六盘山隧道斜井穿越含气地层施工建议方案.doc

六盘山隧道2#斜井穿越含气地层施工建议方案 【内容提要】：在隧道施工过程中，常常会遇到瓦斯、一氧化碳等有害气体，但较少遇到高浓度的硫化氢有毒气体。为保证隧道施工安全，杜绝人员伤亡是隧道施工安全控制的重中之重。介绍硫化氢气体的预防和处治。供工程设计和施工参考。【关键词】：铁路隧道；硫化氢气体；预防；处置众所周知，在铁路、公路、矿山、引水、煤炭生产等地下工程施工或开采常常会受有害、有毒气体的影响。瓦斯、一氧化碳是最常见的有害、有毒气体，需要参建各方引起高度重视和重点防治，以免出现重、特大安全事故，给人民生命和国家财产带来不可估量的损失。但是在隧道施工中遇到更有毒的硫化氢气体，是非常少见的。硫化氢气体是含硫有机物分解或金属硫化物与酸作用产生的一种无色、具有臭鸡蛋味、易挥发、易溶于水的有毒有害气体，具有可燃性和爆炸性。硫化氢是一种强烈的神经毒物，虽有恶臭，但极易使人嗅觉中毒而毫无察觉，这是因为硫化氢与细胞色素氧化酶中二硫键起作用，影响细胞氧化过程，导致组织缺氧。它除了使人的眼、鼻、支气管遭受强烈刺激外，还使体内组织细胞因缺氧而窒息，造成内脏器官损害。人若在超过l 000 mg/m3的浓度下吸入极大量的硫化氢，可能发生“电击样”中毒，在数S内突然倒下，呼吸停止，来不及抢救而死亡。人体吸人硫化氢可引起急性中毒。急性中毒可分为：轻度中毒，表现为畏光、流泪、眼刺痛、异物感、流涕、鼻及咽喉灼热感等症状，并伴有头晕、头痛、乏力，检查可见眼结膜充血等；迷状态。最后可因呼吸麻痹而死亡。因此，在隧道施工过程中要高度重视和预防剧毒的硫化氢气体溢出，以避免人员伤亡。本文通过对新建铁平铁路六盘山2#斜井穿越含硫化氢沉积岩地层施工中对硫化氢气体治理的案例分析，让隧道施工人员了解和基本掌握在突发硫化氢气体时如何选择迅速逃身的方法，避免出现重大人员伤亡。对硫化氢处治方法进行了介绍，为隧道设计和施工人员提供参考。1. 工程概况1.1 工程概况六盘山隧道位于六盘山中山区，洞身以N36E的走向穿越六盘山，其岭脊呈近东西走向。山势陡峻，岭高沟深，地面高程15302570m，相对高差300800m。丘坡自然坡度较陡，一般3055。该隧道为全线第一特长隧道，位于甘肃省平凉市华亭县六盘山山脉，隧道起讫里程DIK83+498DIK100+217，全长16719m，为全线最长的越岭隧道。隧道进口位于华亭县麻庵乡三角城左侧河峡谷内，出口位于华亭县西华镇青林村。全隧道除进口端365.05m位于R1200m的曲线上，其它地段均位于直线上；隧道全部段落均为下坡，坡率分别为5/2752m，13/13550m，6/400m，0/17m，进口端576m为莲花台车站双线隧道。洞身最大埋深约700m。隧道进口有盘山乡村便道通至麻庵乡，但路窄、坡陡、弯道多，遇雨道路车辆难以通行，交通条件较差。麻庵乡至隧道进口位置为山间峡谷地带，仅能步行到达隧道出口，隧道进口距华亭县城公路约30km，隧道出口有乡村道路可以到达，交通较为方便。本区域属于六盘山林场，经封山育林10年后，大部分土地为密灌林地，少部分为农田，山体植被覆盖率高，约90%，森林密布。2. 现场及检测情况2.1 现场情况新建天平铁路TP-TJ2标六盘山隧道2#斜井， 在2012年11月6号掌子面施工到DIK90+673桩号时，出现臭鸡蛋味气体；随着施工的推进，气味逐渐加重，导致施工作业工人出现不同程度的恶心，并伴有呕吐现象。为此，2012年11月8日在掌子面进行了TSP探测；2012年11月11号项目部安排在掌子面DIK90+692进行了超前水平钻探。超前地质预报、钻探结果及现场观测表明：1.掌子面DIK90+692DIK90+699 共7m范围内，其围岩掌子面基本相同，以砂岩夹泥岩为主；其后围岩强度有增加趋势。2.在掌子面超前钻进过程中，钻杆沾有黑色油状物，用水难以洗掉；3.本次超前钻探有效距离40m，但由于钻探未能采取钻探岩芯，因而无法该范围内围岩岩性等的变化；4.在隧道进行的例常巡查过程中，发现已完成初支洞段局部有黑色发青油色物质渗漏，在DIK90+580线路右侧初支表面可见较大范围的油渍痕迹。至2012年11月14日，掌子面推进到DIK90+705后发现围岩岩相出现变化，岩石颜色逐渐变成深灰色，臭味加重，且掌子面线路右侧出现渗水。