隧道硫化氢气体施工监测方法和防治技术研究.pdf

测方法・隧道／地下工程・和防治技术研究张同晓（中铁十四局集团第－＇Ｔ程有限公司山东泰安２７１０００）摘要目前在逐渐增多的山岭隧道施工中，不良地质和瓦斯等有害气体时常遇到，但硫化氢有毒气体遇到尚在少数，对硫化氢的应对措施和方法相对偏少。本文依托在建铁路隧道工程施工，详细介绍了遇到突发性硫化氢气体的应急处理措施，在施工中采用的多种检测方法以及防治技术，成功穿越了硫化氢地段。关键词有害气体隧道掘进自动检测防治技术中图分类号Ｕ４５６．３文献标识码Ａ———文章编号１００９４５３９（２０１６）０８００５５０４ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＭｅｔｈｏｄｓａｎｄＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎＳｕｌｆｉｄｅＧａｓｉｎＴｕｎｎｅｌＺｈａｎｇＴｏｎｇｘｉａｏ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１４山ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐ２一Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ’Ｃｏ．１ａｄ．，ＴａｉａｎＳｈａｎｇｄｏｎｇ２５００１４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＡｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｉｎｔｈｅｌａｒｇｅｌｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｎｕｍｂｅｒｏｆｍｏｕｎｔａｉｎｔｕｎｎｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｂａｄｎｅｓｓｇｅｏｌｏ画ｃＭａｎｄｔｈｅｈａｒｍ・ｆｕｌｇａｓｅｓｗｅｒｅｏｆｔｅｎｏｃｃｕｒｒｅｄ，ｂｕｔｐｏｉｓｏｎｏｕｓｈｙｄｒｏｇｅｎｓｕｌｆｉｄｅｇａｓＷａｓｉｎｔｈｅｍｉｎｏｒｉｔｙ，ｍｅａｓｕｒｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｔｏｃｏｐｅｗｉｔｈｈｙｄｒｏｇｅｎｓｕｌｆｉｄｅｗｅｒｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｅｓｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｒａｉｌｗａｙｔｕｎｎｅｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｎｓｕｌｆｉｄｅｇａｓｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅｍｅａｓｕｒｅｓ，ａｖａｒｉｅｔｙｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｅｒｅ—ａｄｏｐｔｅｄ．Ｉｔｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｐａｓｓｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｎｓｕｌｆｉｄｅｓｅｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｈａｒｍｆｕｌｇａｓ；ｔｕｎｎｅｌｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；ａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１引言２工程概况随着国内工程建设的发展，党和国家西部大开发战略的实施，西部的铁路建设越来越多。