摘要：瓦斯隧道施工中，为保证施工安全，运输方式一般采用有轨运输，而有轨运输对比无轨运输有适用条件高，投入机械设备多，组织难度大，运输成本高，不易管理的缺点。因此，大断面隧道施工中，运输方式首选无轨运输。瓦斯隧道施工若采用无轨运输，首要解决的就是机械设备的防爆问题，一般可以采用两种方案：一是直接购买防爆设备，二是对现有设备进行防爆改装。直接购买防爆设备投入巨大，对项目成本影响较大，而采用对设备防爆改装可以降低项目成本，是一种较好的解决途径。设备防爆改装有多种方法，改装费用各不相同，所以经过方案比选及技术创新，金竹山瓦斯隧道在现有技术基础上，创新研制了一种利用主动防御原理改装的车载瓦斯防爆系统，较好地解决了无轨运输问题，系统安全可靠，而且成本低廉，为瓦斯隧道施工中，无轨运输的设备防爆改装提供了一种全新思路。
关键词：瓦斯隧道 有轨运输 无轨运输 防爆改装
1 工程概况
金竹山隧道右洞长2689m，左洞长2712m，其中ⅳ、ⅴ级围岩占全洞的89%以上，是全线的控制性关键工程，计划工期36个月。
该隧道为分离式长大隧道，左右洞中线间距30～38m，洞门型式采用削竹式。出口端近千米含有瓦斯气体。金竹山隧道穿越生烃类煤及煤系地层埋深250～310m，瓦斯有一定的封闭与聚集条件，瓦斯以涌出形式为主，若通风不良，施工不当，会造成瓦斯局部富集（特别是塌腔受通风不畅影响，易造成瓦斯聚集）而引发瓦斯燃烧或爆炸。
主洞净宽10.25m，净高5.0m，左右线纵坡均设置为-2.5%（万源至达州方向上坡为正）。wWW.11665.COM
2 运输方案的选择
2.1 方案选择的原则
①应根据隧道长度、断面大小、施工方法、机具设备、运量要求确定方案。
②减少干扰，提高装渣效率，运输效率，保证作业安全。
③根据场地要求、施工条件确定运输方案。
④确保投入产出成正比。
⑤确保安全施工、文明施工以及施工进度。
2.2 运输方案的对比
根据当前国内山岭隧道施工采用的运输方式主要有两种，即有轨运输和无轨运输，金竹山隧道出口即对这两种运输方案进行比较，选择最优方案。
2.2.1 两种运输方式的适用条件
①无轨运输
主要用于大断面隧道作业，台阶法，全断面法开挖均适用，路面纵坡一般不大于20°。不利因素：汽车排放的尾气较多，洞内空气质量较差。
②有轨运输
主要用于小断面隧道作业，装载机与自卸车无法并行，适合于全断面法施工，台阶法施工应用较困难。路面坡度有一定局限性，一般为0.3%～1%（电机车）；具有瓦斯等易燃、易爆气体的隧道；洞口场地平坦，空间较大。有利条件：洞内空气污染小，有利于人工洞内作业。
2.2.2 主要机械设备的投入对比
通过上表，对有轨运输与无轨运输的对比，可以看出有轨运输投入的机械设备要比无轨运输多，而且有轨运输出碴还要进行二次倒运，不仅加大了投入成本，运输成本也大大增加。
2.3 安全、质量方面的影响
①无轨运输组织较简单，可操作性强，安全度高；而有轨运输对轨道、车辆、操作人员要求相对较高，施工组织难度较大，安全度较低。
②无轨运输条件下，仰拱作业可以紧跟开挖掌子面，结构能及时封闭，有利于结构稳定，保证施工安全，而且文明施工方面做得较好。而有轨运输条件下，仰拱工作面施工距掌子面的距离会很长，不能及时封闭结构，而且仰拱作业面轨道交叉多，施工组织难度非常大，影响开挖运输作业，不仅严重制约施工进度，还对文明施工、质量、安全都不利。
2.4 工作效率的对比
①无轨运输组织简单，不用铺轨道，出碴灵活，工作效率高。而有轨运输，调度时间长，组织难度高，每次开挖都有铺轨时间，否则装载机运距较远，造成出碴效率低。
②无轨运输条件下，仰拱作业面采用栈桥施工，移动灵活，不影响仰拱施工，也不影响出碴进度，施工干扰小。而有轨运输条件下，首先轨道的拨接频繁，工作量大，仰拱施工速度慢，而且还会影响正常出碴，施工干扰大。
③无轨运输条件下，衬砌混凝土罐车运输量大，速度快，效率高，对混凝土的质量性能保障较好；而有轨运输条件下，轨行式混凝土罐车运量小，速度慢，效率低，要想保证混凝土质量就要加大投入。
