卡基娃水電站地下洞室有毒有害氣體成因及其防治

梅稚平 晏群 高建翔

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院,四川成都 610072)

卡基娃水電站地下洞室有毒有害氣體成因及其防治

梅稚平 晏群 高建翔

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院,四川成都 610072)

本文主要針對卡基娃水電站地下洞室有毒有害氣體發(fā)生的相關(guān)情況,從氣體種類、特征、危害方式及揭示現(xiàn)象入手,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件,淺析其成因,闡述施工開挖過程中針對有毒有害氣體特征及工程特點(diǎn)采取的相應(yīng)防治措施。

有毒有害氣體 卡基娃水電站 爆炸上(下)限

水電工程地質(zhì)對地下洞室重點(diǎn)是圍繞圍巖穩(wěn)定條件的研究，以及針對圍巖穩(wěn)定所采取的支護(hù)措施的研究，而針對地下洞室中有毒有害氣體的來源、危害程度及其相應(yīng)的防護(hù)措施等研究較少。2011年11月11日，卡基娃水電站引水洞開挖施工中出現(xiàn)的有毒有害氣體造成數(shù)人中毒暈倒，此外，沙灣水電站、宜興抽水蓄能電站、錦屏二級電站長探洞等水利水電工程地下洞室均發(fā)生了不同程度的有毒有害氣體現(xiàn)象。水電工程地下洞室有毒有害氣體發(fā)生條件及其成因是什么？在其儲存空間附近是否有一些現(xiàn)象可揭示？應(yīng)如何防治？

1 工程區(qū)及其附近有毒有害氣體現(xiàn)象揭示

工程區(qū)及其附近有毒有害氣體現(xiàn)象貫穿于前期勘測、建設(shè)施工的各個階段：前期勘測：在電站預(yù)可、可研階段進(jìn)行的相關(guān)地勘過程中， ZKK104鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)承壓水現(xiàn)象，承壓現(xiàn)象持續(xù)有數(shù)分鐘，承壓水溢出后帶有濃烈、刺鼻的臭雞蛋氣味，勘測平硐PDK102、PDK109在開挖過程中伴有讓人胸悶、眼澀、頭痛等現(xiàn)象的氣體逸出；建設(shè)施工：施工準(zhǔn)備期導(dǎo)流洞、場內(nèi)交通13#交通洞以及主體工程建設(shè)期的引水隧洞(引Ⅰ、引Ⅱ標(biāo))均發(fā)生了開挖掘進(jìn)過程中有毒有害氣體超標(biāo)現(xiàn)象。在各個工程部位開挖過程中，引水隧洞有毒有害氣體現(xiàn)象最為嚴(yán)重，此外，與工程區(qū)臨近并所屬相同(近)地層的某水電站長引水隧洞也發(fā)生了極其嚴(yán)重的有毒氣體中毒的重大安全事故，施工開挖揭穿高濃度高壓“氣囊”產(chǎn)生二次爆破，造成了巨大的人員與財(cái)產(chǎn)損失。

2 引水隧洞有毒有害氣體成因

2.1 事件基本情況

2011年10月20日晚19：00分引水隧洞施工開挖至引K2+920m時，發(fā)現(xiàn)掌子面及洞室底板出現(xiàn)有毒氣體，裂隙噴射出的有毒氣體濃度為57ppm，并且含有可燃?xì)怏w，掌子面附近有毒氣體濃度為26ppm，距掌子面約100米處濃度為13ppm。2011年11月11日晚22：30分左右在引K2+833m進(jìn)行泄壓孔施工時，有毒氣體突然涌出濃度增大，施工安全員將一竹竿插入泄壓孔內(nèi)，竹竿被風(fēng)壓吹出2～3米遠(yuǎn)，掌子面測試值已達(dá)28ppm，現(xiàn)場值班人員立即指揮上游工作面人員撤離出洞，三名工人在撤退途中暈倒，后經(jīng)及時吸入氧氣和采取相應(yīng)急救措施后脫離生命危險(xiǎn)并康復(fù)。

2.2 隧洞有毒氣體特征

在引水隧洞開挖中多處均存在有毒有害氣體現(xiàn)象，施工開挖安全風(fēng)險(xiǎn)極高，四川省安全生產(chǎn)檢測檢驗(yàn)中心對隧洞氣體進(jìn)行了檢測，采用的儀器主要為便攜式紅外分析儀、瓦檢儀，共檢測出4種主要有毒有害氣體，分別為CO2、CO、CH4、H2S，其中H2S、CO2氣體嚴(yán)重超標(biāo)。

