拉林铁路米林隧道有害气体成因分析及处置措施

何财基1，张洁瑜2，陈泽昊2，葛开国2

(1.中国铁路总公司拉林铁路建设总指挥部，西藏 林芝 860000；2.中国铁道科学研究院 节能环保劳卫研究所，北京 100081)

摘 要 甲烷、一氧化碳、硫化氢等有毒有害气体是铁路隧道施工的主要风险源之一。拉萨—林芝铁路米林隧道横洞施作炮孔时突现不明气体，参建单位采取了停工、断电、撤离人员等应急措施，并对气体进行了检测。根据气体检测结果、地质情况等综合分析，判明不明气体为无机成因的深部构造裂隙气。通过加强超前地质预报，建立有害气体自动监测报警系统，并采取压入式通风、弱碱性溶液制作炮泥和水袋进行水压爆破或者直接喷洒等措施，后续施工得以顺利进行。

关键词 铁路隧道；有害气体；气体检测；成因分析；处理措施

有毒有害气体是铁路隧道施工的主要风险源之一，易引发重大安全事故，对作业人员及环境产生不同程度的危害。隧道施工中常见的有害气体主要有以甲烷(CH4)为代表的烃类、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)等[1]。这些气体不仅对人体健康有危害，而且因突然喷出、燃烧或爆炸，急剧恶化隧道施工条件，造成灾难性破坏。

2014年9月19日，国家安全监管总局、交通运输部、国务院国资委、国家铁路局安监总管二[2014]104号印发的《隧道施工安全九条规定》第5条规定：必须对有毒有害气体进行监测监控，加强通风管理，严禁浓度超标施工作业。

我国《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ 204—2008)[2]、《铁路隧道工程施工安全技术规程》(TB 10304—2009)[3]、《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB 10120—2002) [4]、《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素》(GBZ 2.1—2007)[5]等相关标准对隧道内施工作业环境作出了相关规定，并给出了CO,CH4等的限值。

目前隧道常采用钻爆法施工，施工机具有时未能达到防火或防爆的要求，对出现的有害气体，特别是可燃性气体的防护能力较差[6]。本文针对拉林铁路米林隧道施工中出现的不明气体进行检测和成因分析，提出处置方案。

1 隧道概况

米林隧道为单线隧道，位于念青唐古拉山与喜马拉雅山之间的藏南谷地，全长 11 560 m(D2K378+111—D2K389+671)。基于施工需要，隧道按进口、横洞、斜井、出口4个工区组织施工。

2016年7月20日，米林隧道横洞已开挖支护 1 338 m，剩余264 m，在HDK0+264(埋深约770 m)处横洞掌子面施作炮孔时，突涌不明气体，气体压力大，风速高，初始涌出气体无异味。施工人员出现头晕、恶心、鼻、眼、呼吸道不适等现象。涌气的2个炮孔在掌子面左侧起拱线以上1 m左右，孔深3 m，其余11个钻孔未发生气体突涌。涌气口为圆形，直径约4 cm。7月23—24日，涌出气体逐渐出现轻微刺鼻味道(臭鸡蛋味)，且突涌气体流速和气压未出现衰减趋势。

2 气体采样及分析结果

米林隧道横洞突现不明气体后，建设单位和施工单位委托有资质的单位进行了气体采样检测。采样位置为气体泄露口，检测期间该处气体流速为175.9 m3/h，有刺激性气味。气体检测结果见表1。

表1 米林隧道横洞气体检测结果

检测项目质量浓度/(mg/m3)体积分数/%限值CHx(以CH4计)234003305%[4]H2S855563×10-410mg/m3[5]NH3374493×10-420mg/m3[5]NOx(以NO2计)0052253×10-65mg/m3[5]SO2001449×10-75mg/m3[5]

注：H2S限值为最高容许质量浓度，NH3，NO2和SO2限值为时间加权平均容许质量浓度。

由表1可见：气体含少量瓦斯，具体成分包括CHx,H2S,NH3,NOx,SO2等，其中CHx浓度最高，体积分数为0.033%。各项气体浓度均低于限值，但H2S浓度接近限值，存在较大安全隐患。

3 不明气体的成因及预测分析

3.1 成因分析

隧址区30 km范围内未发现煤系地层、油、气资源及有机质生气层[7]，基本排除了有机成因的气体横向迁移到隧道的可能。涌气的隧道与主断裂带距离较远，与其分支关系紧密，说明隧道横洞内的气体为深部构造裂隙气，其成因应为无机成因。

经综合分析，米林隧道横洞围岩岩性(片麻岩)本身不具备生成可燃气体的条件，极有可能是岩体形成时期相对富集的气囊在后期构造活动时通过断裂带运移至本区的破碎岩体中。一旦钻孔穿透岩石层，易燃有害气体即从钻孔处释放出来。

3.2 涌气预测

截至2016年7月，与米林隧道地质构造背景相同的其他8座隧道中均未出现突涌气体现象。米林隧道横洞的气体仅出现在围岩相对完整地带。钻孔中初始气压为0.1 MPa，具有明显的衰减趋势，其气体浓度低、消散快、基本无补给，与常规煤系地层与油气地层的瓦斯隧道有着本质区别。因此，预测米林隧道横洞的气体将在短期内消散，但因气体中含有CHx,H2S等易燃易爆气体和有害气体，仍需加强重视。在加强预报、检测和施工通风的前提下，采取适当的安全防范措施，预计隧道施工与运营安全基本不会受到影响。

事实证明，经过1个月的自然排放，米林隧道横洞的气体排放逐渐减弱，至8月份不再有气体涌出，与预测分析情况一致。

4 处置措施

米林隧道横洞施工发生气体突涌事件后，采取了如下处置措施：

1)应急处理

立即暂停洞内一切施工，撤出洞内所有施工人员和施工机械，切断洞内的施工用电，并向洞内持续通风；组织现场勘查，制订了加强通风、加强监测、疏散现场人员、加强安全防范等应急措施。

