李 斐，陳 達(dá)，朱燕琴

(1.北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司,北京 100037； 2.中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 概述

杭州地鐵1號線彭埠站—建華站區(qū)間為單圓盾構(gòu)隧道,場地內(nèi)存在有害氣體層。目前國內(nèi)尚無地鐵盾構(gòu)隧道下穿高壓力有害氣體施工的實例。盾構(gòu)隧道施工空間狹小,有害氣體的存在給工程實施帶來很大風(fēng)險。

杭州的土層具有一定的地質(zhì)特點,有害氣體的賦存又不同于煤礦等地區(qū)的賦存方式,因此如何合理經(jīng)濟(jì)地處理好有害氣體,杜絕工程事故的發(fā)生,成為一個必須研究解決的問題。

而且,目前地鐵設(shè)計中因沒有針對性的規(guī)范,所以只有參考《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》。但地鐵盾構(gòu)隧道又與鐵路隧道有許多不同的地方,因此規(guī)范的可參考性尚存在一定爭議。主要爭議集中在以下幾點：地鐵勘察有害氣體壓力與鐵路勘察有害氣體壓力方法不同,地鐵勘察提供的有害氣體壓力為經(jīng)過修正后的壓力,有一定的安全系數(shù)考慮在內(nèi)；有害氣體賦存形式不一樣,地鐵土層中多為雞窩狀賦存的有害氣體,而鐵路隧道中分布較均勻,大面積賦存；地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道襯砌為裝配式襯砌,而鐵路隧道襯砌為噴錨支護(hù)或噴錨支護(hù)+現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)；地鐵隧道列車運(yùn)營間隔約3～5 min小間隔運(yùn)營,活塞風(fēng)效應(yīng)明顯，而鐵路隧道列車運(yùn)營間隔較大。

2 工程概況

杭州地鐵1號線正線的彭埠站—建華站區(qū)間為單圓盾構(gòu)區(qū)間。區(qū)間全長約為1.6 km。區(qū)間設(shè)置兩個聯(lián)絡(luò)通道,其中一個聯(lián)絡(luò)通道與泵站合建。

平面線路左線由直線段，4個半徑分別為700、600、1 000、1 200 m的圓曲線段及緩和曲線段組成。右線由直線段，半徑為1 500、650、1 200、600、1 000 m的圓曲線段及緩和曲線段組成。線間距最大約為67 m。最小約為13 m。區(qū)間主要下穿關(guān)鍵節(jié)點為改移后的備塘河3號橋、滬杭甬高速公路。

線路在縱斷面上采用動力坡,線路呈大V字坡,在中部設(shè)最低點。隧道頂埋深15～25 m。

在彭埠站大里程站端共設(shè)置7條線,1號左右線在兩側(cè),4號線延伸線下穿4號線出入段線、1號線的出段線、1號線左線往北延伸。1號線左線在區(qū)間中部下穿1號線出段線和4號線出入段線。7條線縱斷、平面關(guān)系復(fù)雜,空間關(guān)系上1號線左右線在最下層,4號線延伸線在最上層,1號線出段線在第二層,4號線出入段線在第三層。并且,這7條線在多處立交。

3 地質(zhì)工程概況

3.1 土層概況

土層從上至下均為軟土層,其中⑥1層、⑥2層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土,灰色流塑。高靈敏度,局部夾云母、貝殼碎屑,含薄層粉土粉砂。⑥3層為稍密～中密砂質(zhì)粉土；⑦1層為軟可塑的黏土。⑦2層黏土夾粉質(zhì)黏土：青灰～灰黃色,硬可塑,含鐵錳質(zhì)氧化斑點。無搖振反應(yīng),切面較光滑,干強(qiáng)度高,韌性高,局部粉性較強(qiáng)。⑧1層黏土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰～深灰色,流塑～軟塑。鱗片狀,含少量云母碎屑、腐殖質(zhì)。⑧2層粉質(zhì)黏土：灰～灰褐色,軟塑～軟可塑。含少量云母碎屑,腐殖質(zhì),有光澤。