掌子面附近被水滴过的混凝土颜色变为深绿色，且拱顶超前锚杆上有油渍滴出，且腐蚀钢筋。2012年11月18日，该项目部聘请了瓦斯监测人员进行了瓦斯监测，检测结果表明掌子面CO浓度为1820，局部高达40，经初步判定主要为硫化氢气体。硫化氢是一种神经毒剂，亦为窒息性和刺激性气体。其毒作用主要是中枢神经系统和呼吸系统，亦可伴有心脏等多器官损害，对毒作用最敏感的组织是脑和粘膜接触部位。故该项目部已采集了岩石样本和水样本进行了送检。2.2 室内外检测试验及分析2.2.1 试验测试标准试验分析依据空气质量硫化氢、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的测定气相色谱法（GTB 14678-93）和工业企业设计卫生标准（GBZ1-2010）。为了保证试验结果的真实性、可靠性和有针对性，该课题组经过仔细认真的研究和现场勘察，最终决定了七个气体采样点，它们分别是：1#取样点 DIK90+704（掌子面）；2#取样点DIK90+635（通风口）；3#取样点DIK90+681（避车洞）；4#取样点DIK89+460（斜井与正洞相交三角口）；5#取样点XJ11+70（斜井中间）；6#取样点XJ0+40（斜井口）；7# 取样点洞外有一个。具体布置如下图1，即气体采样点布置图。图1 气体采样点布置图2.2.2 采样与分析原理本方法采样过程如图2所示，即气袋采样装置图。它是以经真空处理的1L采气瓶采集无组织排放源恶臭气体或歼境空气样品，以聚酯塑料袋采集排气筒内恶臭气体样品。硫化物含量较高的气体样品可直接用注射器取样1-2mL,注入安装火焰光度检测器(FPD)的气相色谱仪分析。当直接进样体积中硫化物绝对量低于仪器检出限时，则需以浓缩管在以液氧为致冷剂的低温条件下对1L气体样品中的硫化物进行浓缩.浓缩后将浓缩管连入色谱仪分析系统并加热至100，使全部浓缩成分流经色谱柱分离，由FPD对各种硫化物进行定量分析。在一定浓度范围内，各种硫化物含量的对数与色谱峰高的对数成正比，具体分析原理可参见空气质量硫化氢、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的测定气相色谱法（GTB 14678-93）。图2气袋采样装置图（A-真空箱；C-抽气泵；B-聚酯采集袋；D-与采样管连接导管；E-凄凉控制阀）2.2.3 试验结果与结论以现场采集的样品为实验对象，严格按照试验操作规范对样品运用气相色谱法进行了试验分析，最终得到了天平铁路六盘山隧道空气/地下水中硫化氢气体浓度检测结果、结论和相应的施工安全处理建议。具体见表1和表2所示。表1. 弱通风条件下隧道空气中硫化氢气体浓度检测结果样品编号样品说明硫化氢浓度（mg/m3）LB2012HJ00033-1天平铁路六盘山2#斜井大里程掌子面左侧空气样品（弱通风条件）0.31LB2012HJ00033-2天平铁路六盘山隧道2#斜井大里程掌子面右侧空气样品（弱通风条件）0.27LB2012HJ00033-3天平铁路六盘山隧道2#斜井大里程掌子面通风口起点空气样（通风条件）0.23LB2012HJ00033-4天平铁路六盘山隧道2#斜井三角口空气样品（通风条件）0.12LB2012HJ00033-5天平铁路六盘山隧道2#斜井中段（据三角口入口1km处）空气样品（通风条件）0.13LB2012HJ00033-6天平铁路六盘山隧道2#斜井口（内侧）空气样品（通风条件）0.11表2. 隧洞掌子面出渗水中硫化物含量检测结果（碘量法GB11941-1989）样品编号样品说明硫化物（S2-）含量（mg/L）LB2012HJ00034-1天平铁路六盘山2#斜井大里程掌子面地下水样品12.3591.599 LB2012HJ00033-2天平铁路六盘山2#斜井大里程掌子面地下水样品218.79323.111根据以上表格检测结果可见：（1）天平铁路六盘山隧道2#斜井隧道空气中含有硫化氢气体，在弱通风条件下，天平铁路六盘山隧道2#斜井隧道空气中硫化氢气体浓度约为0.290.02mg/m3，在通风条件下，隧道空气中硫化氢气体浓度约为0.120.02 mg/m3。