探討穿越瓦斯地層過程中地鐵盾構(gòu)隧道施工技術(shù)

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摘要：國民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，地上交通越來越擁擠，發(fā)展地下交通系統(tǒng)成為緩解交通壓力的重要舉措，要大力發(fā)展地下交通就必須不斷優(yōu)化地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)。深度加大、距離更長、直徑更大是盾構(gòu)法施工技術(shù)發(fā)展的一個主要趨勢。本文以杭州地鐵1號線（江陵路站-近江站區(qū)間）為例，分析了該工程基本概況和地質(zhì)情況，探討了在施工過程中存在的多種風(fēng)險，探究如何優(yōu)化在穿越瓦斯地層過程中地鐵盾構(gòu)隧道施工的技術(shù)，希望能為國內(nèi)的盾構(gòu)法施工提供一些參考意見。

關(guān)鍵詞：工程和地質(zhì)概況；風(fēng)險分析；施工問題；技術(shù)優(yōu)化

國內(nèi)修建地鐵城市有二十多個，以后越來越多的城市都會修建地鐵以順應(yīng)時代趨勢，在地鐵施工過程中面臨的地質(zhì)情況是很復(fù)雜的，所以要保證地鐵運(yùn)行的安全和牢固就必須優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)[1]。2003年，全國五個城市修建地鐵的時候使用了四十臺盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工，當(dāng)開挖土層時，若碰到瓦斯，瓦斯就會快速布滿隧道，嚴(yán)重的會造成瓦斯燃燒、爆炸。地層中瓦斯的存在大大降低了地鐵盾構(gòu)隧道掘進(jìn)的安全系數(shù)，萬一發(fā)生爆炸就會給人民的生命財產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重威脅。

一、杭州地鐵1號線（江陵路站-近江站區(qū)間）工程和地質(zhì)情況

（一）工程情況分析

杭州地鐵1號線2007年3月28日開工建設(shè)，2012年11月24日投入運(yùn)營。全長53公里，2次穿越錢塘江，4次穿越京杭大運(yùn)河，設(shè)有車站34座，其中地下站31座，高架站3座，停車場及車輛基地2座。其中江陵路站-近江站區(qū)間的右線總長度為2.956千米，左線長度為2.946千米，在單洞圓形的隧道里有許多管片拼裝。該區(qū)間設(shè)兩座風(fēng)井，兩座聯(lián)絡(luò)通道，其中一個聯(lián)絡(luò)通道兼排水泵站。盾構(gòu)穿越錢塘江的總長度約為1340米，隧道穿越的地質(zhì)情況比較復(fù)雜，隧道中含有大量有毒氣體（主要為瓦斯，還有其他有毒氣體），在進(jìn)行盾構(gòu)隧道施工時，瓦斯釋放不僅會造成土層失穩(wěn)，使已建成隧道產(chǎn)生位移甚至發(fā)生斷裂，還會危及施工人員的安全，造成不可挽回的巨大經(jīng)濟(jì)損失。

（二）地質(zhì)情況分析

該區(qū)間地質(zhì)情況較為復(fù)雜，存在大量有毒氣體，施工難度較大。施工中，若處理不好瓦斯問題，有可能會發(fā)生爆炸事故。該區(qū)間隧道中的瓦斯氣體較為分散、氣壓較低、氣層較薄且水氣同層、氣體不連貫。

二、地鐵盾構(gòu)隧道施工過程中遇到的風(fēng)險分析

（一）瓦斯的體積分?jǐn)?shù)超過了標(biāo)準(zhǔn)尺度

根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)規(guī)定，進(jìn)行施工作業(yè)時瓦斯的體積分?jǐn)?shù)不能大于整體體積的0.5%，如果23個探測孔里有6個探測孔里的瓦斯體積分?jǐn)?shù)大于了0.5%就會發(fā)生燃燒和爆炸事故[2]。

（二）瓦斯地層被線路全斷面穿越

根據(jù)工程勘察報告，江陵路站-近江站區(qū)間隧道穿越了儲氣層，隨著盾構(gòu)隧道掘進(jìn)，隧道掌子面的土體被一次性徹底疏松。土體里的瓦斯氣體基本得到完全釋放，這使瓦斯氣質(zhì)殘留在隧道內(nèi)，密封的隧道空間使瓦斯體積的分?jǐn)?shù)不斷攀升，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)超過一定標(biāo)準(zhǔn)就會發(fā)生瓦斯燃燒事故，嚴(yán)重的出現(xiàn)瓦斯爆炸事故。

