楊成龍

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

隨著各大城市軌道交通的蓬勃發(fā)展，在盾構(gòu)施工過程中遇到的不良地層也越來越多樣。淺層沼氣是地下空間開發(fā)所可能遇到的地質(zhì)災(zāi)害之一[1]。淺層沼氣的釋放，可能會(huì)導(dǎo)致土層失穩(wěn)，造成無可挽回的重大損失。此外，沼氣產(chǎn)生后會(huì)分散在空氣當(dāng)中，當(dāng)達(dá)到一定的濃度之后遇到明火時(shí)就會(huì)發(fā)生爆炸，對人身安全以及工程安全產(chǎn)生不利影響。如何安全有效地減小淺層沼氣帶來的重大危害，是當(dāng)前軌道交通工程以及其他地下工程發(fā)展過程中必然要面對的難點(diǎn)之一。

1 工程概況

上海市軌道交通15號線工程土建14標(biāo)段古北路站—天山路站區(qū)間隧道頂部埋深20.1～27.7 m。在天山路古北路附近距進(jìn)洞約24 m處，上、下行線隧道將先后穿越運(yùn)營地鐵隧道下方后進(jìn)洞，穿越長度約20.3 m，穿越處在建隧道與運(yùn)營地鐵隧道呈61°斜交，兩隧道間垂直距離最小僅為1.9 m（圖1），給區(qū)間盾構(gòu)推進(jìn)施工和運(yùn)營地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全造成極大影響。

圖1 在建隧道穿越運(yùn)營地鐵隧道剖面

古北路站—天山路站區(qū)間隧道主要穿越的土層為：⑤1-1層灰色黏土、⑤1-2層灰色粉質(zhì)黏土、⑤2層灰色黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土互層。

2 沼氣泄漏及產(chǎn)生的危害

2.1 沼氣泄漏情況

古北路站—天山路站上、下行線盾構(gòu)區(qū)間采用凍結(jié)法加固接收。南井下行線4點(diǎn)至8點(diǎn)方向的凍結(jié)孔在焊接過程中，發(fā)生明火燃燒現(xiàn)象，可以持續(xù)10～120 s不等。在后續(xù)鉆孔過程中，多次發(fā)生噴氣現(xiàn)象。另外，在天山路車站基坑開挖過程中也有氣泡冒出。使用氣體檢測儀對氣體進(jìn)行檢測，確認(rèn)氣體主要為沼氣（主要成分為甲烷）。通過查看地質(zhì)勘察報(bào)告和設(shè)計(jì)圖紙相關(guān)信息，結(jié)合凍結(jié)鉆孔過程工況分析，初步判斷沼氣主要來自⑤1-2層粉質(zhì)黏土及下臥的部分⑤2層土。

2.2 運(yùn)營地鐵隧道沉降情況

布置在運(yùn)營地鐵隧道內(nèi)的電子水平尺前期數(shù)據(jù)顯示，沼氣泄漏后運(yùn)營地鐵隧道發(fā)生較大的沉降。為此，項(xiàng)目部立即停止凍結(jié)鉆孔施工，并對9月1日—9月10日的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)梳理與分析。分析電子水平尺歷時(shí)曲線后得知，沉降值于9月2日—9月6日開始發(fā)生突變（1.0 cm左右），于9月8日—9月9日發(fā)生明顯突變（1.6 cm），表明淺層沼氣泄漏對地層沉降以及地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全影響嚴(yán)重。

3 主要處理措施

3.1 地質(zhì)雷達(dá)探測

為更好地了解運(yùn)營地鐵隧道沉降情況，以及周邊土層的流失狀況，項(xiàng)目部對與工程相關(guān)的區(qū)域進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)探測，同時(shí)到運(yùn)營地鐵隧道內(nèi)部對管片底部也進(jìn)行探測。探測結(jié)果顯示，局部地表淺部1～3 m、4～10 m有土層松動(dòng)、滑移現(xiàn)象（圖2）。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果

3.2 打設(shè)放氣孔與注漿孔

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，在擬建隧道下行線及西南側(cè)方向地面發(fā)生約5 cm的沉降，為緩和沉降曲線的半徑以及確保穿越施工安全，減少對運(yùn)營地鐵隧道的整體危害，在靠近運(yùn)營地鐵隧道及進(jìn)洞區(qū)范圍的地面上開32個(gè)垂直孔，孔深33 m。垂直孔分成16組，1個(gè)放氣，1個(gè)同步注漿，填充氣體流失的空隙[2]，如圖3中紫色和黃色點(diǎn)位所示。

注漿孔和放氣孔開孔直徑均為127 mm，深度33 m，新建隧道埋深為28 m。注漿管和放氣管采用DN40 mm（1.5英寸）、50 cm一節(jié)、PVC材質(zhì)的花管，在注漿孔位置設(shè)置單向閥（圖4）。在放氣管頂部設(shè)置簡單的計(jì)量工具，以確定注漿量（1.5～2.0倍氣體體積）。

