淺層淤泥質(zhì)土沼氣釋放技術(shù)研討

占立浩

淺層淤泥質(zhì)土具有持續(xù)性沉降與快速沉積的交互相地層環(huán)境，沼氣通常以囊狀形式存在，局部所賦存的氣壓與流量均較高。如果不能在施工前采取釋放沼氣措施，可能會導(dǎo)致施工過程中遇到明火而發(fā)生爆炸，甚至產(chǎn)生施工人員遭遇朝氣而發(fā)生中毒等現(xiàn)象。本文主要分析淺層淤泥質(zhì)土沼氣釋放技術(shù)。

淤泥質(zhì)土中通常有機質(zhì)含量較高，而且空氣水中附有較高濃度的硫酸鹽水溶液，因此甲烷氣在這種環(huán)境下極易生成并保存下來。同時，淤泥質(zhì)土的巖性特征顯示，土粒與土粒之間的滲透性比較弱，氣體只能通過土粒間非常微小的間隙向外逐漸滲透排放。但是，由于局部區(qū)域內(nèi)含氣層內(nèi)粗顆粒的含量比較高，賦存烴類氣體，利于沼氣的運移和補給。

一、淺層淤泥質(zhì)土沼氣的形成

具體而言，淺層淤泥質(zhì)土沼氣一般存在于地面以下40m 左右的粉細砂層中，貯存厚度大概在7m 左右，沼氣通常覆蓋在地面至深35m 范圍內(nèi)。淺層淤泥質(zhì)土，主要來源于上淤帶來大量的有機質(zhì)沉積，在長年累月中水和泥沙不斷覆蓋，致使該環(huán)境與外界相隔離，再在厭氧環(huán)境下進行分解發(fā)酵，然后有機物質(zhì)的殘骸在溫度與壓力的作用之下逐漸變成泥炭，并產(chǎn)生沼氣。

二、沼氣的風(fēng)險評價標準

當前，我國還沒有一套比較科學(xué)合理的針對土壤與地下水中沼氣濃度的評價標準與評估規(guī)范。但是，國外制定了相關(guān)甲烷無組織排放的調(diào)查與修復(fù)技術(shù)的方法規(guī)范。假如地下水中所溶解的甲烷濃度超過28mg/L，那么就證明在密閉空間中地下水所釋放出來的甲烷可能會發(fā)生燃燒甚至爆炸。假如地下水中所溶解的甲烷濃度小于28mg/L，就說明地下水中既存在甲烷而且這些甲烷可能會慢慢積累逐漸升高濃度。假如地下水中所溶解的甲烷濃度小于10mg/L，就不需要采取相應(yīng)行動措施。

三、淺層淤泥質(zhì)土沼氣對施工造成的危害

1.致使地面地基沉降

沼氣通常存在于比較松散的粉砂層中，因此具有較強的橫向流動性。假如擾動和破壞沼氣覆蓋層后，那么沼氣內(nèi)會存在過大的自然氣壓，這些氣壓一旦從覆蓋層穿過將地下氣體排放之后，就會迅速將地下水與地下氣體壓出地面，那么地面和地基就可能出現(xiàn)沉降的情形。

2.對隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響

盾構(gòu)推進工程進行施工時，積聚的沼氣突發(fā)性釋放時，土層急劇沉降，誘發(fā)隧道結(jié)構(gòu)嚴重變形，甚至管片斷裂損壞。

3.引起火災(zāi)

在地下室進行施工或隧道盾構(gòu)推進過程中，遭遇一些結(jié)構(gòu)物氣體，在一定時間內(nèi)可能會發(fā)生氣體爆炸或遭遇火花而引起火災(zāi)等情況，操作工人在這種環(huán)境下可能出現(xiàn)生命窒息的情形。

