水工隧洞化学灌浆期间有害气体检测技术

苟红松，罗占夫，敬桂蓉

（1.中铁隧道集团有限公司勘测设计研究院，广东广州 511458；2.四川省利州中专，四川广元628000）

水工隧洞化学灌浆期间有害气体检测技术

苟红松1，罗占夫1，敬桂蓉2

（1.中铁隧道集团有限公司勘测设计研究院，广东广州 511458；2.四川省利州中专，四川广元628000）

文中针对水工隧道化学灌浆期间糠醛-丙酮体系环氧树脂灌浆材料中含有丙酮和糠醛的情况，对隧洞内化学灌浆期间有害气体种类及其对作业人员的影响进行了分析总结，制订并实施了隧洞内气体检测方案及安全保障措施，保障了作业环境安全；提出了隧道化学灌浆期间需确保检测准确到位，通风有效可靠的安全防范策略，可为类似工程提供参考。

水工隧洞；化学灌浆；有害气体

0 引 言

采用化学灌浆的方法，能够在较短的时间内对隧洞工程进行防渗和缺陷处理，达到永久加固的目的。但是化学灌浆材料中的有机挥发物，如丙酮、糠醛等将对作业环境安全和作业人员的健康安全构成影响。为确保隧道内作业人员的安全，成立了专门的有害气体检测小组，采用人工巡回检测与自动监测相结合的方式对洞内化学灌浆期间有害气体浓度进行检测，并及时增加通风设施，加大隧洞内通风量，确保了人员健康和作业环境安全。

1 工程概况

某盾构法施工隧洞全长4 250 m。隧洞采用双层衬砌，外衬为预制钢筋混凝土管片，内径7.9 m，内衬为现浇预应力钢筋混凝土，成洞内径为7.0 m。隧洞为双洞平行布置，中心线间距为28 m。隧洞最大埋深35 m，最小埋深23 m；断面最大水压为4.5 MPa。

2 化灌期间施工情况

隧洞充水试验过程中发现有部分预留槽、孔道注浆管口及孔道注浆排气孔有阴湿现象，为确保工程长期安全运行，需对所有波纹管全部进行环氧树脂化学灌浆。全隧洞共有9 217束锚索、各类裂缝130余处，全部需进行孔道灌浆施工。施工过程中需要采用有机溶剂进行灌浆机清洗，选用当前比较常用且毒性较低的丙酮作为清洗剂。

隧洞化灌施工区划分为3段，由3个作业队伍进行施工。设置3个孔道灌浆，1个为拱顶原预留排气孔，其余2个为新增排气孔，设置于隧道边墙两侧各1个。在作业高峰期，隧道内有84台化学灌浆设备同时作业。波纹管化灌及裂缝处理灌浆材料选择糠醛丙酮环氧树脂，存在较大安全隐患。

3 隧洞内气体的种类及对人体的影响

正常的地面空气进入隧洞后，当其成分与地面空气成分相同或近似，符合安全卫生标准时，称为新鲜空气。由于施工生产过程，产生了各种有毒有害的物质，使隧洞内空气成分发生一系列变化，其表现为：含氧气量降低，二氧化碳量增高，并混入了各种有害物质，空气的温度、湿度和压力也发生了变化等。这种充满在隧洞中各种气体、粉尘和杂质的混合物，统称为污浊空气。

3.1 有害气体的性状与危害

隧洞化学灌浆施工中产生的有害物质主要包括：一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOx）、二氧化碳（CO2）、丙酮等有毒有害气体。有害气体种类及其对人体的影响见表1。

3.2 缺氧空气

所谓缺氧是指空气中的氧浓度小于18%的状态，缺氧对人体的影响视个人状况而异。缺氧对人体的影响参见表2。

表1 隧洞化学灌浆施工期间主要有害气体的种类和性质

表2 空气缺氧情况下对人体的影响

3.3 湿空气

隧洞空气中多少会有一些水分，水分的大小视温度而异，一般随着高温而增加。对某一具体温度实际空气中的水蒸气量以百分比值表示就是相对湿度(%)，隧洞内的湿度一般多为70%～90%，其变化的主要因素是：①一般说，冬季气温低，隧洞内气温上升进一步使湿度下降。夏季高温空气在隧洞内冷却使湿度上升。②除漏水外，湿式机械、喷混凝土、散水及柴油机排放气体等都使湿度上升。

湿空气对人体的影响是：湿度越高，越控制人体的水份蒸发，即使出汗，蒸发量也少，故易中暑。高湿易患皮肤病，皮炎等病症。另外，低温、高湿作业场所会诱发神经疼和风湿症等病症。

4 隧洞气体检测

由于隧洞已经贯通，洞内无大型内燃设备持续作业，也无爆破作业。化学灌浆材料中含有少量的丙酮和糠醛，所以洞内气体检测应对洞内空气中丙酮浓度、糠醛浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度和风速进行检测。

4.1 人工巡回检测

配备专职的检测员执行两班制巡回检测制度，骑电动车巡回检测隧道内化学灌浆50 m范围内及其他各作业地点附近气体浓度情况，施工中丙酮用量较大的作业点应加强检测频次。每班下班后将气体检测结果上报给项目部安质部及洞口值班调度室。当检测出现异常时，随时检查，检查作业不得离开该工作面。

检测员配备便携式检测仪进行检测。在符合相关规范以及对比相关文献的情况，确定检测仪器的型号。其中丙酮气体浓度采用KP826型四合一气体检测仪和CRP-A1型丙酮检测仪进行检测，糠醛浓度采用KP810型糠醛检测仪进行检测，氧气浓度及一氧化碳浓度采用CRP-A4型四合一气体检测仪进行检测，风速采用6006型手持热线式风速仪进行检测，风流温湿度采用TES-1360A型温湿度计进行检测。

