气体并非只聚集在最低处

在地下开挖现场,认为“气体比空气重,所以只测底部就够了”十分危险。低点是重要的测量候选位置,但不是唯一位置。气体实际停留在哪里,取决于其产生位置和数量、温度、泄漏压力、开挖形状、地层裂隙、回填材料渗透性、地下水、通风气流、设备运行和时间。不同气体与空气混合后,简单的密度分层未必能长时间维持;风机产生的气流还可能把污染物送往意料之外的死角或作业人员的呼吸区。

美国OSHA的地下施工标准要求在确定测量物质和频率时,综合考虑与燃料罐、下水道、燃气管道、旧填埋场、煤层和湿地的距离,土质及渗透性,邻近场地的历史,柴油发动机、爆破和焊接,以及通风量和流向等因素。这份清单正是绘制现场气体地图的起点。与其先问“哪种气体会在什么高度”,不如先问“它在哪里产生、沿什么路径移动,又在哪一区段停止稀释”。

先把开挖空间划分为多个空气区域

即使是同一个开挖区,其大气状态也不均匀。开放式沟槽、支护结构内部、作业井、竖井底部、横洞、隧道掌子面、集水坑、排水坑、楼梯平台、设备间和衬砌后的空隙,都是不同的空气区域。弃渣或材料堆后方、挖掘机机身下方、模板与墙体之间以及风管无法到达的角落,也可能形成小型滞流区。即便上部能感到新鲜空气,也不能认为相同的空气能够到达竖井底部或掌子面角落。

图纸上至少应标出出入口、最深处、死端、纵横连接处、集水坑、既有管线和人孔、临时盖板、通风送排风口以及设备停放位置,然后叠加作业顺序。随着掘进推进、支护围檩增加、盖板闭合以及临时隔断和材料放置,空气路径也会变化。昨天安全的测点今天未必能代表最不利位置。因此,测量计划不应是一张固定坐标表,而应是随开挖阶段更新的气流地图。

低点必须检查,但位置不能只由密度决定

集水坑、竖井底部、管线倒坡段和沟槽最深端都值得检查,因为泄漏液体容易流入并汇集于此,自然对流较弱,通风管道也往往难以物理到达。然而,不能按照“重气体只测下方”或“甲烷轻所以只测顶板”这样的密度规则简单决定测量位置。泄漏射流、热废气浮力、冷却、水分、机械通风及人员和设备活动都会改变混合和迁移。缺氧也不一定表现为某一种气体的单一分层,它可能因其他气体进入、氧化、燃烧或生物作用而广泛出现。

实务中应同时覆盖上、中、下各高度,并分别测量靠近产生源、作业人员呼吸区及空气回流路径的位置。对于深处,不要让人先探身进入,应通过采样管或远程探头预先测量。必须根据采样管长度带来的吸入延迟、泵流量和传感器响应时间等待足够长。韩国产业安全保健公团的受限空间作业安全资料指出,在气流较少的空间,即使同一地点的不同位置也可能存在很大的浓度差异,因此应结合面积和深度均匀测量,并让样气充分置换采样管内的空气。

竖井既是烟囱,也可能是陷阱

竖井不是简单的深孔。它会因温差和风压形成向上或向下的气流,吊笼运行、材料吊运和盖板开合也会像活塞一样推动空气。地面入口风向改变时,原本被视为送风口的开口可能瞬间变成排风路径。反之,也不能因为上部敞开就假定底部实现了自然通风。竖井中部作业平台、衬砌后方、连接横洞的拱肩和底部以及排水设备周围,都可能偏离主气流。

测点应设在竖井入口、中部和底部的多个高度,并覆盖横洞连接处、掌子面、集水坑、送风末端和回风路径。还要确认相邻区域的污染空气是否会经竖井上升至出入路线。OSHA标准要求使用快速掘进机时,在掌子面、侧壁和回风风管处连续监测可燃气体。这种布置关注的是从产生部位到回风端的变化,而非单点浓度。现场条件变化时,应把风管延伸到更靠近掌子面的位置,重新测量风量和风向,并比较竖井盖板处于不同状态时的结果。

