بخشی از مقاله
چکیده
در تونلسازي بندرت به گازهاي طبیعی برخورد می شود. اما هرگاه این گازها وارد فضاهاي زیرزمینی شوند ترکیب هواي داخل تونل را تغییر داده و خطراتی را ایجاد می نمایند. مهمترین این گازها عبارتند از: گاز متان، دي اکسید کربن، منواکسید کربن، سولفید هیدروژن، دي اکسید گوگرد و گاز رادون. این گازها را می توان به دو دسته گازهاي قابل اشتعال و گازهاي سمی تقسیم نمود. منابع تولید این گازها متفاوت است و دانستن آن جهت ارزیابی مخاطرات ناشی از آنها از اهمیت زیادي برخوردار است. با این حال پیدایش چنین گازهایی به لایه منشأ، محدود نمیشود.
این گازها در داخل لایههاي نفوذپذیر به حرکت در میآیند تا در سطح زمین رها شوند یا در یک تله زمینشناسی به دام افتند. این تلهها عموماٌ در ارتباط با لایههاي چینخورده و در مجاورت آنها یافت میشوند. گاهی نیز جابجایی ناشی از گسلها موجب کنار هم قرار گرفتن لایهها و ایجاد یک تله گازي میشود. شناسایی گازها و محل تجمع آنها بسادگی امکانپذیر نیست. براي نیل به این هدف باید در فاز اکتشافی پروژههاي تونلی اقدامات ویژهاي صورت گیرد.
بخشی از این اقدامات شامل شناخت ناحیه جغرافیایی، نصب ایستگاههاي رفتارسنجی، تفسیر شرایط زمینشناسی و هیدروژئولوژي، بررسی روشهاي ژئوفیزیکی براي اکتشاف مخازن گاز و اندازهگیري میزان گاز در نمونههاي اخذ شده از گمانههاي مسیر تونل است. در این مقاله جهت کمک به برنامهریزي و انجام اقدامات لازم جهت شناسایی گازها و مناطق حاوي آنها و بویژه ارتباط این مناطق با تشکیلات و ساختارهاي زمینشناسی، ابتدا ویژگیها، منشأ و منابع تولید گازهاي مضر تشریح شده و سپس ارتباط آنها با ساختارهاي زمینشناسی مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
یکی از پارامترهایی که در مرحله ساخت تونلها میتواند روند حفاري را مختل سازد برخورد به مخازن گازهاي طبیعی و نشت آنها به فضاي داخل تونل است. این موضوع به نوع گاز و مقدار آن نیز بستگی دارد. بطور کلی حوادث گاز در پروژههاي تونلی را میتوان به دو دسته، آتشسوزي و انفجار در اثر نشت گاز و مسمومیتهاي ناشی از گاز تقسیم نمود. از این رو براي ساخت تونل در زمینهاي گازدار قوانین و مقررات ایمنی مختلفی ارائه شده است که از آن جمله میتوان به آییننامهOSHA اشاره کرد. در این آیین نامه حداقل نیازها براي کار در شرایط گازهاي قابل اشتعال یا سمی ارائه شده است. قوانین ایمنی از نظر برخورد به گاز در مرحله ساخت، تونلها را به چهار رده بشرح زیر تفکیک مینماید:
الف- تونلهاي بدون گاز: به تونلهایی اطلاق میشود که احتمال برخورد به گاز در مرحله ساخت آنها خیلی کم است.
ب- تونلهاي با پتانسیل گازداري: به تونلهایی اطلاق میشود که در مسیر آنها احتمال برخورد به گازهاي قابل اشتعال یا هیدروکربنها وجود دارد.
ج- تونلهاي گازدار خطرناك: به تونلهایی اطلاق میشود که احتمال برخورد به گازهاي خطرناك در مسیر آنها زیاد است.
د- تونلهاي گازدار خیلی خطرناك: به تونلهایی اطلاق میشود که در مسیر آنها حتماٌ به گازهاي خطرناك برخورد خواهد شد و به هنگام حفر آنها خطر جدي براي ایمنی کارکنان احساس میشود.
گازهاي خطرناك
گاز متان - - CH4
در میان گازهاي مختلف که بصورت طبیعی در زمین تولید میشوند گاز متان از عمومیت بیشتري برخوردار است و در پروژههاي تونلی بیشترین حوادث مرگبار را به خود اختصاص داده است. متان گازي است بیرنگ، بیبو و بیمزه که در طبیعت چندین منبع تولید براي آن وجود دارد. مهمترین منشأ تولید آن از فاسد شدن ترمومکانیکی مواد آلی در اعماق زمین است. منشأ دیگر این گاز فساد مواد آلی موجود در رسوبات نزدیک سطح زمین و در یک محیط کم اکسیژن است.
همچنین متان در محیطهاي یخرفتی، محلهاي دفن زباله، چاههاي متروکه و در مسیر فاضلابها و گیاهان گندابی یافت می شود. متان در محدوده 5 تا 15 درصد حجمی هوا قابلیت انفجار دارد. شدیدترین انفجار در عیار 9/5 درصد رخ میدهد و انفجار گاز مزبور در چنین عیاري، درجه حرارت 1850 تا 2650 درجه سانتیگراد تولید میکند. عیار 15 درصد حجمی حد بالاي انفجار - UEL - و عیار 5 درصد حجمی، حد پایین انفجار - - LEL نامیده میشود. در خارج از این محدوده متان قابلیت انفجار نخواهد داشت. از آنجایی که رقیق شدن متان باعث خواهد شد عیار آن به محدوده خطر نزدیک شود، سیستم تهویه تونل باید بگونهاي تنظیم شود که مانع آن شده و مخلوط متان و هوا بسرعت از محدوده انفجاري دور شود.