长时间暴露会导致疲劳、食欲不振、头痛、烦躁不安、记忆力差和头晕等症状。（2）硫化氢气体发生爆炸的体积下限为4.3%（v/v），远高于隧道空气中硫化氢气体浓度。（2）采用国标GB11941-1989中的碘量法对水中的硫化氢类物质进行分析，水样中主要物质为硫化物（S2-）。样品1中硫化物（S2-）含量为2.35911.5994 mg/L；试样2中硫化物（S2-）含量为18.792523.1108 mg/L。根据检测，可初步推断六盘山隧道大气中的臭鸡蛋气味的硫化氢气体等挥发性物质由渗漏样品水带出。3. 六盘山隧道隧道硫化氢的防治对策针对六盘山隧道硫化氢气体溢出段确定采取“强通风、预排放、勤检测、全封闭”的措施对其进行处治，以确保施工及运营安全。具体处治方案如下：1） 强通风。优化现有通风方式，增强通风设备。采用洞外通风稀释及洞内抽排相结合的方式，将洞内硫化氢气体的含量降至安全浓度范围内。对局部有毒气体易汇集地方增强局部风扇稀释，且喷生石灰雾水稀释硫化氢气体。2） 勤检测。固定检测和移动检测相结合。固定检测采用自动连续检测系统，将探头安装在人员作业区及气体泄露段，在洞外进行监控。当浓度降至安全范围内后，施工人员方可进入施工，并佩戴便携式移动检测仪随时、随地检测。如遇硫化氢气体超标，施工人员立即撤离现场。3）预排放。掌子面向前方打设超前探孔，超前钻探前方有毒气体的浓度、围岩及地下水情况。根据探孔情况确定有毒气体排放孔布设位置和数量；通过预设超前预排放孔将蕴含在前方40m范围内围岩中的有毒气体超前排放，以避免有毒气体突然涌出导致人员伤亡事故的发生。4）在施工中重视超前地质预测预报工作，处治过程中，坚持超前探孔，保证探孔施工的连续性，有疑问段应采用短探孔验证，做到对前方围岩心中有数，确保万无一失。5） 全封闭。对有气体溢出段落，采取开挖后注浆的方案进行封堵治理，达到封堵硫化氢气体和渗水。其具体方案为：（1）对已开挖并进行初支洞段，采取全环径向注浆封堵方案；（2）掌子面向前掘进时，超前探孔如表明硫化氢气体泄漏量大、出现渗水，施做全断面预注浆；（3）对隧道结构的初期支护、防水板、二次衬砌、施工缝进行全封闭，所有施工缝采用止水带以保证有毒气体不泄漏。（4）初期支护及二次衬砌混凝土采用气密性混凝土，保证其气密系数，且结构封闭路段至少保证有1倍洞径的过度。6） 加强渗水和富水段监控量测，量测桩点10m埋设1组，并增加量测频率，及时将量测数据反馈到现场以指导施工。7） 施工废水处理。隧道内污水必须经专用的排水系统，将地下水汇集统一由排水沟排放，防止地下水漫流而导致硫化氢气体四处弥散。隧道内地下水全部排放至洞外沉淀池，经生石灰进行中和处理。8）加强现场的安全意识教育，做好施工现场人员的保护和防护工作，强化施工现场的安全管理。同时，在施工过程中严格落实应急预防措施，重视应急预案的演练，使现场每个操作人员都了解硫化氢气体的危害和防治措施。4. 结 语新建铁平铁路六盘山2#斜井穿越含硫化氢沉积岩地层施工过程中采取了“强通风、勤检测、预排放、全封闭”等措施，安全通过了含硫化氢气体地层路段。通过对玉峰山隧道含硫化氢地层的处理，得到以下几点体会：1)施工单位应加强安全意识教育，强化施工安全管理。施工中严格落实应急预防措施，重视应急预案的演练，使现场每个操作人员都了解硫化氢的危害和防治措施。2)重视超前地质预测预报工作。处治过程中，坚持超前探孔，保证探孔施工的连续性，有疑问段应采用短探孑L验证，做到对前方围岩心中有数，确保万无一失。3)施工单位必须加强安全管理，保证作业环境的硫化氢控制在安全浓度范围内。施工中通过超前探测、短进尺、快封闭的措施确保施工安全。4)建设单位、施工单位和监理单位应及时沟通，相互协调，共同实施对含硫化氢气体地层路段的预防和处治措施确保万无一失。 参考文献：1. 国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局煤矿安全规程(2005)M北京：煤炭工业出版社，20052. 中铁五局(集团)有限公司TB 10120-2002铁路瓦斯隧道技术规范M北京：中国铁道出版社，20023. 铁道部第二工程局铁路工程施工技术手册隧道下册M北京：中国铁道出版社，20074. 关宝树隧道工程施工要点集M北京：人民交通出版社2007