盾構(gòu)區(qū)間穿過⑥1、⑥2、⑦1、⑦2、⑧1土層,坐落在⑦2層黏土夾粉質(zhì)黏土和⑧1層黏土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土上。

3.2 地下水

場地內(nèi)第一承壓水層主要分布于④4層砂質(zhì)粉土層,水量較小,隔水層為上部的④3層淤泥質(zhì)土層。建華站勘察時實測④4層第一承壓水頭埋深在地表下3.80 m。第二承壓含水層主要分布于深部的1粉砂、4層圓礫中,水量較豐富,隔水層為上部的淤泥質(zhì)土和黏性土層(⑥、⑦、⑧、⑩層)。而目前沒有找到勘探設(shè)備可以分別探明溶于水及游離的有害氣體濃度。

3.3 有害氣體賦存情況

有害氣體生氣層為⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層,而主要儲氣層為⑥1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土和④4砂質(zhì)粉土層,次要儲氣層為⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及④3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。

區(qū)間整個范圍內(nèi)分布著有害氣體,有害氣體成分主要為瓦斯。有害氣體的壓力分布沿地鐵結(jié)構(gòu)線不均。有害氣體壓力相對較大的區(qū)段主要分布在滬杭甬高速公路兩側(cè),尤其在1號線隧道與滬杭甬高速公路交匯的西南側(cè),里程范圍為K23+240.0～K23+440.0(相應(yīng)勘探孔號為Qt9～Qt18),該段長度為200.0 m。

整個區(qū)間的含氣層厚度分布也不均勻。本區(qū)間含氣層頂板的平均埋深約20.5 m,Qt22號孔含氣層頂板埋深最淺,在地面以下19 m；Qt16、Qt25和Qt26號孔含氣層頂板埋深最深,在地面以下22 m。區(qū)間含氣層底板的平均埋深約28.5 m,Qt16和Qt17號孔含氣層底板埋深最淺,在地面以下27 m；Qt14和Qt15號孔含氣層底板埋深最深,在地面以下30 m。

區(qū)間里程K22+920.0～K24+020 0.0的結(jié)構(gòu)線位置恰好位于含氣層之中,K23+352.0和K23+865.0的聯(lián)絡(luò)通道也處于含氣層位置,且第一座聯(lián)絡(luò)通道恰好位于有害氣體壓力較大處。此外，本區(qū)間其他里程段有害氣體含氣層覆蓋深度處于隧道結(jié)構(gòu)線底部以下,且距離結(jié)構(gòu)線底部較近。

有一片區(qū)域的有害氣體壓力相對較大,中心氣壓位于：里程K23+285.0(相應(yīng)Qt10勘探孔,詳見圖1有害氣體平面云圖),實測中心峰值壓力為0.20 MPa,理論峰值壓力0.40 MPa。該理論峰值壓力為有一定安全系數(shù)并經(jīng)過修正的值,并不是實測值。

圖1 有害氣體分布平面云圖

中心最大壓力處的有害氣體流量為13.89 m3/h。

以Qt10和Qt6為例：有害氣體排出過程中,Qt10號孔在觀察時間內(nèi)氣體壓力變化緩慢,壓力有所下降但不明顯,基本成線性變化關(guān)系。Qt6號孔在觀察6 h后開始衰竭,整個排放過程中氣體壓力隨時間呈兩次線性變化關(guān)系。Qt6隨時間衰竭的前半程,壓力值降低較少,壓降斜率小,壓降速率緩慢,降低的壓力值約占壓力峰值的30%；而后半程壓降速率明顯加快,壓降斜率增大,降低的壓力值約占壓力峰值的70%。

以Qt10和Qt6為例：在有害氣體排出過程中,Qt10號勘探孔在觀察時間內(nèi)氣體流量隨時間變化較小,流量值基本穩(wěn)定。而Qt6號勘探孔氣體流量隨時間的變化比較離散,隨著時間的增長流量總體為降低趨勢,呈近似線性變化關(guān)系,局部存在波動變化。

