卡基娃水电站地下洞室有毒有害气体成因及其防治

梅稚平 晏群 高建翔

(中国电建集团成都勘测设计研究院,四川成都 610072)

卡基娃水电站地下洞室有毒有害气体成因及其防治

梅稚平 晏群 高建翔

(中国电建集团成都勘测设计研究院,四川成都 610072)

本文主要针对卡基娃水电站地下洞室有毒有害气体发生的相关情况,从气体种类、特征、危害方式及揭示现象入手,结合区域地质条件,浅析其成因,阐述施工开挖过程中针对有毒有害气体特征及工程特点采取的相应防治措施。

有毒有害气体 卡基娃水电站 爆炸上(下)限

水电工程地质对地下洞室重点是围绕围岩稳定条件的研究，以及针对围岩稳定所采取的支护措施的研究，而针对地下洞室中有毒有害气体的来源、危害程度及其相应的防护措施等研究较少。2011年11月11日，卡基娃水电站引水洞开挖施工中出现的有毒有害气体造成数人中毒晕倒，此外，沙湾水电站、宜兴抽水蓄能电站、锦屏二级电站长探洞等水利水电工程地下洞室均发生了不同程度的有毒有害气体现象。水电工程地下洞室有毒有害气体发生条件及其成因是什么？在其储存空间附近是否有一些现象可揭示？应如何防治？

1 工程区及其附近有毒有害气体现象揭示

工程区及其附近有毒有害气体现象贯穿于前期勘测、建设施工的各个阶段：前期勘测：在电站预可、可研阶段进行的相关地勘过程中， ZKK104钻进过程中出现承压水现象，承压现象持续有数分钟，承压水溢出后带有浓烈、刺鼻的臭鸡蛋气味，勘测平硐PDK102、PDK109在开挖过程中伴有让人胸闷、眼涩、头痛等现象的气体逸出；建设施工：施工准备期导流洞、场内交通13#交通洞以及主体工程建设期的引水隧洞(引Ⅰ、引Ⅱ标)均发生了开挖掘进过程中有毒有害气体超标现象。在各个工程部位开挖过程中，引水隧洞有毒有害气体现象最为严重，此外，与工程区临近并所属相同(近)地层的某水电站长引水隧洞也发生了极其严重的有毒气体中毒的重大安全事故，施工开挖揭穿高浓度高压“气囊”产生二次爆破，造成了巨大的人员与财产损失。

2 引水隧洞有毒有害气体成因

2.1 事件基本情况

2011年10月20日晚19：00分引水隧洞施工开挖至引K2+920m时，发现掌子面及洞室底板出现有毒气体，裂隙喷射出的有毒气体浓度为57ppm，并且含有可燃气体，掌子面附近有毒气体浓度为26ppm，距掌子面约100米处浓度为13ppm。2011年11月11日晚22：30分左右在引K2+833m进行泄压孔施工时，有毒气体突然涌出浓度增大，施工安全员将一竹竿插入泄压孔内，竹竿被风压吹出2～3米远，掌子面测试值已达28ppm，现场值班人员立即指挥上游工作面人员撤离出洞，三名工人在撤退途中晕倒，后经及时吸入氧气和采取相应急救措施后脱离生命危险并康复。

2.2 隧洞有毒气体特征

在引水隧洞开挖中多处均存在有毒有害气体现象，施工开挖安全风险极高，四川省安全生产检测检验中心对隧洞气体进行了检测，采用的仪器主要为便携式红外分析仪、瓦检仪，共检测出4种主要有毒有害气体，分别为CO2、CO、CH4、H2S，其中H2S、CO2气体严重超标。

