含硫化氫土質(zhì)疏浚施工技術(shù)研究

◎ 李剛 楊海

1.中交四航局第三工程有限公司廣東；2.中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司

硫化氫氣體是一種無(wú)色、惡臭的氣體，是一種廣譜性有毒氣體。它不僅對(duì)各種生物具有嚴(yán)重的毒害作用，而且能對(duì)許多金屬材料造成嚴(yán)重的腐蝕破壞硫化[1]。在國(guó)內(nèi)疏浚工程中少見(jiàn)含硫化氫土質(zhì)，相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)較少，在境外疏浚工程為常施工有害氣體，甚至有發(fā)生因硫化氫中毒人員傷亡事件。坦桑尼亞達(dá)港疏浚項(xiàng)目工程量大，并含有大量的殘骸腐化后形成H2S氣體，在當(dāng)?shù)仫L(fēng)力，部分施工區(qū)域較封閉的條件下，如果規(guī)避H2S氣體影響，保障施工安全是本項(xiàng)目的重難點(diǎn)。本文就如何采取科學(xué)施工方案和技術(shù)措施，解決硫化氫氣體土質(zhì)疏浚施工困難，確保安全施工進(jìn)行探討研究。

1.工程概況

坦桑尼亞達(dá)港疏浚項(xiàng)目包括外航道、航道入口、調(diào)頭圓及內(nèi)航道區(qū)域。疏浚工程量約1000萬(wàn)m3。外航道1區(qū)長(zhǎng)2165m，底邊設(shè)計(jì)寬度從240m漸變?yōu)?90m；航道入口長(zhǎng)1309m，底邊設(shè)計(jì)寬度多樣；調(diào)頭圓半徑260m；內(nèi)航道長(zhǎng)1778m，底邊設(shè)計(jì)寬度215m。施工平面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 坦桑尼亞達(dá)港疏浚項(xiàng)目平面布置圖

2.自然條件及地質(zhì)條件

施工區(qū)口門以內(nèi)為半封閉港灣，港內(nèi)流速約0.2m/s；港區(qū)外沿海水域的主要水流是南赤道流，速度在0.5～0.6m/s的范圍內(nèi)，流向?yàn)闁|北方向。

海上波浪離岸區(qū)域主導(dǎo)方向?yàn)闁|南偏東，最高波浪來(lái)自東南偏南方向；年平均波高為1.6m；近岸地區(qū)最高波浪來(lái)自東北，最大波高為2.4～3.4m。本地為規(guī)則半日潮，高潮3.2 m，低潮1.2 m。

工程所在地為熱帶草原氣候，氣候溫和干燥，全年極少有霧。當(dāng)?shù)厥芤荒暧袃纱渭撅L(fēng)期，相對(duì)項(xiàng)目投入船舶的抗風(fēng)浪能力，該區(qū)域風(fēng)況對(duì)施工船舶影響較小。

含硫化氫土質(zhì)以淤泥為主，含貝殼碎片及有機(jī)物，非常軟到軟，泥面含水率為100%，泥面以下10m含水率為50%，有機(jī)物含量為8%～16%。

3.含H2S土質(zhì)區(qū)域分布情況

經(jīng)調(diào)查，含有H2S的區(qū)域?yàn)橥夂降兰皟?nèi)航道，主要由動(dòng)物的殘骸腐化后形成H2S氣體，分散于施工土層的各個(gè)部位。其中內(nèi)航道含量分布較大，該區(qū)域位于港內(nèi)半封閉區(qū)域，四周均有城市建筑環(huán)抱，風(fēng)力值較小，氣體擴(kuò)散條件不佳，土層厚度在2m左右，H2S含量高，是本工程施工H2S土質(zhì)的重難點(diǎn)。

4.施工方案

4.1 主要施工船舶

本項(xiàng)目主要投入船舶有耙吸船1艘，抓斗船1艘，泥駁3艘，交通艇1艘。

4.2 硫化氫監(jiān)測(cè)及防護(hù)設(shè)備配備

H2S的影響取決于受到影響的持續(xù)時(shí)間以及曝露在何種濃度下，同時(shí)個(gè)人的身體狀況也存在差異，根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工作場(chǎng)所H2S閾限值為10ppm[2]。為有效監(jiān)測(cè)和防控H2S影響，本項(xiàng)目配備了充足、適用的硫化氫監(jiān)測(cè)及防護(hù)設(shè)備配備，見(jiàn)表1及圖2。