4 區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

杭州地鐵1號線的管片統(tǒng)一采用軟土地區(qū)普遍采用的環(huán)寬1 200 mm、外徑6 200 mm標(biāo)準(zhǔn)環(huán)管片,環(huán)向分6塊,即3塊標(biāo)準(zhǔn)塊(中心角67.5°),2塊鄰接塊(中心角68.75°),一塊封頂塊(中心角20°)。管片之間采用彎螺栓連接,環(huán)向每接縫有2個螺栓,縱向共設(shè)16個螺栓(封頂塊1個,其他每塊3個)。管片厚度為350 mm。由直線環(huán)管片、左右楔形管片外,還有進(jìn)出洞管片、變形縫后管片、聯(lián)絡(luò)通道處鋼與鋼筋混凝土結(jié)合管片等特殊襯砌環(huán)。管片環(huán)與環(huán)之間采用錯縫拼裝。

聯(lián)絡(luò)通道及水泵房采用礦山法施工,復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu),初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)置防水層,聯(lián)絡(luò)通道及水泵房的設(shè)計參數(shù)如下：初期支護(hù)為格柵拱+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土(厚度300 mm),二次襯砌為C30模筑防水混凝土(厚度450 mm)。聯(lián)絡(luò)通道施工均采用冷凍法施工。

本區(qū)間的襯砌選型如果參照《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》應(yīng)采用復(fù)合襯砌,如前所述,考慮到地鐵隧道與鐵路隧道的一些區(qū)別,同時主要也是考慮到地鐵限界的問題,目前仍保留采用盾構(gòu)管片單層襯砌。

5 相關(guān)隧道有害氣體的事故調(diào)查

工程實施過程中發(fā)現(xiàn)有害氣體后,針對相關(guān)有害氣體的工程進(jìn)行了調(diào)研,其中可供參考的國內(nèi)外隧道工程有：家竹菁高瓦斯隧道施工(有煤層)、正陽瓦斯隧道(有煤層)、新蘇家寨隧道(有煤層)、圓梁山隧道(有煤層)、侯月線云臺山隧道(有煤層)、日本東京都水道局輸水管道盾構(gòu)工程(無煤層)。對于有煤層地區(qū)的瓦斯隧道施工往往引起重視,而對于無煤層地區(qū)的施工往往容易對瓦斯忽略。比較典型的與本工程地層、結(jié)構(gòu)形式均接近的工程實例為日本東京都水道局輸水管道盾構(gòu)工程。

該隧道采用雙層襯砌。其外徑3 050 mm,初襯采用175 mm厚盾構(gòu)管片拼裝襯砌,內(nèi)襯是350 mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌。1993年2月1日晚,施工到東京江東區(qū)越中島三段地區(qū)發(fā)生了瓦斯爆炸事故。該隧道穿越事故后的調(diào)查結(jié)果認(rèn)為,在事故現(xiàn)場附近前后約200 m范圍內(nèi)地層構(gòu)造有著微妙的變化,在盾構(gòu)下面“埋設(shè)臺地礫層”的上端在緩緩地向盾構(gòu)位置接近。而且地層中有承壓游離可燃性瓦斯和水溶性可燃瓦斯的存在,它們的濃度分別為78 Vol%和25～70 Vol%。

工程之前的地質(zhì)勘察以100 m間距,瓦斯勘察以200 m間距進(jìn)行,是一般性的調(diào)查,所以不能發(fā)現(xiàn)局部砂礫層的逐漸向上走的趨勢和瓦斯的存在。作出了可燃性瓦斯溢出的可能性很小的判斷。

事故發(fā)生的另一個主要原因是，送到盾構(gòu)內(nèi)的空氣沒有對瓦斯起到充分?jǐn)U散與稀釋的作用。盾尾密封部位在構(gòu)造上密封性較差,瓦斯從該部位涌進(jìn)。

