盾構(gòu)法隧道施工地層中存在可燃?xì)怏w的施工技術(shù)

盾構(gòu)法隧道施工地層中存在可燃?xì)怏w的施工技術(shù)李勝新陳宙張平邢舒寧摘要：結(jié)合西氣東輸二線錢塘江盾構(gòu)工程實(shí)例，本文介紹了盾構(gòu)法隧道施工中存在可燃?xì)怏w，增加施工了風(fēng)險(xiǎn)與施工難度，從施工管理、技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化施工方案、防范措施等方面實(shí)現(xiàn)了有效控制與風(fēng)險(xiǎn)管理，保障了安全施工。現(xiàn)將施工應(yīng)對(duì)措施介紹如下：關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法隧道；可燃?xì)怏w；風(fēng)險(xiǎn)管理；技術(shù)創(chuàng)新1前言錢塘江盾構(gòu)法隧道穿越工程，主要地層為淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)粘土與粉砂層。該地層的典型特征是含有大量古生物、植物群等有機(jī)物，在淤泥質(zhì)、粉質(zhì)粘土層中含有團(tuán)狀氣包的形式存在。隨盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)致該部位時(shí)，可燃?xì)怏w氣包密封被破壞，可燃?xì)怏w被釋放出來，通過隧道管片環(huán)縫、盾尾密封刷間隙等部位，進(jìn)入隧道內(nèi)部。當(dāng)有害進(jìn)入隧道內(nèi)將會(huì)造成中毒、窒息、爆燃等重大風(fēng)險(xiǎn)危害。2工程概況2.1概況及地質(zhì)條件西氣東輸二線錢塘江盾構(gòu)工程是西氣東輸二線管道南昌－上海支線控制性工程之一。在浙江省海寧市和杭州市蕭山區(qū)之間穿越錢塘江觀潮區(qū)（如圖1），采用盾構(gòu)法施工，隧道穿越段水平長(zhǎng)度3141m，隧道內(nèi)徑為3.08m，外徑為3.54m。圖1穿越位置示意圖依據(jù)鉆探揭露及土體形成的地質(zhì)時(shí)代、成因、巖性、物理力學(xué)性質(zhì)等特性對(duì)場(chǎng)區(qū)的地層進(jìn)行工程地質(zhì)分層，自上而下共分為8個(gè)主要地層，6個(gè)夾層。穿越主要風(fēng)險(xiǎn)為具有流塑特性的⑥層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層和透水性較好的⑦層粉質(zhì)粘土夾粉砂層（如圖2）。圖2錢塘江盾構(gòu)穿越主要穿越地層斷面圖2.2地層存在可燃?xì)怏w的判斷依據(jù)根據(jù)《西氣東輸二線管道工程錢塘江盾構(gòu)隧道穿越巖土工程勘察報(bào)告》，在勘察過程中鉆探發(fā)現(xiàn)有沼氣呈氣泡狀逸出，有少量冒氣現(xiàn)象，套管內(nèi)可聽見少量間歇性的水泡聲，孔內(nèi)水位較高，冒氣現(xiàn)象不明顯，當(dāng)水位下降時(shí)，水泡聲明顯。在勘探過程中發(fā)現(xiàn)的淺層氣主要為零星沼氣（可燃?xì)怏w），表現(xiàn)為間歇性冒水泡狀，一般出氣量小。根據(jù)鉆探巖芯分析，貯氣層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，含少量腐植物，具明顯泥腥臭，腐植物腐化產(chǎn)生的微量氣體經(jīng)地下水運(yùn)行富集在孔隙含水層中，其主要成分是沼氣（可燃?xì)怏w），由于土層鉆孔壓力釋放造成氣體釋出現(xiàn)象。錢塘江盾構(gòu)施工掘進(jìn)至1852—2130米時(shí)，地質(zhì)主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。通過打開艙門中心球閥，使用便攜式氣體檢測(cè)儀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)CH4的濃度急劇上升，（如圖31）盾尾密封事前處理與改進(jìn)提高耐用壽命降低滲漏風(fēng)險(xiǎn)通過技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)盾尾密封刷進(jìn)行預(yù)處理和盾尾結(jié)構(gòu)改造，添加橡膠保護(hù)套和應(yīng)急橡膠密封，可以延長(zhǎng)盾尾密封刷的使用壽命，提高密封效果。對(duì)盾尾結(jié)構(gòu)的改造，在盾尾安裝兩道橡膠密封和一道充氣應(yīng)急密封（如圖5），可以有效的防止可燃?xì)怏w隨地層水溢進(jìn)隧道。橡膠密封的應(yīng)用在川氣東送黃石盾構(gòu)工程、九江長(zhǎng)江盾構(gòu)工程中使用都比較成功。在錢塘江盾構(gòu)工程中該項(xiàng)改造技術(shù)使用效果更佳，創(chuàng)造了連續(xù)施工盾尾無一次滲漏水的記錄。