杭州地鐵一號線某站區(qū)間隧道沼氣抽放施工方案

PAGE杭州地鐵1號線xx站～xx站區(qū)間隧道沼氣抽放施工方案xx建設公司2009年目錄TOC\o"1-2"\h\z\u編制說明及依據(jù) 41、工程概況 51．1xx站～xx站區(qū)間概況 51.2盾構區(qū)間沿線周邊環(huán)境、建（構）筑物、管線 51.3工程地質、水文地質及有害氣體分布 52、沼氣抽放原則 113瓦斯氣體地面釋放區(qū)域確定及檢驗指標 114、沼氣抽放施工措施 114．1沼氣抽放整體設計方案 114．2試驗抽氣孔孔位布置 124.3放氣工藝流程 134.4放氣鉆孔布置 134.5打鉆設備 134.6抽放孔結構 144.7抽放孔施工及封孔技術 144.8抽放試驗施工工藝流程 154.9囊狀氣體結構處理措施 164.10排放順序 164.11放氣試驗效果檢驗 185、施工過程監(jiān)測 185.1地面沉降監(jiān)測 185.2沼氣抽放參數(shù)監(jiān)測 195.3沼氣抽放效果監(jiān)測 195.4施工技術安全措施 196、施工進度及勞動組織 206.1、施工進度計劃 206.2、勞動力配備計劃 20編制說明及依據(jù)編制說明：根據(jù)杭州地鐵1號線（xx站~xx站）區(qū)間地下有害氣體補（沼氣）充勘察報告，該盾構區(qū)間沿線有大量有害氣體（沼氣）存在，為保證盾構推進施工安全，針對該區(qū)間的沼氣埋深、分布范圍、壓力和流量大小等實際情況，特制定本方案。編制依據(jù)（1）杭州地鐵1號線（xx站~xx站）區(qū)間地下有害氣體補充勘察報告（2）設計施工圖（襯砌結構圖、防水施工圖、襯砌布置圖等）（3）參考資料①工程物探報告；②工程地質資料。（4）杭州地鐵1號線工程xx站～xx站區(qū)間（12、13號盾構）交底紀錄1、工程概況1．1xx站～xx站區(qū)間概況沿線多為三～四層的農(nóng)居、田地，并有一些規(guī)模不大以一、二層為主的廠區(qū)。居住用地與工業(yè)用地混雜。xx站～xx站區(qū)間樁號里程為右線K22+750.342～K24+372.913（左線K22+830.657～K24+372.913），右線長約1622.571m，左線長約1528.457。區(qū)間線路最小平面曲線半徑為600m，線間距為13～64.449m，區(qū)間隧道縱剖面為“U”型坡，最大坡度為-29.982‰，隧道頂埋深約為6～25m。區(qū)間設置2個聯(lián)絡通道，其中一個聯(lián)絡通道與泵站合建，其左線里程在K23+340.223，右線里程：K23+352.000。另一個聯(lián)絡通道定位里程：左線里程：K23+853.942，右線里程：K23+xx站～xx車輛段出入段區(qū)間概況區(qū)間沿線地面主要為農(nóng)田，需穿越4號線正線和滬杭高速公路以及部分1～4層民居，民居均為條形基礎，周邊環(huán)境較簡單。xx站～xx車輛段出入段線盾構區(qū)間樁號里程為C1CK0+120.521～C1CK0+770，長約649.479m。在C1CK0+462線路最低點處設泵房一處。