杭州地铁一号线某站区间隧道沼气抽放施工方案

PAGE杭州地铁1号线xx站～xx站区间隧道沼气抽放施工方案xx建设公司2009年目录TOC\o"1-2"\h\z\u编制说明及依据 41、工程概况 51．1xx站～xx站区间概况 51.2盾构区间沿线周边环境、建（构）筑物、管线 51.3工程地质、水文地质及有害气体分布 52、沼气抽放原则 113瓦斯气体地面释放区域确定及检验指标 114、沼气抽放施工措施 114．1沼气抽放整体设计方案 114．2试验抽气孔孔位布置 124.3放气工艺流程 134.4放气钻孔布置 134.5打钻设备 134.6抽放孔结构 144.7抽放孔施工及封孔技术 144.8抽放试验施工工艺流程 154.9囊状气体结构处理措施 164.10排放顺序 164.11放气试验效果检验 185、施工过程监测 185.1地面沉降监测 185.2沼气抽放参数监测 195.3沼气抽放效果监测 195.4施工技术安全措施 196、施工进度及劳动组织 206.1、施工进度计划 206.2、劳动力配备计划 20编制说明及依据编制说明：根据杭州地铁1号线（xx站~xx站）区间地下有害气体补（沼气）充勘察报告，该盾构区间沿线有大量有害气体（沼气）存在，为保证盾构推进施工安全，针对该区间的沼气埋深、分布范围、压力和流量大小等实际情况，特制定本方案。编制依据（1）杭州地铁1号线（xx站~xx站）区间地下有害气体补充勘察报告（2）设计施工图（衬砌结构图、防水施工图、衬砌布置图等）（3）参考资料①工程物探报告；②工程地质资料。（4）杭州地铁1号线工程xx站～xx站区间（12、13号盾构）交底纪录1、工程概况1．1xx站～xx站区间概况沿线多为三～四层的农居、田地，并有一些规模不大以一、二层为主的厂区。居住用地与工业用地混杂。xx站～xx站区间桩号里程为右线K22+750.342～K24+372.913（左线K22+830.657～K24+372.913），右线长约1622.571m，左线长约1528.457。区间线路最小平面曲线半径为600m，线间距为13～64.449m，区间隧道纵剖面为“U”型坡，最大坡度为-29.982‰，隧道顶埋深约为6～25m。区间设置2个联络通道，其中一个联络通道与泵站合建，其左线里程在K23+340.223，右线里程：K23+352.000。另一个联络通道定位里程：左线里程：K23+853.942，右线里程：K23+xx站～xx车辆段出入段区间概况区间沿线地面主要为农田，需穿越4号线正线和沪杭高速公路以及部分1～4层民居，民居均为条形基础，周边环境较简单。xx站～xx车辆段出入段线盾构区间桩号里程为C1CK0+120.521～C1CK0+770，长约649.479m。在C1CK0+462线路最低点处设泵房一处。1.2盾构区间沿线周边环境、建（构）筑物、管线xx站～xx站区间周边环境、建（构）筑物及管线本区间沿线多为三～四层的农居、田地，并有一些规模不大以一、二层为主的厂区。居住用地与工业用地混杂。盾构左线在K23+370~K23+462正面穿越沪杭高速，盾构右线在K23+340~K23+430正面穿越沪杭高速。在K23+430～K23+500区段下穿备塘中路及备塘河，在K23+575处下穿4号港。根据业主提供的资料显示该区间无管线。1号线西出入段线盾构段沿线地面主要为农田，需穿越4号线正线和沪杭高速公路以及部分1～4层民居，民居均为条形基础，周边环境较简单。1.3工程地质、水文地质及沼气分布①工程地质本区间沿线地区属钱塘江河口相冲海积堆积的粉性土及砂性土地区，由于堆积年代及固结条件不同，性质不一，竖向由松散至中密状态变化，厚度一般在20m左右；其下为海陆交互相沉积的淤泥质软土及粘性土，地面下深约40～45m左右为古钱塘江河床堆积的圆砾层，中密～密实状态，底部基岩埋深一般在地面下55～63m左右。