盾構(gòu)法隧道施工地層中存在可燃?xì)怏w.doc

. . . .盾構(gòu)法隧道施工地層中存在可燃?xì)怏w的施工技術(shù)李勝新 陳 宙 張 平 邢舒寧摘 要：結(jié)合西氣東輸二線錢塘江盾構(gòu)工程實(shí)例，本文介紹了盾構(gòu)法隧道施工中存在可燃?xì)怏w，增加施工了風(fēng)險(xiǎn)與施工難度，從施工管理、技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化施工方案、防范措施等方面實(shí)現(xiàn)了有效控制與風(fēng)險(xiǎn)管理，保障了安全施工?，F(xiàn)將施工應(yīng)對(duì)措施介紹如下：關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法隧道；可燃?xì)怏w；風(fēng)險(xiǎn)管理；技術(shù)創(chuàng)新1 前 言錢塘江盾構(gòu)法隧道穿越工程，主要地層為淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)粘土與粉砂層。該地層的典型特征是含有大量古生物、植物群等有機(jī)物，在淤泥質(zhì)、粉質(zhì)粘土層中含有團(tuán)狀氣包的形式存在。隨盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)致該部位時(shí)，可燃?xì)怏w氣包密封被破壞，可燃?xì)怏w被釋放出來(lái)，通過(guò)隧道管片環(huán)縫、盾尾密封刷間隙等部位，進(jìn)入隧道內(nèi)部。當(dāng)有害進(jìn)入隧道內(nèi)將會(huì)造成中毒、窒息、爆燃等重大風(fēng)險(xiǎn)危害。2 工程概況2.1 概況及地質(zhì)條件西氣東輸二線錢塘江盾構(gòu)工程是西氣東輸二線管道南昌上海支線控制性工程之一。在浙江省海寧市和杭州市蕭山區(qū)之間穿越錢塘江觀潮區(qū)（如圖1），采用盾構(gòu)法施工，隧道穿越段水平長(zhǎng)度3141m，隧道內(nèi)徑為3.08m，外徑為3.54m。圖1 穿越位置示意圖依據(jù)鉆探揭露及土體形成的地質(zhì)時(shí)代、成因、巖性、物理力學(xué)性質(zhì)等特性對(duì)場(chǎng)區(qū)的地層進(jìn)行工程地質(zhì)分層，自上而下共分為8個(gè)主要地層，6個(gè)夾層。穿越主要風(fēng)險(xiǎn)為具有流塑特性的層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層和透水性較好的層粉質(zhì)粘土夾粉砂層（如圖2）。圖2 錢塘江盾構(gòu)穿越主要穿越地層斷面圖2.2 地層存在可燃?xì)怏w的判斷依據(jù)根據(jù)西氣東輸二線管道工程錢塘江盾構(gòu)隧道穿越巖土工程勘察報(bào)告，在勘察過(guò)程中鉆探發(fā)現(xiàn)有沼氣呈氣泡狀逸出，有少量冒氣現(xiàn)象，套管內(nèi)可聽(tīng)見(jiàn)少量間歇性的水泡聲，孔內(nèi)水位較高，冒氣現(xiàn)象不明顯，當(dāng)水位下降時(shí)，水泡聲明顯。在勘探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的淺層氣主要為零星沼氣（可燃?xì)怏w），表現(xiàn)為間歇性冒水泡狀，一般出氣量小。根據(jù)鉆探巖芯分析，貯氣層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，含少量腐植物，具明顯泥腥臭，腐植物腐化產(chǎn)生的微量氣體經(jīng)地下水運(yùn)行富集在孔隙含水層中，其主要成分是沼氣（可燃?xì)怏w），由于土層鉆孔壓力釋放造成氣體釋出現(xiàn)象。錢塘江盾構(gòu)施工掘進(jìn)至18522130米時(shí)，地質(zhì)主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。通過(guò)打開(kāi)艙門中心球閥，使用便攜式氣體檢測(cè)儀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)CH4的濃度急劇上升，（如圖3），程噴出狀。