4.2 自动监测

隧洞中部位置安装有射流风机、变压器等大型机电设备，在该位置安装1套丙酮气体探测报警系统，另外在丙酮浓度较高的隧洞出风口位置安装1套丙酮气体探测报警系统。

丙酮气体探测报警系统由RBK-6000-2型气体报警控制器与RBT-6000-F型气体探测器两部分组成。仪器由安全员严格按照使用说明书进行操作，其他人员禁止随便拆开仪器、按动按键等。在使用中避免摔打、碰撞。每隔10 d对仪器的零点、测试精度进行调校。此外，及时擦拭、清扫气室内的及仪器外部的灰尘，保持清洁、美观。

5 安全保障措施

5.1 施工管理

1）糠醛丙酮环氧树脂化学浆液根据每班组施工任务量，实行定量发放，运输过程中设专人跟踪落实，现场作业面设专人24 h轮流看守、管理和配送。

2）每次配料量不得超过5 kg，取样后及时将桶盖盖严，尽可能避免丙酮挥发。3）隧洞内作业人员禁止吸烟，并颁布处罚条例。4）浆液存放处及化灌作业面附近30 m范围内不得有动火及焊接作业。

5）各作业面配足相应的灭火器等灭火器材，每个作业台架上配2个。

6）丙酮监测浓度感应及报警设备每作业面均需加密安放，并设专人对数据进行记录和反馈。

7）加强通风管理，对化灌作业面密集点或焊接作业点设置局扇通风，确保空气流通，防治有害气体集聚。

8）现场作业和管理人员佩戴防毒口罩、安全防护眼镜、防苯耐油手套。

5.2 超限处理

根据GBZ 2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限值 化学有害因素》定，丙酮的职业接触限值为300 mg/m3（115.7 ppm），糠醛的职业接触限值为5 mg/m3（1.17 ppm）。

根据SL378-2007《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》规定，地下洞室开挖施工过程中洞内氧气体积不应少于20%，一氧化碳的容许浓度为24 ppm。另外，一氧化碳的容许含量与作业时间：容许含量为50 mg/m3时，作业时间不宜超过1 h；容许含量为100 mg/m3时，作业时间不宜超过0.5 h；容许含量为200 mg/m3时，作业时间不宜超过20 min。按洞内同时工作的最多人数计算风量时，每人每分钟应供应3 m3的新鲜空气。

当隧洞内丙酮或糠醛浓度超标后，应采取以下两种措施进行处理：

1）开启备用风机，加大通风量，加强检测。当现场施工中丙酮、糠醛浓度超标时，该地点可继续施工，但应立即开启备用风机，加大隧洞内通风量，并绝对避免火源的产生。同时检测员加大对该工作面丙酮、糠醛、一氧化碳浓度的检测频率，密切注意其浓度的变化。

2）停止施工，人员撤至洞内安全区域。当采取第一项措施30 min后，丙酮、糠醛浓度仍然超标，则需停止洞内作业，将人员撤至洞外安全区域。同时，切断洞内电源，利用北岸竖井风机继续排放洞内丙酮气体，直至洞内有害气体浓度恢复正常后方可组织人员进入。恢复施工前，首先对洞内机电设备进行检查，确保完好后，方可复电正常施工。

当隧洞内一氧化碳浓度超标或氧气浓度低于限定值时，应立即开启备用风机，加大通风量，并加强检测。

5.3 急救措施

丙酮及糠醛中毒急救措施：皮肤接触，脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤后及时就医。眼睛接触，提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗后及时就医。吸入，迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道通畅，如呼吸困难，给输氧，如呼吸停止，立即进行人工呼吸，及时就医。食入，饮足量温水，催吐，就医。

6 检测结果

1）隧洞化学灌浆期间检测期间，丙酮浓度为0～25 ppm，糠醛浓度为0～0.1 ppm，均小于GBZ 2.1-2007中规定的容许浓度。一氧化碳浓度0～13 ppm，氧气浓度为20.7%～20.9%，无超限情况。

化学灌浆期间开启了北岸主通风机，并在洞内安装4台射流风机，洞内风速最大达1.35 m/s,完全满足洞内需风要求。

2）采用了CRP-A1型丙酮检测仪（催化燃烧原理）与KP826型4合一气体检测仪（电化学原理）2种类型的检测仪进行丙酮浓度测试，其中KP826型四合一气体检测仪灵敏度较高，但易受到其他气体干扰。

3）规范要求的糠醛的职业接触限值为5 mg/m3（1.17 ppm），检测过程中发现，一般0.02～0.05 ppm时即可闻到强烈的苦杏仁味道。

7 结 论

1）水工隧洞化学灌浆期间，必须对作业环境内有害气体浓度进行检测，并确保检测准确、到位，保障作业人员的职业健康安全。

2）加强通风是预防及处理化学灌浆期间有害物质浓度超标的重要措施，必须确保通风有效及可靠，隧洞化学灌浆期间，糠醛的苦杏仁气味较为明显，及时采取加强通风的方式后，未出现其浓度超标情况，保障了隧洞内作业环境安全。

3）糠醛为有中等毒性的限用化合物，在糠醛-丙酮体系环氧树脂灌浆材料配方中的用量达10%～30%，施工期间刺激性气味较大，不利于作业人员的健康及安全，水工隧洞内进行化学灌浆时应尽量选用环保型材料，降低施工风险。

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2016-04-21