根据资料，杭州市各第四系土层及隐伏基岩在沿线均有揭露。经分析、归并，本次将地基岩土层划分为15大层。杭州地铁一号线沿线结构物埋深范围内主要分布粉质粘土、砂质粘土。本区间的有害气体生气层为⑥2淤泥质粉质粘土层，而主要储气层为⑥1淤泥质粉质粘土夹粉土和④4砂质粉土层，次要储气层为⑥2淤泥质粉质粘土层和④3淤泥质粉质粘土层，见下表中深色部分，影响本区间地层主要地质情况如表1-1。表1-1地基土层特征及分布时代及成因层号土名颜色湿度状态包含物及其它特征备注mlQ4①1杂填土杂色湿松散一般由建筑垃圾及生活垃圾等组成，碎石及砖瓦碎块等硬杂质含量一般在20～40%，直径一般在2～4cm，局部含大块石。房屋老基础，地下沟管道等。①2素填土灰色灰黄色湿松散一般以粉性土为主，含有机质，少量碎石及建筑垃圾。①3淤泥质填土灰色灰黑色很湿松软含较多有机质及腐殖物质及云母屑，局部分布。alQ34②1粉质粘土灰～灰黄色湿软塑含氧化铁质及有机质，俗称“硬壳层”。无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等。主要分布于湖沼相沉近区。②2粘质粉土灰～灰黄色饱和松散～稍密含氧化铁质及有机质，俗称“硬壳层”。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低。主要分布于湖沼相沉积区。al-mQ34al-mQ24③1粘质粉土灰色饱和稍密含有机质，云母屑。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低。主要分布于近代冲海相沉积区。③2粘质粉土灰～灰黄色饱和稍密含有机质，云母屑。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低。沿线大部分布。近代冲海相沉积范围内为砂质粉土。③3砂质粉土灰～灰黄色饱和中密含有机质，云母屑。摇振反应迅速，切面无光泽反应，干强度低，韧性低。沿线大部分布。近代冲海相沉积范围内为粘质粉土。③4粘质粉土夹淤泥质粘土灰色饱和松散～稍密软塑至流塑含有机质，云母屑，粘质粉土与淤泥质粘土层呈互层状。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低。偶有分布。③5砂质粉土灰黄色饱和稍密含有机质，云母屑，夹粉砂。揺振反应迅速，切面无光泽反应，干强度低，韧性低。局部分布。③6粉砂夹砂质粉土灰黄色饱和中密含有机质，氧化铁质及云母屑。沿线大部分布。③7粘质粉土灰黄色饱和稍密含有机质、云母屑，夹少量粘性土薄层。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低。局部分布。③8粉细砂夹砂质粉土灰～灰黄色饱和中密含有机质、云母屑，局部夹少量粘性土。偶有分布。mQ24④1淤泥质粉质粘土夹粉土灰色饱和流塑含有机质，夹薄层粉土。无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等。局部分布。④2淤泥质粘土灰色饱和流塑含有机质，局部夹淤泥或粉土。无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等。局部分布。④3淤泥质粉质粘土灰色饱和流塑含有机质。无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等。沿线大部分布。次要储气层④4粘质粉土灰色饱和稍密含有机质、云母屑，夹淤泥质粘性土。局部夹砂质粉土。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低。