سولفید هیدروژن - - H2S
سولفید هیدروژن نیز یک محصول فساد مواد آلی است که اغلب همراه با دیگر گازهاي طبیعی و هیدروکربنهاي مایع دیده میشود. علاوه بر آن در نواحی باتلاقی، نزدیک گندابها، محلهاي دفن زباله و پالایشگاهها هم یافت میشود. از این رو گاهی به آن گاز فاضلاب - - Sewer gas، گاز مرداب - - Swamp gas و گاز ترش - - Sour gas هم گفته میشود. گاهی نیز در اثر واکنش بین آبهاي اسیدي با پیریت یا مارکاسیت سولفید هیدروژن تولید میشود و عموماً با آبهاي ژئوترمال و فورانهاي ولکانیکی همراه است. سولفید هیدروژن گازي است بیرنگ که بوي تخم مرغ گندیده میدهد و به شدت در آب انحلالپذیر است و اغلب با جریانات آب به داخل فضاهاي زیرزمینی راه مییابد.
قرار گرفتن طولانی در معرض این گاز باعث تنبلی و خستگی حس بویایی شده و باعث میشود تا تمرکزهاي خطرناك آن تشخیص داده نشود. این گاز از طریق ششهاي انسان بخوبی جذب میشود و جذب پوستی آن خیلی کم است. قرارگیري زیاد در معرض آن عوارض سیستماتیکی را در پی خواهد داشت. آستانه ایمنی براي قرارگیري در معرض این گاز 8 ساعت در عیار 10ppm است. تمرکزهاي بیشتر باعث تحریک شامه شده و در تمرکز بیشتر از 700ppm حیات امکانپذیر نخواهد بود. این گاز همانند متان در عیار 4/3-45/5 درصد هوا قابل اشتعال یا انفجار است.
دي اکسید گوگرد - - SO2
دي اکسید سولفور گازي سمی است و آستانه ایمنی آن 2ppm است. این گاز از اکسیداسیون سولفور یا سولفید موجود در رسوبات و نهشتههاي هیدروترمال حاصل میشود و یا این که مستقیماٌ از فورانهاي ولکانیکی منشأ میگیرد. اما معمولاٌ همراه با گازهاي انفجاري و آتش و دود حاصل از احتراق موتورها یافت میشود.
دي اکسید کربن - - CO2
دي اکسید کربن یک گاز خفهکننده با آستانه ایمنی 5000ppm است که معمولاٌ از آبهاي اسیدي یا اکسیداسیون مواد کربنی منشأ میگیرد. همچنین این گاز در آبهاي گرم حاصل از اعماق زمین یافت می شود. دي اکسید کربن سنگینتر از هواست و افزایش آن اغلب با کاهش اکسیژن همراه است. این گاز معمولاٌ در درون گودیها، چاهها، شفتها و فضاهاي زیرزمینی که گازگرفتگی یک خطر جدي محسوب میشود جمع میگردد.
منواکسید کربن - - CO
منواکسید کربن گازي است بیرنگ و بیمزه که تقریباٌ هموزن هواست. به علت میل ترکیبی شدید این گاز با هموگلوبین خون در مقادیر کم نیز بشدت سمی و مرگبار است. به طوري که تنفس در هوایی که یک درصد آن CO باشد موجب مرگ فوري خواهد شد. مطابق مقررات کشور آمریکا حد مجاز این گاز 0/01 درصد تعیین شده است. مهمترین منابع تولید این گاز عبارتند از: اکسیداسیون زغال، انفجار مواد منفجره و کار لکوموتیو و موتورهاي دیزلی.
هیدروژن - - H2
هیدروژن نیز گازي است بیرنگ، بی بو و بیمزه که چگالی آن نسبت به هوا بسیار کم است - . - 0/07 این گاز در درجه حرارت و فشار معمولی و عیار 4 درصد هوا قابل انفجار است و به مراتب زودتر از متان آتش میگیرد. هیدروژن غالباٌ همراه با هیدروکربنهاي سنگین و در آتشسوزیهاي معدنی و معادن پتاس تولید میشود.
رادون - - Rn
گاز رادون محصول فروپاشی اورانیم است. این گاز به همراه چهار محصول دیگر ناشی از فرآیند فروپاشی اورانیم به علت پراکنده شدن ذرات آلفا در طول نیمه عمر کوتاهشان خطرناك هستند. این ذرات باعث ایجاد سرطانهاي تنفسی در انسان میشوند. رادون در معادن اورانیم و حفرات و منافذ دیگر سنگهاي اورانیم دار بخصوص سنگهاي دگرگونی و آذرین بلوري نظیر گنیس و نیز در برخی لایههاي شیلی یافت میشود. آبهاي زیرزمینی موجود در این مناطق، اغلب گاز رادون را به شکل محلول در خود حمل میکنند. حضور و فعالیت گاز رادون در هواي تونل را میتوان با کمک آشکارکنندههاي این گاز مشخص نمود.