1.2盾構區(qū)間沿線周邊環(huán)境、建（構）筑物、管線xx站～xx站區(qū)間周邊環(huán)境、建（構）筑物及管線本區(qū)間沿線多為三～四層的農(nóng)居、田地，并有一些規(guī)模不大以一、二層為主的廠區(qū)。居住用地與工業(yè)用地混雜。盾構左線在K23+370~K23+462正面穿越滬杭高速，盾構右線在K23+340~K23+430正面穿越滬杭高速。在K23+430～K23+500區(qū)段下穿備塘中路及備塘河，在K23+575處下穿4號港。根據(jù)業(yè)主提供的資料顯示該區(qū)間無管線。1號線西出入段線盾構段沿線地面主要為農(nóng)田，需穿越4號線正線和滬杭高速公路以及部分1～4層民居，民居均為條形基礎，周邊環(huán)境較簡單。1.3工程地質、水文地質及沼氣分布①工程地質本區(qū)間沿線地區(qū)屬錢塘江河口相沖海積堆積的粉性土及砂性土地區(qū)，由于堆積年代及固結條件不同，性質不一，豎向由松散至中密狀態(tài)變化，厚度一般在20m左右；其下為海陸交互相沉積的淤泥質軟土及粘性土，地面下深約40～45m左右為古錢塘江河床堆積的圓礫層，中密～密實狀態(tài)，底部基巖埋深一般在地面下55～63m左右。根據(jù)資料，杭州市各第四系土層及隱伏基巖在沿線均有揭露。經(jīng)分析、歸并，本次將地基巖土層劃分為15大層。杭州地鐵一號線沿線結構物埋深范圍內主要分布粉質粘土、砂質粘土。本區(qū)間的有害氣體生氣層為⑥2淤泥質粉質粘土層，而主要儲氣層為⑥1淤泥質粉質粘土夾粉土和④4砂質粉土層，次要儲氣層為⑥2淤泥質粉質粘土層和④3淤泥質粉質粘土層，見下表中深色部分，影響本區(qū)間地層主要地質情況如表1-1。表1-1地基土層特征及分布時代及成因層號土名顏色濕度狀態(tài)包含物及其它特征備注mlQ4①1雜填土雜色濕松散一般由建筑垃圾及生活垃圾等組成，碎石及磚瓦碎塊等硬雜質含量一般在20～40%，直徑一般在2～4cm，局部含大塊石。房屋老基礎，地下溝管道等。①2素填土灰色灰黃色濕松散一般以粉性土為主，含有機質，少量碎石及建筑垃圾。①3淤泥質填土灰色灰黑色很濕松軟含較多有機質及腐殖物質及云母屑，局部分布。alQ34②1粉質粘土灰～灰黃色濕軟塑含氧化鐵質及有機質，俗稱“硬殼層”。無搖振反應，切面光滑，干強度中等，韌性中等。主要分布于湖沼相沉近區(qū)。②2粘質粉土灰～灰黃色飽和松散～稍密含氧化鐵質及有機質，俗稱“硬殼層”。搖振反應中等，切面無光澤反應，干強度較低，韌性較低。主要分布于湖沼相沉積區(qū)。al-mQ34al-mQ24③1粘質粉土灰色飽和稍密含有機質，云母屑。搖振反應中等，切面無光澤反應，干強度較低，韌性較低。主要分布于近代沖海相沉積區(qū)。③2粘質粉土灰～灰黃色飽和稍密含有機質，云母屑。搖振反應中等，切面無光澤反應，干強度較低，韌性較低。沿線大部分布。近代沖海相沉積范圍內為砂質粉土。③3砂質粉土灰～灰黃色飽和中密含有機質，云母屑。搖振反應迅速，切面無光澤反應，干強度低，韌性低。沿線大部分布。近代沖海相沉積范圍內為粘質粉土。③4粘質粉土夾淤泥質粘土灰色飽和松散～稍密軟塑至流塑含有機質，云母屑，粘質粉土與淤泥質粘土層呈互層狀。搖振反應中等，切面無光澤反應，干強度較低，韌性較低。偶有分布。③5砂質粉土灰黃色飽和稍密含有機質，云母屑，夾粉砂。揺振反應迅速，切面無光澤反應，干強度低，韌性低。局部分布。