一、引言

    隧道作为交通基础设施的重要组成部分，在施工和运营过程中，会产生或存在多种有害气体。这些有害气体不仅会对施工人员的健康和安全构成威胁，还可能影响隧道内设备的正常运行，甚至引发爆炸等严重事故。因此，对隧道有害气体进行有效的监测至关重要。

二、隧道有害气体的种类及危害

一氧化碳（CO）：无色、无味、无臭，比重 0.97，难溶于水。它由不完全燃烧产生，如柴油车尾气、爆破烟尘等。CO 能与血液中的血红蛋白结合，使血液携氧能力降低，导致组织缺氧。当 CO 浓度超过 30μg/m³ 时，人会出现头痛、头晕等症状；超过 60μg/m³ 时，可能意识丧失甚至死亡。

硫化氢（H₂S）：无色、微甜、带臭鸡蛋味，比重 1.19，易溶于水。主要来源于硫化矿物缓慢氧化和含硫煤层水解。H₂S 具有强酸性，有剧毒，爆炸极限为 4.4% - 44%，燃点 260℃。低浓度 H₂S 会刺激呼吸道，高浓度可使人瞬间昏迷甚至死亡，还会腐蚀混凝土及钢筋。

二氧化硫（SO₂）：无色，有强烈硫磺味及酸味，比重 2.27，常存在于隧道下部，易溶于水。它由含硫燃料燃烧产生，虽在隧道内浓度通常较低，但对呼吸道黏膜刺激作用显著，长期暴露会增加呼吸道疾病发病率，也是酸雨的主要前体物。

甲烷（CH₄）：沼气的主要成分，无色、无嗅、无味，易燃、易爆、易扩散，难溶于水，扩散性比空气高 1.6 倍，密度为 0.5541g/m³，比空气轻，易聚积在隧道顶部。甲烷无毒，但空气中浓度达 40% 以上时，会使人因缺氧而窒息；浓度在 5% - 16% 且遇到高温和足够氧气时，会引起爆炸。

三、隧道有害气体监测技术

（一）电化学传感器技术原理：利用有害气体在电化学传感器上发生氧化还原反应，产生与气体浓度成正比的电流信号，通过检测电流来确定气体浓度。

特点：具有灵敏度高、选择性好、响应速度快、精度较高等优点，可实时在线监测。但传感器寿命有限，易受其他气体干扰，需要定期校准和维护。

应用场景：适用于隧道内低浓度有害气体的连续监测，如一氧化碳、硫化氢等气体的监测。

（二）催化燃烧式传感器技术

原理：利用催化燃烧元件对可燃气体进行催化燃烧，使元件温度升高，导致电阻变化，通过测量电阻变化来检测可燃气体浓度。

特点：对可燃气体有较高的灵敏度和响应速度，稳定性好，寿命较长。但不能区分不同种类的可燃气体，且在高浓度可燃气体环境中可能会出现 “中毒” 现象。

应用场景：常用于隧道内甲烷等可燃气体的监测，可作为瓦斯报警的主要手段。

（三）红外吸收光谱技术

原理：不同的有害气体分子对特定波长的红外光有选择性吸收，通过测量红外光被吸收的程度来确定气体的种类和浓度。

特点：具有非接触式测量、精度高、抗干扰能力强、可同时测量多种气体等优点。但仪器设备价格昂贵，体积较大，需要定期校准。

应用场景：适用于隧道内多种有害气体的高精度监测，尤其在长距离、大范围的隧道环境监测中具有优势。

（四）光离子化检测技术（PID）

原理：利用紫外光照射使有害气体分子电离，产生的离子流被检测后转化为电信号，从而得出气体浓度。

特点：能检测多种挥发性有机化合物（VOCs）和部分无机气体，灵敏度高，响应速度快，可检测极低浓度的气体。但不能区分不同种类的气体，且对一些高浓度气体的检测存在局限性。

应用场景：常用于隧道内挥发性有机化合物等有害气体的快速检测和筛查，如苯、甲苯等气体的应急监测。

四、监测系统的设计与部署

（一）监测点的布置

根据隧道的长度、形状、通风条件以及有害气体可能的来源和分布情况，合理设置监测点。一般在隧道入口、出口、弯道、通风口、施工区域以及人员密集区域等位置应设置监测点，以确保全面、准确地监测隧道内有害气体的浓度变化。

（二）数据采集与传输

采用数据采集器对各个监测点的传感器数据进行采集，并通过有线或无线通信方式将数据传输到监控中心。有线传输方式如光纤、电缆等，具有稳定性高、抗干扰能力强的优点；无线传输方式如 ZigBee、GPRS、4G/5G 等，具有安装方便、灵活性高的特点，可根据隧道的实际情况选择合适的传输方式。

（三）监控中心的设置

监控中心配备专业的监测软件，对采集到的数据进行实时分析、处理和显示。当有害气体浓度超过设定的阈值时，系统会自动发出警报，提醒相关人员采取措施。同时，监控中心还可对历史数据进行存储和查询，以便对隧道内有害气体的变化趋势进行分析和研究。