隧道施工中硫化氫的危害與防治

徐毅勇

（中鐵五局一公司，長(zhǎng)沙 410117）

硫化氫氣體更多的時(shí)候是在石油、天然氣中存在，據(jù)探測(cè)，在渡口河氣田中硫化氫最高含量達(dá)到523620 mg/m3，一旦發(fā)生井噴失控，將帶來(lái)災(zāi)難性后果。隨著我國(guó)隧道施工技術(shù)水平的不斷提升和西部基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力推進(jìn)，公路、鐵路隧道穿越的地層條件越來(lái)越復(fù)雜，隧道施工過(guò)程中發(fā)生硫化氫氣體溢出的情況時(shí)有發(fā)生（見(jiàn)表1），有的甚至造成了人員傷亡，應(yīng)該引起高度的重視。

1 硫化氫的特性及危害

1.1 硫化氫的特性

硫化氫（H2S）是一種劇毒、無(wú)色、比空氣重的氣體，其物理化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 硫化氫的特性表[1]

1.2 硫化氫對(duì)人體健康的影響

硫化氫主要從呼吸道吸入，只有少量經(jīng)過(guò)皮膚和胃腸進(jìn)入人體。進(jìn)入人體后主要造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷、呼吸系統(tǒng)損害和心肌損害（見(jiàn)表3）。

表3 硫化氫對(duì)人體健康的影響[1-3]

1.3 硫化氫對(duì)隧道鋼筋砼結(jié)構(gòu)等的影響

（1）硫化氫溶于水形成弱酸，對(duì)金屬的腐蝕形式有電化學(xué)失重腐蝕、氫脆和氫損傷，以后兩種為主，一般統(tǒng)稱(chēng)為氫脆破壞。

（2）硫化氫引起的硫酸腐蝕是混凝土腐蝕的主要原因。

（3）硫化氫會(huì)造成橡膠鼓泡脹大，失去彈性，影響隧道防水質(zhì)量。

2 隧道中硫化氫氣體的成因

含硫地層物質(zhì)在硫酸鹽熱化學(xué)還原下，產(chǎn)生硫化氫，通過(guò)深大斷裂構(gòu)造裂縫等，向上飄逸遇水并溶解于地下水中，隨地下水運(yùn)移，由于硫化氫的溶解度與溫度、氣壓有關(guān)，隧道開(kāi)挖后，圍巖體及地下水場(chǎng)受到擾動(dòng)，硫化氫不斷揮發(fā)到大氣中，故在掌子面尤其是集中出水口濃度較高，隨遠(yuǎn)離出水口濃度逐步稀釋降低。

3 隧道施工中硫化氫的監(jiān)測(cè)

3.1 硫化氫氣體控制等級(jí)

硫化氫氣體的控制等級(jí)劃分見(jiàn)表4。

表4 硫化氫氣體控制等級(jí)劃分表[1-3]

3.2 硫化氫氣體監(jiān)測(cè)

成立監(jiān)測(cè)預(yù)警小組，配備專(zhuān)業(yè)檢測(cè)人員，采取固定監(jiān)測(cè)與移動(dòng)檢測(cè)相結(jié)合的方式，其中固定監(jiān)測(cè)采用KJ101N自動(dòng)硫化氫監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)；移動(dòng)檢測(cè)采用便攜式硫化氫氣體檢測(cè)報(bào)警儀。

3.2.1 固定監(jiān)測(cè)

（1）監(jiān)測(cè)原理：系統(tǒng)由洞外計(jì)算監(jiān)控中心、洞內(nèi)分站、洞內(nèi)H2S傳感器、風(fēng)速傳感器、遠(yuǎn)程斷電儀和自動(dòng)報(bào)警器組成，可實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)傳感器聲光報(bào)警及洞外監(jiān)控中心自動(dòng)報(bào)警。系統(tǒng)各探頭每5分鐘自動(dòng)采集一組數(shù)據(jù)，傳輸至洞口值班室電腦中顯示、記錄、分析、保存。[4]

（2）測(cè)點(diǎn)布設(shè)：根據(jù)隧道通風(fēng)方式等布置，一般掌子面設(shè)1個(gè)硫化氫傳感器（邊墻1個(gè)），襯砌臺(tái)車(chē)處分別設(shè)5個(gè)風(fēng)速傳感器（拱頂1個(gè)、拱腰2個(gè)、邊墻2個(gè)）、1個(gè)硫化氫傳感器（邊墻1個(gè)）。

3.2.2 移動(dòng)監(jiān)測(cè)

（1）實(shí)行“一炮三檢制”。即加強(qiáng)工作面裝藥前、放炮前、爆破后檢測(cè)工作，且做好監(jiān)測(cè)記錄，建立預(yù)警臺(tái)賬。

（2）加強(qiáng)關(guān)鍵工序的硫化氫檢測(cè)。在一個(gè)施工循環(huán)中，硫化氫含量增加幅度最大的工序，是在鑿眼過(guò)程中和放炮之后，因?yàn)榕谘劭赡艹蔀榕c前方含硫化氫地層、裂隙連接貫通，硫化氫沿炮眼很容易泄露到工作面乃至整座隧道；而放炮之后，由于突然揭露出大面積的新鮮巖層，有可能使封閉的含硫化氫地層暴露，致使硫化氫沿圍巖裂隙緩慢滲漏乃至大量涌出。[4]

