مخاطرات حفر تونل در زمین های حاوی گاز H2S ) مطالعه موردی تونل انتقال آب اسپر (

محورهای موضوعی : مدیریت محیط زیست

حسین میرمحرابی ¹ , محمد غفوری ² , غلامرضا لشکری پور ³ , جعفر حسن پور ⁴

1 - دانشجوی دکتری، گروه زمین شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد.
2 - استاد، گروه زمین شناسی، دانشکده علوم دانشگاه فردوسی مشهد *(مسئول مکاتبات).
3 - استاد، گروه زمین شناسی، دانشکده علوم دانشگاه فردوسی مشهد.
4 - استادیار دانشکده علوم، دانشگاه تهران، مهندسین مشاور ساحل، تهران.

تاریخ دریافت : 1389/04/08 تاریخ پذیرش : 1389/07/28 تاریخ انتشار : 1393/10/01

کلید واژه: زمین‌های گازدار, مخاطرات زمین‌شناسی, حفاری مکانیزه, سولفید هیدروژن,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: یکی از مهم ترین مخاطرات زمین شناسی مهندسی و زیست محیطی در حفر تونل ها، مواجه شدن با برخی گازهای طبیعی مانند سولفید هیدروژن (H2S) در زمان حفاری می باشد. حل مخاطرات و چالش های مربوط به ورود این گاز به تونل ها بسیار دشوار و پرهزینه است. یکی از وظایف مهم در این شرایط، پیش بینی و برآورد میزان خطر گاز H2S در فضاهای زیرزمینی و تعیین روش مناسب جهت مقابله با مشکلات مهندسی و زیست محیطی آن است. تونل انتقال آب اسپر در سازندهای حاوی منابع هیدروکربوری حفاری شده و از نمونه هایی است که در طی احداث آن با نشت گاز H2S مواجه شده اند. دراین مقاله مخاطرات، ویژگی ها، قوانین ایمنی، منشا زمین شناسی و پیش بینی خطر گاز H2S و راهکارهای کاهش خطرات و مشکلات حفاری تونل، با توجه به تجربیات به دست آمده از تونل اسپر ارایه شده است. روش بررسی: برای بررسی منشا گاز H2S و انتخاب بهترین روش ها جهت مقابله با خطرات و مشکلات آن، علاوه بر بررسی تجارب موجود میزان غلظت این گاز در هوا به طور پیوسته در سه زمان شروع، وسط و پایان هر شیفت کاری اندازه گیری گردید. هم چنین نسبت به نمونه گیری از آب و هوای آلوده و ارسال آن به آزمایشگاه های مخصوص جهت آنالیز شیمیایی نمونه ها اقدام گردید. در همان موقع غلظت گاز مذکور به صورت هم زمان در آب و هوای تونل به صورت صحرایی اندازه گیری شد. یافته ها: تجربیات حاصل از این پروژه نشان داد که میزان گاز موجود در تونل شرایط غیر قابل قبولی را برای کارگران ایجاد نموده است. به منظور پیش بینی خطر گاز H2S در فضاهای زیرزمینی، می توان از شواهدی همانند چشمه های گوگردی، آثار مواد آلی در رخنمون های سنگی، شیل های آلی، تصاعد بوی گوگرد از سطح شکسته شده تازه سنگ و استشمام بوی گاز در زمان حفاری گمانه ها استفاده نمود. نتایج آنالیزهای صورت گرفته بیانگر اینست که گاز سولفید هیدروژن غالبا به همراه آب زیرزمینی وارد تونل می گردد و میزان قابل توجهی از آن در همان لحظات اولیه از آب آزاد می شود. منشا این گاز با توجه به بررسی ها مرتبط با تشکیلات نفتی منطقه است. نتیجه گیری: همواره مواجهه با این گاز را در محیط های زمین شناسی مرتبط با میدان های نفتی باید جدی گرفت. هم چنین با توجه به این که این گاز به صورت محلول در آب وارد تونل می شود و به محض ورود از آن آزاد می گردد برای کاهش خطرات و مشکلات حفاری، ناچار از روش های کنترل ورود آب زیرزمینی به داخل تونل، رقیق سازی غلظت گاز و آموزش کارکنان و تجهیزات کمکی استفاده گردید.

