隧道施工中浅层沼气的危害与防治

隧道施工中浅层沼气的危害与防治 施工技术 CONSTRUCT10NTECHNOLOGY 2011年1O月下 第40卷第351期 隧道施工中浅层沼气的危害与防治 唐益群,蒋玉坤 (同济大学地下建筑与工程系,上海200092) 【摘要]在地下空间开发过程中,浅层沼气作为一种工程地质灾害,影响着隧道施 工安全和质量.首先介绍了沼气 的成因,赋存特点.然后阐述了隧道施工中浅层沼气的危害形式及其内在机理.最 后结合浅层沼气地层自身工程 特点,引入煤矿瓦斯防治相关技术,提出了工程勘探和超前探排气,沉降监控及注 浆,隧道通风,喷出沼气引排等4 种沼气危害的防治办法. [关键词]隧道工程;危害;防治;沼气 [中图分类号]U455【文献标识码]A[文章编号]1002—8498(2011)20-0044-02 DiscussionontheHarmsofShallowBiogas andPreventioninTunnelConstruction TangYiqun,JiangYukun (DepartmentofGeotechnicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China) Abstract:Intheundergroundspacedevelopment,theshallowbiogascausesharmstothequali tyand constructionsafetyofthetunnelasageologicdisaster.Firstly,theformationandexistcharacte risticsare introduced.Then,thewaysandmechanismofbiogasinthetunneloperationarestated.Atlast, according tothecharacteristicsofshallowbiogas,sometechniquesinthecoalgascontrollingareintrodu ced.Four biogaspreventionmethodsarerecommended,includingengineeringexplorationandadvan cedexploration, subsidencemonitoringandgrouting,ventilatinganderuptedbiogasdrainage. Keywords:tunnels;harms;prevention;biogas 我国地下空间近年得到大规模开发利用,尤其 东南沿海发达城市的地下工程日益增多,在此过程 中需要克服许多工程地质问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,长三角,珠三角地区 浅层沼气地质灾害就是其中之一.崇明越江通道, 杭州地铁,上海地铁,广州地铁等大型隧道工程均发 生过浅层沼气造成的工程事故,吕少伟曾将上海地 层浅层沼气沿深度方向进行了分带,并阐述了各带 的区域分布概况.沼气与矿井瓦斯主要成分同为 CH,对地下工程的危害具有相似性,而矿井瓦斯防 治技术较为先进和成熟,本文试结合浅层沼气地层 自身工程特点,引入煤矿瓦斯防治相关技术,为浅层 隧道施工中的沼气危害提供治理建议. 1沼气赋存特点 沼气在砂层中以囊体的形式赋存,具有不均匀 性.气压不同,土孔隙被水,气填充形式亦存在差 异,据此可将赋存沼气的砂性土层分为水封闭带,双 [收稿日期】2011加l46 [作者筒介]唐益群,同济大学地下建筑与工程系教授,博士生导师 上海市四平路1239号200092,电话:(021)65982384,E-mail tangyiqun2@mail.tongji.edu.cn 连通带,气封闭带和承压饱水带等四带. 2隧道施工中的沼气危害 2.1爆炸性危害 爆炸会通过火焰锋面,冲击波和改变隧道中大 气成分等方式对施工人员人身安全和隧道本身,仪 器设备等造成损害.沼气爆炸的发生必须具备3个 基本条件:?沼气浓度在爆炸界限内,一般为5%, 16%;?混合气体中氧的浓度?12%;?有足够能量 的点火源.