守护城市地下“生命线”，助力地下工程气体检测

城市轨道交通快速发展，施工安全需要重视
● 2008年4月15日，广州地铁6号线东湖站至黄花岗站施工现场发生爆炸事故。在盾构机开舱作业时，盾构机掘进速度下降，施工人员判断刀盘刀片磨钝，因此决定打开刀盘室进行检查。一名工人拿水管冲洗盾构刀片，另一名工人拿防爆灯照明，此时发生爆炸。事故造成2人死亡，5人受伤。
经事故调查显示，盾构机土舱内甲烷、一氧化碳等有害气体严重超标，由于盾构机土舱内聚集了大量甲烷等有害气体，开舱过程中发生爆燃。
● 2009年５月１６日，广州地铁三号线北延段地下施工现场突遇不明气体，造成现场作业人员中毒，有３人遇险死亡。
● 2015年1月2日，武汉轨道交通3号线市民之家站至宏图大道站盾构区间发生可燃气体爆炸，2名施工人员失联。
......
地铁是城市内快速轨道交通中的一部分，具有较大的运输量、快速、准点、污染少、乘坐舒适等多方面的优点，常常称之为“绿色交通”。目前，我国已开通城市轨道交通的城市共有51个，其中中国内地45个、中国港澳台地区6个，还有更多城市正在规划发展城市轨道交通。
无论建设速度还是建设规模，我国城市轨道交通都正经历着一个前所未有的快速发展时期，很多的大型城市均已经建成或者正在建设多条地铁路线。
随着近年国内盾构施工技术水平和盾构国产化率的不断提高，特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下，地铁工程盾构法隧道施工越来越受到重视和青睐。 
地铁盾构是城市地铁施工中一种重要的施工技术，是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法。它使用地铁盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。其施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，将地铁盾构机吊入安装，地铁盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。
目前，盾构法是城市地下隧道特别是地铁隧道工程最卓有成效的区间施工方法，在我国已经得到了广泛的应用。在盾构掘进过程中，受地层条件及刀具耐磨的影响，盾构机在掘进隧道施工到一定工程量后，刀具将会磨损，须进行开仓换刀处理。在人员进入换刀作业的过程中，就不得不进入到土仓这个相对封闭的空间中作业。
根据《密闭空间作业职业危害防护规范》，密闭空间指与外界相对隔离，进出口受限，自然通风不良，足够容纳一人进入并从事非常规、非连续作业的有限空间。
密闭空间的环境，通常有以下的问题：
● 工作空间狭窄，有害有毒气体容易积聚；
● 环境的突然改变，有害有毒气体的产生往往使人措手不及；
● 出入通道狭窄，导致逃生及拯救困难；
在密闭空间中作业，对作业人员的最大环境因素危险首先来自于密闭空间内产生的有毒有害气体，常见的如一氧化碳、硫化氢，其次是缺氧环境。如果不及时采取有效措施，可能会引起作业工人急性中毒，严重者甚至导致死亡。
地铁隧道施工中必须高度重视，作业环境有害气体的监测
在地铁修建过程中，盾构隧道穿越地层地质条件复杂多样，特别是有害气层极易引起施工人员中毒和盾体爆燃！因此，对盾构施工环境中的有毒有害气体进行监测预警非常关键。同时，盾构施工这种密闭、半密闭空间作业，对工作环境气体（氧气等）监测同样需要。
隧道内有毒有害气体会对人体机能造成伤害，主要有刺激性气体如氯气，光气，二氧化硫、氮氧化物、氨气等，对皮肤、粘膜有强烈的刺激作用，其中一些还具有腐蚀性。
窒息性气体有一氧化碳、二氧化碳、氮气等，这些气体对人体机能无明显的毒害，但是会造成细胞缺氧，产生缺氧性窒息的危险。
伴随着一定的地质扰动，有毒有害气体也会以强烈爆发的形式产生。