圖5盾尾密封改造示意意圖2）用電設(shè)施采用防爆型，并進(jìn)行完好性檢查在可燃?xì)怏w存在的環(huán)境中，電火花常常成為引起燃燒和爆炸的主要原因之一。為此在主機(jī)內(nèi)部采用防爆型插座、插頭、照明燈、線纜和接線盒。隧道內(nèi)部的電纜線與風(fēng)管、水氣、泥漿管道分開布置，單獨(dú)安裝在隧道的左側(cè)，并且做到高壓線、低壓線、通訊線分開布置。施工過程中建立巡檢制度和定期檢查制度，班組電工堅(jiān)持每天對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行檢查，并由電氣工程師負(fù)責(zé)對(duì)隧道線纜和用電設(shè)備進(jìn)行完好性檢查，做好檢查記錄。3）24小時(shí)不間斷通風(fēng)，做到抽排并用預(yù)防可燃?xì)怏w濃度防止爆燃的主要措施之一，是加強(qiáng)通風(fēng)以降低可燃?xì)怏w濃度，使其在允許安全范圍之內(nèi)。因此采用兩套通風(fēng)機(jī)，一用一備。通風(fēng)設(shè)備采用隧道專用四級(jí)可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。應(yīng)根據(jù)隧道內(nèi)同時(shí)最多工作人數(shù)所需風(fēng)量、防止可燃?xì)怏w聚集最小風(fēng)速等規(guī)定計(jì)算風(fēng)量，并保證隧道內(nèi)人均送風(fēng)量不小于5m3/人·min（工作風(fēng)量），作業(yè)面風(fēng)速不得低于0.25m/s。為促進(jìn)隧道內(nèi)風(fēng)流形成循環(huán)，在考慮通風(fēng)的同時(shí)同時(shí)4.3優(yōu)化施工方案措施1）掘進(jìn)姿態(tài)控制嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，嚴(yán)禁進(jìn)行急劇糾偏，從而導(dǎo)致盾尾間隙不均勻，導(dǎo)致盾尾密封失效，從而形成盾尾間隙，形成滲漏水和可燃?xì)怏w通過盾尾間隙涌進(jìn)隧道內(nèi)部。2）保證拼裝質(zhì)量在進(jìn)行管片拼裝作業(yè)前進(jìn)行管片外觀檢查，確保管片無貫穿裂縫，無大于0.3mm寬的裂縫及混凝土剝落現(xiàn)象。拼裝時(shí)將管片錯(cuò)臺(tái)控制在允許范圍內(nèi)，如果管片錯(cuò)臺(tái)過大，要拆除重新拼裝，堅(jiān)決杜絕因拼裝質(zhì)量差導(dǎo)致地層和隧道間出現(xiàn)貫穿裂縫。在管片拼裝時(shí)必須保護(hù)防水材料不被破壞，并嚴(yán)防脫槽、扭曲和移位現(xiàn)象的發(fā)生。如發(fā)現(xiàn)防水材料損壞，輕則修補(bǔ)、重則重新調(diào)換，以確保管片接縫防水質(zhì)量；管片局部破損處要及時(shí)修補(bǔ)。3）優(yōu)化漿液配比，控制注漿質(zhì)量為確保注漿質(zhì)量，通過模擬地層狀況，進(jìn)行注漿試驗(yàn)，調(diào)整、優(yōu)化漿液配比。采用同步注漿、后期補(bǔ)漿相結(jié)合的方式，將管片與地層之間的空隙填充密實(shí)。同時(shí)采用雙液注漿、化學(xué)注漿等先進(jìn)堵漏工藝封堵管片環(huán)、縱縫滲漏水點(diǎn)，防止可燃?xì)怏w隨著地層水進(jìn)入隧道。5結(jié)語錢塘江盾構(gòu)掘進(jìn)施工自2010年6月開始，貫通于2011年5月13日，歷時(shí)341天。整個(gè)施工過程中對(duì)可燃?xì)怏w的監(jiān)控，采取定點(diǎn)固定與手持移動(dòng)式二種檢測(cè)方法，由專人負(fù)責(zé)檢測(cè)，填寫表格，定期進(jìn)行應(yīng)急物資和設(shè)備檢查，持續(xù)開展培訓(xùn)和應(yīng)急演練，最終實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)零傷害、零污染、零事故的目標(biāo)。結(jié)合本工程的施工經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為盾構(gòu)施工中人的不安全行為是引發(fā)安全事故的主要根源，施工人員對(duì)可燃?xì)怏w的忽視是最大的安全隱患，所以必須重視人的管理，通過標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理制度，消減可燃?xì)怏w對(duì)盾構(gòu)施工帶來的危害。參考文獻(xiàn)[1]熊衛(wèi)兵,石長(zhǎng)禮,周新權(quán).軟土地區(qū)盾構(gòu)越江隧道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析.2009-03-09[2]周少東夏銀飛杜先照陶文濤.地鐵盾構(gòu)隧道穿越可燃?xì)怏w地層的施工技術(shù).武漢地鐵集團(tuán)有限公司.2008-