其中第2个条件几乎随时满足,因为空 气中氧气含量很大.施工中大型盾构等机电设备不 可能做到完全防爆,因此点火源也不可避免.所以 一 旦沼气浓度达到爆炸界限内,很有可能发生爆炸 或者火灾.尽管整个隧道沼气浓度未必都达到爆炸 范围,但是如果通风条件不好,沼气会在局部积聚, 使某个部位沼气含量迅速增加,短时间内超标.因 此爆炸性危害多由局部沼气积聚导致.《煤矿安全 规定》规定:采掘工作面内,体积大于0.5m.的空间 内瓦斯达到2%时即构成局部瓦斯积聚,必须停止 工作,撤出人员. 唐益群等:隧道施工中浅层沼气的危害与防治45 2.2沼气喷出危害 沼气大部分以比较稳定和平缓的方式进入隧 道,比如从盾构头部沿螺旋输送器随泥土进人,从刀 盘与盾壳的接缝处及盾尾间隙进入等.但当沼气处 于高承压状态,(比如上海市合流污水治理项目竹 园排放口工程地质勘查中测得沼气压力高于 0.6MPa)高压沼气有可能携带泥沙集中喷人隧道, 造成人员伤亡,设备受损,迅速聚集的高浓度沼气还 会使人窒息,遇火源可能引发爆炸和火灾.不过,浅 层隧道埋深浅,地应力不大,不存在煤矿中煤(岩) 与瓦斯突出这样高动力灾害. 2.3变形危害 高压沼气层气体释放后,引起土的体积应变,而 且初始气体压力越高,土体体积变化越大.气体强 烈喷发会带走部分土颗粒及水,引起土层坍塌,并且 喷发压力作用在隧道壁表现为弯矩.可能使隧道发 生变形,管片接头断开,进水进气,甚至隧道断裂. 3沼气危害的防治 根据矿井瓦斯灾害防治的相关办法,结合以往 工程实践中积累的一些防治沼气灾害经验,提出隧 道施工中浅层沼气防治的可行性建议. 3.1工程勘探和超前探排气 1)掘进施工前探明地质情况查明掘进轴线 上及附近沼气囊体后,利用钻孔排气并进行负压抽 气.理想情况是在隧道施工前将推进轴线方向的沼 气囊体排放干净.由于沼气囊体分布无规律,工程 地质勘查容易遗漏,而且提前排放的沼气囊体处有 时会再次积聚,因此隧道施工过程中应探气一掘进 一探气循环进行,即探气孑L为隧道掘进探明一段安 全距离,隧道再进行掘进,而后再探再掘.超前探气 孑L应既有中心眼又有斜眼,以便对隧道前方的中心 及上下左右都能控制,如图1所示.超前探探测到 沼气后,通过超前探管引入管路排放到地面,亦可进 行地面打孔排气. l 图1超前探示意 Fig.1Pre-detection ,排气工作?可以减小施工中高 2)做好探气 压沼气喷出危害的可能性;?沼气提前排放后,保证 土体有足够的结构强度和恢复时间,避免使已建好 的隧道产生较大变形甚至断裂. 3.2沉降监控及注浆 注浆工艺在沼气地层隧道施工中能发挥重要作 用.盾尾和隧道接缝处应通过注浆进行密封,尤其 是隧道进入砂层,粉砂层后,可通过注浆充填孑L隙, 减少沼气进入隧道的可能性.遇到沼气释放时,严 格进行地面沉降监测,根据监测情况必要时采取隧 道内二次注浆及地表打孔注浆等 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ,固化事故发 生地层,控制变形量,避免沉降继续增加. 3.3隧道通风 隧道施工往往受到以下一些因素的影响,不能 做到理想通风.比如单个隧道不易形成回风系统, 而且只能串联通风;风机距离施工工作面太远,风机 能力不匹配,风量小;隅角处成通风死角;沼气监测 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 不完善等.隧道通风应当注意:?设立专职沼 气检测人员,长期多点检测隧道内沼气浓度;?隅角 处通风要特别处理,比如挂风障引流(见图2),局部 通风机吹散;?停风前必须先撤出工作面上的人员 并切断向工作面的供电,进行检修应特别注意安全, 严禁带电检修. 图2挂风障引流示意 Fig.2Inductiveventilationwithwindbarrier 3.4喷出沼气引排 突然集中喷出的沼气仅依靠通风无法解决,还 要隔离沼气喷出源并通过专门管路将沼气引排至隧 道外.当喷出量小,喷出缝不大时,可用引排罩将喷 出缝隙封盖,填严水泥砂浆密封,然后通过连接的管 路将沼气排至地面(见图3).当沼气喷出十分强烈 不能采用上述方法时,应当迅速撤离人员和设备,增 强通风,直至喷出结束,隧道沼气浓度降到爆炸下限 后再设法恢复施工. 