公用设施和回填层是看不见的气体通道

城市开挖中,人们容易认为只需查找燃气管道泄漏,但污水管、雨水管、通信管廊、电力管廊、综合管廊、废弃管线以及以往开挖的回填层也会成为迁移路径。如果砾石或砂质回填料的渗透性高于周围原状土,蒸气和气体就可能沿管线迁移很远。穿墙部位、人孔、阀室、接线箱、裂缝和排水口,是这些通道与当前开挖区相交之处。由于还可能存在图纸上没有的废弃管线或受损连接,必须结合物探结果和现场暴露状况判断。

美国EPA的蒸气入侵路径说明表明,来自受污染土壤、地下水、污水管和排水管的蒸气可通过基础裂缝和公用设施穿墙处迁移。虽然这是建筑调查资料,但其迁移原理对开挖风险评估也很重要。新开挖一旦切入既有高渗透性回填层,过去封闭的迁移路径便可能向作业空间打开。因此,开工前要核查公用设施产权单位资料和污染历史;开挖过程中若出现异味、变色土、油膜、废弃物或意外空洞,应停工并首先修改概念模型和测量目标。没有气味并不能证明安全。

评估地层和土壤气体时,要同时考虑产生源与迁移性

地层名称不是危险气体的确定清单,而是确定调查优先级的线索。富含有机质的泥炭土和湿地地层应关注甲烷或硫化氢;填埋、回填和废弃物地层应关注甲烷、二氧化碳、硫化氢及挥发性物质;有加油站或化学品使用历史的场地则应审查石油蒸气和挥发性有机化合物。岩体节理、砂层、排水层和管线回填区可加快迁移,黏土层或地下水位则可能阻挡迁移或使其转向侧方。开挖和抽水改变压力条件后,可能打开与以往调查时不同的路径。

新西兰WorkSafe的开挖安全指南区分了泥炭地层、回填地、填埋场、城市道路和加油站周边可能存在的大气污染源,并提出气体监测以及自然、强制和机械通风。现场应把钻孔柱状图、土壤和地下水污染调查、历史土地利用、填埋边界、各地层渗透性、地下水位和抽水计划叠加在一张图上。不能只记录气体浓度;还要一并记录测量深度、水位、大气压、天气、通风状态和作业状态,才能解释波动原因。

设备废气是现场新产生的危险源

即使开挖地层本身没有气体,内燃机也会不断产生一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物和柴油机排放物。挖掘机、装载机、发电机、压缩机、泵、混凝土切割机和运输车辆即使位于地面,只要排气管朝向开口或通风进风口,污染空气就可能进入地下。车辆怠速位置、隔音墙、篷布、盖板和周边建筑也会阻碍废气扩散。热废气起初上升,但冷却并混入通风气流后可能回流到作业井内,因此只测底部会漏检。

NIOSH的工作场所一氧化碳危险指南警告小型汽油发动机和发电机等可在半封闭空间内短时间形成危险的CO浓度,并建议把发动机放在远离室外进风口的位置,进行定期测量并使用个人报警器。地下作业应尽可能优先考虑电动、电池或压缩空气设备。必须使用柴油设备时,应将制造商规定的设备状态、废气后处理、同时运行台数、负荷和运行时间纳入通风设计,并在作业人员位置及回风中监测CO、NO2等实际排放物。

爆破虽是短时作业,却也是大型产生源。NIOSH的污水管开挖爆破后CO中毒调查涉及工人在爆破45分钟后进入人孔倒下、试图救援的同事也相继倒下的案例。不能仅等待规定时间便批准再次进入;应对爆破点、弃渣堆、相邻人孔和管线以及回风路径进行通风,再通过测量确认。

通风验证的重点是到达路径,而非额定风量

风机容量表上的风量只是起点。关键是新鲜空气能否到达作业面,以及污染空气能否沿着不经过人员和点火源的路径排至室外安全地点。送风和排风太近会形成只循环洁净空气的短路。风管漏损、受压、急弯、延伸不足、掌子面推进以及门和盖板开闭都会减少末端风量。如果排风口靠近地面设备排气管或建筑空调进风口,排出的污染物还可能再次进入。