圖3 可燃?xì)怏w檢測(cè)儀檢測(cè)出CH4含量3 害氣體地質(zhì)條件下施工風(fēng)險(xiǎn)分析相對(duì)于山體隧道、地鐵隧道而言，小斷面穿江隧道施工空間更小，地質(zhì)勘察、地質(zhì)預(yù)處理的施工難度更大。主要包括以下幾點(diǎn)：3.1 地質(zhì)勘察精確度降低對(duì)穿江盾構(gòu)施工而言，在江面進(jìn)行地質(zhì)勘察作業(yè)難度相對(duì)較大，目前的技術(shù)水平還有很大的局限性，地質(zhì)勘察精度降低，難以發(fā)現(xiàn)地層中埋藏淺含可燃?xì)怏w。在勘查中發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w含量和種類，必須提高勘察水平。 3.2 預(yù)前減壓與排氣實(shí)施困難 針對(duì)非河流穿越可燃?xì)怏w地層，可以采用插管減壓法測(cè)定可燃?xì)怏w含量與位置，并實(shí)現(xiàn)預(yù)排放，達(dá)到降低其含量、壓力的目的。對(duì)于穿江隧道，在江面上進(jìn)行插管排氣作業(yè)難度大。錢塘江盾構(gòu)施工中，受錢塘江大潮的影響，無(wú)法進(jìn)行插管排氣作業(yè)。3.3 受限空間作業(yè)，施工風(fēng)險(xiǎn)更大 小斷面盾構(gòu)施工屬于受限空間作業(yè)，即使少量可燃?xì)怏w進(jìn)入隧道，其濃度也會(huì)快速上升到爆炸范圍。另外應(yīng)急物資配備、通風(fēng)機(jī)布局等都受到空間限制，在發(fā)生人員中毒、窒息或爆燃事故，無(wú)法組織人員快速撤離，增加了施工風(fēng)險(xiǎn)。4 可燃?xì)怏w地層掘進(jìn)措施針對(duì)可燃?xì)怏w地層盾構(gòu)施工存在的巨大風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目在組建期間就應(yīng)該給予高度重視，制定可行的施工方案和應(yīng)急措施。施工中要從施工管理、技術(shù)創(chuàng)新、風(fēng)險(xiǎn)消減等多方面著手，加強(qiáng)隧道內(nèi)可燃?xì)怏w檢測(cè)、隧道和設(shè)備防水性能，風(fēng)險(xiǎn)控制與管理，消減可燃?xì)怏w地層的施工風(fēng)險(xiǎn)，確保人員生命財(cái)產(chǎn)安全。4.1 應(yīng)對(duì)措施1）可燃?xì)怏w檢測(cè)儀器配備及完好性保證由于便攜式氣體檢測(cè)儀隨著環(huán)境變化具有不穩(wěn)定性，因此采用恰當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)報(bào)警方法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。錢塘江盾構(gòu)采用了固定式氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和便攜式氣體檢測(cè)儀相結(jié)合的檢測(cè)方式對(duì)掘進(jìn)隧道進(jìn)行全程監(jiān)控（圖4）。加強(qiáng)對(duì)盾尾、拖車尾部和隧道內(nèi)主要部位的檢測(cè)。確保第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)部可燃?xì)怏w、CO、氧氣和H2S等可燃?xì)怏w，方便員工及時(shí)了解周圍環(huán)境的狀況。監(jiān)控室監(jiān)控臺(tái)監(jiān)控主機(jī)DAB病、C圖4 隧道固定可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng) 2）24小時(shí)專人不間斷多點(diǎn)監(jiān)測(cè)控制建立24小時(shí)巡檢制度，重點(diǎn)對(duì)主機(jī)內(nèi)、1#拖車操作臺(tái)、后部拖車、隧道內(nèi)部和豎井5個(gè)部位進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，確保隧道空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，滿足施工要求。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)后部管片滲漏水點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，做好監(jiān)測(cè)記錄和交接班記錄。