表1 硫化氫監(jiān)測(cè)及防護(hù)設(shè)備配備表

圖2 硫化氫主要監(jiān)測(cè)儀器

（1）根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)船舶的船型及船舶布局，選定YT-95H-H2S-A型固定式H2S報(bào)警器，共安裝30個(gè)固定式探測(cè)器各2臺(tái)監(jiān)測(cè)主機(jī)。固定式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置10ppm、20ppm、100ppm三級(jí)報(bào)警機(jī)制，不同層級(jí)報(bào)警觸發(fā)閾值以適應(yīng)不同場(chǎng)所預(yù)警處置需要[3]。

（2）值班船員各配備一臺(tái)便攜式H2S氣體檢測(cè)儀。當(dāng)空氣中H2S濃度大于10ppm時(shí)，會(huì)發(fā)出蜂鳴聲報(bào)警，當(dāng)空氣中H2S濃度大于15ppm時(shí)，會(huì)發(fā)紅色報(bào)警信號(hào)。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)每條船舶配備2臺(tái)四合一氣體檢測(cè)儀，以檢測(cè)空氣中存在H2S氣及其他有毒氣體。

（4）在住艙各房間配備一臺(tái)大功率立柜式風(fēng)扇，在主機(jī)艙、泵艙、修理間等人員經(jīng)常出現(xiàn)的空氣不流通場(chǎng)所放置大功率防爆型軸流風(fēng)機(jī)，加快艙室氣體流通，防止H2S氣體聚集。

（5）在住艙、泵艙、機(jī)艙監(jiān)控室、駕駛臺(tái)等人員密集型場(chǎng)所，配備滿足需求的緊急呼吸器。帶氣瓶的呼吸器用過(guò)后立即安排及時(shí)充氣。對(duì)未使用過(guò)的設(shè)備每月進(jìn)行一次檢驗(yàn)。

4.3 施工期間人員操作規(guī)程

在船舶施工期間，為了減少暴露在可能存在H2S氣體場(chǎng)所的機(jī)會(huì)，項(xiàng)目部和船舶制定相應(yīng)的規(guī)章制度，控制可能出現(xiàn)存在H2S氣體場(chǎng)所的人員數(shù)量。主要操作規(guī)程有：

（1）所有在船工作的人員必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，熟知防護(hù)器材放置的位置及使用方法，能夠在H2S探測(cè)器發(fā)出警報(bào)后的第一時(shí)間找到相關(guān)的防護(hù)用品，并正確使用。

（2）嚴(yán)格控制外來(lái)人員登船的頻率和人數(shù)，外來(lái)人員登船后，必須經(jīng)過(guò)船舶H2S專項(xiàng)安全培訓(xùn)。

（3）在施工內(nèi)航道期間，全船非必要性崗位，禁止出艙作業(yè)，如需作業(yè)，需2人及以上人員同時(shí)前往，必須佩戴緊急呼吸器和H2S氣體檢測(cè)儀，并且每次外出作業(yè)時(shí)間控制在15分鐘內(nèi)。

（4）施工內(nèi)航道期間，住艙內(nèi)風(fēng)機(jī)關(guān)閉外循環(huán)，打開(kāi)內(nèi)循環(huán)模式，利用大功率防爆型軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)加快空氣流動(dòng)。

（5）施工期間如發(fā)現(xiàn)H2S氣體達(dá)到固定式H2S氣體探測(cè)器低報(bào)警值時(shí)（10ppm），船舶應(yīng)立即發(fā)出全船警報(bào)通知，要求所有在崗人員攜帶緊急呼吸器，船舶可繼續(xù)施工，同時(shí)船舶根據(jù)風(fēng)向，調(diào)整船舶位置，保持駕駛臺(tái)、住艙、機(jī)艙監(jiān)控室等，處于上風(fēng)處。如固定式H2S氣體探測(cè)器持續(xù)警報(bào)且濃度提升，則立即停工。如濃度下降，繼續(xù)施工并保持實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（6）施工期間如發(fā)現(xiàn)H2S氣體釋放達(dá)到固定式H2S氣體探測(cè)器高報(bào)警值時(shí)（20ppm），船舶應(yīng)立即發(fā)出全船警報(bào)，駕駛員應(yīng)立即停止施工，駛離施工區(qū)進(jìn)行通風(fēng)處理，所有在船人員攜帶緊急呼吸器，到指定集合地點(diǎn)集合，清點(diǎn)人數(shù)。

