第2章
Chapter 2 安全通风关键技术
2.1 有害气体地层下隧道通风技术
2.1.1 盾构隧道内的污染物及危害
地面空气在进入施工隧道后，其成分和性质会发生一系列变化，如氧浓度降低，二氧化碳（CO2）浓度增加；混入各种有毒气体、有害气体和粉尘；状态参数（温度、湿度、压力等）发生改变等。
一般来说，隧道中未经过用风地点、受污染程度较轻的进风系统内的空气，称为新鲜空气（新风）；经过用风地点、受污染程度较重的回风隧道内的空气，称为污浊空气（乏风）。新鲜空气的主要成分是氧、氮和二氧化碳。污浊空气中一般含有大量有毒有害气体，如一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）等。对盾构隧道而言，在封闭的施工环境中，前端掘进产生的生产废料直接经管道输送至洞外，无直接粉尘产生。主要的有害物是突发事故地层内泄入的有害物及隧道内施工设备与工作人员排出的污染物。
盾构隧道内燃油机车会排出一定的烟气与粉尘，同时，焊接施工会产生一定的金属氧化物颗粒。人体新陈代谢产生的主要污染物的主要成分为二氧化碳。由此可总结出盾构隧道内主要的污染成分为甲烷（CH4）、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化物和氮氧化物、飘尘、蒸发性气体、氧化铁（Fe2O3）与二氧化硅（SiO2）等焊接烟尘。
甲烷为无色、无臭的易燃气体，在超过爆炸极限浓度后，会产生爆炸危害。甲烷本质上不是致癌物，对人体没有影响，但高浓度的甲烷会导致人感到头疼、头昏、困乏、精力不集中、心率加快、脑济失调乃至窒息。
一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体，相对密度为0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合。一氧化碳能燃烧，浓度在13%～75%时有爆炸危险；一氧化碳与人体血液中血红素的亲合力比氧大150～300倍。一氧化碳在进入人体后，首先与血液中的血红素结合，减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧功能，从而造成人体血液“窒息”。一氧化碳在随空气被人体吸入后，通过肺泡进入血液循环，与血液中的血红蛋白（Hb）及血液外的其他某些含铁蛋白质（如肌红蛋白、二价铁的细胞素等）形成具有可逆性的结合。由于其与血红蛋白的亲和力要比氧与血红蛋白的亲和力大240倍，因此会把血液内氧合血红蛋白中的氧排挤出来，形成碳氧血红蛋白（HbCO）；又由于碳氧血红蛋白的离解比氧合血红蛋白（HbO2）的离解慢3600倍，故前者比后者更稳定。
二氧化碳是无色、略带酸臭味的气体，比重为1.52，很难与空气均匀混合，故常积存在隧道的底部，在静止的空气中会产生明显的分界。二氧化碳不助燃也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水溶液呈弱酸性，对眼、鼻、喉黏膜有刺激作用。新鲜空气中微量的二氧化碳对人体是无害的；如果空气中完全不含二氧化碳，则人体的正常呼吸功能无法维持。
对于绝大多数的碳氢化物，当大气中的含量不高时，对人体健康不会造成直接的危害，但是也存在少量的碳氢化物（如因燃料不完全燃烧而生成的3，4-苯并芘等），即使在大气中含量少、浓度低，也会致癌。另外，苯、甲苯、二甲苯等碳氢化物在浓度较高时也容易诱发人体的畸变和癌变，对人体造成严重伤害。甲烷等一些气态的碳氢化物对大气造成的污染是导致“温室效应”的原因之一。一些碳氢化物在一定条件（如和大气中的氮氧化物、臭氧等混合存在并有阳光照射）下还会转化成次生污染物并导致有害的光化学烟雾的产生。危害极大的是多环芳烃（一类芳香族烃类化合物），它是已经被科学家证实的一类可致突变和致癌的有机污染物。
氮氧化物在遇到水或水蒸气后能生成一种酸性物质，会对绝大多数金属和有机物造成腐蚀性损坏；它还会灼伤人和其他活体组织，使活体组织中的水分遭到损坏，发生腐蚀性化学变化；它在和血液中的血红蛋白结合后，会使血液缺氧，引起中枢神经麻木；在被吸入气管后会产生硝酸，损坏血液中的血红蛋白，破坏血液输氧功能，造成严重缺氧。研究发现，在二氧化氮污染区内，人的呼吸机能会下降，氮氧化物中的二氧化氮可引起咳嗽和咽喉痛，假如再加上二氧化硫的影响，会加剧支气管炎、哮喘病和肺气肿，使呼吸器官的发病率增高。在与碳氢化合物一起经太阳紫外线照射后，会生成一种有毒的气体——光化学烟雾。这些光化学烟雾能使人的眼睛红痛、视力减弱，使人感到呼吸困难、头痛、胸痛、全身麻木，使人患肺水肿，甚至危及生命。
焊接烟尘中的主要有害物质为氧化铁、二氧化硅、氧化锰（MnO）、氟化氢（HF）等，其中含量最多的为氧化铁，一般占烟尘总量的35.56%，其次是二氧化硅，占10%～20%，氧化锰则占5%～20%。这些有害物质会导致许多疾病的出现，如肺癌、哮喘、湿疹、支气管炎、皮肤过敏、呼吸道感染等，重则紊乱中枢神经、破坏消化系统，导致并发症而使人死亡。
飘尘中含有烟气、大气尘埃、纤维性粒子及花粉，其中直径小于10μm的微粒称为可吸入颗粒物，其可被吸入并停留在呼吸道中，造成肺癌。按质量计，大气尘中的可吸入颗粒物占72%，工业过程产尘中的可吸入颗粒物占30%。
国家对公共环境的安全健康日益关注，施工企业必须将作业环境的安全健康、施工质量、企业效益紧密结合，研究实施安全、经济、高效的安全保障技术。隧道施工独头掘进距离越来越长，地质环境越发多样化，遇到的新问题越来越多，通风系统的重要性日益增大。
2.1.2 国家相关规范
（1）《煤矿安全规程》国家安全生产监督管理总局令〔2016〕第87号
（2）《公路隧道通风设计细则》JTG/T D70/2-02—2014
（3）《盾构法隧道施工及验收规范》GB 50446—2017
（4）《铁路隧道设计规范》TB 10003—2016
（5）《公路瓦斯隧道设计与施工技术规范》JTG/T 3374—2020
（6）《煤炭工业矿井设计规范》GB 50215—2015
（7）《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50019—2015
（8）《爆炸性气体环境用电气设备》GB 3836.14—2000
（9）《煤矿井工开采通风技术条件》AQ 1028—2006
（10）《煤矿瓦斯抽采工程设计标准》GB 50471—2018