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(guò)程中，常常會(huì)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(jì)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(kāi)采常常會(huì)受有害、有毒氣體的影響。瓦斯、一氧化碳是最常見(jiàn)的有害、有毒氣體，需要參建各方引起高度重視和重點(diǎn)防治，以免出現(xiàn)重、特大安全事故，給人民生命和國(guó)家財(cái)產(chǎn)帶來(lái)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(jiàn)的。硫化氫氣體是含硫有機(jī)物分解或金屬硫化物與酸作用產(chǎn)生的一種無(wú)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(qiáng)烈的神經(jīng)毒物，雖有惡臭，但極易使人嗅覺(jué)中毒而毫無(wú)察覺(jué)，這是因?yàn)榱蚧瘹渑c細(xì)胞色素氧化酶中二硫鍵起作用，影響細(xì)胞氧化過(guò)程，導(dǎo)致組織缺氧。它除了使人的眼、鼻、支氣管遭受強(qiáng)烈刺激外，還使體內(nèi)組織細(xì)胞因缺氧而窒息，造成內(nèi)臟器官損害。人若在超過(guò)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(lái)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(jiàn)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(guò)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(guò)對(duì)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(duì)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(shí)如何選擇迅速逃身的方法，避免出現(xiàn)重大人員傷亡。對(duì)硫化氫處治方法進(jìn)行了介紹，為隧道設(shè)計(jì)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(shì)陡峻，嶺高溝深，地面高程15302570M，相對(duì)高差300800M。丘坡自然坡度較陡，一般3055。該隧道為全線第一特長(zhǎng)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(zhǎng)16719M，為全線最長(zhǎng)的越嶺隧道。隧道進(jìn)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(jìn)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(jìn)口端576M為蓮花臺(tái)車站雙線隧道。洞身最大埋深約700M。隧道進(jìn)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(jìn)口位置為山間峽谷地帶，僅能步行到達(dá)隧道出口，隧道進(jìn)口距華亭縣城公路約30KM，隧道出口有鄉(xiāng)村道路可以到達(dá)，交通較為方便。本區(qū)域?qū)儆诹P山林場(chǎng)，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(chǎng)及檢測(cè)情況21現(xiàn)場(chǎng)情況新建天平鐵路TPTJ2標(biāo)六盤山隧道2斜井，在2012年11月6號(hào)掌子面施工到DIK90673樁號(hào)時(shí)，出現(xiàn)臭雞蛋味氣體；隨著施工的推進(jìn)，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(jìn)行了TSP探測(cè)；2012年11月11號(hào)項(xiàng)目部安排在掌子面DIK90692進(jìn)行了超前水平鉆探。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、鉆探結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)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(qiáng)度有增加趨勢(shì)。2在掌子面超前鉆進(jìn)過(guò)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(wú)法該范圍內(nèi)圍巖巖性等的變化；4在隧道進(jìn)行的例常巡查過(guò)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(jiàn)較大范圍的油漬痕跡。至2012年11月14日，掌子面推進(jìn)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(guò)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(xiàng)目部聘請(qǐng)了瓦斯監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行了瓦斯監(jiān)測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明掌子面CO濃度為1820，局部高達(dá)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(duì)毒作用最敏感的組織是腦和粘膜接觸部位。故該項(xiàng)目部已采集了巖石樣本和水樣本進(jìn)行了送檢。22室內(nèi)外檢測(cè)試驗(yàn)及分析221試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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(cè)定氣相色譜法（GTB1467893）和工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GBZ12010）。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性、可靠性和有針對(duì)性，該課題組經(jīng)過(guò)仔細(xì)認(rèn)真的研究和現(xiàn)場(chǎng)勘察，最終決定了七個(gè)氣體采樣點(diǎn)，它們分別是1取樣點(diǎn)DIK90704（掌子面）；2取樣點(diǎn)DIK90635（通風(fēng)口）；3取樣點(diǎn)DIK90681（避車洞）；4取樣點(diǎn)DIK89460（斜井與正洞相交三角口）；5取樣點(diǎn)XJ1170（斜井中間）；6取樣點(diǎn)XJ040（斜井口）；7取樣點(diǎn)洞外有一個(gè)。具體布置如下圖1，即氣體采樣點(diǎn)布置圖。圖1氣體采樣點(diǎn)布置圖222采樣與分析原理本方法采樣過(guò)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(wú)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(cè)器FPD的氣相色譜儀分析。