梅稚平 晏群 高建翔

(中國電建集團成都勘測設計研究院,四川成都 610072)

卡基娃水電站地下洞室有毒有害氣體成因及其防治

梅稚平 晏群 高建翔

(中國電建集團成都勘測設計研究院,四川成都 610072)

本文主要針對卡基娃水電站地下洞室有毒有害氣體發(fā)生的相關情況,從氣體種類、特征、危害方式及揭示現(xiàn)象入手,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件,淺析其成因,闡述施工開挖過程中針對有毒有害氣體特征及工程特點采取的相應防治措施。

有毒有害氣體 卡基娃水電站 爆炸上(下)限

水電工程地質(zhì)對地下洞室重點是圍繞圍巖穩(wěn)定條件的研究，以及針對圍巖穩(wěn)定所采取的支護措施的研究，而針對地下洞室中有毒有害氣體的來源、危害程度及其相應的防護措施等研究較少。2011年11月11日，卡基娃水電站引水洞開挖施工中出現(xiàn)的有毒有害氣體造成數(shù)人中毒暈倒，此外，沙灣水電站、宜興抽水蓄能電站、錦屏二級電站長探洞等水利水電工程地下洞室均發(fā)生了不同程度的有毒有害氣體現(xiàn)象。水電工程地下洞室有毒有害氣體發(fā)生條件及其成因是什么？在其儲存空間附近是否有一些現(xiàn)象可揭示？應如何防治？

1 工程區(qū)及其附近有毒有害氣體現(xiàn)象揭示

工程區(qū)及其附近有毒有害氣體現(xiàn)象貫穿于前期勘測、建設施工的各個階段：前期勘測：在電站預可、可研階段進行的相關地勘過程中， ZKK104鉆進過程中出現(xiàn)承壓水現(xiàn)象，承壓現(xiàn)象持續(xù)有數(shù)分鐘，承壓水溢出后帶有濃烈、刺鼻的臭雞蛋氣味，勘測平硐PDK102、PDK109在開挖過程中伴有讓人胸悶、眼澀、頭痛等現(xiàn)象的氣體逸出；建設施工：施工準備期導流洞、場內(nèi)交通13#交通洞以及主體工程建設期的引水隧洞(引Ⅰ、引Ⅱ標)均發(fā)生了開挖掘進過程中有毒有害氣體超標現(xiàn)象。在各個工程部位開挖過程中，引水隧洞有毒有害氣體現(xiàn)象最為嚴重，此外，與工程區(qū)臨近并所屬相同(近)地層的某水電站長引水隧洞也發(fā)生了極其嚴重的有毒氣體中毒的重大安全事故，施工開挖揭穿高濃度高壓“氣囊”產(chǎn)生二次爆破，造成了巨大的人員與財產(chǎn)損失。

2 引水隧洞有毒有害氣體成因

2.1 事件基本情況

2011年10月20日晚19：00分引水隧洞施工開挖至引K2+920m時，發(fā)現(xiàn)掌子面及洞室底板出現(xiàn)有毒氣體，裂隙噴射出的有毒氣體濃度為57ppm，并且含有可燃氣體，掌子面附近有毒氣體濃度為26ppm，距掌子面約100米處濃度為13ppm。2011年11月11日晚22：30分左右在引K2+833m進行泄壓孔施工時，有毒氣體突然涌出濃度增大，施工安全員將一竹竿插入泄壓孔內(nèi)，竹竿被風壓吹出2～3米遠，掌子面測試值已達28ppm，現(xiàn)場值班人員立即指揮上游工作面人員撤離出洞，三名工人在撤退途中暈倒，后經(jīng)及時吸入氧氣和采取相應急救措施后脫離生命危險并康復。

2.2 隧洞有毒氣體特征

在引水隧洞開挖中多處均存在有毒有害氣體現(xiàn)象，施工開挖安全風險極高，四川省安全生產(chǎn)檢測檢驗中心對隧洞氣體進行了檢測，采用的儀器主要為便攜式紅外分析儀、瓦檢儀，共檢測出4種主要有毒有害氣體，分別為CO2、CO、CH4、H2S，其中H2S、CO2氣體嚴重超標。

