北京波恩公司拉林鐵路米林隧道有害氣體成因分析及處置措施

表1 米林隧道橫洞氣體檢測結果

注：H2S限值為高容許質量濃度，NH3，NO2和SO2限值為時間加權平均容許質量濃度。

由表1可見：氣體含少量瓦斯，具體成分包括CHx,H2S,NH3,NOx,SO2等，其中CHx濃度高，體積分數為0.033%。各項氣體濃度均低于限值，但H2S濃度接近限值，存在較大安全隱患。

3?不明氣體的成因及預測分析

3.1?成因分析

隧址區30 km范圍內未發現煤系地層、油、氣資源及有機質生氣層[7]，基本排除了有機成因的氣體橫向遷移到隧道的可能。涌氣的隧道與主斷裂帶距離較遠，與其分支關系緊密，說明隧道橫洞內的氣體為深部構造裂隙氣，其成因應為無機成因。

經綜合分析，米林隧道橫洞圍巖巖性(片麻巖)本身不具備生成可燃氣體的條件，極有可能是巖體形成時期相對富集的氣囊在后期構造活動時通過斷裂帶運移至本區的破碎巖體中。一旦鉆孔穿透巖石層，易燃有害氣體即從鉆孔處釋放出來。

3.2?涌氣預測

截至2016年7月，與米林隧道地質構造背景相同的其他8座隧道中均未出現突涌氣體現象。米林隧道橫洞的氣體僅出現在圍巖相對完整地帶。鉆孔中初始氣壓為0.1 MPa，具有明顯的衰減趨勢，其氣體濃度低、消散快、基本無補給，與常規煤系地層與油氣地層的瓦斯隧道有著本質區別。因此，預測米林隧道橫洞的氣體將在短期內消散，但因氣體中含有CHx,H2S等易燃易爆氣體和有害氣體，仍需加強重視。在加強預報、檢測和施工通風的前提下，采取適當的安全防范措施，預計隧道施工與運營安全基本不會受到影響。

事實證明，經過1個月的自然排放，米林隧道橫洞的氣體排放逐漸減弱，至8月份不再有氣體涌出，與預測分析情況一致。

4?處置措施

米林隧道橫洞施工發生氣體突涌事件后，采取了如下處置措施：

1)應急處理

立即暫停洞內一切施工，撤出洞內所有施工人員和施工機械，切斷洞內的施工用電，并向洞內持續通風；組織現場勘查，制訂了加強通風、加強監測、疏散現場人員、加強安全防范等應急措施。

2)加強前地質預報

組織現場調查，及時對隧道區域的地質情況和勘察設計資料進行了復查分析，針對這種片麻巖隧道出現的氣體問題，組織進行分析。

采用地質調查法、物探法、鉆探法等手段提前探明前方氣體富集情況，預測有害氣體涌出量，通過前探孔提前釋放有害氣體。

3)建立有害氣體自動監測、報警系統

在施工現場立即建立瓦斯、H2S自動監測報警系統，對氣體濃度、涌出量和隧道內風速進行監測；同時現場設置專人負責對出現氣體的工點進行巡查，攜帶便攜式氣體檢測儀，對自動監測的數據進行校核。

根據監測內容設定預警值作為施工安全判別標準，施工中根據不同的預警級別采取不同的響應措施。

4)有害氣體限處理

米林隧道橫洞內存在安全隱患的主要是瓦斯和H2S。其限處理措施見表2和表3。

根據瓦斯和H2S的性質著重采取以下措施：

①加強施工通風

針對隧道施工掌子面出現的氣體，采取24 h不間斷壓入式通風稀釋。加強通風設備配置，確保有足夠的通風能力。在確保無有害氣體聚集的前提下，回風巷瓦斯體積分數<>[8]、H2S體積分數<>-6[9]的條件下可繼續施工。

②采用弱堿性溶液進行爆破和噴灑

因不明氣體中含有H2S，采用NaHCO3溶液制作炮泥和水袋進行水壓爆破，洞內也噴灑NaHCO3溶液降低氣體濃度。

5?結語

米林隧道橫洞突涌氣體中主要含有易燃易爆CH4和有毒的H2S，該氣體為無機成因的深部構造裂隙氣，預測短期內可逐漸消散。通過加強前地質預報、建立有害氣體自動監測報警系統，并采取壓入式通風、弱堿性溶液爆破和噴灑、對施工人員進行安全教育培訓等措施，后續施工得以順利進行。