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淺談盾構穿越含易燃沼氣地層的排氣措施

文檔作者：陳曉燕文檔來源：杭州地鐵集團有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2021年11月07日
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浙江建筑，第30卷，第5期，2013年5月
Zhejiang Construction，Vo1．30，No．5，May．2013
淺談盾構穿越含易燃沼氣地層的排氣措施
Discussion on Exhausting Measures while Sheild
Tunnel Getting across I nflammable Methane Strata
陳曉燕
Chen Xiaoyan
(杭州地鐵集團有限責任公司，浙江杭州310020)
摘要：在杭州地鐵盾構工程中，遇到了富含沼氣的土層。沼氣的主要成分為甲烷，甲烷易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合
物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。在此，分析了在這種情況下，如何利用合理的方法，做好基坑開挖過程中的放氣減壓工作，
并提出操作中的注意要點。
關鍵詞：地鐵基礎；沼氣處理； 工程
． 中圖分類號：U455．43 文獻標志碼：B 文章編號：1008—3707(2013)05—0046—03
沼氣是有機物質在厭氧環境中，在一定的溫度、
濕度、酸堿度的條件下，通過微生物發酵作用產生的
一種可燃氣體。
杭州地鐵1號線在錢塘江南岸施工過程中發現
沼氣。含沼氣區域范圍廣、氣壓高、有害氣體在地鐵
施工過程以及地鐵建成通車后有向地下隧道滲漏的
可能，給地鐵施工及開通后運營帶來了很大的風險。
本文試圖通過對該區域的有害氣體排放降壓的
分析、研究、實施得出的經驗，來總結如何排放有害
氣體，保證施工安全性。
1 地質基本情況
杭州地鐵1號線A區間位于杭州市江南副城，區
間隧道里程為K2+276．149至左線K3+224．23(右
線K3十225．783)，隧道左線區間長度948．081 m，右
線區間長度949．634 nl，隧道外徑6．20 m；最小平曲線
半徑400 m，最大縱坡24％e，埋深范圍8．1～15．5 m。
隧道開挖區間擬采用土壓平衡盾構法施工。
2007年4月，地鐵公司委托勘察單位進行詳勘
階段的巖土工程勘察，發現該區域內富含沼氣等有
害氣體。
2008年3月，地鐵公司進一步委托勘察單位以
有害氣體為研究對象，編制了詳細的地下有害氣體
研究的報告，為開展下一步的工作打下了扎實的
基礎。
經勘察，在杭州市江南副城的A區間里程K2+
295至K2+595長度約300 m的范圍里集中分布著
主要含有甲烷、氮氣、二氧化碳和一氧化碳等有毒有
害氣體，甲烷為主要成分。甲烷易燃，與空氣混合能
形成爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危
險，從消防方面來說屬于需嚴格控制的物質之一。
氣體主要埋藏在淤泥質黏土夾粉砂層里面，埋深約
27～33 In不等。氣體呈囊狀起伏分布。
2 沼氣排放的統籌安排
為了順利推進區間盾構施工，地鐵公司組織施
工方、業主、監理、設計單位等相關部門進行“會
診”。參照《鐵路瓦斯隧道技術規范(TB 1 o120—
2002)》、《盾構法隧道施工與驗收規范(GB 50446—
2008)》¨ 。結合已開展過的類似工程施工經驗，確
收稿日期：2013—03—13
作者簡介：陳曉燕(1976一)，女，浙江杭州人，工程師，從事市政工程管理工作。
第5期 陳曉燕：淺談盾構穿越含易燃沼氣地層的排氣措施 47
定以排放降壓為主，制定了一套完整的防治措施以
保證盾構推進的安全性。
放氣之前，根據巖土工程勘察報告和地下有害
氣體研究的報告，參照《鐵路瓦斯隧道技術規范(TB
10120-2002)》做好充分的施工方案，主要包括確
定排放標準、排定排放順序、合理布置孔位、優化工
器具、明確施工工藝要求、加強安全保障等。
2．1 排放標準
根據各類規范，借鑒前期該區域車站施工的放
氣經驗 ，最終確定排放有害氣體壓力小于
0．05 MPa為合理的標準。除在排放后及時檢驗，在
盾構施工前將再次實施鉆孔查氣進行復查。如果有
害氣體壓力仍有0．05 MPa以上，則繼續加密勘探孔
放氣；如果有害氣體壓力小于0．05 MPa則可進行盾
構施工。
2．2 排放順序
為盡量減小對盾構施工范圍內含氣土層的影
響，總體排放氣順序按照高壓區一隧道作業區一其
他作業區排列。
2．3 孔位布置
總結前期該區域車站施工的放氣經驗，經過孔
間距15 113充分放氣將氣壓已降至低于0．05 MPa，可
達到要求。根據經驗值，針對該區間的實際情況，在
