六盤山隧道斜井穿越含氣地層施工建議方案

六盤山隧道2斜井穿越含氣地層施工建議方案【內(nèi)容提要】在隧道施工過程中，常常會遇到瓦斯、一氧化碳等有害氣體，但較少遇到高濃度的硫化氫有毒氣體。為保證隧道施工安全，杜絕人員傷亡是隧道施工安全控制的重中之重。介紹硫化氫氣體的預(yù)防和處治。供工程設(shè)計和施工參考?！娟P(guān)鍵詞】鐵路隧道；硫化氫氣體；預(yù)防；處置眾所周知，在鐵路、公路、礦山、引水、煤炭生產(chǎn)等地下工程施工或開采常常會受有害、有毒氣體的影響。瓦斯、一氧化碳是最常見的有害、有毒氣體，需要參建各方引起高度重視和重點防治，以免出現(xiàn)重、特大安全事故，給人民生命和國家財產(chǎn)帶來不可估量的損失。但是在隧道施工中遇到更有毒的硫化氫氣體，是非常少見的。硫化氫氣體是含硫有機物分解或金屬硫化物與酸作用產(chǎn)生的一種無色、具有臭雞蛋味、易揮發(fā)、易溶于水的有毒有害氣體，具有可燃性和爆炸性。硫化氫是一種強烈的神經(jīng)毒物，雖有惡臭，但極易使人嗅覺中毒而毫無察覺，這是因為硫化氫與細胞色素氧化酶中二硫鍵起作用，影響細胞氧化過程，導(dǎo)致組織缺氧。它除了使人的眼、鼻、支氣管遭受強烈刺激外，還使體內(nèi)組織細胞因缺氧而窒息，造成內(nèi)臟器官損害。人若在超過L000MG/M3的濃度下吸入極大量的硫化氫，可能發(fā)生“電擊樣”中毒，在數(shù)S內(nèi)突然倒下，呼吸停止，來不及搶救而死亡。人體吸人硫化氫可引起急性中毒。急性中毒可分為輕度中毒，表現(xiàn)為畏光、流淚、眼刺痛、異物感、流涕、鼻及咽喉灼熱感等癥狀，并伴有頭暈、頭痛、乏力，檢查可見眼結(jié)膜充血等；迷狀態(tài)。最后可因呼吸麻痹而死亡。因此，在隧道施工過程中要高度重視和預(yù)防劇毒的硫化氫氣體溢出，以避免人員傷亡。本文通過對新建鐵平鐵路六盤山2斜井穿越含硫化氫沉積巖地層施工中對硫化氫氣體治理的案例分析，讓隧道施工人員了解和基本掌握在突發(fā)硫化氫氣體時如何選擇迅速逃身的方法，避免出現(xiàn)重大人員傷亡。對硫化氫處治方法進行了介紹，為隧道設(shè)計和施工人員提供參考。1工程概況11工程概況六盤山隧道位于六盤山中山區(qū)，洞身以N36E的走向穿越六盤山，其嶺脊呈近東西走向。山勢陡峻，嶺高溝深，地面高程15302570M，相對高差300800M。丘坡自然坡度較陡，一般3055。該隧道為全線第一特長隧道，位于甘肅省平?jīng)鍪腥A亭縣六盤山山脈，隧道起訖里程DIK83498DIK100217，全長16719M，為全線最長的越嶺隧道。隧道進口位于華亭縣麻庵鄉(xiāng)三角城左側(cè)河峽谷內(nèi)，出口位于華亭縣西華鎮(zhèn)青林村。全隧道除進口端36505M位于R1200M的曲線上，其它地段均位于直線上；隧道全部段落均為下坡，坡率分別為5/2752M，13/13550M，6/400M，0/17M，進口端576M為蓮花臺車站雙線隧道。洞身最大埋深約700M。隧道進口有盤山鄉(xiāng)村便道通至麻庵鄉(xiāng)，但路窄、坡陡、彎道多，遇雨道路車輛難以通行，交通條件較差。麻庵鄉(xiāng)至隧道進口位置為山間峽谷地帶，僅能步行到達隧道出口，隧道進口距華亭縣城公路約30KM，隧道出口有鄉(xiāng)村道路可以到達，交通較為方便。本區(qū)域?qū)儆诹P山林場，經(jīng)封山育林10年后，大部分土地為密灌林地，少部分為農(nóng)田，山體植被覆蓋率高，約90，森林密布。