CN105507907B - 一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，包括步骤：步骤一、全断面超前注浆帷幕封堵：采用钻爆法进行隧道开挖施工之前，通过预注浆在隧道掌子面前方施工超前注浆帷幕，过程如下：101、预注浆孔钻孔：在隧道掌子面上钻取多个预注浆孔；102、预注浆：向多个预注浆孔内分别注入封堵浆液；待所注封堵浆液凝固后，形成对隧道掌子面前方岩层中的裂隙进行封堵的超前注浆帷幕；步骤二、注入弱碱性溶液增大气体溶解度：采用钻机在隧道掌子面上钻取炮孔时，通过钻机的中空钻杆向所钻炮孔内注入弱碱性溶液。本发明方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用化学和物理措施有效减少隧道施工掌子面区域的硫化氢气体排出量。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法。
背景技术
在有些地区进行隧道掘进施工时，会受到硫化氢气体不同程度的影响。硫化氢是一种毒性较大的腐蚀性气，对安全生产构成严重威胁。硫化氢具有强烈的神经毒性，对粘膜有强烈刺激作用。低浓度的硫化氢气体对呼吸道及眼的局部刺激作用明显；短期内吸入高浓度硫化氢后出现流泪、眼痛、眼内异物感、畏光、视物模糊、流涕、咽喉部灼热感、咳嗽、胸闷、头痛、头晕、乏力、意识模糊等，浓度越高，全身性作用越明显，表现为中枢神经系统症状和窒息状。高浓度的硫化氢气体可直接抑制呼吸中枢，引起窒息而死亡。硫化氢气体毒害分级为高毒危害，职业接触限制，最高容许浓度是10mg/m3。硫化氢是一种无色、有臭味气体，比重为1.19，易溶于水，呈弱酸性。硫化氢气体通常存在于岩层裂隙或溶洞中，硫化氢气体在地层压力作用下已形成为压缩性气体，一旦释放出来硫化氢气体浓度超过容许浓度会造成职业危害。
长期以来，在隧道掘进施工中，处理掌子面排放的硫化氢气体以消除其对施工人员造成职业危害，所采用的主要方法是压入式通风。压入式通风是采用风机和风管组成的通风系统将隧道外的新鲜空气通入施工掌子面，用新鲜空气稀释和置换聚集在施工掌子面区域的硫化氢气体，使该区域空气中硫化氢气体浓度满足安全标准要求。由于受各种复杂因素影响，在隧道施工掌子面区域硫化氢气体的排出速率和排出量不是定值，而通风系统的新鲜空气压入速率和压入量相对稳定，就可能出现新鲜空气压入量不能满足将隧道施工掌子面区域硫化氢气体浓度稀释到满足安全标准要求。一旦这种情况出现，就会对在该区域正在作业的人员造成职业伤害。要减少和避免这种情况发生，经分析可采取以下两个方面措施：一种是增加新鲜空气压入速率和压入量，但这会受到通风系统风机能力的限制；另一种是采取化学和物理措施有效减少隧道施工掌子面区域硫化氢气体排出量，但这种采取化学和物理措施减少隧道施工掌子面区域硫化氢气体排出量的措施未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用化学和物理措施有效减少隧道施工掌子面区域的硫化氢气体排出量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、超前注浆帷幕封堵：采用钻爆法进行隧道开挖施工之前，通过预注浆在隧道掌子面前方施工超前注浆帷幕，过程如下：
步骤101、预注浆孔钻孔：由后向前在隧道掌子面前方的岩层中钻取多个预注浆孔；所述预注浆孔的钻孔深度大于隧道掌子面上所钻炮孔的钻孔深度；
步骤102、预注浆：向步骤101中多个所述预注浆孔内分别注入封堵浆液；待所注封堵浆液凝固后，形成对隧道掌子面前方岩层中裂隙进行封堵的超前注浆帷幕；
步骤二、注入弱碱性溶液增大气体溶解度：采用钻机在隧道掌子面上钻取炮孔时，通过所述钻机的中空钻杆向所钻炮孔内注入弱碱性溶液；所述弱碱性溶液的pH值为9～11。