2)加强超前地质预报

组织现场调查，及时对隧道区域的地质情况和勘察设计资料进行了复查分析，针对这种片麻岩隧道出现的气体问题，组织专家进行分析。

采用地质调查法、物探法、钻探法等手段提前探明前方气体富集情况，预测有害气体涌出量，通过超前探孔提前释放有害气体。

3)建立有害气体自动监测、报警系统

在施工现场立即建立瓦斯、H2S自动监测报警系统，对气体浓度、涌出量和隧道内风速进行监测；同时现场设置专人负责对出现气体的工点进行巡查，携带便携式气体检测仪，对自动监测的数据进行校核。

根据监测内容设定预警值作为施工安全判别标准，施工中根据不同的预警级别采取不同的响应措施。

4)有害气体超限处理

米林隧道横洞内存在安全隐患的主要是瓦斯和H2S。其超限处理措施见表2和表3。

表2 米林隧道横洞瓦斯体积分数限值及超限处理措施[4]

地点限值/%超限处理措施低瓦斯区任意处05超限处20m范围内立即停工，查明原因，加强通风监测局部瓦斯积聚处20超限处20m范围内停工，断电，撤出施工人员，进行处理，加强通风开挖工作面风流中10停止电钻钻孔15超限处停工，撤出施工人员，切断电源，查明原因，加强通风等回风巷或工作面回风流中10停工，撤出施工人员，进行处理爆破地点附近20m风流中10严禁装药放炮局扇及电气开关10m范围内05停机，通风，进行处理电动机及开关20m范围内15停止运转，撤出施工人员，切断电源，进行处理

表3 米林隧道横洞硫化氢体积分数限值及超限处理措施[5]

地点限值/10-6超限处理措施隧道内任意处<>

根据瓦斯和H2S的性质着重采取以下措施：

①加强施工通风

针对隧道施工掌子面出现的气体，采取24 h不间断压入式通风稀释。加强通风设备配置，确保有足够的通风能力。在确保无有害气体聚集的前提下，回风巷瓦斯体积分数<>[8]、H2S体积分数<>-6[9]的条件下可继续施工。

②采用弱碱性溶液进行爆破和喷洒

因不明气体中含有H2S，采用NaHCO3溶液制作炮泥和水袋进行水压爆破，洞内也喷洒NaHCO3溶液降低气体浓度。

5 结语

米林隧道横洞突涌气体中主要含有易燃易爆CH4和有毒的H2S，该气体为无机成因的深部构造裂隙气，预测短期内可逐渐消散。通过加强超前地质预报、建立有害气体自动监测报警系统，并采取压入式通风、弱碱性溶液爆破和喷洒、对施工人员进行安全教育培训等措施，后续施工得以顺利进行。

参考文献

[1]任超.隧道施工中有毒有害气体的监测[J].现代职业安全,2014,14(12):41-43.

[2]铁道部经济规划研究院.TZ 204—2008 铁路隧道工程施工技术指南[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[3]中华人民共和国铁道部.TB 10304—2009 铁路隧道工程施工安全技术规程[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[4]中华人民共和国铁道部.TB 10120—2002 铁路瓦斯隧道技术规范[S].北京：中国铁道出版社，2002.

[5]中华人民共和国卫生部.GBZ 2.1—2007 工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素[S].北京:人民卫生出版社,2008.

[6]洪开荣,王玉卿.盾构隧道施工应重视的工程环境灾害问题——从土仓内不明气体爆燃事故引发的思考[J].土木工程学报,2010,43(1):131-135.

[7]中铁二院集团有限责任公司.拉林铁路初步设计地质篇[Z].成都：中铁二院集团有限责任公司，2014.

[8]梁东,廖振芳.铁路客运专线红石岩瓦斯隧道施工对策[J].隧道建设,2007,27(增1):36-39.

[9]王栋.天坪隧道施工中硫化氢气体防治技术探讨[J].铁道建筑,2016,56(10):67-71.

Cause Analysis and Treatment Measures of Harmful Gas inMilin Tunnel of Lhasa-Nyingchi Railway

HE Caiji1,ZHANG Jieyu2,CHEN Zehao2,GE Kaiguo2

(1.Lalin Raiway Headquarter,China Railway Corporation,Nyingchi Tibet 860000,China;2.Energy Saving & Environmental Protection & Labor Hygiene Research Institute,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)

Abstract Poisonous and harmful gas including methane,carbon monoxide,and hydrogen sulf ide is one of the main risk sources of railway tunnel construction.There are unknown gases during blasthole of transverse gallery construction in Milin tunnel of Lhasa-Nyingchi railway,the construction units adopted the emergency measures such as shutdown,interruption of power supply,evacuation,etc.,and the gases were detected.According to comprehensive analysis of the gas detection results and geological conditions,the unknown gas is identif ied as an inorganic deep structure f issure gas.By strengthening advance geological prediction,establishing the automatic monitoring and warning system for harmful gases,adopting the blowing ventilation,and performing water pressure blasting or direct spraying by making stemming and water bag with weak alkaline solution,the follow-up construction has been carried out smoothly.

Key words Railway tunnel;Harmful gas;Gas detection;Cause analysis;Treatment measures

文章编号：1003-1995(2017)10-0078-03

中图分类号 U215.8

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2017.10.21

收稿日期：2017-01-10；

修回日期：2017-05-20

基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划(2016Z002-B);中国铁道科学研究院基金(2015YJ102)

作者简介：何财基(1972— )，男，高级工程师。

E-mail:[e-mail]

(责任审编 葛全红)