2現(xiàn)場及檢測情況21現(xiàn)場情況新建天平鐵路TPTJ2標六盤山隧道2斜井，在2012年11月6號掌子面施工到DIK90673樁號時，出現(xiàn)臭雞蛋味氣體；隨著施工的推進，氣味逐漸加重，導(dǎo)致施工作業(yè)工人出現(xiàn)不同程度的惡心，并伴有嘔吐現(xiàn)象。為此，2012年11月8日在掌子面進行了TSP探測；2012年11月11號項目部安排在掌子面DIK90692進行了超前水平鉆探。超前地質(zhì)預(yù)報、鉆探結(jié)果及現(xiàn)場觀測表明1掌子面DIK90692DIK90699共7M范圍內(nèi)，其圍巖掌子面基本相同，以砂巖夾泥巖為主；其后圍巖強度有增加趨勢。2在掌子面超前鉆進過程中，鉆桿沾有黑色油狀物，用水難以洗掉；3本次超前鉆探有效距離40M，但由于鉆探未能采取鉆探巖芯，因而無法該范圍內(nèi)圍巖巖性等的變化；4在隧道進行的例常巡查過程中，發(fā)現(xiàn)已完成初支洞段局部有黑色發(fā)青油色物質(zhì)滲漏，在DIK90580線路右側(cè)初支表面可見較大范圍的油漬痕跡。至2012年11月14日，掌子面推進到DIK90705后發(fā)現(xiàn)圍巖巖相出現(xiàn)變化，巖石顏色逐漸變成深灰色，臭味加重，且掌子面線路右側(cè)出現(xiàn)滲水。掌子面附近被水滴過的混凝土顏色變?yōu)樯罹G色，且拱頂超前錨桿上有油漬滴出，且腐蝕鋼筋。2012年11月18日，該項目部聘請了瓦斯監(jiān)測人員進行了瓦斯監(jiān)測，檢測結(jié)果表明掌子面CO濃度為1820，局部高達40，經(jīng)初步判定主要為硫化氫氣體。硫化氫是一種神經(jīng)毒劑，亦為窒息性和刺激性氣體。其毒作用主要是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，亦可伴有心臟等多器官損害，對毒作用最敏感的組織是腦和粘膜接觸部位。故該項目部已采集了巖石樣本和水樣本進行了送檢。22室內(nèi)外檢測試驗及分析221試驗測試標準試驗分析依據(jù)空氣質(zhì)量硫化氫、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的測定氣相色譜法（GTB1467893）和工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準（GBZ12010）。為了保證試驗結(jié)果的真實性、可靠性和有針對性，該課題組經(jīng)過仔細認真的研究和現(xiàn)場勘察，最終決定了七個氣體采樣點，它們分別是1取樣點DIK90704（掌子面）；2取樣點DIK90635（通風(fēng)口）；3取樣點DIK90681（避車洞）；4取樣點DIK89460（斜井與正洞相交三角口）；5取樣點XJ1170（斜井中間）；6取樣點XJ040（斜井口）；7取樣點洞外有一個。具體布置如下圖1，即氣體采樣點布置圖。圖1氣體采樣點布置圖222采樣與分析原理本方法采樣過程如圖2所示，即氣袋采樣裝置圖。它是以經(jīng)真空處理的1L采氣瓶采集無組織排放源惡臭氣體或殲境空氣樣品，以聚酯塑料袋采集排氣筒內(nèi)惡臭氣體樣品。硫化物含量較高的氣體樣品可直接用注射器取樣12ML,注入安裝火焰光度檢測器FPD的氣相色譜儀分析。當直接進樣體積中硫化物絕對量低于儀器檢出限時，則需以濃縮管在以液氧為致冷劑的低溫條件下對1L氣體樣品中的硫化物進行濃縮濃縮后將濃縮管連入色譜儀分析系統(tǒng)并加熱至100，使全部濃縮成分流經(jīng)色譜柱分離，由FPD對各種硫化物進行定量分析。