深埋長大洞室有毒有害氣體成因分析及處理探討

隨著國家西部大開發政策的落實，水電開發的重點更加向西部傾斜，西部的滇、川、藏成為水電開發的熱點地區。西部是我國地形地貌、地層巖性等地質條件極為復雜的區域，河谷深切，岸坡陡峻，新構造活動強烈，地震頻發、基本烈度高。大型水電站往往位于高山峽谷地區，由于受到地形條件的限制，地下洞室成為樞紐布置中重要的建筑物形式。隨著水電水利工程地下洞室埋深和規模的擴大，需要解決的工程地質問題日趨復雜，出現了許多以往沒有遇到的新問題，有毒有害氣體的出現就是其中之一。

地下洞室有毒有害氣體的成分、濃度及涌出方式等與所處的地層巖性、巖石的礦物成分及地質構造等密切相關。這些氣體生成后要有儲存的空間，碳酸鹽巖的溶蝕裂隙、空洞，碎屑巖的礫巖、砂巖、粉砂巖、火山碎屑巖及火成巖、變質巖、煤層等巖石中的空隙、裂隙等是其儲氣層。斷層、裂隙是有毒有害氣體或含有毒有害氣體的地下水擴散運移到其它地層中的通道。在火山活動區和劇烈的地殼斷裂活動處，在年輕的活動地槽帶的斷裂構造部位，常有H2S、SO2氣體及高濃度的CO2氣體；碳酸鹽巖在溶蝕過程中有時會產生CO2氣體，一些大理巖（如錦屏二級電站）會產生H2S氣體；在一些含黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、硫磺等礦物的地層巖性中，因水解、高溫、氧化還原等物理化學作用產生可H2S、SO2、CO氣體。因此，地下工程在通過這些地層巖性、斷裂帶或其附近時，也可能發生有毒有害氣體事故。

水利水電工程地質對地下洞室重點是圍繞圍巖的穩定條件的研究，及針對圍巖穩定所采取的支護措施的研究等等，而針對地下洞室中有毒有害氣體的來源及危害研究程度較少，相應的防護措施也研究較少。水電工程遇到的有毒有害氣體主要是甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、硫化氫、二氧化硫等十幾種氣體，它們對人體有害且多易燃易爆，在地下洞室相對封閉的環境中，易聚集成災，可造成人員傷亡，財產損失和洞室垮塌等重大事故，是我們需研究的重要工程地質問題之一。

本文結合工程實例，對地下洞室有毒有害氣體成因進行初步分析，重點對處理措施進行了探討，以期對其它工程有所借鑒，防止有毒有害氣體所造成的人員的傷害。

2有毒有害氣體的檢測

對有毒有害氣體的檢測有多種方法，便攜式氣體檢測儀快速、簡便、易行，可基本滿足前期勘察、施工期的需要。對有毒有害氣體的檢測一般首先檢查氧氣和可燃易爆氣體，氧氣探測器可用在沒有特別指明存在其它危險的絕大多數環境中，可燃氣體探測器能探測不需特別識別的可燃、可爆危險；其次進行有毒有害氣體檢測，有毒有害氣體探測器具有化學的特殊性，在選擇檢測儀器之前，必須具體確定潛在的有毒有害氣體類別。

本工程主要采用便攜式氣體檢測儀檢測氧氣、一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、甲烷等的濃度。