四、淺層淤泥質(zhì)土沼氣釋放施工控制與檢測

1.確定氣孔布置與孔深

根據(jù)相關(guān)資料分析，淺層淤泥質(zhì)土中的氣體一般呈囊狀分布特征，為了保證良好的放氣效果不易采用較大或較小的排放空間距。

比如，相關(guān)操作人員可以在盾構(gòu)中線布置一排放氣孔，同時在兩側(cè)離結(jié)構(gòu)線外5m 左右的地方再各自布置一排孔，確保每一排孔的間距大約在10m 左右，整體呈現(xiàn)出交錯型或梅花形；還要遵循貫穿淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂土層至下部粉細砂層的1m 左右作為控制深度的原則進行設(shè)計，確保深度在盾構(gòu)底部標高以下，這樣最有利于沼氣的有效釋放。

2.放氣設(shè)備與控制原則

在排放沼氣時，要根據(jù)相關(guān)勘探設(shè)備遵循控制原則進行釋放。

比如，可充分結(jié)合淺層淤泥質(zhì)土釋放環(huán)境的特征，結(jié)合改進研制的循環(huán)導(dǎo)氣與機械鉆孔設(shè)施進行釋放；可以先搭設(shè)出相關(guān)的放氣孔施工設(shè)備，然后進行孔位定位，選準正確位置下管并完成釋放作業(yè)，之后對放棄進行有效控制。在正式施工前要檢驗放棄是否完善，是否合格，一旦確定之后再進行注漿封孔；操作人員在排放沼氣時要遵循一定控制原則。一定要確保點位放樣定位的準確性，控制成功的垂直度并保證釋放恐不能侵入到隧道斷面中；在釋放沼氣時要盡量做到徹底，可以通過測量壓力進行判斷，直到不能測出壓力為止，要在盾構(gòu)穿越之前完成沼氣釋放工作；在整個釋放沼氣過程中，要采取一定的防火防噴措施并全面保障操作人員與設(shè)備的安全性。同時，在排放時還要采取合適的釋放速率，使得有害氣體不會對放氣孔周圍地層產(chǎn)生比較顯著的擾動現(xiàn)象，可以采用緩慢均衡的放氣方法。

3.檢測氣體

在釋放沼氣的過程中，要對氣體的濃度、氣體壓力以及氣體流量進行詳細檢測。

比如，操作人員可使用甲烷檢測報警儀對出孔口進行檢測，檢查是否溢出有害沼氣。在進行檢測之前，可以將儀器在比較清潔的空氣中打開，直到儀器保持穩(wěn)定并進入待測狀態(tài)之后，再在放置孔口直接連接儀器進行規(guī)范檢測，為了明確勘測孔內(nèi)是否溢出有害氣體，操作人員在每次檢查時都要先捂住孔口，避免因為氣量太小而從旁邊溢出對檢測結(jié)果造成影響。對所釋放的氣體成分進行檢測，確定其濃度；在檢測中，如果發(fā)現(xiàn)有氣體不斷冒出而且氣體的量比較大時，可以在砂水分離儀上安裝上閥門皮管測定氣體壓力。因為孔口檢測出的氣體壓力可以對土體間阻力與所帶出來的泥砂水混合物之后的壓力進行有效克服，所以與真實氣壓值相比，直接所測定的壓力值往往比較??；可以采用流量計測量氣體的流量，根據(jù)固定時間內(nèi)刻度盤上的相關(guān)數(shù)據(jù)變化值與固定時間指著相處結(jié)果進行判斷，可以在氣砂水分離器上進行安裝后直接量測，借助閥門對氣體勻速流量進行有效控制。

五、淺層淤泥質(zhì)土沼氣對施工危害的具體防治策略

1.采用專業(yè)鉆探技術(shù)，確保施工安全

在對淺層淤泥質(zhì)土沼氣進行施工時，要采用比較專業(yè)的鉆探技術(shù)，以此確保整個施工的安全性。

比如，可組織具有較強專業(yè)性的地質(zhì)鉆探對該地段進行詳細調(diào)查后擬定出細致的鉆探報告，依據(jù)報告結(jié)果和內(nèi)容對淺層淤泥質(zhì)土沼氣的實際貯存情況進行全面了解。然后采取合理的控制性釋氣與預(yù)排放等技術(shù)，確保氣體排放在合理的控制范圍內(nèi)，盡量將危害程度降到最低；相關(guān)技術(shù)人員還要依據(jù)實際情況編制出比較具體的沼氣防治施工安全技術(shù)專項方案，對所制定的專項方案邀請相關(guān)專家進行合理評審，最后將評審結(jié)果上報到相關(guān)部門進行核準。

