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工程概况

华蓥山隧道为南充一大竹一梁平（川渝界）高速公路上的一座特长隧道，按双向四车道80km/h高速公路标准设计，采用分离式双洞布置，隧道长约8.1km，左右洞净距为25~33~28m，隧道纵坡采用人字坡。

隧道通过断层破碎带、岩溶、岩溶水、石膏及盐溶角砾岩、软弱围岩、煤层瓦斯、采空区、有害气体等不良地质和特殊地质。

其中，隧道进口与出口段均穿越须家河组（T，x)1、3、5、7段的煤系地层，各含煤段施工绝对瓦斯涌出量均已超过0.5m/min，根据《铁路瓦斯隧道技术规范》，隧道两端须家河组（Tx)地层段均属高瓦斯工区，定义为高瓦斯隧道。

隧道施工方案中出碴运输方式原设计方案为有轨运输，在施工组织设计编制中考虑到无轨出碴方式在国内诸多长大瓦斯隧道已有成功施工的经验。

为提高隧道施工效率，确保工期，通过采用系统的通风方案设计、对洞内施工机械的防爆改装、瓦斯的自动监测和人工检测等措施，将有轨运输方式改为无轨运输方式。

无轨运输方式涉及的主要施工机械设备包括装运机、自卸车、搅拌运输车、装载机、轮胎式耙碴机等，因此需要对上述施工机械设备进行防爆改装后方能进洞施工。

但由于目前我国施工机械防爆改装技术还尚未成熟，防爆改装费用较高，周期较长，因此施工机械防爆设备改装成为制约该瓦斯隧道施工成本及进度控制的关键内容之一。

施工机械车辆防爆改装技术应用现状

由于我国公路行业尚未出台有关公路瓦斯隧道施工技术规范，对于公路瓦斯隧道施工管理包括施工机械车辆防爆改装的有关要求主要参考铁路行业的《铁路瓦斯隧道技术规范》执行。

但在《铁路瓦斯隧道技术规范》中对施工机械改装仅提出了“隧道内高瓦斯工区和瓦斯突出工区的作业机械必须使用防爆型”的原则性要求，并未提出具体的改装技术标准和要求，可操作性不强，难以对高瓦斯隧道建设管理起到有效的指导作用。

因此，由于在隧道工程领域内没有施工机械车辆防爆改装的相关技术标准，当前关于公路高瓦斯隧道施工机械车辆的防爆改装主要依据煤矿行业及电器工业的有关技术规范和标准进行。

目前，对于施工机械车辆的防爆改装主要分为车辆的整车防爆改装和车辆的局部防爆改装两种方式。

其中整车防爆改装主要依据中国电器工业协会制定的《9B19854-2005爆炸性环境用工业车辆防爆技术通则》以及煤矿行业的KMT/1989-2k0o煤矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》执行。

两项标准分别规定了在爆炸性环境和矿山井下巷道用防爆车辆的安全要求和安全措施，以及这些安全要求和安全措施的检验等防爆技术要求。

具体来讲，整车防爆改装主要从车辆的热表面、机械火花、机械间隙、静电、动力装置（往复式内燃机蓄电池组）、电器安装、电气设备、离合器、制动器、负载装卸装置、液压系统等万面进行防爆改装。

车辆的局部防爆改装主要是从车辆的动力系统和电器系统两个方面进行防爆改装，主要依据煤矿部门的《MT990-2008矿用防爆柴油机通用技术条件》及《矿用防爆柴油机技术捡验规范》等标准进行防爆改装。

而由于公路隧道内施工机械功率较大、车型复杂，因此不能按照《爆炸性环境用工业车辆防爆技术通则》才进行整车防爆改装，而只能对车辆的动力系统和电气系统等方面进行局部的防爆施工机械车辆防爆改装。