（7）施工完畢前往拋泥區(qū)途中，船舶利用機(jī)械及自然通風(fēng)及時(shí)完成艙室內(nèi)部通風(fēng)換氣工作。通風(fēng)后船舶經(jīng)探測(cè)無(wú)H2S風(fēng)險(xiǎn)后，開(kāi)始正常作業(yè)。

（8）拋泥過(guò)程中，保持船舶頂風(fēng)或橫風(fēng)拋泥。拋泥結(jié)束，抵達(dá)施工區(qū)前30分鐘，非作業(yè)人員艙室內(nèi)保持待命，作業(yè)人員準(zhǔn)備好防護(hù)裝置進(jìn)行作業(yè)，駕駛臺(tái)操作人員做好施工準(zhǔn)備，抵達(dá)施工區(qū)后按照制定的施工工藝開(kāi)始施工。

（9）如果進(jìn)行艙室檢測(cè)，需2人及以上人員同時(shí)參加，該類人員需首先進(jìn)行過(guò)專業(yè)的探測(cè)培訓(xùn)。兩人一組進(jìn)行探測(cè)，需保持10米左右的距離并保持通訊暢通。

4.4 含硫化氫土質(zhì)施工工藝

（1）選擇合適風(fēng)向施工：根據(jù)該地區(qū)風(fēng)玫瑰圖，分析主要風(fēng)向、次主導(dǎo)風(fēng)向及其風(fēng)速，同時(shí)查看船舶施工航道走向，充分利用H2S氣體在風(fēng)中擴(kuò)散速度快的物理性質(zhì)，合理利用風(fēng)向及風(fēng)速，降低H2S氣體對(duì)施工安全的影響。隨時(shí)觀察船舶相對(duì)風(fēng)向，便于船舶合理安排施工生產(chǎn)，盡量頂風(fēng)、橫風(fēng)施工。

①當(dāng)無(wú)風(fēng)時(shí)，增加航速2.5～3節(jié)，減少H2S氣體在船舶聚集時(shí)間。②頂風(fēng)時(shí)，正常施工，注意船尾機(jī)艙的報(bào)警器情況，保持風(fēng)機(jī)常開(kāi)。③橫風(fēng)時(shí)施工內(nèi)航道等H2S氣體偏高的區(qū)域。因?yàn)槭┕r(shí)產(chǎn)生的H2S氣體能快速飄向下風(fēng)側(cè)，即便船舶下風(fēng)側(cè)H2S氣體有局部聚積，可開(kāi)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)散。④當(dāng)順風(fēng)時(shí)，船舶不得進(jìn)行施工。

（2）施工前裝艙壓載：施工前艙內(nèi)注泥漿，采取最高溢流，關(guān)閉前裝艙，開(kāi)啟耙頭高壓沖水耐磨塊處和耙腔內(nèi)部一處，耙唇上揚(yáng)調(diào)整角度，使耙唇與泥面分離，利用高壓沖水在海底先把泥質(zhì)打散，使H2S先揮發(fā)或是溶解到水中一部分。

（3）不裝艙施工：如果裝艙施工，H2S濃度持續(xù)報(bào)警，采取雙耙低濃度外排施工，耙頭開(kāi)啟高壓沖水，耙唇上揚(yáng)調(diào)整角度，泥漿經(jīng)過(guò)泥泵后不裝艙，通過(guò)低濃度排放直接排出船外，機(jī)艙、泵艙及時(shí)排風(fēng)，減少H2S聚集施工效率低。

（4）改裝犁齒：為釋放土質(zhì)中H2S氣體，在耙頭耐磨塊處安裝雙面犁齒，加大施工期間耙頭對(duì)施工區(qū)土質(zhì)的破碎作用，充分利用犁齒特性，把海底泥土翻搗，疊合高壓沖水的作用，對(duì)翻搗的泥土進(jìn)行充分沖散，釋放泥土中的H2S氣體。

4.5 保障措施

（1）項(xiàng)目部與當(dāng)?shù)蒯t(yī)院建立傷害救治綠色通道，設(shè)立應(yīng)急車、船，全天候安排妥當(dāng)，保證傷員能夠得到及時(shí)救治。

