水工隧洞化學灌漿期間有害氣體檢測技術

茍紅松，羅占夫，敬桂蓉

（1.中鐵隧道集團有限公司勘測設計研究院，廣東廣州 511458；2.四川省利州中專，四川廣元628000）

水工隧洞化學灌漿期間有害氣體檢測技術

茍紅松1，羅占夫1，敬桂蓉2

（1.中鐵隧道集團有限公司勘測設計研究院，廣東廣州 511458；2.四川省利州中專，四川廣元628000）

文中針對水工隧道化學灌漿期間糠醛-丙酮體系環(huán)氧樹脂灌漿材料中含有丙酮和糠醛的情況，對隧洞內(nèi)化學灌漿期間有害氣體種類及其對作業(yè)人員的影響進行了分析總結，制訂并實施了隧洞內(nèi)氣體檢測方案及安全保障措施，保障了作業(yè)環(huán)境安全；提出了隧道化學灌漿期間需確保檢測準確到位，通風有效可靠的安全防范策略，可為類似工程提供參考。

水工隧洞；化學灌漿；有害氣體

0 引 言

采用化學灌漿的方法，能夠在較短的時間內(nèi)對隧洞工程進行防滲和缺陷處理，達到永久加固的目的。但是化學灌漿材料中的有機揮發(fā)物，如丙酮、糠醛等將對作業(yè)環(huán)境安全和作業(yè)人員的健康安全構成影響。為確保隧道內(nèi)作業(yè)人員的安全，成立了專門的有害氣體檢測小組，采用人工巡回檢測與自動監(jiān)測相結合的方式對洞內(nèi)化學灌漿期間有害氣體濃度進行檢測，并及時增加通風設施，加大隧洞內(nèi)通風量，確保了人員健康和作業(yè)環(huán)境安全。

1 工程概況

某盾構法施工隧洞全長4 250 m。隧洞采用雙層襯砌，外襯為預制鋼筋混凝土管片，內(nèi)徑7.9 m，內(nèi)襯為現(xiàn)澆預應力鋼筋混凝土，成洞內(nèi)徑為7.0 m。隧洞為雙洞平行布置，中心線間距為28 m。隧洞最大埋深35 m，最小埋深23 m；斷面最大水壓為4.5 MPa。

2 化灌期間施工情況

隧洞充水試驗過程中發(fā)現(xiàn)有部分預留槽、孔道注漿管口及孔道注漿排氣孔有陰濕現(xiàn)象，為確保工程長期安全運行，需對所有波紋管全部進行環(huán)氧樹脂化學灌漿。全隧洞共有9 217束錨索、各類裂縫130余處，全部需進行孔道灌漿施工。施工過程中需要采用有機溶劑進行灌漿機清洗，選用當前比較常用且毒性較低的丙酮作為清洗劑。

隧洞化灌施工區(qū)劃分為3段，由3個作業(yè)隊伍進行施工。設置3個孔道灌漿，1個為拱頂原預留排氣孔，其余2個為新增排氣孔，設置于隧道邊墻兩側各1個。在作業(yè)高峰期，隧道內(nèi)有84臺化學灌漿設備同時作業(yè)。波紋管化灌及裂縫處理灌漿材料選擇糠醛丙酮環(huán)氧樹脂，存在較大安全隱患。

3 隧洞內(nèi)氣體的種類及對人體的影響

正常的地面空氣進入隧洞后，當其成分與地面空氣成分相同或近似，符合安全衛(wèi)生標準時，稱為新鮮空氣。由于施工生產(chǎn)過程，產(chǎn)生了各種有毒有害的物質(zhì)，使隧洞內(nèi)空氣成分發(fā)生一系列變化，其表現(xiàn)為：含氧氣量降低，二氧化碳量增高，并混入了各種有害物質(zhì)，空氣的溫度、濕度和壓力也發(fā)生了變化等。這種充滿在隧洞中各種氣體、粉塵和雜質(zhì)的混合物，統(tǒng)稱為污濁空氣。

3.1 有害氣體的性狀與危害

隧洞化學灌漿施工中產(chǎn)生的有害物質(zhì)主要包括：一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOx）、二氧化碳（CO2）、丙酮等有毒有害氣體。有害氣體種類及其對人體的影響見表1。

3.2 缺氧空氣

所謂缺氧是指空氣中的氧濃度小于18%的狀態(tài)，缺氧對人體的影響視個人狀況而異。缺氧對人體的影響參見表2。

表1 隧洞化學灌漿施工期間主要有害氣體的種類和性質(zhì)