在一定濃度范圍內(nèi)，各種硫化物含量的對數(shù)與色譜峰高的對數(shù)成正比，具體分析原理可參見空氣質(zhì)量硫化氫、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的測定氣相色譜法（GTB1467893）。圖2氣袋采樣裝置圖（A真空箱；C抽氣泵；B聚酯采集袋；D與采樣管連接導(dǎo)管；E凄涼控制閥）223試驗結(jié)果與結(jié)論以現(xiàn)場采集的樣品為實驗對象，嚴格按照試驗操作規(guī)范對樣品運用氣相色譜法進行了試驗分析，最終得到了天平鐵路六盤山隧道空氣/地下水中硫化氫氣體濃度檢測結(jié)果、結(jié)論和相應(yīng)的施工安全處理建議。具體見表1和表2所示。表1弱通風(fēng)條件下隧道空氣中硫化氫氣體濃度檢測結(jié)果樣品編號樣品說明硫化氫濃度（MG/M3）LB2012HJ000331天平鐵路六盤山2斜井大里程掌子面左側(cè)空氣樣品（弱通風(fēng)條件）031LB2012HJ000332天平鐵路六盤山隧道2斜井大里程掌子面右側(cè)空氣樣品（弱通風(fēng)條件）027LB2012HJ000333天平鐵路六盤山隧道2斜井大里程掌子面通風(fēng)口起點空氣樣（通風(fēng)條件）023LB2012HJ000334天平鐵路六盤山隧道2斜井三角口空氣樣品（通風(fēng)條件）012LB2012HJ000335天平鐵路六盤山隧道2斜井中段（據(jù)三角口入口1KM處）空氣樣品（通風(fēng)條件）013LB2012HJ000336天平鐵路六盤山隧道2斜井口（內(nèi)側(cè)）空氣樣品（通風(fēng)條件）011表2隧洞掌子面出滲水中硫化物含量檢測結(jié)果（碘量法GB119411989）樣品編號樣品說明硫化物（S2）含量（MG/L）LB2012HJ000341天平鐵路六盤山2斜井大里程掌子面地下水樣品123591599LB2012HJ000332天平鐵路六盤山2斜井大里程掌子面地下水樣品21879323111根據(jù)以上表格檢測結(jié)果可見（1）天平鐵路六盤山隧道2斜井隧道空氣中含有硫化氫氣體，在弱通風(fēng)條件下，天平鐵路六盤山隧道2斜井隧道空氣中硫化氫氣體濃度約為029002MG/M3，在通風(fēng)條件下，隧道空氣中硫化氫氣體濃度約為012002MG/M3。長時間暴露會導(dǎo)致疲勞、食欲不振、頭痛、煩躁不安、記憶力差和頭暈等癥狀。（2）硫化氫氣體發(fā)生爆炸的體積下限為43（V/V），遠高于隧道空氣中硫化氫氣體濃度。（2）采用國標GB119411989中的碘量法對水中的硫化氫類物質(zhì)進行分析，水樣中主要物質(zhì)為硫化物（S2）。樣品1中硫化物（S2）含量為2359115994MG/L；試樣2中硫化物（S2）含量為187925231108MG/L。根據(jù)檢測，可初步推斷六盤山隧道大氣中的臭雞蛋氣味的硫化氫氣體等揮發(fā)性物質(zhì)由滲漏樣品水帶出。3六盤山隧道隧道硫化氫的防治對策針對六盤山隧道硫化氫氣體溢出段確定采取“強通風(fēng)、預(yù)排放、勤檢測、全封閉”的措施對其進行處治，以確保施工及運營安全。具體處治方案如下1）強通風(fēng)。優(yōu)化現(xiàn)有通風(fēng)方式，增強通風(fēng)設(shè)備。采用洞外通風(fēng)稀釋及洞內(nèi)抽排相結(jié)合的方式，將洞內(nèi)硫化氫氣體的含量降至安全濃度范圍內(nèi)。