該事故也表明：滯水砂層、砂礫層圓弧形向上處和傾斜層頂部易于積存承壓游離瓦斯,要引起注意。

6 區(qū)間控制節(jié)點施工情況

在區(qū)間右線里程K23+350處,隧道下穿滬杭甬高速。該處隧道頂覆土約24 m。對該高速公路影響較小。施工中注意控制土壓,盾構(gòu)掘進(jìn)速度,與地表控制的隆陷值、進(jìn)出土量、正面土壓平衡調(diào)整值及同步注漿等相協(xié)調(diào)。土層損失率控制在2‰。設(shè)計要求控制高速公路處地面變形(-10～+3 mm)。實際施工中,左線隧道采用面板式盾構(gòu),變形控制較好,約-3 mm,而右線隧道采用輻條式盾構(gòu)施工,變形相對較大,約-7 mm,但均在控制范圍內(nèi)。并且滬杭甬高速附近存在較大壓力有害氣體,有害氣體賦存狀態(tài)呈雞窩狀,施工前雖經(jīng)放氣,但放氣效果不明顯。放氣時只有兩處有1 m多高火焰噴發(fā),噴發(fā)時間較短,約1 d后即停止。在隧道施工中螺旋出土口有沼氣噴涌而出,報警器顯示局部濃度瞬間達(dá)到1%,但由于施工中通風(fēng)措施得當(dāng),有害氣體很快消失。目前2條隧道均已安全順利推通。

7 有害氣體處理措施和對策

考慮到有害氣體對工程帶來的巨大風(fēng)險,地鐵公司成立了專門的課題對有害氣體進(jìn)行了研究。但當(dāng)時采用普通的地質(zhì)勘察手段無法探測到有害氣體的存在,后在濱康站發(fā)現(xiàn)了有害氣體噴發(fā),因此針對全線有可能存在的有害氣體場地進(jìn)行了補(bǔ)充勘察。補(bǔ)勘后開展的課題研究進(jìn)度與工程進(jìn)度也存在一定的脫節(jié),無法為工程提供直接可參考成果。但后來為了配合工程進(jìn)度,對國內(nèi)外工程進(jìn)行了調(diào)研,并根據(jù)有關(guān)規(guī)范制定了一系列措施。從目前情況看,尤其是施工措施,基本能保證隧道施工安全,而永久措施尚待實踐進(jìn)一步檢驗。

7.1 施工措施

經(jīng)過綜合研究調(diào)查,最終確定采用的區(qū)間施工期間的安全措施如下。

(1)委托專門機(jī)構(gòu)對某區(qū)段(區(qū)間隧道底板與含氣層頂板距離小于5 m)處需采用有控放氣,放氣到沼氣壓力小于0.05 MPa。待沼氣自由排放結(jié)束后,安裝負(fù)壓抽排設(shè)備,對沼氣抽放孔進(jìn)行負(fù)壓抽排,以提高沼氣的抽排效果。沼氣負(fù)壓抽排施工結(jié)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)。為了檢驗盾構(gòu)施工范圍內(nèi)的有害氣體是否排放干凈,在盾構(gòu)推進(jìn)到達(dá)前一個月再次實施勘探查氣?？碧娇撞贾迷诘罔F結(jié)構(gòu)線兩側(cè)3 m處，各布置5個查氣孔,孔間距50 m。若探明有害氣體壓力仍≥0.05 MPa,則繼續(xù)加密勘探探孔放氣；若有害氣體壓力小于0.05 MPa,方可進(jìn)行盾構(gòu)施工。

(2)放氣期間地面沉降監(jiān)測：在里程K23+240.0～K23+440.0,地鐵結(jié)構(gòu)線的中線處,每隔20 m左右設(shè)立1個深層沉降監(jiān)測點,每隔40 m左右設(shè)1個監(jiān)測斷面(深層分層沉降監(jiān)測點)。監(jiān)測氣體釋放過程中土體變化情況,監(jiān)測自放氣施工開始之日起至放氣施工結(jié)束后1個月完畢,施工期間監(jiān)測頻率為1次/d,施工結(jié)束后1個月的頻率為1次/2 d。放氣后對土層采取注漿等措施確保周邊構(gòu)筑物安全、確保土層流失后不存在空洞,不影響盾構(gòu)施工。