2.設(shè)立相關(guān)滅火設(shè)備，配備必要的檢測儀器

沼氣的主要成分是甲烷，甲烷在特殊環(huán)境內(nèi)很容易產(chǎn)生爆炸。因此在具體施工時，可以設(shè)立相關(guān)滅火設(shè)備并配備必要的檢測儀器。

比如，先要對施工周圍建筑進行詳細檢測，設(shè)置安全通道利于人員來往，還要制定出合理的應(yīng)急預(yù)案。同時，還可通過官方網(wǎng)站或者新聞媒體發(fā)布相關(guān)施工信息，在施工路段還要設(shè)立出醒目的告示牌作為顯著標志，在施工段還必須要配備比較完善的滅火設(shè)備；使用甲烷檢測儀器對作業(yè)現(xiàn)場相關(guān)配備進行詳細檢測，委派相關(guān)工作人員對施工路段進行24h 內(nèi)的不間斷觀測，根據(jù)觀測過程做好現(xiàn)場記錄工作，如果在觀測時發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題就要立即停止施工并及時上報，將可能產(chǎn)生的危險扼殺在萌芽中。

3.組織現(xiàn)場施工管理，做好詳細調(diào)查登記

在整個施工過程中，相關(guān)管理人員還要組織現(xiàn)場施工管理并做好詳細的調(diào)查登記工作。

比如，可以組織相關(guān)人員在施工現(xiàn)場進行詳細管理，對操作人員進行必要的崗前培訓(xùn)工作；制定出合理管理制度，嚴禁操作人員在作業(yè)區(qū)50m 內(nèi)使用明火，為作業(yè)機械設(shè)置必要的排煙口并為管理人員配置防火罩。假如作業(yè)機械產(chǎn)生火花，就不得進入作業(yè)區(qū)域內(nèi)工作；依據(jù)科學(xué)原則對沼氣地段的作業(yè)范圍進行埋設(shè)沉降，觀測控制樁的位移情形。每天都要將觀測結(jié)果進行上報，操作人員如果在觀測過程中發(fā)現(xiàn)周邊建筑物發(fā)生了較大裂縫，就要像作業(yè)區(qū)所有工作人員及時發(fā)出警報，進行必要的緊急疏散工作；在進行深基坑、地下結(jié)構(gòu)及隧道盾構(gòu)推進等密閉作業(yè)時，有必要在這些工作環(huán)境中設(shè)置必要的通風(fēng)排風(fēng)設(shè)備，還要強制作業(yè)人員佩戴氧氣罩等必要設(shè)備，這樣才能盡可能避免發(fā)生火災(zāi)或爆炸的情形；在正式施工前，施工方可以聘請專人對周邊居民進行詳細走訪，調(diào)查登記周邊建筑物的結(jié)構(gòu)情況并做好相應(yīng)的影像記錄，這樣才能最大程度將施工過程中可能與當?shù)鼐用癜l(fā)生的糾紛情形充分避免；在施工之前，還要對空位地址資料，以及是否存在有害氣體壓力等進行詳細分析，在此基礎(chǔ)上確定，所使用的導(dǎo)管規(guī)格與埋置深度。還要充分依據(jù)地質(zhì)鉆探資料與制定位置進行合理的現(xiàn)場放樣，這樣才能將工程施工中可能存在的相互干擾位置情形等盡量避免掉。

六、結(jié)語

通過上述所分析的淺層淤泥質(zhì)土沼氣釋放施工技術(shù)，當初可以采取鉆孔循環(huán)導(dǎo)氣的是防治策略進行應(yīng)對。在整個施工過程中，還要對沼氣釋放的速度、沼氣流量等進行有效控制，使得工程施工處在可控制狀態(tài)下，以此確保施工安全性與合理性，在此基礎(chǔ)上增加社會效益并減少處理費用。由此可以看出，在淺層淤泥質(zhì)土沼氣釋放過程中采用鉆孔循環(huán)導(dǎo)氣釋放措施是有效可行的。