一旦發(fā)現(xiàn)有可燃?xì)怏w泄漏，及時(shí)通報(bào)井下作業(yè)人員，并查清泄露點(diǎn)，采取封堵、強(qiáng)制通風(fēng)等措施稀釋可燃?xì)怏w，將濃度控制在1%以下。3）明火管制隧道內(nèi)可燃?xì)怏w濃度嚴(yán)格控制在1%。同時(shí)加強(qiáng)安全作業(yè)管制，嚴(yán)禁明火與動(dòng)火作業(yè)管制，是防止可燃?xì)怏w爆炸的有效手段。在施工中應(yīng)加強(qiáng)井下明火管制措施，嚴(yán)禁井下吸煙和使用火柴、打火機(jī)、電氣焊等點(diǎn)火物品與作業(yè)。在沒(méi)有事先監(jiān)測(cè)的情況下，嚴(yán)禁從事電、氣焊等特種作業(yè)。如要進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)必須有票證許可，規(guī)范作業(yè)程序。4）做好應(yīng)急物資配備，進(jìn)行人員培訓(xùn)在井下配備防毒呼吸面罩、氧氣袋、擔(dān)架、消防器材和急救藥品、防水照明燈具等急救物資。防毒面罩要求至少可以供有氧呼吸1個(gè)小時(shí)，應(yīng)急防水照明燈要求工作時(shí)間至少持續(xù)1小時(shí)。并對(duì)員工進(jìn)行應(yīng)急設(shè)備使用方法培訓(xùn)和應(yīng)急演練，確保出現(xiàn)問(wèn)題后所有員工能夠做到自救和互救。同時(shí)做到定期對(duì)急救物資進(jìn)行完好性檢查，確保所有應(yīng)急物資都能夠正常使用。4.2 技術(shù)創(chuàng)新保證措施1）盾尾密封事前處理與改進(jìn) 提高耐用壽命降低滲漏風(fēng)險(xiǎn)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)盾尾密封刷進(jìn)行預(yù)處理和盾尾結(jié)構(gòu)改造，添加橡膠保護(hù)套和應(yīng)急橡膠密封，可以延長(zhǎng)盾尾密封刷的使用壽命，提高密封效果。對(duì)盾尾結(jié)構(gòu)的改造，在盾尾安裝兩道橡膠密封和一道充氣應(yīng)急密封（如圖5），可以有效的防止可燃?xì)怏w隨地層水溢進(jìn)隧道。橡膠密封的應(yīng)用在川氣東送黃石盾構(gòu)工程、九江長(zhǎng)江盾構(gòu)工程中使用都比較成功。在錢塘江盾構(gòu)工程中該項(xiàng)改造技術(shù)使用效果更佳，創(chuàng)造了連續(xù)施工盾尾無(wú)一次滲漏水的記錄。 圖5 盾尾密封改造示意意圖2）用電設(shè)施采用防爆型，并進(jìn)行完好性檢查在可燃?xì)怏w存在的環(huán)境中，電火花常常成為引起燃燒和爆炸的主要原因之一。為此在主機(jī)內(nèi)部采用防爆型插座、插頭、照明燈、線纜和接線盒。隧道內(nèi)部的電纜線與風(fēng)管、水氣、泥漿管道分開(kāi)布置，單獨(dú)安裝在隧道的左側(cè)，并且做到高壓線、低壓線、通訊線分開(kāi)布置。施工過(guò)程中建立巡檢制度和定期檢查制度，班組電工堅(jiān)持每天對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行檢查，并由電氣工程師負(fù)責(zé)對(duì)隧道線纜和用電設(shè)備進(jìn)行完好性檢查，做好檢查記錄。3）24小時(shí)不間斷通風(fēng)，做到抽排并用預(yù)防可燃?xì)怏w濃度防止爆燃的主要措施之一，是加強(qiáng)通風(fēng)以降低可燃?xì)怏w濃度，使其在允許安全范圍之內(nèi)。因此采用兩套通風(fēng)機(jī)，一用一備。通風(fēng)設(shè)備采用隧道專用四級(jí)可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。應(yīng)根據(jù)隧道內(nèi)同時(shí)最多工作人數(shù)所需風(fēng)量、防止可燃?xì)怏w聚集最小風(fēng)速等規(guī)定計(jì)算風(fēng)量，并保證隧道內(nèi)人均送風(fēng)量不小于5m3/ 人min（工作風(fēng)量），作業(yè)面風(fēng)速不得低于0.25m/s。