(3)放氣完畢后的2個月后,盾構(gòu)從土層中穿過。

(4)除地勘部門提出的施工安全規(guī)則外,配備了人工檢測點或自動檢測探頭,兩探頭位于隧道斷面中部拱頂下25 cm處。自動檢測時,檢測系統(tǒng)應(yīng)能抗強(qiáng)電磁干擾,探頭的安裝結(jié)構(gòu)應(yīng)便于定時檢查維修。

(5)加強(qiáng)通風(fēng)。必須采取機(jī)械通風(fēng)。通風(fēng)設(shè)備必須防止其漏風(fēng),并配備備用的通風(fēng)機(jī),一旦工作中的通風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時,備用機(jī)械能立即供風(fēng)，保證工作面空氣內(nèi)的瓦斯?jié)舛仍谠试S限度內(nèi)。當(dāng)通風(fēng)機(jī)發(fā)生故障或停止時,洞內(nèi)工作人員應(yīng)立即撤離到新鮮空氣地區(qū),直至通風(fēng)恢復(fù)正常,才允許進(jìn)入工作面繼續(xù)工作。洞內(nèi)空氣中允許的瓦斯?jié)舛葢?yīng)控制在下述規(guī)定值(同時以安全規(guī)程及相關(guān)規(guī)范規(guī)定為準(zhǔn))內(nèi)：

①洞內(nèi)總回風(fēng)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛刃∮?.75%；

②從其他工作面進(jìn)來的風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛刃∮?.5%；

③掘進(jìn)工作面的瓦斯?jié)舛仍?%以下；

如瓦斯?jié)舛瘸^上述規(guī)定,工作人員必須立即撤到符合規(guī)定的地段,并切斷電源。

開挖工作面風(fēng)流中和電動機(jī)附近20 m以內(nèi)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時,必須停工、停機(jī),撤出人員,切斷電源,進(jìn)行處理。

開挖工作面內(nèi),局部積聚的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到2%時,附近20 m內(nèi)必須停止工作,切斷電源,進(jìn)行處理。

因瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定切斷電源的電器設(shè)備,必須在瓦斯?jié)舛冉档偷?%以下時,方可重新開動機(jī)器。

(6)由于停電或檢修,通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時,必須有恢復(fù)通風(fēng)、排除瓦斯和送電的安全措施?；謴?fù)正常通風(fēng)后,所有受到停風(fēng)影響的地段,必須經(jīng)過檢測人員檢測,確認(rèn)無危險后方可恢復(fù)工作。所有安裝電動機(jī)和開關(guān)地點的20 m范圍內(nèi),必須檢查瓦斯?jié)舛?符合規(guī)定后才可啟動機(jī)器。局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),在恢復(fù)通風(fēng)前,亦必須檢查瓦斯?jié)舛?符合規(guī)定方可開動局部風(fēng)機(jī),恢復(fù)正常通風(fēng)。

(7)加強(qiáng)盾尾油脂檢查,注意確保盾尾密封。加強(qiáng)螺旋輸送機(jī)排土口處沼氣的監(jiān)測。

(8)對隧道施工人員進(jìn)行有關(guān)有害氣體的安全培訓(xùn)教育,并制定防坍塌、涌水、瓦斯等搶險應(yīng)急預(yù)案,配備必要的搶險機(jī)械、物資,明確組織和人員分工,出現(xiàn)問題迅速采取措施,減少影響和損失。

7.2 永久措施

由于隧道運(yùn)營期間課題研究成果尚未提出,而區(qū)間隧道按照工期已經(jīng)推進(jìn)。區(qū)間設(shè)計方建議對于有害氣體處理應(yīng)根據(jù)課題研究成果進(jìn)行。在課題報告出來可供工程應(yīng)用實踐之前,當(dāng)時也只能參考《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》對該區(qū)間隧道提出了如下處理方案。