国家安全生产监管总局、交通运输部、国务院国资委、国家铁路局四部门联合印发了《隧道施工安全九条规定》，其中第五条明确规定“必须对有毒有害气体进行监测监控，加强通风管理，严禁浓度超标施工作业”。
隧道内施工环境应符合下列规定：
● 氧气含量按体积比不应小于20%；
● 有害气体浓度：
一氧化碳含量不应大于30mg/m3；
二氧化碳按体积不应大于5%，氮氧化物（换算成NO2）含量不应大于5mg/m3；
硫化氢、甲烷气体为0；
1甲烷气体
有机物在无氧状态下，由于细菌的作用能被分解成甲烷和二氧化碳气体。甲烷气体通常是在有机质的土层中产生，如泥炭、有机粉砂和有机体在潮湿环境下腐烂的地方都会有甲烷气体的产生，甲烷的产生量与土中有机物的含量有关。甲烷主要存在于砂、砂砾层上方的渗水、透气性能差的粘性土层中。多数的游离甲烷被压缩在这种粘性土层的凹部。
盾构施工过程中，溶于水中的甲烷气体会从水中释放出来，进入隧道空气中。甲烷是“瓦斯”气体的主要成分，空气中的甲烷达到一定的浓度遇明火就很容易引发爆燃，即发生“瓦斯”爆炸，直接威胁着施工人员的生命安全。
2一氧化碳
一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，对人体的伤害特征主要表现在一下方面：一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，产生碳氧血红蛋白，进而使血红蛋白不能与氧气结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡，因此，一氧化碳具有毒性，当含量达0.4%时，人在短时间内就可中毒死亡。
产生一氧化碳的原因主要是：燃料不完全燃烧引起的。盾构掘进过程，密闭的土仓环境内会聚集大量的一氧化碳。
3硫化氢
硫化氢高浓度时很快出现急性中毒，呼吸麻痹而死亡。
硫化氢是一种急性剧毒，吸入少量高浓度硫化氢可于短时间内致命，同时其亦是强烈的神经毒素，对粘膜有强烈刺激作用。
当空气中硫化氢达0.01—0.05%时，经几小时即有轻微中毒症状，会刺激眼、上呼吸道粘膜，浓度达0.1—0.2%时短时即会中毒致死。
即使是低浓度的硫化氢，也会损伤人的嗅觉。浓度高时反而没有气味（因为高浓度的硫化氢可以麻痹嗅觉神经）。
与空气或氧气以适当的比例（4.3%～46%）混合就会爆炸。
4氧气
密闭空间内的氧气不足是经常遇到的情况。盾构土仓内氧气不足的原因主要是土壤中的微生物行为，其次作业人员进仓作业过程也会减低土仓空间氧气的含量，如呼吸、烧焊作业。
在密闭空间中的氧气浓度检测要考虑到两个浓度点：氧气浓度太低会造成窒息；而超过常量的氧气可能会有强烈爆炸危险。
预防窒息和中毒事故的发生
需要采取的应对措施
针对地铁建设工程，为确保盾构施工开仓环境作业的气体符合相关卫生及安全标准，预防窒息和中毒事故的发生，应采取以下安全措施。  
(1)地铁工程隧道盾构法施工，是高风险、高技术的作业，针对缺氧危险工作环境发生缺氧室息和中毒室息的原因，应配备氧气浓度、有害气体浓度检测报警仪器、呼吸保护器具、通风换气设备和抢救器具。
(2)地铁工程隧道盾构法施工过程中，隧道内的通风必须选择合适的通风设备、通风方式及通风风量，保证施工通风符合规范要求。
(3)盾构开仓作业前，必须做好仓内气体检测；进仓作业过程中，必须做好连续的气体检测工作，分析其存在的危害。
● 在做好相关安全防备措施后，准备检测时，稍微打开预定的球阀让土仓的气体少量逸出，使用气体检测仪器初步判断土仓内有无易燃、易爆、有毒气体。然后再适当调节阀门，再对土仓内空气进行抽气检测。
● 对于任何进入密闭空间作业的人员要遵循的首要原则是：不要轻易相信自己的感觉，不要觉得“没事”而盲目进入。在进入密闭空间作业前，使用气体检测仪对土仓环境的空气进行检测是必要的程序。