為促進(jìn)隧道內(nèi)風(fēng)流形成循環(huán)，在考慮通風(fēng)的同時(shí)同時(shí)采用排風(fēng)措施，達(dá)到隧道內(nèi)風(fēng)流循環(huán)的目的。并配備了應(yīng)急照明燈和備用發(fā)電機(jī)，確保隧道用電正常。4.3 優(yōu)化施工方案措施1）掘進(jìn)姿態(tài)控制嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，嚴(yán)禁進(jìn)行急劇糾偏，從而導(dǎo)致盾尾間隙不均勻，導(dǎo)致盾尾密封失效，從而形成盾尾間隙，形成滲漏水和可燃?xì)怏w通過(guò)盾尾間隙涌進(jìn)隧道內(nèi)部。2）保證拼裝質(zhì)量在進(jìn)行管片拼裝作業(yè)前進(jìn)行管片外觀檢查，確保管片無(wú)貫穿裂縫，無(wú)大于0.3mm寬的裂縫及混凝土剝落現(xiàn)象。拼裝時(shí)將管片錯(cuò)臺(tái)控制在允許范圍內(nèi)，如果管片錯(cuò)臺(tái)過(guò)大，要拆除重新拼裝，堅(jiān)決杜絕因拼裝質(zhì)量差導(dǎo)致地層和隧道間出現(xiàn)貫穿裂縫。在管片拼裝時(shí)必須保護(hù)防水材料不被破壞，并嚴(yán)防脫槽、扭曲和移位現(xiàn)象的發(fā)生。如發(fā)現(xiàn)防水材料損壞，輕則修補(bǔ)、重則重新調(diào)換，以確保管片接縫防水質(zhì)量；管片局部破損處要及時(shí)修補(bǔ)。3）優(yōu)化漿液配比，控制注漿質(zhì)量為確保注漿質(zhì)量，通過(guò)模擬地層狀況，進(jìn)行注漿試驗(yàn)，調(diào)整、優(yōu)化漿液配比。采用同步注漿、后期補(bǔ)漿相結(jié)合的方式，將管片與地層之間的空隙填充密實(shí)。同時(shí)采用雙液注漿、化學(xué)注漿等先進(jìn)堵漏工藝封堵管片環(huán)、縱縫滲漏水點(diǎn)，防止可燃?xì)怏w隨著地層水進(jìn)入隧道。5 結(jié) 語(yǔ)錢塘江盾構(gòu)掘進(jìn)施工自2010年6月開(kāi)始，貫通于2011年5月13日，歷時(shí)341天。整個(gè)施工過(guò)程中對(duì)可燃?xì)怏w的監(jiān)控，采取定點(diǎn)固定與手持移動(dòng)式二種檢測(cè)方法，由專人負(fù)責(zé)檢測(cè)，填寫表格，定期進(jìn)行應(yīng)急物資和設(shè)備檢查，持續(xù)開(kāi)展培訓(xùn)和應(yīng)急演練，最終實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)零傷害、零污染、零事故的目標(biāo)。結(jié)合本工程的施工經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為盾構(gòu)施工中人的不安全行為是引發(fā)安全事故的主要根源，施工人員對(duì)可燃?xì)怏w的忽視是最大的安全隱患，所以必須重視人的管理，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理制度，消減可燃?xì)怏w對(duì)盾構(gòu)施工帶來(lái)的危害。參考文獻(xiàn)1 熊衛(wèi)兵, 石長(zhǎng)禮, 周新權(quán). 軟土地區(qū)盾構(gòu)越江隧道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析. 2009 - 03 - 092 周少東夏銀飛杜先照陶文濤.地鐵盾構(gòu)隧道穿越可燃?xì)怏w地層的施工技術(shù). 武漢地鐵集團(tuán)有限公司. 2008 - 07 10作者簡(jiǎn)介李勝新，（1957-），男，漢族，中國(guó)石油天然氣管道局西氣東輸二線錢塘江盾構(gòu)工程項(xiàng)目經(jīng)理，高級(jí)工程師，經(jīng)理助理 從事盾構(gòu)施工技術(shù)與管理工作。TelEmail: 1. 若不給自己設(shè)限，則人生中就沒(méi)有限制你發(fā)揮的藩籬。2. 若不是心寬似海，哪有人生風(fēng)平浪靜。在紛雜的塵世里，為自己留下一片純靜的心靈空間，不管是潮起潮落，也不管是陰晴圓缺，你都可以免去浮躁，義無(wú)反顧，勇往直前，輕松自如地走好人生路上的每一步3. 花一些時(shí)