③6粉砂夾砂質粉土灰黃色飽和中密含有機質，氧化鐵質及云母屑。沿線大部分布。③7粘質粉土灰黃色飽和稍密含有機質、云母屑，夾少量粘性土薄層。搖振反應中等，切面無光澤反應，干強度較低，韌性較低。局部分布。③8粉細砂夾砂質粉土灰～灰黃色飽和中密含有機質、云母屑，局部夾少量粘性土。偶有分布。mQ24④1淤泥質粉質粘土夾粉土灰色飽和流塑含有機質，夾薄層粉土。無搖振反應，切面光滑，干強度中等，韌性中等。局部分布。④2淤泥質粘土灰色飽和流塑含有機質，局部夾淤泥或粉土。無搖振反應，切面光滑，干強度中等，韌性中等。局部分布。④3淤泥質粉質粘土灰色飽和流塑含有機質。無搖振反應，切面光滑，干強度中等，韌性中等。沿線大部分布。次要儲氣層④4粘質粉土灰色飽和稍密含有機質、云母屑，夾淤泥質粘性土。局部夾砂質粉土。搖振反應中等，切面無光澤反應，干強度較低，韌性較低。主要分布于湖沼相沉積區(qū)。儲氣層mQ14⑥1淤泥質粉質粘土灰色飽和流塑含有機質，高靈敏度。無搖振反應，切面光滑，干強度中等，韌性中等。沿線大部分布。儲氣層⑥2淤泥質粉質粘土灰色飽和流塑含有機質，高靈敏度。局部夾有粉土透鏡體。無搖振反應，切面光滑，干強度中等，韌性中等。沿線大部分布。生氣層各層土層的滲透性指標見表1-2表1-2各土層主要物理和滲透性指標層號土名室內試驗性滲透系數(shù)（㎝/s）現(xiàn)場抽水試驗滲透性系數(shù)KvKHK③2砂質粉土4.96E-051.32E-04xx站：1.47*10-3xx站：2.64*10-3③3砂質粉土2.90E-042.77E-04③5砂質粉土3.99E-044.50E-04③6砂質夾砂質粉土2.82E-044.15E-04④3淤泥質粉質粘土1.30E-071.70E-07/④4砂質粉土1.64E-044.41E-04/⑥1淤泥質粉質粘土夾粉土1.96E-072.64E-07/⑥2淤泥質粉質粘土2.20E-072.80E-07/⑦2粘土夾粉質粘土1.95E-072.43E-07/⑧1粘土夾淤泥質粉質粘土1.20E-071.40E-07/⑧2粉質粘土1.44E-071.79E-07/②水文地質場地地下水類型主要是第四紀松散巖類孔隙水，根據(jù)地下水的含水介質、賦存條件、水理性只和水力特征，可劃分孔隙潛水和孔隙承壓水兩大類。潛水：主要賦存于表層填土及③2～③6層粉土、粉砂中，由大氣降水和地表水徑流補給，地下水位隨季節(jié)變化。靜止水位埋深0.9～3.4米，相應高程。2.53～4.33m，根據(jù)區(qū)域水文地質資料，淺層地下水位年變幅為1.0～2.0m，多年平均高水位約埋深約0.5～1.0m，根據(jù)杭州市類似工程經(jīng)驗及場地環(huán)境，地下水流速較小，對隧道施工影響不大?？紫冻袎核旱谝怀袎核汗こ虆^(qū)第一承壓水層主要分布在④4層砂質粉土層，水量較小，隔水層為上部的④3層淤泥質土層。第二承壓水：工程區(qū)第二承壓含水層主要分布于深部eq\o\ac(○,12)4層圓碩層中，水量較豐富，隔水層為上部的淤泥質土和粘性土層（⑥、⑦、⑧、⑩層）。③沼氣分布情況根據(jù)補勘結果顯示：xx站～xx站在整個區(qū)間范圍內分布著沼氣，沼氣的壓力分布沿地鐵結構線不均。沼氣壓力相對較大的區(qū)段主要分布在滬杭高速公路兩側，尤其在1號線隧道與滬杭甬高速公路交匯的西南側，里程范圍為K23+240.0～K23+440.0（相應勘探孔號為Qt9～Qt18）,該段長度為200m。