表2 空氣缺氧情況下對人體的影響

3.3 濕空氣

隧洞空氣中多少會有一些水分，水分的大小視溫度而異，一般隨著高溫而增加。對某一具體溫度實際空氣中的水蒸氣量以百分比值表示就是相對濕度(%)，隧洞內(nèi)的濕度一般多為70%～90%，其變化的主要因素是：①一般說，冬季氣溫低，隧洞內(nèi)氣溫上升進一步使?jié)穸认陆?。夏季高溫空氣在隧洞?nèi)冷卻使?jié)穸壬仙?。②除漏水外，濕式機械、噴混凝土、散水及柴油機排放氣體等都使?jié)穸壬仙?/p>

濕空氣對人體的影響是：濕度越高，越控制人體的水份蒸發(fā)，即使出汗，蒸發(fā)量也少，故易中暑。高濕易患皮膚病，皮炎等病癥。另外，低溫、高濕作業(yè)場所會誘發(fā)神經(jīng)疼和風濕癥等病癥。

4 隧洞氣體檢測

由于隧洞已經(jīng)貫通，洞內(nèi)無大型內(nèi)燃設備持續(xù)作業(yè)，也無爆破作業(yè)。化學灌漿材料中含有少量的丙酮和糠醛，所以洞內(nèi)氣體檢測應對洞內(nèi)空氣中丙酮濃度、糠醛濃度、氧氣濃度、一氧化碳濃度和風速進行檢測。

4.1 人工巡回檢測

配備專職的檢測員執(zhí)行兩班制巡回檢測制度，騎電動車巡回檢測隧道內(nèi)化學灌漿50 m范圍內(nèi)及其他各作業(yè)地點附近氣體濃度情況，施工中丙酮用量較大的作業(yè)點應加強檢測頻次。每班下班后將氣體檢測結果上報給項目部安質(zhì)部及洞口值班調(diào)度室。當檢測出現(xiàn)異常時，隨時檢查，檢查作業(yè)不得離開該工作面。

檢測員配備便攜式檢測儀進行檢測。在符合相關規(guī)范以及對比相關文獻的情況，確定檢測儀器的型號。其中丙酮氣體濃度采用KP826型四合一氣體檢測儀和CRP-A1型丙酮檢測儀進行檢測，糠醛濃度采用KP810型糠醛檢測儀進行檢測，氧氣濃度及一氧化碳濃度采用CRP-A4型四合一氣體檢測儀進行檢測，風速采用6006型手持熱線式風速儀進行檢測，風流溫濕度采用TES-1360A型溫濕度計進行檢測。

4.2 自動監(jiān)測

隧洞中部位置安裝有射流風機、變壓器等大型機電設備，在該位置安裝1套丙酮氣體探測報警系統(tǒng)，另外在丙酮濃度較高的隧洞出風口位置安裝1套丙酮氣體探測報警系統(tǒng)。

丙酮氣體探測報警系統(tǒng)由RBK-6000-2型氣體報警控制器與RBT-6000-F型氣體探測器兩部分組成。儀器由安全員嚴格按照使用說明書進行操作，其他人員禁止隨便拆開儀器、按動按鍵等。在使用中避免摔打、碰撞。每隔10 d對儀器的零點、測試精度進行調(diào)校。此外，及時擦拭、清掃氣室內(nèi)的及儀器外部的灰塵，保持清潔、美觀。

5 安全保障措施

5.1 施工管理

1）糠醛丙酮環(huán)氧樹脂化學漿液根據(jù)每班組施工任務量，實行定量發(fā)放，運輸過程中設專人跟蹤落實，現(xiàn)場作業(yè)面設專人24 h輪流看守、管理和配送。

2）每次配料量不得超過5 kg，取樣后及時將桶蓋蓋嚴，盡可能避免丙酮揮發(fā)。3）隧洞內(nèi)作業(yè)人員禁止吸煙，并頒布處罰條例。4）漿液存放處及化灌作業(yè)面附近30 m范圍內(nèi)不得有動火及焊接作業(yè)。

5）各作業(yè)面配足相應的滅火器等滅火器材，每個作業(yè)臺架上配2個。

6）丙酮監(jiān)測濃度感應及報警設備每作業(yè)面均需加密安放，并設專人對數(shù)據(jù)進行記錄和反饋。

7）加強通風管理，對化灌作業(yè)面密集點或焊接作業(yè)點設置局扇通風，確?？諝饬魍ǎ乐斡泻怏w集聚。

8）現(xiàn)場作業(yè)和管理人員佩戴防毒口罩、安全防護眼鏡、防苯耐油手套。

5.2 超限處理

根據(jù)GBZ 2.1-2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 化學有害因素》定，丙酮的職業(yè)接觸限值為300 mg/m3（115.7 ppm），糠醛的職業(yè)接觸限值為5 mg/m3（1.17 ppm）。