(1)重新核算盾構(gòu)管片的受力及抗浮。對各種管片適用的埋深進(jìn)行了調(diào)整。

(2)施工前對管片進(jìn)行氣密性試驗。聯(lián)絡(luò)通道及泵站和管片透氣系數(shù)均不應(yīng)大于10-11m/s。如不能滿足該要求需采取其他措施。區(qū)間的管片接縫均應(yīng)進(jìn)行氣密處理,其封閉瓦斯性能不應(yīng)小于管片襯砌本體。需進(jìn)行接頭氣密性試驗。為保證接縫處管片的密閉性,該處管片拼裝及糾偏盡量減少采用軟膜襯墊,直接采用楔形管片進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。而實際實施中由于接頭氣密性試驗條件不具備,未進(jìn)行試驗；糾偏過程中也難免用到襯墊；管片還有不同程度的裂縫,這些都導(dǎo)致對后期有害氣體的滲漏無法準(zhǔn)確估計。當(dāng)時召開的地鐵公司專家會議結(jié)論是接頭氣密性只要能防水即能防氣。而施工發(fā)現(xiàn)的有害氣體壓力沒有勘察提供的值大。

(3)聯(lián)絡(luò)通道泵站混凝土需摻加氣密劑,氣密劑摻量1%。并根據(jù)氣密劑不同通過試驗配比調(diào)整摻量及水灰比。

(4)隧道運(yùn)營期間瓦斯檢測斷面的位置,應(yīng)根據(jù)施工期間的瓦斯涌出情況確定。施工期間有瓦斯涌出地段,必須設(shè)置監(jiān)測器,其他地段視具體情況確定。人工檢測點或自動檢測探頭應(yīng)位于隧道斷面中部拱頂下25 cm處。自動檢測時,檢測系統(tǒng)應(yīng)能抗強(qiáng)電磁干擾,探頭的安裝結(jié)構(gòu)應(yīng)便于定時檢查維修。

(5)針對施工期間有瓦斯涌出地段,采取措施減小運(yùn)營雜散電流值,同時加強(qiáng)運(yùn)營中雜散電流檢測工作。

(6)運(yùn)營期間需采取措施防止靜電危害,工作人員一律禁止穿易產(chǎn)生靜電的服裝,并且所有進(jìn)入隧道的人員都要進(jìn)行預(yù)防有害氣體和消防等安全教育。

(7)對處于較高壓力有害氣體區(qū)域的一座聯(lián)絡(luò)通道,提出了兩方面的風(fēng)險：①由于有害氣體的存在,增加了打孔噴射風(fēng)險；②由于有害氣體的存在,冷凍土體凍結(jié)質(zhì)量無法保證,凍結(jié)土層中有氣泡凍結(jié)土體強(qiáng)度受到一定影響。因此需對原先的純粹冷凍法通道施工方案進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。采用旋噴加固在盾構(gòu)推進(jìn)前進(jìn)行加固同時被動放氣。同時要求加固后土體均勻、無硬芯，不影響凍結(jié)法施工。土體加固后生氣層被破壞，可減少以后有害氣體的產(chǎn)生及聚集。

8 存在問題

隧道雖然已經(jīng)施工完成,但筆者仍感到存在一些問題亟待解決。

(1)根據(jù)日本東京都水道局輸水管道盾構(gòu)工程曾發(fā)生的瓦斯爆炸事故調(diào)查結(jié)果,有害氣體一般分為兩類,一類為承壓型游離瓦斯,另一類為溶于水的可燃性瓦斯。地鐵隧道瓦斯不同于煤礦瓦斯,其最大特點就是它是“溶于水的瓦斯”。目前盾構(gòu)隧道的接縫較多,也必然存在有滲漏水處。日本東京都水道局輸水管道為有內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu),而目前杭州地鐵1號線隧道為單襯砌結(jié)構(gòu)。因此必須盡可能減少地下水的滲漏點,必須確保隧道施工質(zhì)量。