4结语 浅层沼气对隧道施工主要有爆炸性危害,喷出 危害和变形危害.结合矿井瓦斯灾害防治的相关办 法,本文提出了工程勘探和超前探排气,沉降监控及 注浆,隧道通风,喷出沼气引排等4种沼气危害的防 治办法,对浅层沼气地层的隧道施工有一定的指导 意义. (下转第49页) 20l1No.351沈蜂等:通省特长隧道软岩大变形机理及处治措施49 ZK116+890—一 :ZKll6s. 9l5. r一一一222528 监测时间/d 图5处理后收敛速翠曲线 Fig.5Theconvergenceratecurvesaftertreatment 作用,及时施做二次衬砌,以确保施工安全顺利. 6结语 1)通省隧道围岩大变形是在岩性,地下水,地 应力和工程偏压的综合作用下,因施工开挖诱发软 岩塑性变形所致. 2)通省隧道变形具有破坏严重,范围大,变形 速度快,持续时间长的特点,采取注浆加固变形段围 岩,置换变形钢拱架和重新施作初衬的综合治理措 施后取得良好效果. 3)通省隧道软弱围岩条件下施工不能生搬硬 套"新奥法",不能过分依赖围岩的自承能力,等待 初衬变形稳定后再施作二衬有诱发大变形的可能. 4)对通省隧道这类变质岩的软岩隧道,变形治 理要以支护结构提供抗力为主,否则一旦变形持续 增长,累计到一定程度,会引起更大破坏,返工治理 更加费时费力. 5)十堰至房县高速公路全线存在诸多地质条 件与通省类似的隧道,研究通省隧道大变形的机理, 总结经验教训,对指导全线隧道安全顺利施工具有 重要意义. 参考文献: [1]段永胜,刘新荣,黄林伟,等.软岩隧道大变形灾变区加固 前后监测 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 [J].公路交通科技:应用技术版,2010,69 (9):18-22. [2]湖北省地质矿产局.湖北省区域地质志[M].北京:地质出 版社,1990. [3]谢俊峰,陈建平.火车岭隧道软弱围岩大变形特征及机理分 析[J].武汉科技大学:自然科学版,2007,30(6):647— 651. [4]刘志春,朱永全,李文江,等.挤压性围岩隧道大变形机理 及分级 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 研究[J].岩土工程,2008,30(5):690— 696. [5]缪协兴,陈智纯.软岩力学[M].徐州:中国矿业大学出版 社,1995. [6]刘特洪,林天建.软岩工程设计理论与施工实践[M].北京: 中国建筑工业出版社,2001. 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(上接第45页) 图3喷出沼气引排示意 Fig.3Eruptedmarshgasdrainage 参考文献: [1]唐益群,叶为民,张庆贺.长江口软土层中沼气与隧道安全施 [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 工技术研究[J].同济大学:自然科学版,1996;24(4): 465-470. 胡海东.浅析盾构穿越沼气地层施工技术[J].铁道建筑技 术,2010(4):48-50. 马笑遇.某越江隧道穿越区沼气对施工的影响及监控措施 [J].浙江建筑,2010,27(1):38-41. 唐益群,刘冰洋,赵书凯.高压沼气对浅部砂质粉土工程性质 的影响[J].同济大学:自然科学版,2010,32(10):1316- 1319. 吕少伟,唐益群.上海地区浅层沼气地质灾害分区探讨[J]. 上海地质,2000(3):25-28. 陈广峰,陈惠芳,洪敏.浅议杭州地铁隧道有害气体的危害及 防治对策[J].铁道工程,2010(5):83?86. 俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1992. 于双忠.煤矿工程地质学[M].北京:煤炭工业出版社,1994. 吕少伟,唐益群,叶为民.上海浅气层工程危害机理试验研究 [J].岩土工程,2000,22(6):734-737. 8642O246 一卜p.暑暑一\瓣瑙疑嘛辱