2.3 有毒氣體成因初步分析

工程區(qū)地下水水質(zhì)分析表明，HCO3-與SO42-為地下水的主要負離子，地下水中SO42-的來源應是硫化物氧化后形成的，推斷為地下水與含有硫化物的地層在與大氣較為隔絕的環(huán)境中長期接觸、作用后產(chǎn)生的，SO42-進行脫硫酸反應可生成有毒氣體H2S，有機質(zhì)長期賦存后產(chǎn)生的CH4與水中的硫酸鹽發(fā)生反應則導致CO2的產(chǎn)生；該洞段巖性以砂巖為主，巖體中的空隙、裂隙較發(fā)育，為有毒有害氣體提供了儲氣空間，加之洞室垂直和側(cè)向埋深較大，除地下水溶解部分氣體(主要為H2S)沿巖體裂隙等通道帶出其儲氣空間，大部分氣體在空隙、裂隙的有毒氣體得以較好的保存，局部形成濃度較高的“氣囊”，當鉆孔、爆破破壞“氣囊”后，濃度較高的有毒氣體瞬間逸出，在引水隧洞通風條件差的環(huán)境中導致了施工作業(yè)人員的中毒事件。綜合分析認為，卡基娃水電站中毒事件主要是由H2S引起的，CO2超標則導致隧洞中含氧量減少使人體缺氧，而隧洞中的CO、CH4主要是由于爆破產(chǎn)生的。

3 施工防治措施

地下洞室開挖有毒氣體防治涉及方面較多，需針對施工開挖作業(yè)流程、有毒氣體種類、特征及危害、突發(fā)事件應急措施等多個方面綜合分析研究制定。工程具體主要采取了預測預報防治、施工技術防治、施工安全防護及安全生產(chǎn)教育與管理四個層面的防治措施，以下主要對具體施工技術防治作簡要論述。

施工技術防治：(1)施工作業(yè)技術措施。洞室開挖嚴格執(zhí)行洞外避炮，開挖過程中上、下游所有施工作業(yè)人員撤離至洞外上風口約30m避炮。炮孔施工采用濕鉆進法，炮眼未裝藥段，用封水炮泥或粘土炮泥封孔密實不漏氣，每循環(huán)開挖后及時完成洞室圍巖的錨噴支護，封閉、切斷有毒有害氣體逸出通道。由于硫化氫的酸性特性，采取在洞內(nèi)底板噴灑生石灰、鉆孔石灰水沖孔等措施，降低硫化氫的濃度。另外，根據(jù)超前鉆孔探測的實際情況，在每循環(huán)施工開挖前增設約4～12個、L=6m的超前泄壓孔，提前釋放并泄壓有毒有害氣體，防止有毒有害氣體突然涌出或溢出造成安全事故發(fā)生。(2)通風及防爆隔爆措施與管理。在引水隧洞通風條件差的環(huán)境中，加強通風是防治有毒有害氣體最有效的手段，嚴格按照規(guī)范執(zhí)行通風控制條件，對該標段采用上下游獨立通風，滿足規(guī)范要求的需風量、風壓等重要參數(shù)，對設備定期、安排專職人員檢查、修復；采用防爆隔爆的機電設備、器材，嚴格執(zhí)行機電防爆隔爆、爆破作業(yè)防爆的安全生產(chǎn)技術措施，編制其專項安全施工技術方案。(3)有毒氣體的檢測防治。所有管理人員進洞檢查必須攜帶便攜式有毒有害氣體檢測報警儀并配備專業(yè)安全防毒護具進洞，當所測到氣體濃度超過《水工建筑物地下開挖工程施工技術規(guī)范》規(guī)定的濃度時，采取通風措施予以降低。通風后再行檢測，直到各種有毒有害氣體濃度均降低到標準允許的濃度及以下方可繼續(xù)進入下道工序施工，以確保施工安全。

4 結(jié)語

通過上述的防治措施，在其后地下洞室(引水隧洞)開挖過程中未發(fā)生有毒有害氣體中毒導致傷亡的事故，但本文僅針對卡基娃水電站地下洞室有毒氣體成因進行了初步分析及建設施工過程中防范措施做了簡要的介紹，但對水電工程有毒氣體的防范還有許多問題需要我們繼續(xù)去研究與探索。總之，在水電工程地下洞室中應重視有毒有害氣體現(xiàn)象，并加強研究與防范，避免造成人員財產(chǎn)損失。

[1]袁建新.地下洞室有毒有害氣體測試評價與防護技術研究[D].南京:河海大學,2007．

[2]肖揚,梅稚平,李洪強,楊威.水電工程地下洞室有毒有害氣體成因及防治措施[J]．隧道建設,2010(6):38～42．

[3]崔連友,陳西動,鐘智.華鎣山隧道有害氣體綜合治理措施[J].鐵道建筑技術,2001(1):45～49．

梅稚平(1982—),男,重慶人,本科,工程師,畢業(yè)于南京河海大學,主要從事水電地質(zhì)相關工作。