(2)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：“瓦斯隧道的襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)有防瓦斯措施。”二級瓦斯隧道需設(shè)雙層襯砌,襯砌均需摻用氣密劑,并且設(shè)置瓦斯隔離層。“噴射混凝土中摻用氣密劑后,透氣系數(shù)不應(yīng)大于10-10cm/s,模筑混凝土摻氣密劑后,透氣系數(shù)不應(yīng)大于10-11m/s。模筑混凝土襯砌施工縫應(yīng)進(jìn)行氣密處理,其封閉瓦斯性能不應(yīng)小于襯砌本體?！痹诂F(xiàn)行單層襯砌盾構(gòu)隧道中,無法設(shè)置瓦斯隔離層,接頭允許有一定的張開量,也很難保證每一道接縫都?xì)饷芴幚淼貌恍∮谝r砌體。

(3)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：“隧道運(yùn)營期間瓦斯檢測斷面的位置,應(yīng)根據(jù)施工期間的瓦斯涌出情況確定。施工期間有瓦斯涌出地段,每50～100 m設(shè)置一處,其他地段視具體情況確定。人工檢測點或自動檢測探頭應(yīng)位于隧道斷面中部拱頂下25 cm處。自動檢測時,檢測系統(tǒng)應(yīng)能抗強(qiáng)電磁干擾,探頭的安裝結(jié)構(gòu)應(yīng)便于定時檢查維修?！倍軜?gòu)隧道接縫多,每1.2 m就有1條接縫,接縫過于分散,目前監(jiān)控測點的布置位置,是否能按規(guī)范取值值得探討，畢竟不可能在每道縫處都設(shè)置探頭。

(4)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：“瓦斯工區(qū)根據(jù)其含瓦斯的情況,可劃分為非瓦斯地段和三級、二級與一級3種含瓦斯地段,并分別采用不同的襯砌結(jié)構(gòu)。一、二級瓦斯地段應(yīng)采用復(fù)合式襯砌。其初期支護(hù)和二次襯砌應(yīng)根據(jù)埋置的深度、圍巖級別、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、瓦斯嚴(yán)重程度按全封閉原則進(jìn)行設(shè)計?！备鶕?jù)詳勘提供的瓦斯壓力數(shù)據(jù)看,屬于二級瓦斯地段,因此根據(jù)該規(guī)范,應(yīng)采用復(fù)合式襯砌。而軟土地區(qū)區(qū)間采用盾構(gòu)施工是比較經(jīng)濟(jì)合理的,由于瓦斯的存在,因此是否要考慮在盾構(gòu)襯砌內(nèi)再施工內(nèi)襯，這也涉及到限界問題，盾構(gòu)機(jī)制造、管片鋼模等一系列問題,也需要考慮現(xiàn)有的350 mm厚管片是否優(yōu)化厚度或外徑,盡可能降低造價,又同時滿足施作二襯及限界要求。因此是否可以考慮修正前的壓力,按較低壓力考慮,可以按三級瓦斯隧道設(shè)計,取消設(shè)置瓦斯隔離層,并且只考慮采用模筑混凝土的結(jié)構(gòu)形式。為此，專門召開了專家會議,專家認(rèn)為管片接縫能防水即可滿足有害氣體不滲漏的要求,而管片為預(yù)制混凝土管片,預(yù)制質(zhì)量比現(xiàn)場質(zhì)量更好,氣密性更高。從目前推通的隧道來看,尚無有害氣體聚存的現(xiàn)象,但時間尚短,尚待實踐進(jìn)一步檢驗。

(5)尚需研究地鐵施工及運(yùn)營期間雜散電流、接觸網(wǎng)電火花、靜電與瓦斯的關(guān)系。最直接的影響是這些因素有可能會引燃瓦斯,引起瓦斯爆炸事故,須引起足夠重視。

