隧道施工中硫化氢的危害与防治

徐毅勇

（中铁五局一公司，长沙 410117）

硫化氢气体更多的时候是在石油、天然气中存在，据探测，在渡口河气田中硫化氢最高含量达到523620 mg/m3，一旦发生井喷失控，将带来灾难性后果。随着我国隧道施工技术水平的不断提升和西部基础设施建设的大力推进，公路、铁路隧道穿越的地层条件越来越复杂，隧道施工过程中发生硫化氢气体溢出的情况时有发生（见表1），有的甚至造成了人员伤亡，应该引起高度的重视。

1 硫化氢的特性及危害

1.1 硫化氢的特性

硫化氢（H2S）是一种剧毒、无色、比空气重的气体，其物理化学性质见表2。

表2 硫化氢的特性表[1]

1.2 硫化氢对人体健康的影响

硫化氢主要从呼吸道吸入，只有少量经过皮肤和胃肠进入人体。进入人体后主要造成中枢神经系统损伤、呼吸系统损害和心肌损害（见表3）。

表3 硫化氢对人体健康的影响[1-3]

1.3 硫化氢对隧道钢筋砼结构等的影响

（1）硫化氢溶于水形成弱酸，对金属的腐蚀形式有电化学失重腐蚀、氢脆和氢损伤，以后两种为主，一般统称为氢脆破坏。

（2）硫化氢引起的硫酸腐蚀是混凝土腐蚀的主要原因。

（3）硫化氢会造成橡胶鼓泡胀大，失去弹性，影响隧道防水质量。

2 隧道中硫化氢气体的成因

含硫地层物质在硫酸盐热化学还原下，产生硫化氢，通过深大断裂构造裂缝等，向上飘逸遇水并溶解于地下水中，随地下水运移，由于硫化氢的溶解度与温度、气压有关，隧道开挖后，围岩体及地下水场受到扰动，硫化氢不断挥发到大气中，故在掌子面尤其是集中出水口浓度较高，随远离出水口浓度逐步稀释降低。

3 隧道施工中硫化氢的监测

3.1 硫化氢气体控制等级

硫化氢气体的控制等级划分见表4。

表4 硫化氢气体控制等级划分表[1-3]

3.2 硫化氢气体监测

成立监测预警小组，配备专业检测人员，采取固定监测与移动检测相结合的方式，其中固定监测采用KJ101N自动硫化氢监控系统，自动连续监测；移动检测采用便携式硫化氢气体检测报警仪。

3.2.1 固定监测

（1）监测原理：系统由洞外计算监控中心、洞内分站、洞内H2S传感器、风速传感器、远程断电仪和自动报警器组成，可实现洞内传感器声光报警及洞外监控中心自动报警。系统各探头每5分钟自动采集一组数据，传输至洞口值班室电脑中显示、记录、分析、保存。[4]

（2）测点布设：根据隧道通风方式等布置，一般掌子面设1个硫化氢传感器（边墙1个），衬砌台车处分别设5个风速传感器（拱顶1个、拱腰2个、边墙2个）、1个硫化氢传感器（边墙1个）。

3.2.2 移动监测

（1）实行“一炮三检制”。即加强工作面装药前、放炮前、爆破后检测工作，且做好监测记录，建立预警台账。

（2）加强关键工序的硫化氢检测。在一个施工循环中，硫化氢含量增加幅度最大的工序，是在凿眼过程中和放炮之后，因为炮眼可能成为与前方含硫化氢地层、裂隙连接贯通，硫化氢沿炮眼很容易泄露到工作面乃至整座隧道；而放炮之后，由于突然揭露出大面积的新鲜岩层，有可能使封闭的含硫化氢地层暴露，致使硫化氢沿围岩裂隙缓慢渗漏乃至大量涌出。[4]

4 隧道施工中硫化氢的防治措施

4.1 做好应急管理，加强硫化氢防护

制定相对应的应急预案，加强应急演练及物资储备；进洞人员必须佩带防护服、防护手套、防护眼镜、呼吸机或防毒面具等防护装备。

4.2 硫化氢气体超前探测及预排放

采用物探法查明前方地下水情况，避免富含H2S的地下水涌出。通过钻探法探测掌子面前方硫化氢气体蕴藏情况，提早探明前方气体富集情况，同时通过超前探孔提前释放有害气体，避免盲目施工造成气体突出。[5]

（1）预测低浓度区：采取地震波反射法物探手段；采取超前钻孔（1孔取芯）+加深炮眼（3孔）钻探手段。

（2）预测中低度区、中度区：采取地震波反射法+红外探测法物探手段；采取超前钻孔（2孔）+加深炮眼（5孔）钻探手段。

（3）预测高度区、极高度区：采取地震波反射法+地质雷达探测法+红外探测法物探手段；采取超前钻孔（3孔）+加深炮眼（5孔）钻探手段。

4.3 硫化氢气体中和稀释

（1）在隧道内硫化氢聚集地段、积水地段及出水口范围抛洒生石灰，同时在裂隙水集中出水点喷含有碱性溶液的水雾中和硫化氢气体，降低其在空气中和洞内水中的浓度。

（2）在隧道成型段每隔10 m安装一组环向洒水喷雾装置进行全断面封闭式喷雾，在两侧排水沟上方50 cm位置安装纵向喷雾装置，不间断喷洒水雾，降低硫化氢气体浓度。

（3）采用碱性水袋水压爆破降低硫化氢浓度。开挖爆破时在炮眼内装碱性水袋，通过爆破时碱性水袋产生的碱性水雾中和、降低硫化氢浓度。

4.4 加强通风

隧道内通过增加隔离通风道、大功率压入通风机，以及在硫化氢气体涌出段巷道中增设射流风机等方式，加速巷道内风速，加强通风措施，确保洞内空气循环速度，用通风稀释的方法降低硫化氢气体浓度。

4.5 硫化氢气体注浆封堵

根据隧道内硫化氢气体来源于岩体裂隙中地下水的特点，采用8～10 m深的径向注浆和超前预注浆封堵岩层裂隙及地下水，减少硫化氢气体的溢出量。

4.6 隧道结构优化

隧道初期支护及衬砌混凝土采用气密性混凝土，保证其气密系数；防水层、止水带采用防硫化氢腐蚀材料。

4.7 洞内施工排水及无害处理

隧道内设置全封闭的专用排水系统，并在洞外设置废水处理站，对排出洞外的水进行无害化处理后再排放，以保护环境。

5 结语

鉴于硫化氢气体在隧道施工中的危害性大、风险性高，必须制定严格的控制方案和应急预案，做到监测监控到位、人员防护到位、浓度控制到位、应急管理到位，确保万无一失才能组织施工。

参考文献

[1] SY/T 5087-2017,硫化氢环境钻井场所作业安全规范[S].

[2] 厉章彪,黄广庆.硫化氢防护技术[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2011.

[3] 刘钰,杨延美,林波.硫化氢防护培训教材[M].北京:中国石化出版社,2015.

[4] 胡贵松.黄家梁隧道瓦斯监测及防治措施[J].企业技术开发,2013,(28):10-13.

[5] 周跃峰,李传富,宋贵明.成兰铁路跃龙门隧道H2S整治措施的探讨[J].隧道建设,2016,(10):1251-1257.