2.3 有毒气体成因初步分析

工程区地下水水质分析表明，HCO3-与SO42-为地下水的主要负离子，地下水中SO42-的来源应是硫化物氧化后形成的，推断为地下水与含有硫化物的地层在与大气较为隔绝的环境中长期接触、作用后产生的，SO42-进行脱硫酸反应可生成有毒气体H2S，有机质长期赋存后产生的CH4与水中的硫酸盐发生反应则导致CO2的产生；该洞段岩性以砂岩为主，岩体中的空隙、裂隙较发育，为有毒有害气体提供了储气空间，加之洞室垂直和侧向埋深较大，除地下水溶解部分气体(主要为H2S)沿岩体裂隙等通道带出其储气空间，大部分气体在空隙、裂隙的有毒气体得以较好的保存，局部形成浓度较高的“气囊”，当钻孔、爆破破坏“气囊”后，浓度较高的有毒气体瞬间逸出，在引水隧洞通风条件差的环境中导致了施工作业人员的中毒事件。综合分析认为，卡基娃水电站中毒事件主要是由H2S引起的，CO2超标则导致隧洞中含氧量减少使人体缺氧，而隧洞中的CO、CH4主要是由于爆破产生的。

3 施工防治措施

地下洞室开挖有毒气体防治涉及方面较多，需针对施工开挖作业流程、有毒气体种类、特征及危害、突发事件应急措施等多个方面综合分析研究制定。工程具体主要采取了预测预报防治、施工技术防治、施工安全防护及安全生产教育与管理四个层面的防治措施，以下主要对具体施工技术防治作简要论述。

施工技术防治：(1)施工作业技术措施。洞室开挖严格执行洞外避炮，开挖过程中上、下游所有施工作业人员撤离至洞外上风口约30m避炮。炮孔施工采用湿钻进法，炮眼未装药段，用封水炮泥或粘土炮泥封孔密实不漏气，每循环开挖后及时完成洞室围岩的锚喷支护，封闭、切断有毒有害气体逸出通道。由于硫化氢的酸性特性，采取在洞内底板喷洒生石灰、钻孔石灰水冲孔等措施，降低硫化氢的浓度。另外，根据超前钻孔探测的实际情况，在每循环施工开挖前增设约4～12个、L=6m的超前泄压孔，提前释放并泄压有毒有害气体，防止有毒有害气体突然涌出或溢出造成安全事故发生。(2)通风及防爆隔爆措施与管理。在引水隧洞通风条件差的环境中，加强通风是防治有毒有害气体最有效的手段，严格按照规范执行通风控制条件，对该标段采用上下游独立通风，满足规范要求的需风量、风压等重要参数，对设备定期、安排专职人员检查、修复；采用防爆隔爆的机电设备、器材，严格执行机电防爆隔爆、爆破作业防爆的安全生产技术措施，编制其专项安全施工技术方案。(3)有毒气体的检测防治。所有管理人员进洞检查必须携带便携式有毒有害气体检测报警仪并配备专业安全防毒护具进洞，当所测到气体浓度超过《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》规定的浓度时，采取通风措施予以降低。通风后再行检测，直到各种有毒有害气体浓度均降低到标准允许的浓度及以下方可继续进入下道工序施工，以确保施工安全。

4 结语

通过上述的防治措施，在其后地下洞室(引水隧洞)开挖过程中未发生有毒有害气体中毒导致伤亡的事故，但本文仅针对卡基娃水电站地下洞室有毒气体成因进行了初步分析及建设施工过程中防范措施做了简要的介绍，但对水电工程有毒气体的防范还有许多问题需要我们继续去研究与探索。总之，在水电工程地下洞室中应重视有毒有害气体现象，并加强研究与防范，避免造成人员财产损失。

[1]袁建新.地下洞室有毒有害气体测试评价与防护技术研究[D].南京:河海大学,2007．

[2]肖扬,梅稚平,李洪强,杨威.水电工程地下洞室有毒有害气体成因及防治措施[J]．隧道建设,2010(6):38～42．

[3]崔连友,陈西动,钟智.华蓥山隧道有害气体综合治理措施[J].铁道建筑技术,2001(1):45～49．

梅稚平(1982—),男,重庆人,本科,工程师,毕业于南京河海大学,主要从事水电地质相关工作。