滨康路站至西兴站区间隧道施工沼气防治技术研究

　　摘要：杭州地铁1号线滨康路站～西兴站区间工程地层中含有大量浅层高压沼气，在浅层高压沼气区域进行盾构区间施工，通过在盾构区间施工前地面采取钻孔排放沼气技术研究和实施，在地下盾构隧道施工中采取沼气浓度监测技术和加强通风处理技术实施，总结出在施工前和施工中综合防治治理沼气危害技术，大大降低和排除浅层沼气引起的安全隐患，把沼气对施工的不利影响降低到最低限度，确保地铁施工和运营的安全。
　　关键词：区间隧道，盾构施工，沼气危害，沼气排放，沼气监测
　　
　　1工程概况
　　滨康路站～西兴站区间位于杭州市西兴镇，线路沿滨安路穿行。该区间隧道起～终点里程为K2+286.078～K3+233.361，左线区间长度947.283m，右线区间长度947.283m。最小平曲线半径400m，最大纵坡24‰，埋深范围8.1～15.5m。隧道区间采用土压平衡盾构法施工。区间工程平面图见图1。
　　区间沿线地层由上而下分别为①2填土层，②1粉质粘土，②2粘质粉土，④2灰色淤泥质粘土，⑥1灰色淤泥质粉质粘土。⑧2淤泥质粉质粘土夹粉砂。该层为沼气的主要储存层。⑿1粉砂：层顶深度32～34m，该层亦为沼气的储存层。有关区间隧道地层土层渗透系数情况详见表1。
　　盾构区间隧道所穿越的主要地层为④2淤泥质粘土层和⑥1淤泥质粉质粘土层。淤泥质土具有高含
　　水量、大孔隙比、低强度、高灵敏度、弱透水等特性。在有外力扰动的作用下，极易造成土体结构破坏，使土体强度降低，且⑥1淤泥质粉质粘土也为沼气的主要气源层之一。

　　表1土层渗透系数成果表
　

　　滨康路站～西兴站区间地层分布着压力大小不一的有害气体，主要成分为甲烷。该处的有害气体主要赋存在⑧2淤泥质粉质粘土夹粉砂层，埋深约27～33m，理论峰值压力为0.4MPa，属高压沼气等级。区间沼气分布情况见图2。

　　2沼气危害治理必要性
　　本区间地层中含有大量沼气，在此类地质条件下盾构施工，需要采取有害气体防治措施才能确保安全。需要解决沼气问题有以下几点。
　　（1）盾构隧道施工过程中，由于掘进速度比较快，可能会在掘进工作面产生沼气突出问题。
　　（2）如果沼气积聚，会使盾构机内操作人员因缺氧，造成中毒情况发生，当沼气浓度超过爆炸极限，再遇有电火花、明火等，就会造成爆燃、爆炸等事故的发生，对人身和设备安全造成极为严重的威胁。
　　（3）有害气体的释放还会对周围土体扰动引起地面沉降问题。
　　（4）高压有害气体层距离隧道底部很近，容易引起沼气突然喷出或者渗透，对以后的地铁运营都有极大安全危害。
　　（5）土层中含有承压游离的有害气体，对隧道施工及以后运营期间通风设施的影响。
　　（6）施工期间的监测系统和运营期间的有害气体监测系统不同，对运营期间有害气体监测系统布置的影响。
　　因此，在施工前要采取沼气排放措施，在施工中采取沼气浓度监测手段，及时采取适当的通风处理措施。在浅层高压沼气区域进行盾构区间施工，在盾构施工前必须对沼气防治技术进行必要的分析和研究，在施工前和施工中必须对沼气采取必要的处理措施，将沼气对施工的不利影响降低到最低限度。
　　3解决沼气危害问题思路
　　对于盾构区间存在高压沼气的情况，根据施工研究，采取以下措施进行防治。
　　1、首先在盾构穿越沼气地层施工期前，在地面预先进行沼气排放，将沼气压力降低到安全范围内；
　　2、对盾构机配备通风和沼气检测设备，形成沼气监测自动报警系统，当沼气超限时及时采取加强通风措施，尽快将沼气浓度稀释到安全浓度以下。
　　3、盾构隧道施工过程中的采取防爆措施。
　　4、地铁隧道施工及完工后的通风系统。
　　5、施工时进行沼气防治安全教育，制定相应的安全管理制度和应急系统预案。
　　我们在工程实践中，重点对沼气防治技术进行了研究，研究内容为大面积高压沼气排放技术，包括地下沼气处理方案的选择，排气设备的选择，排气工艺流程，排放控制原则及标准，排放施工安全措施等。
　　4地面大面积高压沼气排放技术研究
　　4.1沼气处理方案的优化选择
　　盾构区间隧道在开始始发就位于沼气层正上方。根据沼气流动特性，盾构机在掘进过程中造成地层压力重新分布，形成裂隙通道，极易引起沼气突发。在滨安路上，沼气分布压力0.26-0.36Mpa，平面压力最大区域位于距离滨康路车站西端头115m-253m之间，在此区域，盾构隧道底部深度达到20m，从剖面图上看到隧道已经进入高压沼气区域，即隧道距离沼气层顶面很近，此处沼气压力达到0.36Mpa，沼气联成一片。
　　沼气在高压力作用下会向压力相对低的区域产生移动，因此，从定性分析来讲，首先要在地面采取充分放气措施，同时还要采取隔离措施，隔断或阻止沼气聚集。有以下两种方案进行比较。
　　（1）方案一：在隧道两侧，作直径800mm双排双重管高压旋喷桩隔断沼气层。
　　此方案具体措施是在滨安路隧道两侧，作直径800mm双排双重管高压旋喷桩，互相咬合30cm，钻孔深度35m，旋喷加固深度为25m-35m，地基加固强度为0.5Mpa,水泥采用po42.5，隧道右线北侧4排旋喷桩，作为隔沼气帷幕，彻底隔断沼气向隧道区间的高压渗透。
　　缺点和难点分析：由于隧道和沼气层位于滨安路正下方，滨安路下面有雨水管道，还有各种电信管线和电力管线，在旋喷桩钻孔施工时，位于管道位置的下方就无法施工，雨水管线改移和电力及电信改移造价极高，难度相当大，因此在管道位置的下方就无法施工旋喷桩，在地下形成沼气封闭层缺口，起不到封闭和隔断沼气层的作用。
　　（2）方案二：将沼气排放范围，扩大到沼气富集高压区域，达到大面积减压效果

《滨康路站至西兴站区间隧道施工沼气防治技术研究》

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