此次xx站～xx站的沼氣分布與江南段相比，滬杭甬高速公路附近的氣壓和流量與江南段類似，其余部分相對較小卻分布整個區(qū)間。在施工前高壓區(qū)必須預先有控放氣，確保盾構推進、隧道結構的安全穩(wěn)定。通過現(xiàn)場測試可知：整個區(qū)間的含氣層厚度分布不一。本區(qū)間含氣層頂板的平均埋深約20.5m，Qt22號孔含氣層頂板埋深最淺，在地面以下19m；Qt16、Qt25和Qt26號孔含氣層頂板埋深最深，在地面以下22m。本區(qū)間含氣層底板的平均埋深28.5，Qt16和Qt17號孔含氣層底板埋深最淺，在地面以下27m；Qt14和Qt15號孔含氣層底板埋深最深，在地面以下30m。詳見xx站～xx站有害氣體勘察孔縱斷面圖及典型孔的噴發(fā)特征表。2、沼氣抽放原則根據(jù)已有的有害氣體勘探報告，最大壓力為0.4MP，最大流量為15m3/h。若不采取措施，由于沼氣壓力和流量均較大，，盾構穿越過程中極易產(chǎn)生瞬間噴涌和沼氣含量劇增等狀況，且盾構施工屬于密閉性施工，沼氣不能排出大氣外，在盾構推進二個月進行沼氣釋放，在盾構推進到達前一個月，對沼氣進行復測，如發(fā)現(xiàn)壓力回升，應繼續(xù)進行釋放。沼氣釋放孔原則上可保存，在盾構穿越后可根據(jù)業(yè)主要求可繼續(xù)保存，以備盾構推進結束后沼氣回流時進行使用。3沼氣地面釋放區(qū)域確定及檢驗指標①根據(jù)已有的有害氣體勘探報告，盾構隧道施工沿線沼氣釋放區(qū)域確定在K23+50.0～K23+150.0和K23+240.0～K23+440.0。②檢驗孔沼氣壓力降到0.05MPa以下。4、沼氣抽放施工措施4．1沼氣抽放整體設計方案本工程沼氣抽放方案共分二階段，第一階段先在需要放氣的施工區(qū)域進行沼氣抽放試驗；第二階段是在根據(jù)第一階段的試驗效果進行布孔抽放。①抽放試驗是在盾構推進線路上的一側，布置一個沼氣孔，周圍布置監(jiān)測孔，監(jiān)測沼氣抽放過程中周圍氣體的基本參數(shù)。同時在施工范圍內布置土層深層沉降監(jiān)測點和地面沉降監(jiān)測點，監(jiān)測沼氣抽放對周圍環(huán)境的影響。4．2試驗抽氣孔孔位布置為了避免對盾構推進線路上土體擾動和影響后續(xù)盾構施工，在隧道推進范圍的邊界一側距離3米處布置一個沼氣抽放孔，進行單孔的沼氣抽放試驗。為了獲得單孔抽放對隧道的影響范圍，在抽放孔兩側按間距2米、3米、5米、10米布置沼氣壓力監(jiān)測孔，同時在垂直方向布置監(jiān)測孔，共布置14個沼氣壓力監(jiān)測孔，監(jiān)測孔的施工要求同沼氣抽放孔，監(jiān)測沼氣抽放過程中，地下沼氣的壓力變化情況。同時根據(jù)監(jiān)測情況，可將壓力監(jiān)測孔調整為壓力抽放孔，以提高沼氣抽放效果?？孜徊贾靡娤聢D：4.3放氣工藝流程沼氣控制性預排放施工工藝流程如圖所示控制放氣作業(yè)下套管鉆孔控制放氣作業(yè)下套管鉆孔否施工前檢驗是否合格施工前檢驗是否合格進行盾構施工進行盾構施工4.4放氣鉆孔布置在盾構隧道施工沿線瓦斯釋放區(qū)域范圍內，左右隧道凈距為27~58m，隧道荒徑6.34m。