小斷面隧洞硫化氫氣體出露段施工技術(shù)

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

大巍頭山輸水隧洞工程位于浙江省臺(tái)州市，是臺(tái)州市引水工程9段輸水隧洞工程的一部分，輸水隧洞主洞長(zhǎng)6.62km(大洞0+000～大洞6+651)，馬蹄形洞型(3m×4.3m)。在寺前鄭村西側(cè)布置一條施工支洞長(zhǎng)度為0.64km，城門(mén)洞洞型(5.3m×5.2m)，與主洞交匯點(diǎn)樁號(hào)為東4+332。寺前鄭村施工支洞下游段施工至樁號(hào)大洞4+543.5處，進(jìn)行例行氣體檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)支洞控制段下游段存在硫化氫、一氧化碳等有毒有害氣體。檢測(cè)儀器顯示CO含量為150ppm，H2S含量為80ppm。施工時(shí)聞到難聞的氣味，施工完成出洞后存在頭痛、惡心的身體不適癥狀。

2 工程地質(zhì)與水文條件

2.1 工程地質(zhì)

本處地質(zhì)為F103斷層影響段，該F103斷層N53°～70°E，唐山王—嶺里斷裂的中段與北東端，在北東端局部為第四系掩蓋，北東端傾角近于直立，擠壓破碎帶寬20m左右，于樁號(hào)4+600處從大巍頭山腹部穿過(guò)，斷裂兩側(cè)侏羅系上統(tǒng)諸暨組a段巖石普遍硅化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖開(kāi)挖后揭示該處圍巖破碎，整體不穩(wěn)定。有多組交叉節(jié)理發(fā)育，鐵鋁質(zhì)渲染嚴(yán)重，局部夾泥，糜棱化明顯，斷層泥充填局部存在小型空腔，具備存在H2S氣體的可能性。

2.2 水文條件

該洞段巖壁及掌子面有滲滴～股狀水出露，通過(guò)實(shí)地探查，該洞段地表有三條沖溝交匯，均流入該洞段附近的凌云水庫(kù)內(nèi)。該區(qū)域距離凌云水庫(kù)水平距離約為140m，兩條入庫(kù)沖溝穿越隧洞軸線。庫(kù)底高程約為60m，距離隧洞頂部64m。凌云水庫(kù)正在進(jìn)行除險(xiǎn)加固，水庫(kù)已放空，庫(kù)底淤泥出露。

3 硫化氫氣體

3.1 硫化氫氣體性質(zhì)

硫化氫是一種無(wú)色、微甜、有臭雞蛋氣味的氣體，相對(duì)密度1.19，比空氣稍重，劇毒，酸性氣體，易溶于水。人長(zhǎng)期暴露在該氣體中，輕則出現(xiàn)中樞神經(jīng)麻痹現(xiàn)象，重則出現(xiàn)電擊般的突然死亡，且該氣體有可燃性，施工危害性很大。

3.2 硫化氫氣體危害

硫化氫濃度與危害程度詳見(jiàn)表1。

表1 硫化氫濃度與危害程度對(duì)照

3.3 硫化氫氣體的來(lái)源

現(xiàn)場(chǎng)查勘初步確定該處靠近凌云水庫(kù)，庫(kù)底腐殖質(zhì)等有機(jī)物沿F103斷層裂隙不斷沉積隨地下水滲透至地下，聚集在斷層兩側(cè)巖體運(yùn)動(dòng)形成的空腔內(nèi)，經(jīng)過(guò)高溫高壓等化學(xué)物理作用轉(zhuǎn)化而成，由于該處為凝灰熔巖，硫化氫氣體不具備富集條件。隧洞開(kāi)挖后造成空腔內(nèi)硫化氫氣體溢出。

4 硫化氫氣體洞段施工技術(shù)

根據(jù)硫化氫氣體特性，在處治過(guò)程中的總思想是遵循“稀、排、封、防、測(cè)”的五字方針進(jìn)行治理。

“稀”就是通過(guò)確定合理的通風(fēng)方案、增加相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)備，增加輸送到洞內(nèi)的新鮮空氣量，同時(shí)利用硫化氫溶于水的特性達(dá)到稀釋硫化氫的目的，使其濃度處于安全濃度內(nèi)。