主要分布于湖沼相沉积区。储气层mQ14⑥1淤泥质粉质粘土灰色饱和流塑含有机质，高灵敏度。无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等。沿线大部分布。储气层⑥2淤泥质粉质粘土灰色饱和流塑含有机质，高灵敏度。局部夹有粉土透镜体。无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等。沿线大部分布。生气层各层土层的渗透性指标见表1-2表1-2各土层主要物理和渗透性指标层号土名室内试验性渗透系数（㎝/s）现场抽水试验渗透性系数KvKHK③2砂质粉土4.96E-051.32E-04xx站：1.47*10-3xx站：2.64*10-3③3砂质粉土2.90E-042.77E-04③5砂质粉土3.99E-044.50E-04③6砂质夹砂质粉土2.82E-044.15E-04④3淤泥质粉质粘土1.30E-071.70E-07/④4砂质粉土1.64E-044.41E-04/⑥1淤泥质粉质粘土夹粉土1.96E-072.64E-07/⑥2淤泥质粉质粘土2.20E-072.80E-07/⑦2粘土夹粉质粘土1.95E-072.43E-07/⑧1粘土夹淤泥质粉质粘土1.20E-071.40E-07/⑧2粉质粘土1.44E-071.79E-07/②水文地质场地地下水类型主要是第四纪松散岩类孔隙水，根据地下水的含水介质、赋存条件、水理性只和水力特征，可划分孔隙潜水和孔隙承压水两大类。潜水：主要赋存于表层填土及③2～③6层粉土、粉砂中，由大气降水和地表水径流补给，地下水位随季节变化。静止水位埋深0.9～3.4米，相应高程。2.53～4.33m，根据区域水文地质资料，浅层地下水位年变幅为1.0～2.0m，多年平均高水位约埋深约0.5～1.0m，根据杭州市类似工程经验及场地环境，地下水流速较小，对隧道施工影响不大。孔隙承压水：第一承压水：工程区第一承压水层主要分布在④4层砂质粉土层，水量较小，隔水层为上部的④3层淤泥质土层。第二承压水：工程区第二承压含水层主要分布于深部eq\o\ac(○,12)4层圆硕层中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和粘性土层（⑥、⑦、⑧、⑩层）。③沼气分布情况根据补勘结果显示：xx站～xx站在整个区间范围内分布着沼气，沼气的压力分布沿地铁结构线不均。沼气压力相对较大的区段主要分布在沪杭高速公路两侧，尤其在1号线隧道与沪杭甬高速公路交汇的西南侧，里程范围为K23+240.0～K23+440.0（相应勘探孔号为Qt9～Qt18）,该段长度为200m。此次xx站～xx站的沼气分布与江南段相比，沪杭甬高速公路附近的气压和流量与江南段类似，其余部分相对较小却分布整个区间。在施工前高压区必须预先有控放气，确保盾构推进、隧道结构的安全稳定。通过现场测试可知：整个区间的含气层厚度分布不一。本区间含气层顶板的平均埋深约20.5m，Qt22号孔含气层顶板埋深最浅，在地面以下19m；Qt16、Qt25和Qt26号孔含气层顶板埋深最深，在地面以下22m。本区间含气层底板的平均埋深28.5，Qt16和Qt17号孔含气层底板埋深最浅，在地面以下27m；Qt14和Qt15号孔含气层底板埋深最深，在地面以下30m。详见xx站～xx站有害气体勘察孔纵断面图及典型孔的喷发特征表。2、沼气抽放原则根据已有的有害气体勘探报告，最大压力为0.4MP，最大流量为15m³/h。若不采取措施，由于沼气压力和流量均较大，，盾构穿越过程中极易产生瞬间喷涌和沼气含量剧增等状况，且盾构施工属于密闭性施工，沼气不能排出大气外，在盾构推进二个月进行沼气释放，在盾构推进到达前一个月，对沼气进行复测，如发现压力回升，应继续进行释放。