چکیده انگلیسی:

AbstractIntroduction: Encountering hydrogen sulfide gas (H2S) during excavation is one of the important engineering,geological and environmental hazards during the tunnelling. Tackling this hazard and solving its challengessolving are very difficult and costly. During investigation of the situation, one of the main tasks is prediction orevaluation of the risk of H2S gas and selection of the best methods to tackle its engineering and environmentalproblems. In this study, water conveyance tunnel of Aspar excavated in H2S bearing environment is discussed.This tunnel is excavated in the hydrocarbon formations. In this paper, hazards, characteristics, safety regulations,and geological sources of H2S as well as the methods to decrease the risks and problems in excavation of thetunnel are presented in brief.Methods: In order to determine the source of gas and to select the best methods to mitigate its hazards andproblems, in addition to investigation of the same experiences, concentration of various gases was recorded byfixed stations on the machine and by mobile sensors at the beginning, midpoint and end of each working shift.Moreover, sampling of the polluted air and water was implemented. The samples were sent to a specificlaboratory for chemical analysis. At the same time, concentration of the gas in the air and water of the tunnel wasmeasured.Results: Experiments raleted to the tunnel showed that the gas caused an unacceptable condition for workers.For predicting the risk of H2S gas in underground spaces, it is possible to use some evidences such as sulfursprings, organic traces, organic shales, exposure of H2S odor from fresh surface of rock, and smelling of H2Sduring boreholes drilling. Results of the analysis show that the gas enters the tunnel along with water,dominantly. Also considerable amount of the gas is released to the air at the beginning. According to theinvestigations, the source of the gas is relevant to hydrocarbon formations inthe area.Conclusion: Geological formations related to hydrocarbon resources are very important in the formation andreservation of H2S gas. Since the gas is in solution form and is emitted promptly, controlling the inflow ofgroundwater into the excavation, diluting the concentration of H2S and training the workers are a series ofmethods used to decrease the risks and problems associated with tunnel excavation in an H2S-bearingenvironment.

منابع و مأخذ:

1. Proctor, R.J. & Monsees, J.E., 1985. Metro rail project design issues related to gassy ground. Proceedings of the Rapid Excavation and Tunneling Conference, ASCE/AIME, NY, 1: 488-505.


2. Proctor, R.J., 2002. The San Fernando Tunnel explosion, California. Eng Geol, 67:1-3.


3. Lambert, TW., Goodwin, VM., Stefani, D. & Strosher, L., 2006. Hydrogen sulfide (H2S) and sour gas effects on the eye. A historical perspective. Sci Total Environ, 367:1-22.


4. Mukhopadhyay, A., Al-Haddad, A. & Al-Senafy, M., 2007. Occurrence of hydrogen sulfide in the ground water of Kuwait. Environ Geol, 52:1151-1161.


5. Naeemi, A.H., Essex, R.J. & Giberson, K.A., 2000. The effects of Hydrogen sulfide during underground construction, North American Tunneling, Balkema, Rotterdam.


6. Wenner, D. & Wannenmacher, H., 2009. Alborz Service Tunnel in Iran: TBM Tunnelling in Difficult Ground Conditions and its Solutions, 1st Regional and 8th Iranian Tunneling Conference.


7. مهندسین مشاور ساحل، 1385. مطالعات زمین شناسی مهندسی پروژه دشت ذهاب.
   
   
   1. Blunden, J. & Anaja, V., 2006. Characterizing ammonia & hydrogen sulfide emission from a swing waste treatment lagoon in north Carolina, North Carolina State University.
   
   
   2. Government of Alberta, Imployment and Immigration, 2009. CH029-Hydrogen Sulphide, Workplace Health and Safety Bulletin.
   
   
   3. Stirbys, A.F., Radwanski, Z.R., Proctor, R.J. & Escandon, R.F., 1999. Los Angeles metro rail project – geologic and geotechnical design and construction constraints. Eng Geol, 51: 203-224.
   
   
   4. Mirmehrabi, H., Hassanpour, J., Morsali, M. & Tarighazali, S., 2008. Experiences gained from gas and water inflow toward the tunnel, case study: Aspar anticline, Kermanshah, Iran, Proceedings of 5th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS); Nov. 24-26, 2008; Tehran, Iran.
   
   
   5. McPherson, M.J., 1993. Subsurface ventilation and environmental engineering, Chapman and Hall.
   
   
   6. مدنی، ح.، 1382. تونلسازی، جلد دوم: خدمات فنی. دانشگاه امیرکبیر.
   
   
   7. مهندسین مشاور ساحل، 1387. گزارش مخاطرات آب و گاز پروژه دشت ذهاب.