2.5 施工进度的对比
无轨运输组织简单，调度容易，装碴量大，出碴速度快，进度有保证。而有轨运输，组织复杂，调度相对困难，而且投入的人力、物力较多，施工进度难免受影响。
2.6 施工组织的管理对比
无轨运输组织简单，设备维修也容易，相关经验也多；而有轨运输组织复杂，设备维修相对困难，内部员工具有相关经验的人员也较少，因此，有轨运输施工组织管理难度较无轨运输难度要大得多。
综上所述，金竹山隧道出口场地狭小，不利于有轨运输的布设，选择无轨运输既可以保证施工安全、又可以保证施工质量、还可以提高施工进度，而且投入较低、管理相对容易、效益明显。因此，金竹山隧道出口采用无轨运输方案，对于瓦斯的影响，可以对进洞机具设备进行防爆改装，就可以解决。
3 设备防爆改装系统
3.1 防爆改装说明
煤矿瓦斯监测设备目前市面上型号众多，但多数设备都比较笨重，价格质量也参差不齐，设备的安装维护也各有不同。考虑到监测系统在工程行走机械设备上应用与矿井的条件差别，经过项目部市场调研及方案比选，在现有防爆改装体系基础上，加以改进创新，与重庆煤科院合作，选用kzj001-f煤矿监测分站和kg9701a低浓度甲烷传感器，形成一套适合于车载的瓦斯监测系统，达到隔爆型设备的相应标准。该系统具有体积小巧、安装方便、运行稳定、价格便宜的特点。
3.2 系统工作原理
系统主要采集施工机械工作区域的环境瓦斯气体体浓度参数，控制分站根据采集的浓度值和控制逻辑进行分析处理。系统工作时，当环境瓦斯浓度逐渐上升，达到比较危险的浓度（比如按照有关规定设定为0.3%），分站向报警器发出报警信号，报警器发出声光报警，驾乘人员听到或看到报警信号后，立即停止作业，通知相关人员核查现场实际情况，在查明起因并解除危险后再行作业，可以实现危险提前处理的作用。如果瓦斯浓度上升较快或者是施工机械现场无人值守时，环境瓦斯浓度达到较高危险限值0.5%后，此时控制分站再次向机械的断油熄火控制器发出控制信号，使机械自动停止工作，实现闭锁。系统工作原理示意图如图1所示。
4 实施效果
4.1 进度方面
采用无轨运输，在v级围岩地段月进尺在70m左右，隧道提前6个月贯通。
4.2 成本方面
无轨运输设备投入成本节约：289万元，出碴二次倒运节约：300万元，设备维修、人员配置方面节约：100万元。合计直接节约689万元，经济效益显著。
4.3 安全方面
截止隧道贯通，金竹山隧道出口开挖1350m，瓦斯工段施工安全情况良好，未发生过一起瓦斯安全事故。
5 结论
瓦斯隧道较普通隧道施工具有安全风险高、施工难度大、管理难度大、施工效率低等特点。要想安全、优质、高效的完成瓦斯隧道的施工生产任务，首先需要解决的就是隧道瓦斯问题，金竹山瓦斯隧道成功贯通，依赖于合理的施工方案、有效的施工组织、严格的管理制度及管理体系，本文通过对隧道施工的安全、成本、效益有巨大影响的运输方案的选择及设备配置的研究，总结了以下几点经验。
①不拘泥于传统思维，勇于创新，一旦获得成功，将会收益巨大。
②瓦斯隧道施工是一项系统工程，运输方案的选择还有赖于其它施工方案的合理运用，比如开挖、支护方案。
③设备防爆改装针对不同的隧道，不同的瓦斯环境，可以采用不同的改装方式。
④车载瓦斯系统形成的设备防爆改装，适用于有瓦斯聚集及突出可能的低瓦斯隧道施工，对于高瓦斯隧道施工还有待于进一步印证及改进。
参考文献：
[1]金竹山隧道两阶段施工设计图，2008.
[2]金竹山隧道实施性施工组织设计，2008.
[3]《公路隧道施工技术规范》（jtj 042—94）.北京：人民交通出版社，2003.
[4]《铁路瓦斯隧道技术规范》（tb10120-2002）.北京：中国铁道出版社，2002.
[5]《煤矿安全规程》（2007年版）.北京：煤炭工业出版社，2007.
[6]李天成.《现代矿山采矿机械设备实用技术手册》，北京：北京矿业出版社，2006.