根據(jù)隧道施工間距，擬在每條隧道結構線左右外側3米處各布置一排放氣孔，共4排放氣孔。根據(jù)江南段濱康路有控放氣的成功經(jīng)驗，放氣間距按15m布置，間鄰排氣孔的單孔各自錯開呈梅花型布置。在K23+50.0～K23+150.0和K23+240.0～K23+440.0共布置48個放氣孔（實際放氣孔數(shù)量根據(jù)沼氣抽放試驗段效果進行調整）；抽放孔深度按照沼氣層所在土層的深度進行調整。為了監(jiān)測沼氣抽放效果，在K23+50.0～K23+150.0和K23+240.0～K23+440.0抽放孔中間布置12個壓力監(jiān)測孔。詳見xx站～xx站有控放氣孔位布置圖。4.5打鉆設備控制性放氣是地下隧道工程中遇見有害氣體時最有效的施工措施，本區(qū)間放氣采用有控放氣；排氣孔的施工工藝采用JY-200-1A型液壓鉆孔機。4.6抽放孔結構沼氣釋放的速率應不產(chǎn)生放氣孔周圍地層的顯著攏動，進行緩慢的均衡放氣，以不帶出泥砂為控制標準，釋放過程注重壓力的動態(tài)平恒；為了到達上述標準可采取以下措施：1、端頭的鉆眼應多而密，且鉆眼口徑盡可能的小，同時濾網(wǎng)應采用紋路細密，韌性高的材料。壓力沉淀池的出氣口處增設節(jié)流閥和減壓閥，可調節(jié)排放的壓力和流量。考慮到地下沼氣的最大壓力0.4MP，最大流量為15m3/h，選取大直徑的抽放管的尺寸為?160×5㎜PVC管，深度根據(jù)沼氣所在地層深度布置，下部設置花管。抽放孔上部0.4M?140×4.5㎜鋼套管，鋼套管與PVC管之間采用硅膠進行密封4.7抽放孔施工及封孔技術考慮到地下沼氣的壓力和鉆孔對地下土層的擾動，為了保證鉆孔施工過程中安全，鉆孔按下列步驟進行：首先用鉆機在地表鉆?260孔，鉆孔深度至沼氣層的底部不小于1米（根據(jù)沼氣斷面圖），下放?160PVC管，露出地面500㎜，并在套管與土層之間空隙采用碎石瓜子片進行充填PVC花管長度根據(jù)沼氣層厚度決定，花管長度應大于沼氣含氣成厚度，開孔直徑為5㎜，間距100㎜，管外部使用密目網(wǎng)包扎3層過濾，外圍有碎石瓜子片阻擋泥砂。每個鉆孔施工完畢后，立即安裝孔口套管，孔口管為Φ140mm×4.5鋼管，長度為400㎜，與PVC管搭接300㎜，露出100mm，鋼管與PVC管連接采用在鋼管上粘結3㎜后的遇水膨脹橡膠止水條，4.8抽放試驗施工工藝流程沼氣抽放施工時，現(xiàn)將抽放孔和所有的監(jiān)測孔施工完畢后，安裝監(jiān)測壓力表并布置分層沉降和地表沉降監(jiān)測孔，待各監(jiān)測孔壓力穩(wěn)定后，開始沼氣抽放。在沼氣抽放時，對監(jiān)測孔的壓力及變形進行監(jiān)測。待沼氣抽放孔自由排放結束后，獲得排放的影響范圍。然后接抽排設備，對抽放孔進行負壓抽排。同時監(jiān)測影響范圍。按照獲得的影響范圍，設計地面抽放孔布置間距，在試驗段的其他區(qū)域進行沼氣抽放孔的施工，并進行沼氣抽排工作。同時，對單孔抽放范圍進行監(jiān)測，獲得抽放施工結束后沼氣的聚集情況，待各孔監(jiān)測孔壓力基本穩(wěn)定后，進行高壓水劈裂試驗，并進行沼氣抽放和監(jiān)測，施工要求同普通沼氣抽放。試驗結束后，繼續(xù)對壓力監(jiān)測孔的壓力變化情況進行監(jiān)測，待壓力穩(wěn)定后結束單孔抽放段的試驗。