(6)雖然如上述,隧道運(yùn)營期間瓦斯檢測斷面的位置,應(yīng)根據(jù)施工期間的瓦斯涌出情況確定。施工期間有瓦斯涌出地段,必須設(shè)置監(jiān)測器,其他地段視具體情況確定。這是由于隧道推通以后,有可能將整條隧道范圍外的土體都連通,因此有害氣體會隨隧道外壁連通,并在一定壓力下突破隧道薄弱部位進(jìn)入。而這個相對薄弱部位有可能是已經(jīng)有滲漏水處,又有可能是其他部位。全隧道布置監(jiān)測器造價較高,因此,監(jiān)測器布置位置尚需研究。

(7)也探索過參考鐵路礦山法隧道的做法,在管片接縫處采用背氣面處理,在背氣面噴涂防氣涂層,該涂層在嵌縫完成后實施。防氣涂層具體做法是：采用丙烯酸酯1道、丙烯酸酯砂漿2道進(jìn)行涂刷處理。處理范圍為隧道接縫兩側(cè)各100 mm,每道接縫周圈處；每個注漿孔周圈100 mm范圍。丙烯酸酯砂漿配比：P/C=10%,W/C=0.33；灰/砂=1/2；每道厚8 mm。防氣涂層與管片接縫防水共同作用,設(shè)置雙道防線確隧道內(nèi)空氣質(zhì)量安全。但該處理措施后來根據(jù)有害氣體研究課題中間報告結(jié)論進(jìn)行了調(diào)整及取消。該報告中提出了管片接縫不需要著重處理的觀點。同時設(shè)計方也考慮到運(yùn)營期間砂漿有可能會因為隧道縱向變形,嵌縫處砂漿被折斷脫落,掉落到高速運(yùn)營的列車上,有可能成為運(yùn)營期間的一大隱患而取消了該項措施。因此鐵路隧道防氣的成功措施有時不能照搬照抄到地鐵盾構(gòu)隧道工程中。這些問題已經(jīng)提交到課題組,正在進(jìn)一步解決中。

9 結(jié)論和建議

杭州地區(qū)某些地層有害氣體存在較普遍,并且賦存形式為雞窩狀分布,盾構(gòu)區(qū)間施工存在較大風(fēng)險,但是施工風(fēng)險是可控的,其中有效的措施主要有：施工前放氣,但由于有害氣體的賦存形式為雞窩狀非連通狀態(tài),放氣不可能完全放完,因此盾構(gòu)施工時加強(qiáng)通風(fēng)、做好有害氣體監(jiān)控工作、加強(qiáng)安全宣傳、加強(qiáng)工人安全意識、始終保持高度警惕顯得尤為重要。

有害氣體的回聚數(shù)量及快慢等確切數(shù)據(jù)目前尚無法掌握,因此有害氣體對于盾構(gòu)隧道長期運(yùn)營的影響尚需進(jìn)一步研究。目前主要的措施為加強(qiáng)運(yùn)營期間的通風(fēng),靠活塞風(fēng)及與隧道通風(fēng)聯(lián)動的監(jiān)測系統(tǒng)加強(qiáng)監(jiān)測以規(guī)避風(fēng)險。

盾構(gòu)區(qū)間隧道運(yùn)營期間的有害氣體處理相對于施工期間的處理似乎更待妥善解決。

[1] GB 50157—2003，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[2] TB10120—2002 J160—2002，鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 馬積薪.盾構(gòu)隧道瓦斯爆炸事故的原因及對策[J].世界隧道，1995(6).

[4] TB10002.1—2005，煤礦安全規(guī)程[S].

[5] 浙江省地礦勘察院.杭州地鐵1號線彭埠站—建華站區(qū)間地下有害氣體補(bǔ)充勘察報告[R].浙江省地礦勘察院，2009.

[6] 李固華.瓦斯隧道混凝土襯砌施工縫氣密性的研究[J].鐵道建筑，1997(12).