OSHA地下施工标准要求供应足够的新鲜空气以防止有害粉尘、烟气、蒸气和气体积聚;如果无法证明自然通风能提供所需的风量和流动,就必须使用机械通风。通风中断或降低后,不能只看到恢复信号便重新进入,而应重新检查所有受影响区域。现场验证不能只测送风口的一项风速,还应包括风管末端风量、各区域风向、掌子面和角落的烟雾试验或适当示踪方法、回风浓度,以及风机停止、门打开和设备最大负荷等条件。还应确认通风变更不会把污染源推向另一个作业班组。

按产生源、路径和受体编制测量计划

检测仪不是给空间盖上“安全”印章的设备,而是验证假设的工具。先列出预期产生源,沿地层、管线、开口和气流画出迁移路径,再标出作业人员和点火源所在的受体位置,并在每个连接环节设置测点。基本测量对象是氧气、可燃气体和预期有毒气体;还应根据现场历史和作业增加CO、H2S、CO2、NO2、VOC或特定物质。缺氧时,某些可燃气体传感器的指示可能不可靠,因此要确认设备原理和测量顺序。

OSHA的建筑业需许可受限空间标准要求进入前评估条件,并原则上在作业期间连续监测大气危险,检测顺序为氧气、可燃物和有毒物。并非所有开放式开挖都属于法律意义上的受限空间,但这种管理逻辑适用于出入口受限且存在危险大气的作业井、人孔和竖井。测量前要确认通气测试和标定状态、适合目标气体的传感器、干扰物、湿度和温度范围及采样管延迟。结果中应记录位置和高度、时间、气体名称、数值以及通风、设备和天气状态。

在以下情况下,不应沿用原结果,而要重新测量。

  • 轮班开始、休息后重新进入或隔夜放置后进入时

  • 开挖深度、掌子面位置、盖板、隔断或风管布置发生变化时

  • 出现新地层、废弃管线、人孔、空洞、污染土或地下水时

  • 发生风机停止、风量降低、停电、软管损坏、报警或传感器错误时

  • 设备数量或燃料发生变化,或爆破、焊接、涂装、清洗等作业改变时

  • 出现异味、眼部刺激、头痛、眩晕、异常燃烧或作业人员症状时

  • 气压、降雨、风、水位或抽水条件发生显著变化时

报警响起时,应先阻止更多人员暴露,再考虑救援

出现报警、氧气异常、原因不明的异味或作业人员症状时,应立即停工并沿计划路线撤离。在地面对出入人员进行核对,并提前设定紧急停机逻辑,防止断电反而使通风或排水停止。怀疑公用设施泄漏时,不要擅自触碰阀门或受损部位;应控制区域,并通知产权单位和相关机构。同事在未采取防护的情况下临时进入原因不明的危险大气实施救援,会把一人事故扩大为多人事故。救援必须由具备外部监护、通信、提升设备和适当呼吸防护的受训人员按计划执行。

重新进入的时机不是气味消失或风机重新运转之时,而是在隔离产生源、充分通风所有区域后,于多个位置测量预期气体和氧气并确认可接受条件能够维持之时。除原报警点外,还要检查气体可能迁移到的相邻竖井、管线、人孔、设备间和回风路径。事故和未遂事件记录不仅应保留浓度,还应记录当时的开挖形状、地层、水位、风机和风管、设备位置及天气条件,用以修订气流地图。

良好的气体地图会随工程推进而变化

地下开挖中的危险大气虽然看不见,却并非随机出现。低处、竖井和死端是重要候选区域,公用设施回填层与裂隙是迁移通道,污染土、地下水、有机质地层、内燃机和爆破则是产生源。把这些因素与通风送排风和作业人员路线联系起来,就能看出应先测哪里,以及哪些变化后需要重新评估。

关键是不要凭一张密度表决定传感器位置。应同时关注靠近产生源、迁移路径、上中下各高度、作业人员呼吸区、滞流区和回风,并将连续监测与巡回测量结合。每当掘进和设备布置变化时,都应更新气体地图,并用数值验证通风是否真正到达作业面。本文提供一般管理原则;实际作业必须依据韩国相关法律、业主和施工方程序、岩土与污染调查、材料安全数据表、公用设施产权单位信息及救援计划,开展场地专项风险评估。


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