待試驗段所有施工結束后，打探測孔進行抽放效果監(jiān)測，待抽放結果滿足要求后，按照優(yōu)化的施工方案進行沼氣抽放施工。4.9囊狀氣體結構處理措施根據(jù)有害氣體勘察報告，該區(qū)間土層內的沼氣存在有4種狀態(tài)：第一種是完全連通；第二種是部分連通，第三種是局部連通，第四種是完全封閉（囊狀氣體結構）。對于囊狀氣體結構，采用地面鉆孔抽放施工，比較難獲得理想的抽放結果，故采取必要的措施，破壞囊狀結構，使之結構之間進行聯(lián)通。單孔抽放施工結束后，待殘余沼氣壓力穩(wěn)定后，利用抽放孔，對土層進行高壓水力劈裂（或進行高壓抽水，形成壓力差破壞囊狀結構），在囊狀沼氣結構之間形成通道。根據(jù)劈裂后各監(jiān)測孔的數(shù)據(jù)，來分析地下沼氣囊狀結構的存在形式和數(shù)量。高壓劈裂施工結束，待沼氣壓力監(jiān)測孔壓力穩(wěn)定后，然后再進行抽放。4.10排放順序為了最大限度減小對含氣土層的擾動，排放順序至關重要。最佳放氣施工是在每條隧道線兩側抽放孔采用一個機組進行抽放，共用2個機組；單孔排放應盡可能的將孔內的氣體排放干凈，排順序參見示意圖。放氣施工示意圖4.10放氣施工前仔細核對該孔位的地質資料及沼氣埋置深度、壓力和儲量大小。施工時將多級深井抽水泵放入井內，然后安裝上部排氣結構，安裝完畢后，進行抽水，以形成管內外壓力差，沼氣在壓力差的條件下通PVC管逐漸釋放出來，在氣體能釋放出來時即停止抽水。在放氣一段時間后，若出現(xiàn)噴發(fā)泥、砂狀況，則迅速調節(jié)減壓閥及出氣口閥門。若出氣口不再噴出氣體，用空氣壓縮機向管內內注入0.7MP壓力的空氣，三分鐘后關閉空壓機，若仍無氣體噴出，則進行下一孔的施工。在放氣過程中，可通過閘閥實施控制性放氣，觀察氣壓狀態(tài)，控制放氣流量，連續(xù)記錄有關參數(shù)。4.10待沼氣自由排放結束后，安裝負壓抽排設備，對沼氣抽放孔進行負壓抽排，以提高沼氣的抽排效果。負壓抽排過程中，要防止下部花管段的堵塞，如果負壓過低，即使用空壓機進行壓力抽孔后，再繼續(xù)施工。沼氣負壓抽排施工結束后，觀察周圍壓力監(jiān)測孔的壓力變化情況，獲得沼氣聚集的基本參數(shù)。安全原則：注重防火、防噴的措施。4.11放氣試驗效果檢驗為了檢驗盾構施工范圍內的沼氣是否排放干凈，在盾構推進到達前一個月再次實施勘探查氣。勘探孔布置在地鐵結構線兩側3米處各布置5個查氣孔，孔間距50m。若探明有害氣體壓力仍≥0.05MP，則繼續(xù)加密勘探探孔放氣；若有害氣體壓力小于0.05MP，方可進行盾構施工。同時在沼氣釋放試驗階段，選擇某些單孔釋放量降至約0.05MP，或本身沼氣釋放量很小的鉆孔進行真空負壓釋放。以檢查在沼氣壓力到一道程度后，地層內部還可能存在的沼氣存量。對后部沼氣釋放方式調整和盾構穿越施工技術作為參考。5、施工過程監(jiān)測5.1地面沉降監(jiān)測在里程K23+50.0～K23+150.0和K23+240.0～K23+440.0范圍之間，地鐵結構線的中線處，每隔20米左右設立1個深層沉降監(jiān)測點，每隔40米左右設1個監(jiān)測斷面（深層分層沉降監(jiān)測點）。監(jiān)測氣體釋放過