圖3 放氣孔和注漿孔開孔位置

圖4 地面開孔與壓漿

3.3 運(yùn)營地鐵隧道內(nèi)部應(yīng)急注漿施工

應(yīng)急注漿范圍為運(yùn)營地鐵隧道上行S914—S943，下行X832—X890，總計(jì)89環(huán)。采取一跳一開孔[3]，預(yù)開孔45環(huán)，每環(huán)2孔，總計(jì)90孔。

注漿施工流程：安裝防噴裝置→鉆穿管壁→插入注漿芯管，打設(shè)注漿管→連接注漿管路→注漿、拔管→拔除注漿管→重復(fù)注漿→封孔（圖5）。

圖5 隧道內(nèi)部應(yīng)急注漿示意

采用水泥-水玻璃雙液漿，單次注漿高度20 cm，單次注漿量80～120 L。當(dāng)注漿量達(dá)到每次注漿的要求或者單次注漿抬升超過報(bào)警值（3 mm）時(shí)終止注漿。

3.4 運(yùn)營地鐵隧道監(jiān)測

為保證地鐵安全運(yùn)營，在運(yùn)營地鐵隧道內(nèi)部應(yīng)急注漿施工和盾構(gòu)穿越施工期間，在運(yùn)營地鐵隧道影響區(qū)段內(nèi)布設(shè)自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控室，通過運(yùn)營地鐵隧道內(nèi)實(shí)時(shí)、精確的監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)注漿施工和盾構(gòu)穿越施工。

3.5 人員保護(hù)措施

在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)安裝氣體檢測儀器（與推進(jìn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)），同時(shí)安全員每班施工前佩戴防毒面具（附帶氧氣瓶）并使用便攜式氣體檢測儀器對隧道內(nèi)進(jìn)行氣體檢測，尤其是盾構(gòu)頭部拼裝區(qū)域和螺旋機(jī)出泥口，增強(qiáng)對可燃?xì)怏w的檢測。當(dāng)盾構(gòu)氣體檢測儀器報(bào)警時(shí)，觸發(fā)氣體稀釋裝置，釋放高分子穩(wěn)定綜合劑，稀釋有毒有害氣體。隧道內(nèi)施工人員每人佩戴防毒面具，穿著防靜電工作服。每班推進(jìn)之前，由佩戴有氧氣鋼瓶面罩的工作人員使用手持式氣體分析儀器測試。開啟正反送軸流風(fēng)機(jī)，加強(qiáng)隧道內(nèi)的通風(fēng)[4]。

為進(jìn)一步保證施工安全，盾構(gòu)照明設(shè)備更換為防爆燈，盾構(gòu)油箱涂刷反射隔熱涂料，油路閥門更換為防火閥，同時(shí)更換油閥密封圈。隧道內(nèi)電纜更換為阻燃電纜，每日派工人對隧道內(nèi)的易燃物品進(jìn)行清理。

4 處理后效果

運(yùn)營地鐵隧道發(fā)生沉降后，根據(jù)自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行運(yùn)營地鐵隧道內(nèi)部應(yīng)急注漿，以控制其沉降發(fā)展。自9月10日—9月15日，共進(jìn)行4次注漿施工，累計(jì)注漿量18.45 m3，單孔每次注漿量80～120 L，采取少量多次的注漿方式，在加固土體的同時(shí)，盡量減少注漿對土體的擾動(dòng)。

運(yùn)營地鐵隧道內(nèi)部應(yīng)急注漿6 d后，運(yùn)營地鐵隧道下行線沉降基本穩(wěn)定，最大沉降變化量為－0.30 mm。至9月16日19：30，累計(jì)最大沉降－0.50 mm，累計(jì)最大隆起1.37 mm（為準(zhǔn)確控制應(yīng)急注漿量，注漿前對電子水平尺監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸零）。

5 結(jié)語

淺層沼氣泄漏作為一種工程地質(zhì)災(zāi)害，對新建工程乃至已有建（構(gòu)）筑物的質(zhì)量與安全都存在著重大威脅。由于地下空間的不斷開發(fā)，施工過程中遇淺層沼氣的情況無法避免。

本工程通過采取地質(zhì)雷達(dá)探測、打設(shè)放氣/注漿孔、運(yùn)營地鐵隧道內(nèi)部應(yīng)急注漿施工、運(yùn)營地鐵隧道監(jiān)測、施工現(xiàn)場防毒防爆等一系列措施進(jìn)行綜合治理和防范，解決了由于沼氣泄漏而導(dǎo)致土層大幅沉降的問題，確保了運(yùn)營地鐵隧道與在建隧道的施工安全，可為今后類似工程的施工提供借鑒。