根據(jù)SL378-2007《水工建筑物地下開挖工程施工技術規(guī)范》規(guī)定，地下洞室開挖施工過程中洞內(nèi)氧氣體積不應少于20%，一氧化碳的容許濃度為24 ppm。另外，一氧化碳的容許含量與作業(yè)時間：容許含量為50 mg/m3時，作業(yè)時間不宜超過1 h；容許含量為100 mg/m3時，作業(yè)時間不宜超過0.5 h；容許含量為200 mg/m3時，作業(yè)時間不宜超過20 min。按洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)計算風量時，每人每分鐘應供應3 m3的新鮮空氣。

當隧洞內(nèi)丙酮或糠醛濃度超標后，應采取以下兩種措施進行處理：

1）開啟備用風機，加大通風量，加強檢測。當現(xiàn)場施工中丙酮、糠醛濃度超標時，該地點可繼續(xù)施工，但應立即開啟備用風機，加大隧洞內(nèi)通風量，并絕對避免火源的產(chǎn)生。同時檢測員加大對該工作面丙酮、糠醛、一氧化碳濃度的檢測頻率，密切注意其濃度的變化。

2）停止施工，人員撤至洞內(nèi)安全區(qū)域。當采取第一項措施30 min后，丙酮、糠醛濃度仍然超標，則需停止洞內(nèi)作業(yè)，將人員撤至洞外安全區(qū)域。同時，切斷洞內(nèi)電源，利用北岸豎井風機繼續(xù)排放洞內(nèi)丙酮氣體，直至洞內(nèi)有害氣體濃度恢復正常后方可組織人員進入?；謴褪┕で?，首先對洞內(nèi)機電設備進行檢查，確保完好后，方可復電正常施工。

當隧洞內(nèi)一氧化碳濃度超標或氧氣濃度低于限定值時，應立即開啟備用風機，加大通風量，并加強檢測。

5.3 急救措施

丙酮及糠醛中毒急救措施：皮膚接觸，脫去污染的衣著，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚后及時就醫(yī)。眼睛接觸，提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗后及時就醫(yī)。吸入，迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處，保持呼吸道通暢，如呼吸困難，給輸氧，如呼吸停止，立即進行人工呼吸，及時就醫(yī)。食入，飲足量溫水，催吐，就醫(yī)。

6 檢測結果

1）隧洞化學灌漿期間檢測期間，丙酮濃度為0～25 ppm，糠醛濃度為0～0.1 ppm，均小于GBZ 2.1-2007中規(guī)定的容許濃度。一氧化碳濃度0～13 ppm，氧氣濃度為20.7%～20.9%，無超限情況。

化學灌漿期間開啟了北岸主通風機，并在洞內(nèi)安裝4臺射流風機，洞內(nèi)風速最大達1.35 m/s,完全滿足洞內(nèi)需風要求。

2）采用了CRP-A1型丙酮檢測儀（催化燃燒原理）與KP826型4合一氣體檢測儀（電化學原理）2種類型的檢測儀進行丙酮濃度測試，其中KP826型四合一氣體檢測儀靈敏度較高，但易受到其他氣體干擾。

3）規(guī)范要求的糠醛的職業(yè)接觸限值為5 mg/m3（1.17 ppm），檢測過程中發(fā)現(xiàn)，一般0.02～0.05 ppm時即可聞到強烈的苦杏仁味道。

7 結 論

1）水工隧洞化學灌漿期間，必須對作業(yè)環(huán)境內(nèi)有害氣體濃度進行檢測，并確保檢測準確、到位，保障作業(yè)人員的職業(yè)健康安全。

2）加強通風是預防及處理化學灌漿期間有害物質(zhì)濃度超標的重要措施，必須確保通風有效及可靠，隧洞化學灌漿期間，糠醛的苦杏仁氣味較為明顯，及時采取加強通風的方式后，未出現(xiàn)其濃度超標情況，保障了隧洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境安全。

3）糠醛為有中等毒性的限用化合物，在糠醛-丙酮體系環(huán)氧樹脂灌漿材料配方中的用量達10%～30%，施工期間刺激性氣味較大，不利于作業(yè)人員的健康及安全，水工隧洞內(nèi)進行化學灌漿時應盡量選用環(huán)保型材料，降低施工風險。

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2016-04-21