(4)盾构机土仓、人仓及盾尾附近均可能聚集可燃气体、有害气体的环境空间，应对该区域特别防范。对存在燃烧和缺氧危险时，必须禁止明火火源防止火灾；当发现可燃气体或有害气体浓度超过充许值时，应立即撤出作业人员，加强通风、排风，只有当可燃气体或有害气体浓度达到安全标准后，才能继续施工。
(5)做好盾构机特殊部位如注浆孔、管片接缝、盾尾管片与地层间隙的密封处理，防止可燃气体、有害气体的溢出。
(6)盾构开仓后，作业人员进仓作业前以及作业过程中应对盾构仓内进行有效地通换气处理，保持仓内空气新鲜，确保施工安全。
(7)做好有关缺氧、室息的安全管理、教育、抢救等措施和设施同防毒措施部分，落实现场事故应急措施。
有害气体检测的关键
气体检测仪器的选择
为了防止地铁隧道在施工过程中，有毒有害气体超标带来的危险。避免因有害气体含量高，对施工人员身体健康、隧道工程安全造成毁灭性灾害，根据地铁隧道工程实际的施工情况，在确保监测准确的前提下，可以选择一些带有内置采样泵的便捷式气体检测仪（如复合气体检测仪、SO2、NH3、NOx、O2等气体检测仪）。
理研计器适时研发出适合隧道盾构机的高精度便携式气体检测仪设备--GW-3、GX-3R/Pro、04系列，GX-8000等。
理研计器的气体检测仪具有多项行业技术应用：如智能校准/提醒、数据存储、三段报警等功能，当气体浓度超标时，自动发出报警声响，排除险情。
● 针对现场作业项目，作业人员可以携带便携式气体检测器【GW-3,GX-3R/Pro】，可以及时发现有毒性气体，以进行安全作业。
作业人员佩带着专业的、可靠的仪器设备，如果遇到危险气体，仪器就会立即报警，完全不用担心那些无色无味的毒气。
● 04 系列作为一种单一便携式气体检测仪，能够检测可燃气体、氧气、硫化氢、一氧化碳、氨气等多种气体，用户可以根据自己的需要选择合适的仪器。
04系列搭配了理研计器最新研发的新型R传感器，拓宽了气体检测种类，更加适应广泛的市场环境。
GW-3、GX-3R/Pro、04系列气体检测仪设备，产品外观小巧，方便携带，移动灵活性比较强，现场环境走哪里都可以随检测，用户只需一键开机，无需任何化学试剂，即可实时对空气中的气体浓度进行检测，当现场达到预设的报警点时，会自动发出声光报警。并且便携式复合气体检测仪设备采用当前理研先进的气体检测传感技术，能够快速检测出结果。
● 【GX-8000】通过泵吸式对测试区域内的气体进行采样，然后将样气体送入仪器进行测试。具有检测速度快，危险区域远程测量，人员安全维护等特点。
在有限空间环境下，进出口较为狭窄有限，自然通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或氧含量不足的环境，这时候就需要气体检测仪对有限空间进行预检。
理研计器型号“GX-8000”有泵吸功能，可以非接触、分部位检测有限空间中不同部位上、中、下气体的分布。
结语
地铁隧道施工中必须高度重视作业环境有害气体的监测，并采取合理有效的综合治理手段，才能为地铁隧道施工创造良好的施工作业环境，这是保证地下隧道工程质量、安全、提高施工效率、维护施工人员身心健康的重要工程技术课题。
安全生产是关系人民群众生命财产安全的大事，是经济社会协调发展的标志。在生产过程中，通过安装气体检测报警装置，时刻检测有毒有害气体泄漏浓度，将风险隐患控制在源头。
理研计器拥有600多种气体传感器和100多种气体探测器。未来，我们仍将不断开发新产品、研发各项新功能，使得气体检测仪在应用上更先进、更适合日新月异的市场环境，致力于为用户提供一个最可靠、最准确、最安全的气体检测方案。
理研计器必将在未来气体产业的生命安全画卷中，添上浓墨重彩的一笔，守护人们的幸福生活，为生产和生活不断创造新价值！为用户选配适合原理的检测仪，用成熟的工艺完善气体检测系统。