西部地…区地质复杂，不良地质和瓦斯、一氧化碳等有毒有害气体在隧道施工中经常出现，隧道内的有害气体含量高、有突出危险，如不重视，不仅将影响施工人员的身体健康，还可能给隧道工程造成毁灭性灾害。硫化氢气体在隧道的施工中较少遇到，因此对于突发性硫化氢气体的处理措施、检测和防治技术缺少一定的认识。本文目的在于增加隧道施工中硫化氢气体应急处置和监控系统预警心１防治等技术，减少隧道施工中的安全事故，保障隧道施工人员安全。——收稿日期：２０１６０５２１基金项目：中铁十四局集团有限公司技术开发计划项目（１（Ｊ１３．０２）王登隧道全长６６０１ｍ，为双线隧道。隧道最大埋深约８８０ｍ，采用无轨双车道运输，是新建成都至兰州铁路成都至川主寺段重难点工程。隧道通过区以千枚岩、变质砂岩为主，岩质软、破碎，受区域构造影响，岩体易变形，挤压揉皱发育，存在岩爆、软岩大变形、危岩落石、泥石流、断层破碎带、有害气体等不良地质现象，不可预见因素较多。隧道断面尺寸１１．０６ｍｘ１３．３２ｍ，高８．１５ｍ。３硫化氢气体的危害性、应急措施和成因３．１硫化氢气体危害性‘硫化氢３１（分子式Ｈ：Ｓ，分子量３４．０７６），是一种无色，带有臭鸡蛋味的剧毒气体，吸人少量高浓度硫化氢可于短时间内致命，低浓度的硫化氢对眼、呼吸铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６脚Ｊ５５万方数据・隧道／地下工程・系统及中枢神经都有影响。硫化氢是一种强烈的神经毒素，有剧毒，虽有恶臭，但极易使人嗅觉中毒而毫无察觉。硫化氢不但能使人体血液缺氧中毒，同时对眼睛及呼吸道黏膜具有强烈的刺激作用，能引起鼻炎、气管炎和肺气肿Ｈｊ。硫化氢主要来源于高含硫矿物，炭质千枚岩和地下水中释放出硫化氢气体，在开挖搅动时会释放出来。硫化氢气体溶于水，生成氢硫酸，导致橡胶、塑料等有机材料失去弹性和开裂。和金属发生化学反应，对金属设备造成严重的腐蚀破—坏。硫化氢气体浓度达到７０１５０—ｐｐｍ（１２ｈ）吸入—２１５ｍｉｎ即发生嗅觉疲劳。《工业企业设计卫生标准》（ＴＪ—３６７９）规定Ｈ１容许浓度１０∞ｐｐｍ，《煤矿安全规程》规定１允许体积分数６．６ｐｐｍ。３．２硫化氢气体的突发性２０１５年１０月１４日上午９时，王登隧道一号横洞小里程工区施工到Ｄ１Ｋ２０７＋３５２掌子面附近，设计为Ⅲ级围岩，围岩为深灰色薄层状千枚岩，该处隧道埋深２００ｍ左右，台阶法施工，上半断面爆破开挖爆破约１０ｍｉｎ后，采用手持式气体检测报警仪检测发现有害气—体硫化氢，当时硫化氢检测浓度为１７１９ｐｐｍ。３．３发现硫化氢气体的应急措施施工过程中检测出硫化氢气体后，成兰项目部立即启动有害气体应急预案，停止掌子面施工，立即撤出洞内人员，关闭洞内电器设备，并安排专人在洞口实施警戒，同时，加强通风和硫化氢气体监测。对隧道施工作业人员进行安全教育，让每个操作人员和施工人员了解硫化氢气体的危害，熟悉相关安全防护知识，隧道口设置管制，进出隧道人员进行登记姓名，严禁非施工人员进入洞内。在不间断通风情况下，硫化氢气体浓度降为０ｐｐｍ。并将相关情况立即上报监理、建设、设计等相关单位。３．４王登隧道硫化氢气体形成原因分析３．４．１洞内硫化氢气体的析出查寻利用检测仪对洞内有害气体进行检测。后，开挖爆破后的隧道掌子面开始出渣，出渣完成后掌子面的硫化氢气体的浓度基本在ｌｐｐｍ之下。实际施工过程中，掌子面左右侧的硫化氢气体浓度大小随爆破开挖变化不一，无规律可循。表１硫化氢气体浓度检测数据距离隧底隧底隧底隧底隧底隧底掌子Ｈ２ＳＨ．ＳＨ，Ｓ１．５ｍ１．５ｍ１．５ｍ序号含量／含量／含量／Ｈ２Ｓ含Ｈ２Ｓ含Ｈ２Ｓ含面距离／ｍｐｐｍｐｐｍｐｐｍ量／ｐｐｍ量／ｐｐｍ量／ｐｐｍ左中右左中右１０２４．２２４．１２５．３２１．６２１．８２２２５２３．９２４．１２５．２１９．３１９．６１９．８３１０２１．６２３．８２４．６１７．９１８．９１９．１４１５１９．８２１．９２２．７１５．３１６．５１６．７５２０１８．３１９．９２１．１１２．２１３．８１４．２６２５１６．８】８，６Ｊ８．９９．８１０，８ｌｌ，４７３０１４．７１６．８１７．１７．６８．５８．９８３５ｌＯ．６１５．６１６．５６．８７．２７．８９４０１０．２１４．３１４．６５．６６．６６．８１０４５８．６１１．９１１．２４．６５．２５．９ｌｌ５０５．９８．