.效益分析10.1經(jīng)濟效益用KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和KG9701A低濃度甲烷傳感器對機械和車輛進行防爆改裝，形成車載的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，將被動防御變?yōu)橹鲃臃烙?，大大提高設備的防爆安全性能，為有軌運輸變無軌運創(chuàng)造了有利的條件。與購置防爆設備、無軌運輸方案相比費用成本節(jié)約789萬元。10.2社會效益在金竹山隧道的施工中，由于機械設備主動防御防爆設備改裝研究內(nèi)容的突破，確保了瓦斯隧道施工的安全和質(zhì)量，同時又節(jié)約了成本，提高了工作效率，縮短了施工工期。金竹山隧道的施工得到了交通部質(zhì)監(jiān)總站、四川省交通廳、川高集團、達陜高速公路業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評；2009年和2010年連續(xù)兩年被四川川高集團評為A級信用單位。11.應用實例本工法在達陜高速公路金竹山瓦斯隧道、獅子寨瓦斯隧道和達萬高速公路天坪寨瓦斯隧道中成功應用，改裝后的機械設備運行穩(wěn)定可靠，為瓦斯隧道的安全、快速、經(jīng)濟施工做出了一定的貢獻，可以為同類隧道施工提供一定的借鑒和參考，得到了建設單位和監(jiān)理單位的一致好評。

附錄資料：不需要的可以自行刪除礦棉板吊頂施工工藝2.1材料及配件要求2.1.1礦棉板的規(guī)格、品種、表面形式、吸聲指標必須達到設計要求和使用功能的要求。2.1.2吊頂使用的輕鋼龍骨分為U形骨架和T形骨架兩種。2.1.3輕鋼龍骨分為主龍骨、次龍骨、邊龍骨；配件有吊件、連接件、掛插件等材質(zhì)必須符合設計要求。2.1.4零配件：吊桿、花籃螺絲、膨脹羅栓、自攻螺絲等。2.2主要施工機具電錘、電鋸、電鉆、手鋸、鉗子、螺絲刀、方尺、鋼尺、鋼水平尺等。2.3施工作業(yè)的相關(guān)條件2.3.1材料準備：在施工前必須提前準備好吊頂所用的吊桿，吊桿選用Φ8的鋼筋，并且一端需要進行套絲（長度不小于50mm），如果頂棚有預埋件可以將吊桿直接與之焊接，沒有預埋件則需要用L50×5的角鋼切成70mm左右一段，一邊打孔，一邊與吊桿焊接（焊接長度不小于20mm，雙面焊）；也可采用Φ8的通絲鍍鋅吊桿，用內(nèi)膨脹羅栓固定。設計無要求時預埋件間距為900～1200mm。2.3.2在房間的四周墻、柱上，按照吊頂標高位置打孔預埋好防腐木楔，間距600mm左右（按照礦棉板的規(guī)格設置）。2.3.3頂棚內(nèi)的各種設備安裝工程必須施工完畢，通風管道的標高與吊頂標高無矛盾，檢查口、風洞口以及各種明露孔位置確定。2.3.4吊頂所需的龍骨、配件、面板提前準備齊全。2.3.5安裝礦棉板或安裝邊龍骨前墻面的必須刮兩遍膩子找平，否則造成墻面與頂棚陰角處不易處理好。2.4施工工藝流程：基層清理基層清理安裝吊筋安裝主龍骨安裝次龍骨安裝礦棉板成品保護機電系統(tǒng)工程完畢試水、打壓完畢隱蔽檢查分項驗收彈線2.5施工技術(shù)措施：2.5.1彈線：根據(jù)事先從標高點引出的標高彈出＋50cm控制線，并依據(jù)彈出的控制線確定各房間吊頂設計標高的標準線。在墻上劃出龍骨的分檔控制點，一般距離900～1200mm左右。2.5.2安裝吊筋：根據(jù)施工大樣圖紙要求確定吊筋的位置，安裝吊筋預埋件（角鐵）前，刷防銹漆。吊桿采用直徑為Φ8的鋼筋制作并刷防銹漆，吊點間距900～1200mm。安裝時上端與預埋件焊接，下端套絲后與吊件連接。安裝完畢的吊桿端頭外露長度不小于3mm。2.5.3安裝主龍骨：采用與原吊頂形式相同的主龍骨CB38，吊頂主龍骨間距為小于1200mm。安裝主龍骨時，應將主龍骨吊掛件連接在主龍骨上，擰緊螺絲，并根據(jù)設計要求吊頂起拱，起拱高度約為短跨的1/200，并且安裝的主龍骨接長應錯開，在接頭處增加吊點，隨時檢查龍骨的平整度。2.5.4安裝次、小龍骨：T形次龍骨按間距為600mm，通過掛件吊掛吊掛在主龍骨上，將小龍骨插入次龍骨上。2.5.5安裝邊龍骨：采用L型邊龍骨，與墻體用塑料脹管或自攻螺釘固定，固定間距200mm。安裝邊龍骨前墻面應用膩子找平，可以避免將來墻面刮膩子時污染和不易找平2.5.6安裝“T”龍骨：在龍骨安裝時，在燈具和風口位置的周邊加設“T”型加強龍骨。2.5.7隱蔽檢查：在水電安裝、試水、打壓完畢后，應對龍骨進行隱蔽檢查，合格后方可進入下道工序。2.5.8安裝礦棉板：將600×600礦棉板安裝在龍骨上。安裝時操作工人須戴白手套，以防止板面污染。礦棉板安裝第一種方式:礦棉板安裝第二種方式:礦棉板安裝的第三種形式：2.6質(zhì)量標準：（1）保證項目：輕鋼龍骨骨架和罩面板的材質(zhì)、品種、式樣、規(guī)格應符合設計要求。輕鋼骨架的吊桿，龍骨的安裝必須位置正確，連接牢固，無松動。罩面板應無脫層、翹曲、折裂缺棱掉角等缺陷，安裝必須牢固。（2）基本項目：1)整面輕鋼骨架應順直、無彎曲、變形；吊掛件、連接件應符合產(chǎn)品組合的要求。2)罩面板表面平正、潔凈、顏色一致，無污染、反銹等缺陷。3)罩面板接縫形式符合設計要求，拉縫和壓條寬窄一致，平直，整齊，接縫應嚴密。（3）允許偏差項目項次項類項目允許偏差檢驗方法1龍骨龍骨間距2尺量檢查尺量檢查短向跨度1/200拉線尺量尺量或水準儀檢查2龍骨平直33起拱高度±104龍骨四周水平±55罩面板表面平整3用2m靠尺檢查拉5m線檢查用直尺和塞尺檢查尺量或水準儀檢查6接縫平直37接縫高低18頂棚四周水平±59壓條壓條平直3拉5m線檢查尺量檢查10壓條間距22.7成品保護措施：（1）龍骨骨架及罩面板安裝應注意保護頂棚內(nèi)各種管線。骨架的吊桿、龍骨不準固定在通風管道及其他設備件上。（2）龍骨、罩面板以及其他材料在進場入庫存放、使用過程中應嚴格管理，保證不變形、不受潮、不生銹等。（3）施工頂棚部位已安裝的門窗、窗臺板、墻面、地面注意成品保護，防止污損。已安裝完的骨架上不得上人踩踏，其他工種不得隨意固定在掛件或龍骨上。（4）為了保護成品，罩面板安裝必須在頂棚管道，試水、保溫等一切工序全部驗收后進行。2.8施工注意的質(zhì)量問題質(zhì)量問題原因分析防治措施（1）吊頂不