4 隧道施工中硫化氫的防治措施

4.1 做好應(yīng)急管理，加強(qiáng)硫化氫防護(hù)

制定相對(duì)應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)應(yīng)急演練及物資儲(chǔ)備；進(jìn)洞人員必須佩帶防護(hù)服、防護(hù)手套、防護(hù)眼鏡、呼吸機(jī)或防毒面具等防護(hù)裝備。

4.2 硫化氫氣體超前探測(cè)及預(yù)排放

采用物探法查明前方地下水情況，避免富含H2S的地下水涌出。通過(guò)鉆探法探測(cè)掌子面前方硫化氫氣體蘊(yùn)藏情況，提早探明前方氣體富集情況，同時(shí)通過(guò)超前探孔提前釋放有害氣體，避免盲目施工造成氣體突出。[5]

（1）預(yù)測(cè)低濃度區(qū)：采取地震波反射法物探手段；采取超前鉆孔（1孔取芯）+加深炮眼（3孔）鉆探手段。

（2）預(yù)測(cè)中低度區(qū)、中度區(qū)：采取地震波反射法+紅外探測(cè)法物探手段；采取超前鉆孔（2孔）+加深炮眼（5孔）鉆探手段。

（3）預(yù)測(cè)高度區(qū)、極高度區(qū)：采取地震波反射法+地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法+紅外探測(cè)法物探手段；采取超前鉆孔（3孔）+加深炮眼（5孔）鉆探手段。

4.3 硫化氫氣體中和稀釋

（1）在隧道內(nèi)硫化氫聚集地段、積水地段及出水口范圍拋灑生石灰，同時(shí)在裂隙水集中出水點(diǎn)噴含有堿性溶液的水霧中和硫化氫氣體，降低其在空氣中和洞內(nèi)水中的濃度。

（2）在隧道成型段每隔10 m安裝一組環(huán)向?yàn)⑺畤婌F裝置進(jìn)行全斷面封閉式噴霧，在兩側(cè)排水溝上方50 cm位置安裝縱向噴霧裝置，不間斷噴灑水霧，降低硫化氫氣體濃度。

（3）采用堿性水袋水壓爆破降低硫化氫濃度。開(kāi)挖爆破時(shí)在炮眼內(nèi)裝堿性水袋，通過(guò)爆破時(shí)堿性水袋產(chǎn)生的堿性水霧中和、降低硫化氫濃度。

4.4 加強(qiáng)通風(fēng)

隧道內(nèi)通過(guò)增加隔離通風(fēng)道、大功率壓入通風(fēng)機(jī)，以及在硫化氫氣體涌出段巷道中增設(shè)射流風(fēng)機(jī)等方式，加速巷道內(nèi)風(fēng)速，加強(qiáng)通風(fēng)措施，確保洞內(nèi)空氣循環(huán)速度，用通風(fēng)稀釋的方法降低硫化氫氣體濃度。

4.5 硫化氫氣體注漿封堵

根據(jù)隧道內(nèi)硫化氫氣體來(lái)源于巖體裂隙中地下水的特點(diǎn)，采用8～10 m深的徑向注漿和超前預(yù)注漿封堵巖層裂隙及地下水，減少硫化氫氣體的溢出量。

4.6 隧道結(jié)構(gòu)優(yōu)化

隧道初期支護(hù)及襯砌混凝土采用氣密性混凝土，保證其氣密系數(shù)；防水層、止水帶采用防硫化氫腐蝕材料。

4.7 洞內(nèi)施工排水及無(wú)害處理

隧道內(nèi)設(shè)置全封閉的專(zhuān)用排水系統(tǒng)，并在洞外設(shè)置廢水處理站，對(duì)排出洞外的水進(jìn)行無(wú)害化處理后再排放，以保護(hù)環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

鑒于硫化氫氣體在隧道施工中的危害性大、風(fēng)險(xiǎn)性高，必須制定嚴(yán)格的控制方案和應(yīng)急預(yù)案，做到監(jiān)測(cè)監(jiān)控到位、人員防護(hù)到位、濃度控制到位、應(yīng)急管理到位，確保萬(wàn)無(wú)一失才能組織施工。

參考文獻(xiàn)

[1] SY/T 5087-2017,硫化氫環(huán)境鉆井場(chǎng)所作業(yè)安全規(guī)范[S].

[2] 厲章彪,黃廣慶.硫化氫防護(hù)技術(shù)[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2011.

[3] 劉鈺,楊延美,林波.硫化氫防護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京:中國(guó)石化出版社,2015.

[4] 胡貴松.黃家梁隧道瓦斯監(jiān)測(cè)及防治措施[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā),2013,(28):10-13.

[5] 周躍峰,李傳富,宋貴明.成蘭鐵路躍龍門(mén)隧道H2S整治措施的探討[J].隧道建設(shè),2016,(10):1251-1257.