７９．１３．５４．４４．６１２５５５．１６．５７．４２．６３．６３．７１３６０４．８４．９５．８１．４２．３２．８１４６５４．２４．６４．８Ｏ．８１．９２１５７０３．６３．９４．１０．６１．２１．３１６７５２．５３３．２Ｏ．５０．９ｌ１７８０１．８２．４２．６Ｏ．３０．６Ｏ．７１８８５１．２１．７１．９０．２０．５０．６１９９００．８１１．２０．１Ｏ．４０．５２０９５０．７０．９１Ｏ．１０．２０．４２１１００Ｏ．３Ｏ．７Ｏ．８００．１０．２３０２５２ｊ基毒１５《１０５心鏊）２０３０４０５０６０７０８０９０距离掌子面长度／ｍ通过表ｌ数据和图１显不分析，距离施工掌子面图１硫化氢浓度变化分析图越近硫化氢气体的浓度越高，距离隧道底部越低的地方硫化氢的浓度越高；距离隧道掌子面距离越远，硫３・４・２硫化氢气体形成原因化氢气体的浓度随着通风稀释越来越低，到达回风巷硫化氢气体形成于岩石的建造及改造过程中，时硫化氢气体的浓度已经达到安全控制范围之内。以强吸附的状态赋存于该段三叠系上统新都桥组通过通风，掌子面硫化氢浓度降低达到可施工条件（ｒ１３ｘ）围岩内，当开挖爆破导致岩体破坏分解，硫化Ｓ６铁道建筑技术Ｆ１Ａ『ＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（０８Ｊ万方数据・隧道／地下工程・氢在强烈动力作用下从岩体析出，随即达到稳定状态，不再析出，表现为在爆炸后有短暂涌出现象，通风一段时间后硫化氢随即消失。根据检测情况分析，隧道内的硫化氢气体从基岩裂隙里面溢出。４硫化氢气体监测方法和防治技术４．１硫化氢等气体监测方法隧道施工硫化氢等有毒有害气体易在空气流通不畅的地方积聚，并且达到一定浓度时，对人体产生危害或者发生爆炸，鉴于其危害的严重性，采∞用３种方法对有毒有害进行检测Ｊ。（１）超前钻孔法¨Ｊ。超前水平钻增至３孔，利用钻孔机超前钻孔每次钻孔深度４５ｍ，施工中搭接５ｎｌ，依次循环进行¨Ｊ。钻孔过程中和钻孔完成后，用有毒有害气体便携式检测仪测量孔内有毒有害气体，确定前方围岩是否存在有毒有害气体以及浓度多少，用于指导下一循环的钻爆施工，保证钻孔爆破时的安全。（２）安装自动检测报警设备。在掌子面和不良气体易于积聚的衬砌台车工作人员密集处设置硫化氢、瓦斯、一氧化碳传感器的两个监测断面ｐｏ，探测不良气体的浓度，通过探头电缆传到监控分站，当参数超限时实现声光自动报警和地面声光报警。设备采用ＫＪｌ０１型固定式气体监控系统¨０｜。ｌ＜Ｊ１０１型监控系统结构采用分站＋电源箱＋断电器＋后备电池＋传感器模式，设备将以上５部分设计成一体，每个采面只需一台监控仪即可实现全部参数的监控，可靠性好，安全性高，报警设备布置见图２。ｂ．二衬前端传感器安装示意图Ｃ．隧道监控布置示意图图２极品设备布置园一氧化碳传感器囤甲烷传感器囤风速传感器回硫化氢传感器Ｉ畦八模分站（３）采用便携式检测仪进行检测。在掌子面和明确，责任明确，保证仪器精确度，一切情况直接向指衬砌台车之外的其它易于有毒有害气体积聚的地挥或管理系统人员汇报。所有管理人员进洞检查要方（综合洞室、设备停留处等），采用有毒有害气体携带便携式监控仪器。所有施工人员应经常注意洞便携式检测仪进行检测，保证施工时的安全。内固定监控仪器位置、气体浓度情况等，以此形成所４．２隧道硫化氢气体施工防治措施“有洞内施工人员全员监控有害气体。配备专职气检（１）通风措施¨１｜。采用压入式通风，风机设在”员对洞内有毒有害气体实施监测工作，在硫化氢存横洞Ｅｌ，通过计算小里程一台１３２ｘ２ｋＷ的轴流风在区域设置警示牌，安排专门监测人员对洞内有害气机能够满足掌子面的送风量，调整洞口轴流风机的体浓度变化情况，监测情况进行分析、预测预报，及时高度、风管的顺直度，通风管出风口距离掌子面不采取有效措施进行处理。得大于２０ｍ。洞内气体涌出段增加射流风机，用通（３）设备管理措施。监控仪器专人保管、充电。风稀释降低洞内硫化氢浓度到规定的安全标准以应随时保证测试的准确性，按各种仪器说明书要下。当不良气体浓度过大时，在正洞内每隔２００ｍ求，定期送地区级以上检查站鉴定，日常每１０ｄ校设置１台射流风机，加速洞内污风的排出速度，在确正一次，对仪器大修送国家认定机构进行修复。