上述一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征是：步骤102中所述封堵浆液为水泥浆液或由水泥浆和水玻璃组成的双液浆。
上述一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征是：步骤一中所述超前注浆帷幕为隧道全断面注浆帷幕或位于隧道掌子面外周侧的环状注浆帷幕。
上述一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征是：步骤一中当所述超前注浆帷幕为隧道全断面注浆帷幕时，步骤101中多个所述预注浆孔均布设在隧道掌子面上，多个所述预注浆孔由内至外分多圈进行布设，每圈所述预注浆孔均包括多个沿圆周方向布设的预注浆孔；当所述超前注浆帷幕为所述环状注浆帷幕时，步骤101中多个所述预注浆孔均布设在隧道掌子面的外周侧，多个所述预注浆孔沿隧道掌子面的开挖轮廓线由前至后进行布设或沿圆周方向进行布设。
上述一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征是：所述预注浆孔的钻孔深度为所述炮孔钻孔深度的1.2倍～1.8倍。
上述一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征是：所述预注浆孔的钻孔深度为所述炮孔钻孔深度的1.5倍。
上述一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征是：步骤101中所述预注浆孔沿所施工隧道的纵向延伸方向进行布设。
上述一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征是：步骤二中所述弱碱性溶液为强碱弱酸盐溶液。
上述一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征是：所述强碱弱酸盐溶液为碳酸钠水溶液。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、方法步骤简单、设计合理且投入施工成本较低。
2、施工简便且实现方便。
3、使用效果好且实用价值高，采用化学和物理措施相结合控制硫化氢气体排出量，其中采用物理措施(具体是超前注浆帷幕)封堵岩层裂隙形成屏障区域，能有效增加硫化氢气体排放运动阻力，并能有效减少排放作业区的硫化氢气体量和硫化氢气体的排放速率；采用的化学措施是在炮孔钻孔过程中通过中空钻杆注入强碱弱酸盐溶液，明显增加钻孔过程中排出的硫化氢气体在液体中的溶解量，从而有效减少在钻孔过程中排放到掌子面作业区的硫化氢气体量。
综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用化学和物理措施有效减少隧道施工掌子面区域的硫化氢气体排出量。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
图2为本发明隧道全断面注浆帷幕的预注浆孔布设位置示意图。
附图标记说明:
1—隧道掌子面； 2—预注浆孔。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、超前注浆帷幕封堵：采用钻爆法进行隧道开挖施工之前，通过预注浆在隧道掌子面1前方施工超前注浆帷幕，过程如下：
步骤101、预注浆孔钻孔：由后向前在隧道掌子面1前方的岩层中钻取多个预注浆孔2；所述预注浆孔2的钻孔深度大于隧道掌子面1上所钻炮孔的钻孔深度；
步骤102、预注浆：向步骤101中多个所述预注浆孔2内分别注入封堵浆液；待所注封堵浆液凝固后，形成对隧道掌子面1前方岩层中裂隙进行封堵的超前注浆帷幕；
步骤二、注入弱碱性溶液增大气体溶解度：采用钻机在隧道掌子面1上钻取炮孔时，通过所述钻机的中空钻杆向所钻炮孔内注入弱碱性溶液；所述弱碱性溶液的pH值为9～11。