“排”是防止硫化氫突然釋放導(dǎo)致濃度驟增導(dǎo)致人員死亡而采取的預(yù)防措施，通過(guò)超前探孔和排放孔，預(yù)探知和預(yù)降低氣體濃度。

“封”是為了保證隧洞結(jié)構(gòu)在施工后期和運(yùn)營(yíng)期間的安全，通過(guò)全封閉措施，將硫化氫氣體全部封堵在隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)外。

“防”是為了保證進(jìn)入隧洞內(nèi)施工人員的安全，通過(guò)佩戴防護(hù)面罩、防護(hù)服以抵制硫化氫氣體對(duì)人體的傷害。

“測(cè)”是在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中通過(guò)合理的監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)。

4.1 稀釋硫化氫的措施

首先在洞外增加通風(fēng)設(shè)備，將洞口原37kW×2風(fēng)機(jī)更換成55kW×2風(fēng)機(jī)，使通風(fēng)量由原來(lái)的820m3/min提高至1260m3/min，并24h進(jìn)行通風(fēng)，使洞內(nèi)出露的硫化氫氣體迅速稀釋。

其次在掌子面施工部位增加局部通風(fēng)設(shè)備，在鉆爆臺(tái)車(chē)頂部安裝1臺(tái)3.5kW的局部抽風(fēng)機(jī)，風(fēng)量92m3/min；在鉆爆臺(tái)車(chē)前1m處再安裝1臺(tái)3.5kW的局部抽風(fēng)機(jī)，風(fēng)量92m3/min；利用局部風(fēng)機(jī)抽排工人施工部位空氣，使氣體流動(dòng)稀釋?zhuān)乐沽蚧瘹錃怏w局部富集造成濃度升高。掌子面局部通風(fēng)措施詳見(jiàn)圖1。

再次加強(qiáng)風(fēng)筒管理，風(fēng)筒吊掛平直，主支交匯處、彎頭采用硬質(zhì)帶閥門(mén)三通，消滅大小破口減少通風(fēng)阻力和漏風(fēng)，確保風(fēng)筒出口處風(fēng)量不小于50m3/min。

通過(guò)以上措施，硫化氫濃度仍然不能滿足安全施工濃度時(shí)，可再利用硫化氫氣體融于水的特性，增加霧炮噴淋系統(tǒng)，通過(guò)噴霧化水使其與水充分融合。

圖1 掌子面局部通風(fēng)示意

4.2 預(yù)排硫化氫氣體措施

在掌子面鉆設(shè)預(yù)排放孔，排放孔采用手風(fēng)鉆鉆孔，孔長(zhǎng)根據(jù)實(shí)際情況確定，一般排放孔采用5m打設(shè)一環(huán)、預(yù)留2.5m打設(shè)下一環(huán)。排放孔采用φ42孔，橫向間距為1m，豎向間距為1m，上下斷面排放孔間距控制在1.5m。鉆孔完成后采用便攜式檢測(cè)儀在孔口進(jìn)行檢測(cè)。如果探測(cè)孔氣體濃度超標(biāo)，需鉆設(shè)超前預(yù)排孔，采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，在掌子面拱部、腰部及底部打設(shè)，孔深30m、預(yù)留10m打設(shè)下一環(huán)探孔，超前探孔及排放孔布置詳見(jiàn)圖2。將蘊(yùn)含在前方圍巖中的有毒氣體超前排放，防止有毒氣體突然涌出導(dǎo)致人員傷亡。