氣壓較低區域，排放孔間距為15 m左右；在氣壓較
高區域，排氣孔間距為10 m左右。
2．4 工器具的優化
根據要求，需均衡排放，緩慢均勻放氣，不得帶
出泥砂。所以在排氣施工中選擇了油氣開采的通用
設備與靜力觸探設施結合改進而研制的靜壓排氣設
備。因氣體主要埋藏在淤泥質黏土夾粉砂層里面，
本身的土層條件較差。選擇工具時必須采用小鉆
眼、密濾網的探桿。
同時在設備中安裝截止閥、減壓閥及壓力表，便
于調整出氣口的流量和氣壓。
3 沼氣排放的原理及工藝
沼氣排放主要是利用氣壓差將沼氣排出。在操
作中主要利用靜力觸探設施探桿與含氣層的壓力差
使氣體排出。
施工流程：安置施工平臺一靜壓至預定深度一
排放氣體一檢驗一確認(如不符要求，進一步排放，
直至檢驗合格)
施工前先核對該孔位的地質資料及有害氣體埋
置深度、壓力和儲量大小。施工時將探桿靜壓至含
氣層深度， 稍稍上拔，將探頭伸入土中，利用含氣層
與探桿內的壓差，通過探桿使氣體逐漸釋放出來。
放氣一段時間后，有時候會出現泥砂噴發情況，這是
由于出氣量過大。此時調節減壓閥及出氣口閥門，
減小出氣口的流量即可。如仍無法控制，馬上關閉
出氣口閥門，靜置一段時間，待平靜下來再逐步打開
出氣口閥門。待出氣口不再噴出氣體，用空氣壓縮
機向探桿內注入0．7 MPa壓力的空氣，3 min后關閉
空壓機，若仍無氣體噴出，可進行下一孔的施工。
該步驟空氣壓縮機一般是對一個孔洞實施。但
有時在探桿上拔的過程中會因為孔壁堵塞或壓差小
無法排放，此時采用雙孔排放的方式解決。
雙孔排放工藝由兩個排放孔組成(簡稱主孑L
和附屬孑L)。首先靜壓主孑L至預定深度，然后微動
靜壓油缸，在間隔50～100 lllm 的位置將附屬孔靜
壓至預定深度，接著將附屬孔上拔至含氣層位置
進行放氣。由于氣壓小和孔壁淤積等原因，附屬
孔的排放效果不明顯。此時挪動油缸將主孔孔底
上拔至比附屬孔孔底深100～500 mm的位置，然
后用空氣壓縮機向主孔孔內注入0．7 MPa壓力的
空氣，待附屬孔暢通無阻后停止注入壓力。重復
該步驟，觀察到附屬孔排放量減小并出現堵塞情
況時，就向主孔注入壓力，直至將該孑L位的有害氣
體排放干凈。見圖1。
圖1 雙孔排放示意圖
含氣層
4 沼氣排放
氣體排放不當將會引起氣體的自燃或是土層內
的噴泥噴砂及地面沉降等現象。所以排放的控制要
以均衡、安全為主，盡量不引起對含氣土層的擾動。
48 浙江建筑 2013年第30卷
安全的含義有兩方面：一是確定排氣合格的標
準，以該標準為目標，在排氣中，排氣完畢后尚未開始
盾構施工前，盾構施工中，實現動態管理，始終以此來
實施、控制、修正、調整工程的進度以保證施工的安全
性；另一方面要確保施工現場的安全 。
為了保證安全的排放，采取了以下措施：
(1)建立沼氣監測系統。在富含沼氣的區域設
置沼氣監測系統，由專人負責，要求記錄監測數據以
隨時備查。沼氣監測系統在濃度超標時進行聲光報
警，相關應急設備系統聯動運行，以便迅速地降低有
害氣體的濃度，達到安全的目的。
在施工過程中，當監測到甲烷體積分數達到0．5％
時，必須立刻停止施工作業，采取加強通風措施；當體
積分數達到1％時，施工人員全部撤出工作面，加強通
風；當濃度降低到正常水平后方可繼續作業。
(2)及時處理現場突發事件。對于氣體的自燃
或是土層內的噴泥噴砂，地面沉降等可能發生的情
況都要有所準備。同時對基坑的坑外水位和沉降量
的變化必須及時監測。放氣后有問題要及時處理，
如果發生明顯的沉降，就要馬上對土層采用注漿，保
證水土的穩定。
為保證施工的安全采取了以下的措施：
施工前，對全體參加施工的人員進行安全教育，
強化甲烷等有害氣體危害的防范教育。
嚴禁在施工場地內吸煙和燒烤其他可燃物，嚴
禁攜帶火種或易燃物品進入隧道。
嚴格控制在施工場地內電焊、氣割(焊)等工序
的作業。
排氣施工人員應盡量站在上風口操作。
現場準備滅火器、鐵鍬及滅火水龍頭等自救工
具，以備不時之需。
組建應急小組，根據難點、重點做出搶險預案，
備有專門的搶險隊伍、設備、材料，由專人負責，將搶
險工作落實到位。保證供電的穩定性，準備好備用
電源。
5 結 語
事實證明只要做到事前細安排、事中精心控制，
就可保證整個沼氣排放工作按期、安全地完成，為下
一步的工作推進打下了良好的基礎。同時，所積累的
數據為該區域下一步的放氣工作提供了良好的參考。
參考文獻
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(上接第42頁)
10 懸臂結構問題
10．1 應加寬抗震縫寬度
當抗震縫處為懸臂梁板時，必須加寬抗震縫寬
度。還應該驗算撓度與裂縫。大懸臂還要考慮豎向
地震作用。
l0．2 考慮多道設防
因為懸臂梁是靜定結構，是一道設防，應加強抗
震措施。并宜在梁端加柱以協調各層變形，或者設
置斜拉桿增加超靜定次數。
參考文獻
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