3、隧洞有毒有害氣體特征

事故洞段巖性為奧陶系下統人工組（O1r）灰～深灰色淺變質石英砂巖夾少量砂質板巖，以堅硬巖石和中等硬質巖石為主，中～薄層狀結構，巖石新鮮，巖層平緩，產狀N50～70°W/SW∠10～15°。在隧洞中多處有氣體逸出，在底板積水中有氣泡冒出，或在邊墻巖縫中聽到哧哧聲，或能聞到刺鼻的臭雞蛋味。其中在K2+220～2+430ｍ出現輝綠巖侵入體，與兩側砂巖接觸部位巖石有蝕變現象，在K2+450m、K2+495m附近分別發育有f1、f2兩條小斷層，裂隙不發育，在層面、裂隙上見有黃色（硫磺）銹染。隧洞自K2+180m開始，多次發現有異味氣體從巖體中逸出。洞室干燥，地下水不發育，僅在局部有潮濕、滲水現象，隧洞垂直埋深450m左右，水平埋深540m左右。在隧洞外側的公路（山體）邊坡上，長大裂隙或裂隙交匯地帶多處發現有硫磺析出。

根據檢測成果，以及有毒有害氣體的特征及其危害來看，洞內主要發育：化學性窒息性氣體（如一氧化碳等）、刺激肺臟的氣體、對中樞神經有損傷的氣體（如硫化氫等）。而有毒有害氣體侵入人體的途徑則是：吸入，即有毒有害氣體通過呼吸器官進入人體。此類氣體主要有一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等，這是有毒有害氣體進入人體的主要方式；

4、有毒有害氣體成因探討

工程區的砂巖板巖地層為一套含黃鐵礦、硫磺等硫化物的有毒有害氣體生成地層，在其地下水中或巖體中有有毒有害氣體逸出，事故洞段巖體中的空隙、裂隙及斷層等等是其儲氣空間，由于事故洞段洞室垂直和側向埋深大，洞室干燥、地下水不發育，封閉性好，聚集在空隙、裂隙及斷層中的有毒有害氣體得以很好的保存，局部形成高濃度的“氣囊”。在鉆孔、爆破中破壞了“氣囊”，使高濃度的有毒有害氣體瞬間逸出，由于H2S氣體具有可燃、易爆性，因而發生了二次、三次爆炸，使人瞬間中毒傷亡。沙灣電站中毒事故主要是H2S、SO2引起的，隧洞中的CO、CO2、CH4、NH3、NnOm等主要是由爆破引起的。

5、有毒有害氣體的處理措施

對水電工程有毒有害氣體的防范研究應貫徹于前期勘察、施工建設期和建成運行期全過程。在前期勘察中重點對區域地層、活動性區域深大斷裂等加深研究，分析是否是生氣地層、儲氣層、放射性地層等，并因盡量避開，若無法避開，則應對有毒有害氣體的來源、成分、含量、可能造成的危害等做出初步分析評價。

地下工程相對封閉，除天然地層中的有毒有害氣體外，開挖爆破、大量的人員及設備運轉等也能產生有毒有害氣體，根據工程實踐，總結如下：

1、應盡量避開有毒有害氣體地區；

2、加大對工程參與人員進行有毒有害氣體的知識、安全培訓、防范教育及處理應急事件的演習，從思想上高度重視；

3、要求具有良好的應急預警機制；

4、 受構造原因形成大量斷裂、空洞，水侵蝕含硫與鐵的礦床形成有毒有害氣體必然長期儲存在空洞中，隧道施工擾動導致有毒有害氣體溢出，管理上堅決避免火源，加強通風，并且一定加強監測；

5、選擇合適的炸藥及合理的鉆孔爆破工藝減少有毒有害氣體的產生，避免二次爆炸引起的傷亡；

6、對有毒有害氣體進行檢測及保持良好的通風是最有效的防范手段；

7、針對不同的氣體物化特性，采取撒水、撒石灰等措施有時也很有效；

8、對圍巖進行帷幕灌漿、錨噴混凝土、混凝土襯砌等措施可切斷和減少有毒有害氣體的逸出通道；

9、對地下洞室進行超前鉆孔可引排集中、高濃度的有毒有害氣體；包括打超前孔，順便探水，探水檢驗空洞之類。打孔并且買個小型的抽放泵超前抽應該就能解決。

總之，需針對施工期、運行期及工程的特點、有毒有害氣體的成分特征等制定相應的防范措施。