對局部有毒氣體易匯集地方增強局部風(fēng)扇稀釋，且噴生石灰霧水稀釋硫化氫氣體。2）勤檢測。固定檢測和移動檢測相結(jié)合。固定檢測采用自動連續(xù)檢測系統(tǒng)，將探頭安裝在人員作業(yè)區(qū)及氣體泄露段，在洞外進行監(jiān)控。當濃度降至安全范圍內(nèi)后，施工人員方可進入施工，并佩戴便攜式移動檢測儀隨時、隨地檢測。如遇硫化氫氣體超標，施工人員立即撤離現(xiàn)場。3）預(yù)排放。掌子面向前方打設(shè)超前探孔，超前鉆探前方有毒氣體的濃度、圍巖及地下水情況。根據(jù)探孔情況確定有毒氣體排放孔布設(shè)位置和數(shù)量；通過預(yù)設(shè)超前預(yù)排放孔將蘊含在前方40M范圍內(nèi)圍巖中的有毒氣體超前排放，以避免有毒氣體突然涌出導(dǎo)致人員傷亡事故的發(fā)生。4）在施工中重視超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作，處治過程中，堅持超前探孔，保證探孔施工的連續(xù)性，有疑問段應(yīng)采用短探孔驗證，做到對前方圍巖心中有數(shù)，確保萬無一失。5）全封閉。對有氣體溢出段落，采取開挖后注漿的方案進行封堵治理，達到封堵硫化氫氣體和滲水。其具體方案為（1）對已開挖并進行初支洞段，采取全環(huán)徑向注漿封堵方案；（2）掌子面向前掘進時，超前探孔如表明硫化氫氣體泄漏量大、出現(xiàn)滲水，施做全斷面預(yù)注漿；（3）對隧道結(jié)構(gòu)的初期支護、防水板、二次襯砌、施工縫進行全封閉，所有施工縫采用止水帶以保證有毒氣體不泄漏。（4）初期支護及二次襯砌混凝土采用氣密性混凝土，保證其氣密系數(shù)，且結(jié)構(gòu)封閉路段至少保證有1倍洞徑的過度。6）加強滲水和富水段監(jiān)控量測，量測樁點10M埋設(shè)1組，并增加量測頻率，及時將量測數(shù)據(jù)反饋到現(xiàn)場以指導(dǎo)施工。7）施工廢水處理。隧道內(nèi)污水必須經(jīng)專用的排水系統(tǒng)，將地下水匯集統(tǒng)一由排水溝排放，防止地下水漫流而導(dǎo)致硫化氫氣體四處彌散。隧道內(nèi)地下水全部排放至洞外沉淀池，經(jīng)生石灰進行中和處理。8）加強現(xiàn)場的安全意識教育，做好施工現(xiàn)場人員的保護和防護工作，強化施工現(xiàn)場的安全管理。同時，在施工過程中嚴格落實應(yīng)急預(yù)防措施，重視應(yīng)急預(yù)案的演練，使現(xiàn)場每個操作人員都了解硫化氫氣體的危害和防治措施。4結(jié)語新建鐵平鐵路六盤山2斜井穿越含硫化氫沉積巖地層施工過程中采取了“強通風(fēng)、勤檢測、預(yù)排放、全封閉”等措施，安全通過了含硫化氫氣體地層路段。通過對玉峰山隧道含硫化氫地層的處理，得到以下幾點體會1施工單位應(yīng)加強安全意識教育，強化施工安全管理。施工中嚴格落實應(yīng)急預(yù)防措施，重視應(yīng)急預(yù)案的演練，使現(xiàn)場每個操作人員都了解硫化氫的危害和防治措施。2重視超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作。處治過程中，堅持超前探孔，保證探孔施工的連續(xù)性，有疑問段應(yīng)采用短探孑L驗證，做到對前方圍巖心中有數(shù)，確保萬無一失。3施工單位必須加強安全管理，保證作業(yè)環(huán)境的硫化氫控制在安