沼气释放孔原则上可保存，在盾构穿越后可根据业主要求可继续保存，以备盾构推进结束后沼气回流时进行使用。3沼气地面释放区域确定及检验指标①根据已有的有害气体勘探报告，盾构隧道施工沿线沼气释放区域确定在K23+50.0～K23+150.0和K23+240.0～K23+440.0。②检验孔沼气压力降到0.05MPa以下。4、沼气抽放施工措施4．1沼气抽放整体设计方案本工程沼气抽放方案共分二阶段，第一阶段先在需要放气的施工区域进行沼气抽放试验；第二阶段是在根据第一阶段的试验效果进行布孔抽放。①抽放试验是在盾构推进线路上的一侧，布置一个沼气孔，周围布置监测孔，监测沼气抽放过程中周围气体的基本参数。同时在施工范围内布置土层深层沉降监测点和地面沉降监测点，监测沼气抽放对周围环境的影响。4．2试验抽气孔孔位布置为了避免对盾构推进线路上土体扰动和影响后续盾构施工，在隧道推进范围的边界一侧距离3米处布置一个沼气抽放孔，进行单孔的沼气抽放试验。为了获得单孔抽放对隧道的影响范围，在抽放孔两侧按间距2米、3米、5米、10米布置沼气压力监测孔，同时在垂直方向布置监测孔，共布置14个沼气压力监测孔，监测孔的施工要求同沼气抽放孔，监测沼气抽放过程中，地下沼气的压力变化情况。同时根据监测情况，可将压力监测孔调整为压力抽放孔，以提高沼气抽放效果。孔位布置见下图：4.3放气工艺流程沼气控制性预排放施工工艺流程如图所示控制放气作业下套管钻孔控制放气作业下套管钻孔否施工前检验是否合格施工前检验是否合格进行盾构施工进行盾构施工4.4放气钻孔布置在盾构隧道施工沿线瓦斯释放区域范围内，左右隧道净距为27~58m，隧道荒径6.34m。根据隧道施工间距，拟在每条隧道结构线左右外侧3米处各布置一排放气孔，共4排放气孔。根据江南段滨康路有控放气的成功经验，放气间距按15m布置，间邻排气孔的单孔各自错开呈梅花型布置。在K23+50.0～K23+150.0和K23+240.0～K23+440.0共布置48个放气孔（实际放气孔数量根据沼气抽放试验段效果进行调整）；抽放孔深度按照沼气层所在土层的深度进行调整。为了监测沼气抽放效果，在K23+50.0～K23+150.0和K23+240.0～K23+440.0抽放孔中间布置12个压力监测孔。详见xx站～xx站有控放气孔位布置图。4.5打钻设备控制性放气是地下隧道工程中遇见有害气体时最有效的施工措施，本区间放气采用有控放气；排气孔的施工工艺采用JY-200-1A型液压钻孔机。4.6抽放孔结构沼气释放的速率应不产生放气孔周围地层的显著拢动，进行缓慢的均衡放气，以不带出泥砂为控制标准，释放过程注重压力的动态平恒；为了到达上述标准可采取以下措施：1、端头的钻眼应多而密，且钻眼口径尽可能的小，同时滤网应采用纹路细密，韧性高的材料。压力沉淀池的出气口处增设节流阀和减压阀，可调节排放的压力和流量。考虑到地下沼气的最大压力0.4MP，最大流量为15m³/h，选取大直径的抽放管的尺寸为Ø160×5㎜PVC管，深度根据沼气所在地层深度布置，下部设置花管。抽放孔上部0.4MØ140×4.5㎜钢套管，钢套管与PVC管之间采用硅胶进行密封4.7抽放孔施工及封孔技术考虑到地下沼气的压力和钻孔对地下土层的扰动，为了保证钻孔施工过程中安全，钻孔按下列步骤进行：首先用钻机在地表钻Ø260孔，钻孔深度至沼气层的底部不小于1米（根据沼气断面图），下放Ø160PVC管，露出地面500㎜，并在套管与土层之间空隙采用碎石瓜子片进行充填PVC花管长度根据沼气层厚度决定，花管长度应大于沼气含气成厚度，开孔直径为5㎜，间距100㎜，管外部使用密目网包扎3层过滤，外围有碎石瓜子片阻挡泥砂。