硫化氢气体通常存在岩层裂隙中，采用物理措施封堵岩层裂隙，形成屏障区域，能有效增加硫化氢气体排放运动阻力，并能有效减少排放作业区的硫化氢气体量和硫化氢气体的排放速率。
实际施工时，步骤102中所述封堵浆液为水泥浆液或由水泥浆和水玻璃组成的双液浆。本实施例中，所述封堵浆液为由水泥浆和水玻璃组成的双液浆。
并且，所述预注浆孔2的钻孔深度为所述炮孔钻孔深度的1.2倍～1.8倍。
本实施例中，所述预注浆孔2的钻孔深度为所述炮孔钻孔深度的1.5倍。
实际施工时，可根据具体需要，对所述预注浆孔2的钻孔深度进行相应调整。
本实施例中，步骤101中所述预注浆孔2沿所施工隧道的纵向延伸方向进行布设。
本实施例中，步骤一中所述超前注浆帷幕为隧道全断面注浆帷幕。
如图2所示，步骤101中多个所述预注浆孔2均布设在隧道掌子面1上，多个所述预注浆孔2由内至外分多圈进行布设，每圈所述预注浆孔2均包括多个沿圆周方向布设的预注浆孔2。
本实施例中，每圈所述预注浆孔2中的多个所述预注浆孔2均呈均匀布设，并且相邻两圈所述预注浆孔2之间的间距均相同。
本发明采用的减少硫化氢提起排出量的物理措施是隧道全断面深孔预注浆，封堵掌子面范围炮孔钻孔深度1.5倍长度范围内的岩层裂隙。预注浆液凝固后，注浆区域的岩层裂隙基本被封堵。由于每次爆破开挖深度小于预注浆孔2的钻孔深度，这就使得在掌子面前方断面约0.5倍预注浆孔2钻孔深度范围内的大部分岩层裂隙均得到了有效封堵，这就会增加硫化氢气体从隧道掌子面1排出的阻力，从而能明显减少硫化氢气体从隧道掌子面1排出的速率和排出量，使得作业区空气中硫化氢浓度处于较低水平。
实际施工时，步骤二中所述弱碱性溶液为强碱弱酸盐溶液。
本实施例中，所述强碱弱酸盐溶液为碳酸钠水溶液。
实际使用时，所述强碱弱酸盐溶液也可以为其它类型的强碱弱酸盐溶液，如碳酸钾水溶液。
隧道掘进施工采用的是钻爆法，需先钻取炮孔，钻孔时为了排碴、抑制粉尘和冷却钻具，在钻进过程中要通过中空钻杆持续向钻孔区持续注水。在含有硫化氢气体的地层进行隧道掘进施工时，钻孔过程中地层中的硫化氢气体一部分溶解于水，由于受硫化氢气体在水中的饱和溶解度和溶解速率的限制，一部分硫化氢气体会排放到掌子面。为了减少排放到掌子面的硫化氢气体量，就要增加硫化氢气体在液体中的溶解度，溶解度增大了硫化氢气体在液体溶解量，这样就可以有效减少在钻孔作业时排放到掌子面的硫化氢气体。
因而，本发明中，注入所述弱碱性溶液时，采用现有钻爆法施工时通过中空钻杆注水的注水设备与注水方法，对所述弱碱性溶液进行注入。具体而言，只需将现有钻爆法施工时通过中空钻杆注入的水替换为所述弱碱性溶液即可。
本发明中增加钻孔过程中硫化氢气体在水中溶解度的方法，是利用硫化氢易溶于水，其水溶液呈弱酸性的特性，将通过中空钻杆向钻孔区注水改成注低腐蚀性的pH值在9～11之间且呈强碱弱酸性的碳酸钠(Na2CO3)水溶液。这样钻孔过程中，溶解于碳酸钠(Na2CO3)水溶液中的硫化氢(H2S)与溶液中的碳酸钠(Na2CO3)发生如下化学反应：
H2S+Na2CO3＝NaHS+NaHCO3；
NaHCO3+H2S＝NaHS+H2O+CO2；
这样，能明显增加钻孔过程中排出的硫化氢气体在水中的溶解量，从而能有效减少在钻孔过程中排放到掌子面作业区的硫化氢气体量。综上，通过超前注浆帷幕封堵，能有效增加硫化氢气体的排出阻力，降低硫化氢气体的排出速率和排出量。并且，步骤二中注入所述弱碱性溶液时，采用钻机在隧道掌子面1上钻取炮孔时，通过将钻孔时通过中空钻杆注入用于冷却钻进和排渣除尘的水改为腐蚀性较低强碱弱性盐溶液实现弱碱性溶液的注入。
实施例2