當(dāng)直接進(jìn)樣體積中硫化物絕對(duì)量低于儀器檢出限時(shí)，則需以濃縮管在以液氧為致冷劑的低溫條件下對(duì)1L氣體樣品中的硫化物進(jìn)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(duì)各種硫化物進(jìn)行定量分析。在一定濃度范圍內(nèi)，各種硫化物含量的對(duì)數(shù)與色譜峰高的對(duì)數(shù)成正比，具體分析原理可參見(jiàn)空氣質(zhì)量硫化氫、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的測(cè)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(yàn)結(jié)果與結(jié)論以現(xiàn)場(chǎng)采集的樣品為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，嚴(yán)格按照試驗(yàn)操作規(guī)范對(duì)樣品運(yùn)用氣相色譜法進(jìn)行了試驗(yàn)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(cè)結(jié)果、結(jié)論和相應(yīng)的施工安全處理建議。具體見(jiàn)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(cè)結(jié)果樣品編號(hào)樣品說(shuō)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(diǎn)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(cè)結(jié)果（碘量法GB119411989）樣品編號(hào)樣品說(shuō)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(cè)結(jié)果可見(jiàn)（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(zhǎng)時(shí)間暴露會(huì)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(yuǎn)高于隧道空氣中硫化氫氣體濃度。（2）采用國(guó)標(biāo)GB119411989中的碘量法對(duì)水中的硫化氫類物質(zhì)進(jìn)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(cè)，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(duì)策針對(duì)六盤山隧道硫化氫氣體溢出段確定采取“強(qiáng)通風(fēng)、預(yù)排放、勤檢測(cè)、全封閉”的措施對(duì)其進(jìn)行處治，以確保施工及運(yùn)營(yíng)安全。具體處治方案如下1）強(qiáng)通風(fēng)。優(yōu)化現(xiàn)有通風(fēng)方式，增強(qiáng)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(duì)局部有毒氣體易匯集地方增強(qiáng)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(cè)。固定檢測(cè)和移動(dòng)檢測(cè)相結(jié)合。固定檢測(cè)采用自動(dòng)連續(xù)檢測(cè)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(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)濃度降至安全范圍內(nèi)后，施工人員方可進(jìn)入施工，并佩戴便攜式移動(dòng)檢測(cè)儀隨時(shí)、隨地檢測(cè)。如遇硫化氫氣體超標(biāo)，施工人員立即撤離現(xiàn)場(chǎng)。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(guò)預(yù)設(shè)超前預(yù)排放孔將蘊(yùn)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(cè)預(yù)報(bào)工作，處治過(guò)程中，堅(jiān)持超前探孔，保證探孔施工的連續(xù)性，有疑問(wèn)段應(yīng)采用短探孔驗(yàn)證，做到對(duì)前方圍巖心中有數(shù)，確保萬(wàn)無(wú)一失。5）全封閉。對(duì)有氣體溢出段落，采取開(kāi)挖后注漿的方案進(jìn)行封堵治理，達(dá)到封堵硫化氫氣體和滲水。其具體方案為（1）對(duì)已開(kāi)挖并進(jìn)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(jìn)時(shí)，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(duì)隧道結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)、防水板、二次襯砌、施工縫進(jìn)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(hù)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(guò)度。6）加強(qiáng)滲水和富水段監(jiān)控量測(cè)，量測(cè)樁點(diǎn)10M埋設(shè)1組，并增加量測(cè)頻率，及時(shí)將量測(cè)數(shù)據(jù)反饋到現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行中和處理。8）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的安全意識(shí)教育，做好施工現(xiàn)場(chǎng)人員的保護(hù)和防護(hù)工作，強(qiáng)化施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理。同時(shí)，在施工過(guò)程中嚴(yán)格落實(shí)應(yīng)急預(yù)防措施，重視應(yīng)急預(yù)案的演練，使現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)操作人員都了解硫化氫氣體的危害和防治措施。4結(jié)語(yǔ)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(guò)程中采取了“強(qiáng)通風(fēng)、勤檢測(cè)、預(yù)排放、全封閉”等措施，安全通過(guò)了含硫化氫氣體地層路段。通過(guò)對(duì)玉峰山隧道含硫化氫地層的處理，得到以下幾點(diǎn)體會(huì)1施工單位應(yīng)加強(qiáng)安全意識(shí)教育，強(qiáng)化施工安全管理。施工中嚴(yán)格落實(shí)應(yīng)急預(yù)防措施，重視應(yīng)急預(yù)案的演練，使現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)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(cè)預(yù)報(bào)工作。處治過(guò)程中，堅(jiān)持超前探孔，保證探孔施工的連續(xù)性，有疑問(wèn)段應(yīng)采用短探孑L驗(yàn)證，做到對(duì)前方圍巖心中有數(shù)，確保萬(wàn)無(wú)一失。3施工單位必須加強(qiáng)安全管理，保證作業(yè)環(huán)境的硫化氫控制在安