探討穿越瓦斯地層過程中地鐵盾構隧道施工技術

杭州市地鐵集團有限責任公司 浙江杭州 310017

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

關鍵詞：工程和地質概況；風險分析；施工問題；技術優化

國內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時代趨勢，在地鐵施工過程中面臨的地質情況是很復雜的，所以要保證地鐵運行的安全和牢固就必須優化盾構掘進技術[1]。2003年，全國五個城市修建地鐵的時候使用了四十臺盾構機進行施工，當開挖土層時，若碰到瓦斯，瓦斯就會快速布滿隧道，嚴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隧道掘進的安全系數，萬一發生爆炸就會給人民的生命財產安全帶來嚴重威脅。

一、杭州地鐵1號線（江陵路站-近江站區間）工程和地質情況

（一）工程情況分析

杭州地鐵1號線2007年3月28日開工建設，2012年11月24日投入運營。全長53公里，2次穿越錢塘江，4次穿越京杭大運河，設有車站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。該區間設兩座風井，兩座聯絡通道，其中一個聯絡通道兼排水泵站。盾構穿越錢塘江的總長度約為1340米，隧道穿越的地質情況比較復雜，隧道中含有大量有毒氣體（主要為瓦斯，還有其他有毒氣體），在進行盾構隧道施工時，瓦斯釋放不僅會造成土層失穩，使已建成隧道產生位移甚至發生斷裂，還會危及施工人員的安全，造成不可挽回的巨大經濟損失。

（二）地質情況分析

該區間地質情況較為復雜，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，有可能會發生爆炸事故。該區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、地鐵盾構隧道施工過程中遇到的風險分析

（一）瓦斯的體積分數超過了標準尺度

根據相關法律法規規定，進行施工作業時瓦斯的體積分數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數大于了0.5%就會發生燃燒和爆炸事故[2]。

（二）瓦斯地層被線路全斷面穿越

根據工程勘察報告，江陵路站-近江站區間隧道穿越了儲氣層，隨著盾構隧道掘進，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，這使瓦斯氣質殘留在隧道內，密封的隧道空間使瓦斯體積的分數不斷攀升，當體積分數超過一定標準就會發生瓦斯燃燒事故，嚴重的出現瓦斯爆炸事故。

（三）地層內的有害氣體眾多

江陵路站-近江站區間隧道內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，也是一種毒害神經的氣體，能使人產生窒息。一氧化碳是無色無味的氣體，人吸入一氧化碳會產生頭痛、眩暈等身體反應，嚴重的會昏迷或死亡。

三、如何優化盾構掘進技術

（一）進行渣土改良

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

（二）提高隧道內的土方運輸效率

一次性直接出土是每環施工的正常形式，為了實現減少瓦斯泄露時間和減輕通風壓力的目的，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，這樣能提高盾構隧道施工的安全系數[4]。

（三）提高管片拼裝質量

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量能有效避免瓦斯泄露。提高管片拼裝質量不僅要從制作、運輸下手，還要從下井的全過程下手，只有從這三個方面進行全面檢測才能讓不破損的管片用于盾構隧道。管片不僅要求質量合格，還要求管片的類型是統一和適當的，合適的管片類型能避免盾尾對管片和止水條進行損壞，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行嚴格的控制，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。

結語

修建地鐵是一項長期又復雜的工程，需要地鐵盾構隧道施工技術的協助，目前盾構施工技術雖有新的發展，但還存在一定的局限性，它的局限性表現在當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。盾構施工技術參數需要進一步研究和調整，這樣才能更安全有效地進行施工和更有效地對瓦斯氣體進行檢測。

參考文獻：

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

[2]林文書，林建平，劉文斌等.盾構瓦斯隧道掘進技術[J].隧道建設，2010，30

（6）：665-669。

[3]霍軍帥，王炳龍，周順華等.地鐵盾構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，2011，32（5）：71-77。

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

[5]李玉寶，沈志敏，蘇明等.地鐵盾構隧道收斂和沉降監測數據處理與分析[J].東南大學學報（自然科學版），2013，（z2）：296-301。