保无有害气体聚集的前提下，回风巷硫化氢浓度小（４）安全教育培训措施。对现场施工作业人员于６．６ｐｐｍ的条件下可继续施工。进行相关知识的培训，配备相关的劳动保护用品，（２）硫化氢气体的全面监控。成立专业监控组，制定有毒有害气体管理制度，制定硫化氢应急救援所有监控人员经专业技术培训，２４ｈ值班，做到分工方案，配备应急物资。特别是进行硫化氢气体危害铁道建筑技术ＦＬＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６１０８ｌ５７万方数据・隧道／地下工程・与防治的教育，使所有作业人员自觉遵守各项防护定程度的降低，对隧道施工功效有一定影响。制度。洞内应配备必要的氧气呼吸器和自救器，防５结诊止硫化氢中毒救援过程中事故范围扩大。“一（５）加强地下水水质化验及分析工作。经常性（１）通过查阅硫化氢气体的相关资料和现场检进行隧道洞内水质的化验和分析，确定洞内含硫化氢测，说明硫化氢气体易溶于水，易积聚于空气不流水质的危害，在掌子面和水积聚的地方配备生石灰和通的位置，硫化氢气体较空气重，存在于隧道空间碱性溶液，每班通过抛洒生石灰和碱性溶液中和稀释的下面；有害气体浓度。施工现场通过抛洒生石灰和碱性溶“”（２）严格实行一炮三检制度，及时发现有毒液可以快速降低硫化氢浓度，达到安全施工的目的。有害气体，对于出现有毒有害气体的隧道，仔细研４．３硫化氢气体浓度较大时的处理措施究通风方案，保持隧道的良好供风，稀释有毒有害由于不知前方存在的情况，若出现硫化氢或者气体浓度；瓦斯气体浓度较大时，我们将根据实际浓度情况采（３）隧道内即使安装了自动检测仪器设备，也取如下措施：要采用便携式气体检测报警仪和自动检测仪器设为确保洞内机械设备在有害气体环境中使用安备定时进行复核校对，保证仪器设备检测的准确性；全，对输送泵、挖掘机、装载机、运输车辆等大型机械（４）加强施工作业人员的有毒有害的技术培设备和洞内电气设备进行防爆改装，防止这些设备在训，使其具备基础的有毒有害气体的防范和自救硫化氢和瓦斯超限状态下产生火花，引发爆炸事态。知识。主要对隧道施工的大型施工设备进行两种改装¨２｜。龛妻奇替（１）车载瓦斯监控改装通过在施工车辆上加装通过防爆或煤安认证的［１］钟国・高瓦斯公路隧道设计与施工［Ｊ］・北方交通，监控设备，实时监测车辆工作环境的易爆危险气体浓—２００９（８）：９６９＆．．黧登量竺鎏苎兰型警萼孥墼兰繁苎苎堂心３淼淼？黧黧荔体声光报警，提示车辆驾驶人员及时停止作业，待查明≤≤≥［３］箍莓：ｉ芫葫磊花耋；毒拓菽体会［Ｊ］．环境实际情况，工作环境不具危险时，再启动设备恢—中国工业医学杂志，２００８（２）：９７９８．复工作。若环境危险气体浓度快速上升，达到断电限［４］ＧＢＺＩ一２００２工业企业设计卫生标准［ｓ］．值时，监控系统会在首次检测到报警时刻开始延迟一［５］总局会第８７号煤矿安全规程［ｓ］．—定时间（１０３０Ｓ）后自动输出控制信号，强制停止车［６］唐协，陈贵红，周仁强．华蓥山隧道硫化氢气体检测及辆工作，断开车辆的所有供电线路，车辆将无法启动…—综合整治研究．现代隧道技术，２０１１（４）：５３１．工作，监控系统使用自带本安电源持续工作。当环境［７３铁建设（２００８）１０５号铁路隧道超前地质预报技术指危险气体参数浓度降至安全限界后，监控系统自动解∞‘南Ｊ锁车辆供电，车辆可重新启动作业。［８］张瑞礼・大坡度煤矿斜井ＴＢＭ施工有害气体预控技术……………熙竺慧帅能陆田例嚣：臀糍篡翥按照车辆原有的电气线路原理及功能，使用一…１“…………………１＝：：二，＝。４１一～一一系列防爆组件或设备对车辆进行全范围的改装，这［１０］二乏ｉ＿：２蒜煤矿安全监控系统通用技术要求些改装内容涉及蓄电池、发电机、启动器（点火装ｒ。１置）、用电设备（如照明指示灯具、喇叭、音箱、收音［１１］赵铁山．铁路特长高瓦斯隧道施工通风技术［Ｊ］．铁道机、点烟器、空调设备等）、发热部件、排气口等。改—建筑技术，２０１４（５）：３３３７．装后的设备本身即具备防爆能力，可工作在有危险［１２］谢衔光，许志忠，张博．都汶公路高瓦斯隧道作业机械配—易爆气体场合。对施工设备改装后，设备效率有一置及防爆改装技术［Ｊ］－现代隧道技术，２００９（５）：７６８１．万方数据