圖2 超前探孔及排放孔布置

4.3 封閉硫化氫氣體措施

硫化氫氣體溢出段，由于為Ⅴ類(lèi)圍巖，圍巖破碎。鉆爆施工需嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、早封閉”的原則。首先嚴(yán)格控制爆破進(jìn)尺，每排炮的鉆爆距離不超過(guò)1m。嚴(yán)格設(shè)置周邊孔間距，減少裝藥量，盡量減少爆破施工對(duì)隧洞圍巖裂隙拉裂造成氣體外泄。其次每排炮開(kāi)挖完成后先對(duì)掌子面及邊墻進(jìn)行噴錨封閉，掌子面與邊墻噴錨厚度為5cm。通過(guò)噴錨封閉完成后再進(jìn)行鋼拱架及小導(dǎo)管超前支護(hù)。小導(dǎo)管超前支護(hù)時(shí)需保證注漿質(zhì)量，起到對(duì)隧洞頂部及周邊裂隙封閉的作用。

4.4 防護(hù)硫化氫氣體措施

首先硫化氫氣體濃度未降至允許的6.6ppm以內(nèi)，任何人員嚴(yán)禁進(jìn)入隧道，如有必要進(jìn)入，必須按要求配備防護(hù)服及防護(hù)面罩后方可進(jìn)入；其次需組織隧洞施工人員進(jìn)行安全教育，特別是對(duì)硫化氫氣體的危害及有關(guān)防護(hù)知識(shí)分工區(qū)、班組進(jìn)行教育，必須保證讓工班每個(gè)操作人員認(rèn)識(shí)到硫化氫氣體的危害及熟知相關(guān)的防護(hù)知識(shí)；再次制定硫化氫氣體施工的安全預(yù)案，并組織全體隧洞施工人員進(jìn)行演練。

若發(fā)生緊急事件必須進(jìn)行應(yīng)急處理時(shí)，進(jìn)入人員需戴唐豐(TF)防毒面具全面罩配4號(hào)罐，穿防毒服，從支洞口手持便攜式檢測(cè)儀檢測(cè)洞口回風(fēng)流中的硫化氫含量，含量在允許值作業(yè)時(shí)逐步進(jìn)入施工區(qū)域，工作完畢，淋浴、換洗工作服。作業(yè)人員應(yīng)學(xué)會(huì)自救互救。進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)須有人監(jiān)護(hù)。

4.5 監(jiān)測(cè)硫化氫氣體措施

采用固定式與移動(dòng)式相結(jié)合的方式24h連續(xù)不間斷地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。將便攜式檢測(cè)儀固定在硫化氫氣體溢出段兩側(cè)邊墻距底板1.5m處，距離掌子面施工區(qū)域100m，并指定專(zhuān)人進(jìn)行巡查記錄，每小時(shí)記錄一次。配備便攜式檢測(cè)儀6臺(tái)，由帶班人員、專(zhuān)職監(jiān)測(cè)人員、質(zhì)檢員配戴，24h跟班作業(yè)。檢測(cè)員須將檢測(cè)值記錄在檢測(cè)記錄簿上，且要標(biāo)明檢測(cè)時(shí)間與檢測(cè)地點(diǎn)等，并且提出報(bào)告。同時(shí)也應(yīng)記錄當(dāng)時(shí)的大氣壓、溫度、氣候等。

在洞內(nèi)通風(fēng)設(shè)備調(diào)整時(shí)需加強(qiáng)檢測(cè)，當(dāng)硫化氫氣體濃度達(dá)到燃燒濃度時(shí)，嚴(yán)禁人員進(jìn)入。若洞內(nèi)硫化氫氣體含量超標(biāo)時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)和增加通風(fēng)設(shè)備時(shí)，施工人員必須按要求配戴防護(hù)設(shè)備，戴防毒面罩、著防護(hù)服，且杜絕一切火源進(jìn)入。

5 結(jié)語(yǔ)

隧洞施工過(guò)程中出現(xiàn)有毒有害氣體時(shí)需對(duì)氣體的來(lái)源及成因深入分析，并采取針對(duì)性的處理措施。在長(zhǎng)距離小斷面硫化氫氣體出露隧洞段，本工程在施工過(guò)程中采取了“稀、排、封、防、測(cè)”等措施，回風(fēng)流中硫化氫氣體含量檢測(cè)遠(yuǎn)低于6.6ppm的安全值，實(shí)現(xiàn)了含硫化氫氣體洞段的安全施工，取得了良好效果，可作為類(lèi)似工程參考。