2.3 有毒氣體成因初步分析

工程區(qū)地下水水質(zhì)分析表明，HCO3-與SO42-為地下水的主要負(fù)離子，地下水中SO42-的來源應(yīng)是硫化物氧化后形成的，推斷為地下水與含有硫化物的地層在與大氣較為隔絕的環(huán)境中長期接觸、作用后產(chǎn)生的，SO42-進(jìn)行脫硫酸反應(yīng)可生成有毒氣體H2S，有機(jī)質(zhì)長期賦存后產(chǎn)生的CH4與水中的硫酸鹽發(fā)生反應(yīng)則導(dǎo)致CO2的產(chǎn)生；該洞段巖性以砂巖為主，巖體中的空隙、裂隙較發(fā)育，為有毒有害氣體提供了儲氣空間，加之洞室垂直和側(cè)向埋深較大，除地下水溶解部分氣體(主要為H2S)沿巖體裂隙等通道帶出其儲氣空間，大部分氣體在空隙、裂隙的有毒氣體得以較好的保存，局部形成濃度較高的“氣囊”，當(dāng)鉆孔、爆破破壞“氣囊”后，濃度較高的有毒氣體瞬間逸出，在引水隧洞通風(fēng)條件差的環(huán)境中導(dǎo)致了施工作業(yè)人員的中毒事件。綜合分析認(rèn)為，卡基娃水電站中毒事件主要是由H2S引起的，CO2超標(biāo)則導(dǎo)致隧洞中含氧量減少使人體缺氧，而隧洞中的CO、CH4主要是由于爆破產(chǎn)生的。

3 施工防治措施

地下洞室開挖有毒氣體防治涉及方面較多，需針對施工開挖作業(yè)流程、有毒氣體種類、特征及危害、突發(fā)事件應(yīng)急措施等多個方面綜合分析研究制定。工程具體主要采取了預(yù)測預(yù)報(bào)防治、施工技術(shù)防治、施工安全防護(hù)及安全生產(chǎn)教育與管理四個層面的防治措施，以下主要對具體施工技術(shù)防治作簡要論述。

施工技術(shù)防治：(1)施工作業(yè)技術(shù)措施。洞室開挖嚴(yán)格執(zhí)行洞外避炮，開挖過程中上、下游所有施工作業(yè)人員撤離至洞外上風(fēng)口約30m避炮。炮孔施工采用濕鉆進(jìn)法，炮眼未裝藥段，用封水炮泥或粘土炮泥封孔密實(shí)不漏氣，每循環(huán)開挖后及時完成洞室圍巖的錨噴支護(hù)，封閉、切斷有毒有害氣體逸出通道。由于硫化氫的酸性特性，采取在洞內(nèi)底板噴灑生石灰、鉆孔石灰水沖孔等措施，降低硫化氫的濃度。另外，根據(jù)超前鉆孔探測的實(shí)際情況，在每循環(huán)施工開挖前增設(shè)約4～12個、L=6m的超前泄壓孔，提前釋放并泄壓有毒有害氣體，防止有毒有害氣體突然涌出或溢出造成安全事故發(fā)生。(2)通風(fēng)及防爆隔爆措施與管理。在引水隧洞通風(fēng)條件差的環(huán)境中，加強(qiáng)通風(fēng)是防治有毒有害氣體最有效的手段，嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行通風(fēng)控制條件，對該標(biāo)段采用上下游獨(dú)立通風(fēng)，滿足規(guī)范要求的需風(fēng)量、風(fēng)壓等重要參數(shù)，對設(shè)備定期、安排專職人員檢查、修復(fù)；采用防爆隔爆的機(jī)電設(shè)備、器材，嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)電防爆隔爆、爆破作業(yè)防爆的安全生產(chǎn)技術(shù)措施，編制其專項(xiàng)安全施工技術(shù)方案。(3)有毒氣體的檢測防治。所有管理人員進(jìn)洞檢查必須攜帶便攜式有毒有害氣體檢測報(bào)警儀并配備專業(yè)安全防毒護(hù)具進(jìn)洞，當(dāng)所測到氣體濃度超過《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的濃度時，采取通風(fēng)措施予以降低。通風(fēng)后再行檢測，直到各種有毒有害氣體濃度均降低到標(biāo)準(zhǔn)允許的濃度及以下方可繼續(xù)進(jìn)入下道工序施工，以確保施工安全。

4 結(jié)語

通過上述的防治措施，在其后地下洞室(引水隧洞)開挖過程中未發(fā)生有毒有害氣體中毒導(dǎo)致傷亡的事故，但本文僅針對卡基娃水電站地下洞室有毒氣體成因進(jìn)行了初步分析及建設(shè)施工過程中防范措施做了簡要的介紹，但對水電工程有毒氣體的防范還有許多問題需要我們繼續(xù)去研究與探索?？傊?，在水電工程地下洞室中應(yīng)重視有毒有害氣體現(xiàn)象，并加強(qiáng)研究與防范，避免造成人員財(cái)產(chǎn)損失。

[1]袁建新.地下洞室有毒有害氣體測試評價與防護(hù)技術(shù)研究[D].南京:河海大學(xué),2007．

[2]肖揚(yáng),梅稚平,李洪強(qiáng),楊威.水電工程地下洞室有毒有害氣體成因及防治措施[J]．隧道建設(shè),2010(6):38～42．

[3]崔連友,陳西動,鐘智.華鎣山隧道有害氣體綜合治理措施[J].鐵道建筑技術(shù),2001(1):45～49．

梅稚平(1982—),男,重慶人,本科,工程師,畢業(yè)于南京河海大學(xué),主要從事水電地質(zhì)相關(guān)工作。