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤一中所述超前注浆帷幕为位于隧道掌子面1外周侧的环状注浆帷幕；步骤101中多个所述预注浆孔2均布设在隧道掌子面1的外周侧，多个所述预注浆孔2沿隧道掌子面1的开挖轮廓线由前至后进行布设或沿圆周方向进行布设。
实际施工时，多个所述预注浆孔2靠近开挖轮廓线进行布设。
这样，在开挖断面范围外周侧炮孔钻孔深度1.5倍长度范围内预注水泥-水玻璃双液浆，所注浆液凝固后，在开挖断面范围外侧形成封闭的环状长度约为炮孔钻孔深度1.5倍的帷幕屏障，这个帷幕屏障形成硫化氢气体从隧道开挖断面径向向施工作业区排放路径上的物理阻隔层，这样就有效减少从隧道开挖断面径向向施工作业区排放硫化氢气体速率和排放量。
本实施例中，其余方法步骤均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、超前注浆帷幕封堵：采用钻爆法进行隧道开挖施工之前，通过预注浆在隧道掌子面(1)前方施工超前注浆帷幕，过程如下：
步骤101、预注浆孔钻孔：由后向前在隧道掌子面(1)前方的岩层中钻取多个预注浆孔(2)；所述预注浆孔(2)的钻孔深度大于隧道掌子面(1)上所钻炮孔的钻孔深度；
步骤101中所述预注浆孔(2)沿所施工隧道的纵向延伸方向进行布设；
步骤102、预注浆：向步骤101中多个所述预注浆孔(2)内分别注入封堵浆液；待所注封堵浆液凝固后，形成对隧道掌子面(1)前方岩层中裂隙进行封堵的超前注浆帷幕；
步骤二、注入弱碱性溶液增大气体溶解度：采用钻机在隧道掌子面(1)上钻取炮孔时，通过所述钻机的中空钻杆向所钻炮孔内注入弱碱性溶液；所述弱碱性溶液的pH值为9～11；
所述炮孔为采用钻爆法施工时钻取的炮孔；采用钻爆法施工时通过中空钻杆注水的注水设备与注水方法，对所述弱碱性溶液进行注入。
2.按照权利要求1所述的一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征在于：步骤102中所述封堵浆液为水泥浆液或由水泥浆和水玻璃组成的双液浆。
3.按照权利要求1或2所述的一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征在于：步骤一中所述超前注浆帷幕为隧道全断面注浆帷幕或位于隧道掌子面(1)外周侧的环状注浆帷幕。
4.按照权利要求3所述的一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征在于：步骤一中当所述超前注浆帷幕为隧道全断面注浆帷幕时，步骤101中多个所述预注浆孔(2)均布设在隧道掌子面(1)上，多个所述预注浆孔(2)由内至外分多圈进行布设，每圈所述预注浆孔(2)均包括多个沿圆周方向布设的预注浆孔(2)；当所述超前注浆帷幕为所述环状注浆帷幕时，步骤101中多个所述预注浆孔(2)均布设在隧道掌子面(1)的外周侧，多个所述预注浆孔(2)沿隧道掌子面(1)的开挖轮廓线由前至后进行布设或沿圆周方向进行布设。
5.按照权利要求1或2所述的一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征在于：所述预注浆孔(2)的钻孔深度为所述炮孔钻孔深度的1.2倍～1.8倍。
6.按照权利要求5所述的一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征在于：所述预注浆孔(2)的钻孔深度为所述炮孔钻孔深度的1.5倍。
7.按照权利要求1或2所述的一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征在于：步骤二中所述弱碱性溶液为强碱弱酸盐溶液。
8.按照权利要求7所述的一种隧道施工中减少硫化氢气体排出量的方法，其特征在于：所述强碱弱酸盐溶液为碳酸钠水溶液。
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