（三）地層內(nèi)的有害氣體眾多

江陵路站-近江站區(qū)間隧道內(nèi)除含有瓦斯氣體外還含有其他有毒氣體。甲烷是瓦斯的主要成分，其中二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、硫化氫等也是瓦斯的組成部分。硫化氫是無色有臭蛋氣味的氣體，也是一種毒害神經(jīng)的氣體，能使人產(chǎn)生窒息。一氧化碳是無色無味的氣體，人吸入一氧化碳會產(chǎn)生頭痛、眩暈等身體反應(yīng)，嚴(yán)重的會昏迷或死亡。

三、如何優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)

（一）進(jìn)行渣土改良

為了避免有害氣體瓦斯泄露到隧道里面，提高盾構(gòu)隧道施工的安全系數(shù)，可以調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)，把重點放在怎樣控制盾構(gòu)螺旋機(jī)出土和怎樣進(jìn)行盾尾密封上來[3]。瓦斯進(jìn)入隧道的第一個途徑就是螺旋出土口，根據(jù)出渣的具體情況，應(yīng)及時把質(zhì)量好的泡沫灌注到開挖面，并及時把添加劑注入開挖面。

（二）提高隧道內(nèi)的土方運(yùn)輸效率

一次性直接出土是每環(huán)施工的正常形式，為了實現(xiàn)減少瓦斯泄露時間和減輕通風(fēng)壓力的目的，施工單位往往把一次性出土改為兩次出土，兩次出土就意味著每出一次土要掘進(jìn)75cm的距離。如果瓦斯在某一地段分布密集，可以采用渣車被塑料布覆蓋的方式減少瓦斯溢出，這樣能提高盾構(gòu)隧道施工的安全系數(shù)[4]。

（三）提高管片拼裝質(zhì)量

瓦斯泄露的第二個主要通道是盾尾和管片接縫，所以提高管片拼裝質(zhì)量能有效避免瓦斯泄露。提高管片拼裝質(zhì)量不僅要從制作、運(yùn)輸下手，還要從下井的全過程下手，只有從這三個方面進(jìn)行全面檢測才能讓不破損的管片用于盾構(gòu)隧道。管片不僅要求質(zhì)量合格，還要求管片的類型是統(tǒng)一和適當(dāng)?shù)模线m的管片類型能避免盾尾對管片和止水條進(jìn)行損壞，避免瓦斯氣體從損毀的地方泄露到隧道里面[5]。施工單位要配備熟練的管片拼裝手，對管片拼裝的錯縫和錯臺進(jìn)行嚴(yán)格的控制，只有這樣才能使管片不再碎裂，才能保證瓦斯氣體不從盾尾和管片接縫處泄露。

結(jié)語

修建地鐵是一項長期又復(fù)雜的工程，需要地鐵盾構(gòu)隧道施工技術(shù)的協(xié)助，目前盾構(gòu)施工技術(shù)雖有新的發(fā)展，但還存在一定的局限性，它的局限性表現(xiàn)在當(dāng)瓦斯是低濃度和低壓力的時候，只能通過專門的瓦斯勘察才能明確瓦斯的組成成分和分布情況。盾構(gòu)施工技術(shù)參數(shù)需要進(jìn)一步研究和調(diào)整，這樣才能更安全有效地進(jìn)行施工和更有效地對瓦斯氣體進(jìn)行檢測。

參考文獻(xiàn)：

[1]周少東，夏銀飛，杜先照等.地鐵盾構(gòu)隧道穿越瓦斯地層的施工技術(shù)[J].城市軌道交通究，2009，12（8）：68-74。

[2]林文書，林建平，劉文斌等.盾構(gòu)瓦斯隧道掘進(jìn)技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2010，30

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[3]霍軍帥，王炳龍，周順華等.地鐵盾構(gòu)隧道下穿城際鐵路地基加固方案安全性分析[J].中國鐵道科學(xué)，2011，32（5）：71-77。

[4]王建秀，鄒寶平，陳學(xué)軍等.填海區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道下穿公路施工地層沉降規(guī)律的數(shù)值模擬[J].中國鐵道科學(xué)，2013，34（4）：33-39。

[5]李玉寶，沈志敏，蘇明等.地鐵盾構(gòu)隧道收斂和沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析[J].東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，（z2）：296-301。