每个钻孔施工完毕后，立即安装孔口套管，孔口管为Φ140mm×4.5钢管，长度为400㎜，与PVC管搭接300㎜，露出100mm，钢管与PVC管连接采用在钢管上粘结3㎜后的遇水膨胀橡胶止水条，4.8抽放试验施工工艺流程沼气抽放施工时，现将抽放孔和所有的监测孔施工完毕后，安装监测压力表并布置分层沉降和地表沉降监测孔，待各监测孔压力稳定后，开始沼气抽放。在沼气抽放时，对监测孔的压力及变形进行监测。待沼气抽放孔自由排放结束后，获得排放的影响范围。然后接抽排设备，对抽放孔进行负压抽排。同时监测影响范围。按照获得的影响范围，设计地面抽放孔布置间距，在试验段的其他区域进行沼气抽放孔的施工，并进行沼气抽排工作。同时，对单孔抽放范围进行监测，获得抽放施工结束后沼气的聚集情况，待各孔监测孔压力基本稳定后，进行高压水劈裂试验，并进行沼气抽放和监测，施工要求同普通沼气抽放。试验结束后，继续对压力监测孔的压力变化情况进行监测，待压力稳定后结束单孔抽放段的试验。待试验段所有施工结束后，打探测孔进行抽放效果监测，待抽放结果满足要求后，按照优化的施工方案进行沼气抽放施工。4.9囊状气体结构处理措施根据有害气体勘察报告，该区间土层内的沼气存在有4种状态：第一种是完全连通；第二种是部分连通，第三种是局部连通，第四种是完全封闭（囊状气体结构）。对于囊状气体结构，采用地面钻孔抽放施工，比较难获得理想的抽放结果，故采取必要的措施，破坏囊状结构，使之结构之间进行联通。单孔抽放施工结束后，待残余沼气压力稳定后，利用抽放孔，对土层进行高压水力劈裂（或进行高压抽水，形成压力差破坏囊状结构），在囊状沼气结构之间形成通道。根据劈裂后各监测孔的数据，来分析地下沼气囊状结构的存在形式和数量。高压劈裂施工结束，待沼气压力监测孔压力稳定后，然后再进行抽放。4.10排放顺序为了最大限度减小对含气土层的扰动，排放顺序至关重要。最佳放气施工是在每条隧道线两侧抽放孔采用一个机组进行抽放，共用2个机组；单孔排放应尽可能的将孔内的气体排放干净，排顺序参见示意图。放气施工示意图4.10放气施工前仔细核对该孔位的地质资料及沼气埋置深度、压力和储量大小。施工时将多级深井抽水泵放入井内，然后安装上部排气结构，安装完毕后，进行抽水，以形成管内外压力差，沼气在压力差的条件下通PVC管逐渐释放出来，在气体能释放出来时即停止抽水。在放气一段时间后，若出现喷发泥、砂状况，则迅速调节减压阀及出气口阀门。若出气口不再喷出气体，用空气压缩机向管内内注入0.7MP压力的空气，三分钟后关闭空压机，若仍无气体喷出，则进行下一孔的施工。在放气过程中，可通过闸阀实施控制性放气，观察气压状态，控制放气流量，连续记录有关参数。4.10待沼气自由排放结束后，安装负压抽排设备，对沼气抽放孔进行负压抽排，以提高沼气的抽排效果。负压抽排过程中，要防止下部花管段的堵塞，如果负压过低，即使用空压机进行压力抽孔后，再继续施工。沼气负压抽排施工结束后，观察周围压力监测孔的压力变化情况，获得沼气聚集的基本参数。安全原则：注重防火、防喷的措施。4.11放气试验效果检验为了检验盾构施工范围内的沼气是否排放干净，在盾构推进到达前一个月再次实施勘探查气。勘探孔布置在地铁结构线两侧3米处各布置5个查气孔，孔间距50m。若探明有害气体压力仍≥0.05MP，则继续加密勘探探孔放气；若有害气体压力小于0.05MP，方可进行盾构施工。同时在沼气释放试验阶段，选择某些单孔释放量降至约0.05MP，或本身沼气释放量很小的钻孔进行真空负压释放。以检查在沼气压力到一道程度后，地层内部还可能存在的沼气存量。对后部沼气释放方式调整和盾构穿越施工技术作为参考。5、施工过程监测5.1地面沉降监测在里程K23+50.0～K23+150.0和K23+240.0～K23+440.0范围之间，地铁结构线的中线处，每隔20米左右设立1个深层沉降监测点，每隔40米左右设1个监测断面（深层分层沉降监测点）。监测气体释放过