（2）制作船員健康檔案。甲板部及機(jī)艙部就本部門人員進(jìn)行健康情況調(diào)查，主要針對(duì)有無(wú)眼睛疼痛、呼吸道刺激、嗅覺(jué)變化等癥狀，登記在健康檔案中。

（2）船舶安裝固定式H2S探測(cè)器，如出現(xiàn)險(xiǎn)情，全船人員立刻到指定集合地點(diǎn)，并佩戴緊急呼吸器。

（3）H2S防護(hù)設(shè)備必須按照規(guī)定存放，并保證處于隨時(shí)可用狀態(tài)，監(jiān)測(cè)儀器及個(gè)體防護(hù)設(shè)備應(yīng)由專人管理并建立設(shè)備檔案。

（4）船舶施工期間，一方面注重船員的個(gè)體防護(hù)，一方面對(duì)船舶進(jìn)行改造。由于裝艙施工期間，含H2S泥漿從出艙口砸向艙底，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，釋放大量H2S氣體，H2S氣體沿泥艙壁反沖到泥艙上部，然后擴(kuò)散，整體呈高處密度大于低處的特點(diǎn)。

（5）在泥艙四周及上方焊接龍骨，采用特殊布膜進(jìn)行泥艙封閉，封閉區(qū)域靠近駕駛臺(tái)側(cè)約15～20m及泥艙后段10m區(qū)域，中間區(qū)域布設(shè)大功率軸流風(fēng)機(jī)，驅(qū)散H2S，防止H2S氣體從前后進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入艙內(nèi)，確保船舶各艙室內(nèi)部H2S濃度值在正常范圍內(nèi)。

（6）將處于泥艙甲板的24個(gè)小泥門孔內(nèi)部采用膨脹泡沫劑填充，外部加裝特制蓋板塞牢，防止施工時(shí)H2S通過(guò)此處向外釋放。

（7）施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)疏浚物中存在H2S氣體時(shí)，嚴(yán)禁甲板作業(yè)。船舶大副、大管輪分別負(fù)責(zé)船舶甲板及機(jī)艙的艙室開(kāi)閉情況，施工過(guò)程中嚴(yán)禁開(kāi)啟艙門。起耙拋泥過(guò)程中離開(kāi)H2S區(qū)域后，及時(shí)大量通風(fēng)。拋泥采取頂風(fēng)或橫風(fēng)拋泥。

（8）調(diào)度室需要保持24小時(shí)值班并保證通訊暢通，時(shí)刻監(jiān)控風(fēng)、浪、潮汐等海況以及船舶動(dòng)態(tài)，及時(shí)通報(bào)天氣狀況。

（9）當(dāng)H2S濃度低于30mg/m3時(shí)可以使用過(guò)濾式H2S防毒面具，在H2S濃度大于75mg/m3或濃度不明的區(qū)域內(nèi)應(yīng)使用緊急呼吸器，禁止任何人不佩戴防護(hù)器具進(jìn)入可能發(fā)生H2S中毒的區(qū)域，禁止在有毒區(qū)域內(nèi)脫卸防毒用具。

（10）項(xiàng)目部通過(guò)船訊網(wǎng)及AIS對(duì)施工船舶的船位及船速進(jìn)行監(jiān)控，施工航速根據(jù)方案中不同風(fēng)向所對(duì)應(yīng)不同的航速限值。

5.結(jié)語(yǔ)

在深入調(diào)查工程硫化氫成因和分布情況后，結(jié)合并工程特點(diǎn)并借鑒研究結(jié)合有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)全天候、全方位監(jiān)測(cè)硫化氫濃度，采用針對(duì)性的施工工藝和科學(xué)專業(yè)的專業(yè)防毒保護(hù)措施，及嚴(yán)格的監(jiān)督、檢查、演練等管理措施，坦桑尼亞達(dá)港疏浚項(xiàng)目含硫化氫土質(zhì)施工取得了良好效果，減小了H2S的外溢，做好了防護(hù)工作，保障了施工人員及船機(jī)設(shè)備的安全。實(shí)踐證明，本文提出的方案措施可以保障硫化氫土質(zhì)下疏浚作業(yè)安全生產(chǎn)，可作為今后類似工程借鑒。