施工机械车辆防爆改装

隧道内施工机械车辆防爆改装目的，是防止以普通内燃机作动力的作业车辆在爆炸性气体环境中作业时引燃爆炸性气体发生事故。

导致气体发生爆炸的主要原因有：一是由电气火花、排气火花或机械火花引燃周围爆炸性气体；二是由危险高温引燃周围爆炸性气体。

防爆改装的原理就是通过对施工机械车辆的局部系统的改装，将火花或高温降低至安全范围内，消除由火花或高温引燃爆炸性气体爆炸的可能性。

下面就以隧道施工常用的普通载重自卸车为例，说明南大梁高速华蓥山高瓦斯隧道施工机械车辆防爆改装的主要方案和改装效果。

3.1防爆改装方案及原理

首先，通过对普通载重自卸车辆机械构造进行分析，确定了可能产生火花和危险高温的主要部件和系统，具体为：发电机、启动机（马达）、蓄电池、照明、信号等灯具、易产生静电积聚的非金属件、内燃机排气系统。

对此，参照《矿用防爆柴油机通用技术条件》及《矿用防爆柴油机技术检验规范》，对以上部件和系统进行了防爆改装。

防爆改装系统主要组成包括进气系统、排气系统、电气系统和控制系统四部分。

（1）改装进气系统

安装进气控制阀，阻止发动机回火，并控制发动机超速时关闭发动机。

（2）改装排气系统

安装主冷却器、阻焰器、火花消除器，达到降低发动机排气温度，以及消除火焰、火花的目的。

（3）改装电气系统

安装防爆发电机、防爆起动马达、防爆起动蓄电池、电器隔爆箱和控制开关等，控制发动机的运行和工作。

（4）改装控制系统

安装发动机冷却水温检测阀和排气温度检测阀，一旦出现超温情况或其他影响发动机安全运行的情况，控制系统将关闭进气控制阀，发动机停止运行，并设有与进气控制阀相连的起动/紧急停机装置，可以在紧急情况下实现手动紧急停车。

3.2防爆改装具体组成

（1）电气系统

①隔爆电瓶箱

隔爆电瓶箱中封装了两只封闭式免维护蓄电池，以及电路中各个接线部分，隔绝了与外界的接触，并保证无明火与外界空气接触。

②隔爆控制箱

启动马达的控制开关、照明灯的控制开关等，以及各个工作指示灯全部封装在隔爆控制箱内，隔绝与外界的接触，保证无明火与外界空气接触(图1）。

③防爆灯具

防爆灯包括车后和车中间位置向后照射的四只照明灯，以及在车头位置的两只远光，保证了车辆在隧道内有一个良好的照明环境（图2）。

④防爆发电机与启动马达

由于车型较多，以及启动马达和发电机与发动机各自不同的匹配关系，无法使用现有的防爆发电机和启动马达。但为防止在发生故障时发电机和启动马达有可能发现的火花向外传递，采用阻燃橡胶进行塑封可基本达到防爆的目的。

（2）废气处理系统

①双层水冷排气弯管和双层水冷排气波纹管双层水冷排气管和双层水冷排气波纹管在工作时夹层中走水，通过水的冷却来降低排气管表面温度，将温度控制在150 以内，并对尾气进行冷却。

同时双层水冷波纹管使得发动机与固定在车架上的废气处理箱柔性地连接在一起，降低发动机与车架之间的震动耦合。减小发动机震动能量向车架的传递，降低噪声，并能提高刚性排气管的寿命（图3、图4）。

②废气处理箱

消除尾气中的火花，在废气进入废气处理箱后通过其中的特殊结构，让废气与废气处理箱中的冷却水有充分的接触面积和接触时间，这个过程也称之为水洗，从而提高了废气与冷却水的热传递效率，迅速降低废气温度以达到彻底熄灭废气中火花的目的。

通过废气处理箱的水洗不但熄灭了火花，也降低了排气温度，并且水洗过程中大量的碳烟和各种有害气体一并溶解在水中，净化了发动机尾气，大大降低了车辆在隧道内相对封闭狭小的空间内对空气的污染，改善了隧道内的工作环境。

最终使得发动机的尾气实现安全排放和清洁排放(图5）。

③防爆栅栏

防爆栅栏是废气处理系统中另一道阻火装置，它能熄灭尾气中的火焰传播。在尾气经过废气处理箱后，再经过防爆栅栏排出外界，是废气处理系统中防止火焰向外界传递的又一道保险，使得尾气中的火焰完全没有可能传递到外界空气中（图6）。

④补水箱

储存水的必要装备，随时注意加水，不能缺水（图7）。

（3）监控系统

①自动保护装置用来测定水位、排气温度，在水位过低或温度超 标时自动保护装置启动报警，提醒驾驶员立即检查 并采取措施。

装置通电后，主机中的微型计算机通过 传感器时温度、水位等参数进行采样和运算，处理结果送显示电路进行显示，同时与设定值进行比 较，如果符合条件，声光报警，距防爆控制盒迅响处 1 m远的声级 >80 db，在暗处的能见度 >3 m( 图 8)。

② 便携式瓦斯检测报警系统

当工作环境中瓦斯浓度超标时，瓦斯报警器自动声光报警，此时车辆应立即停机，人员迅速撤离 工作场地。待隧道内经通、排风处置后，方能进入隧道重新作业。

施工机械车辆防爆改装应用情况

按照在满足隧道机械化施工需求的前提下，尽可能减少大型作业机械的配置数量，以控制机械改装工作量的原则对南大梁高速公路华蓥山高瓦斯隧道施工机械车辆进行了配置。

特别是对于挖装运基本生产线，以华蓥山隧道进口为例，共对2台装载机、3台挖掘机、3台混凝土运输车、8台出碴车、2台输送泵和2台喷浆机运输车进行了防爆改装。

每台设备平均改装费用约15万元,共计需花费300万元左右。防爆改装完成后，由于目前没有相关隧道施工机械车辆防爆改装验收标准。

因此在验收时要求改装单位提供每台设备的改装用料清单、所使用配件的防爆合格证及对每台改装设备出具出厂改装合格证书，同时现场由监理、施工单位同改装单位共同采用温度测试等简易手段进行检查验收。

通过防爆改装后，有效降低了车辆在隧道内行走和施工过程中可能产生的火花和热源，避免了瓦斯爆炸事故的发生。

但在使用过程中也发现，由于进行防爆改装，车辆工作动力大幅下降，降低至原设备的 80%；同时车辆经防爆改装后，由于工作中整机温度提高导致设备故障频繁、损坏严重，售后 服务难度大。

结语

通过对施工机械车辆进气系统、排气系统、电气系统和控制系统的防爆改装，有效地减少和避免了施工机械车辆在高瓦斯隧道内行走和施工过程中可能产生的火花和热源，对高瓦斯隧道安全管理提供了有效保障。

但目前由于公路行业没有明确的施 工车辆防爆改装技术规范，因此建议公路行业应尽快出台有关改装技术标准，同时补充完善相关改装后的验收和维护标准或要求。

参考文献

[1] 张彦禄 .我国防爆无轨胶轮车辅助运输的应用与启示 [J]. 煤炭工程, 2006, (6) : 39-43

[2] 戴志晔 .煤矿井下无轨胶轮车的现状及应用[J].煤炭科学技术, 2003, (2) : 21-24

[3] 中华人民共和国行业标准. GB 19854-2005爆炸性环境用工业车辆防爆技术通则[S].北京 : 中国标准出版社, 2005

[4] 中华人民共和国煤炭行业标准 . MT/T 989-2006矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件[S].北京:煤炭工业出版 社,2006

[5] 常炳文, 刘兴舜.瓦斯隧道防爆施工机械配套及供配电设备[J]. 世界隧道(现代隧道技术), 1998, (1) : 65-68