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(huì)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(jī)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(shí)，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(yùn)移和補(bǔ)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(xì)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(jī)質(zhì)沉積，在長(zhǎng)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(jìn)行分解發(fā)酵，然后有機(jī)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(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前，我國(guó)還沒有一套比較科學(xué)合理的針對(duì)土壤與地下水中沼氣濃度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)估規(guī)范。但是，國(guó)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(huì)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(huì)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(dòng)措施。

三、淺層淤泥質(zhì)土沼氣對(duì)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(qiáng)的橫向流動(dòng)性。假如擾動(dòng)和破壞沼氣覆蓋層后，那么沼氣內(nèi)會(huì)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(huì)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(duì)隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響

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

3.引起火災(zāi)

在地下室進(jìn)行施工或隧道盾構(gòu)推進(jìn)過程中，遭遇一些結(jié)構(gòu)物氣體，在一定時(shí)間內(nèi)可能會(huì)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(cè)

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(shí)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(cuò)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(xì)砂層的1m 左右作為控制深度的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保深度在盾構(gòu)底部標(biāo)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(shí)，要根據(jù)相關(guān)勘探設(shè)備遵循控制原則進(jìn)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(jìn)研制的循環(huán)導(dǎo)氣與機(jī)械鉆孔設(shè)施進(jìn)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(jìn)行孔位定位，選準(zhǔn)正確位置下管并完成釋放作業(yè)，之后對(duì)放棄進(jìn)行有效控制。在正式施工前要檢驗(yàn)放棄是否完善，是否合格，一旦確定之后再進(jìn)行注漿封孔；操作人員在排放沼氣時(shí)要遵循一定控制原則。一定要確保點(diǎn)位放樣定位的準(zhǔn)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(shí)要盡量做到徹底，可以通過測(cè)量壓力進(jìn)行判斷，直到不能測(cè)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(gè)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(shí)，在排放時(shí)還要采取合適的釋放速率，使得有害氣體不會(huì)對(duì)放氣孔周圍地層產(chǎn)生比較顯著的擾動(dòng)現(xiàn)象，可以采用緩慢均衡的放氣方法。

3.檢測(cè)氣體

在釋放沼氣的過程中，要對(duì)氣體的濃度、氣體壓力以及氣體流量進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)。

比如，操作人員可使用甲烷檢測(cè)報(bào)警儀對(duì)出孔口進(jìn)行檢測(cè)，檢查是否溢出有害沼氣。在進(jìn)行檢測(cè)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(jìn)入待測(cè)狀態(tài)之后，再在放置孔口直接連接儀器進(jìn)行規(guī)范檢測(cè)，為了明確勘測(cè)孔內(nèi)是否溢出有害氣體，操作人員在每次檢查時(shí)都要先捂住孔口，避免因?yàn)闅饬刻《鴱呐赃呉绯鰧?duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。對(duì)所釋放的氣體成分進(jìn)行檢測(cè)，確定其濃度；在檢測(cè)中，如果發(fā)現(xiàn)有氣體不斷冒出而且氣體的量比較大時(shí)，可以在砂水分離儀上安裝上閥門皮管測(cè)定氣體壓力。因?yàn)榭卓跈z測(cè)出的氣體壓力可以對(duì)土體間阻力與所帶出來的泥砂水混合物之后的壓力進(jìn)行有效克服，所以與真實(shí)氣壓值相比，直接所測(cè)定的壓力值往往比較?。豢梢圆捎昧髁坑?jì)測(cè)量氣體的流量，根據(jù)固定時(shí)間內(nèi)刻度盤上的相關(guān)數(shù)據(jù)變化值與固定時(shí)間指著相處結(jié)果進(jìn)行判斷，可以在氣砂水分離器上進(jìn)行安裝后直接量測(cè)，借助閥門對(duì)氣體勻速流量進(jìn)行有效控制。

五、淺層淤泥質(zhì)土沼氣對(duì)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(duì)淺層淤泥質(zhì)土沼氣進(jìn)行施工時(shí)，要采用比較專業(yè)的鉆探技術(shù)，以此確保整個(gè)施工的安全性。

比如，可組織具有較強(qiáng)專業(yè)性的地質(zhì)鉆探對(duì)該地段進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查后擬定出細(xì)致的鉆探報(bào)告，依據(jù)報(bào)告結(jié)果和內(nèi)容對(duì)淺層淤泥質(zhì)土沼氣的實(shí)際貯存情況進(jìn)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(shí)際情況編制出比較具體的沼氣防治施工安全技術(shù)專項(xiàng)方案，對(duì)所制定的專項(xiàng)方案邀請(qǐng)相關(guān)專家進(jìn)行合理評(píng)審，最后將評(píng)審結(jié)果上報(bào)到相關(guān)部門進(jìn)行核準(zhǔn)。

2.設(shè)立相關(guān)滅火設(shè)備，配備必要的檢測(cè)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(shí)，可以設(shè)立相關(guān)滅火設(shè)備并配備必要的檢測(cè)儀器。

比如，先要對(duì)施工周圍建筑進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，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(shí)，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(biāo)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(cè)儀器對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)配備進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，委派相關(guān)工作人員對(duì)施工路段進(jìn)行24h 內(nèi)的不間斷觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)過程做好現(xiàn)場(chǎng)記錄工作，如果在觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題就要立即停止施工并及時(shí)上報(bào)，將可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)扼殺在萌芽中。

3.組織現(xiàn)場(chǎng)施工管理，做好詳細(xì)調(diào)查登記

在整個(gè)施工過程中，相關(guān)管理人員還要組織現(xiàn)場(chǎng)施工管理并做好詳細(xì)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(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)管理，對(duì)操作人員進(jìn)行必要的崗前培訓(xùn)工作；制定出合理管理制度，嚴(yán)禁操作人員在作業(yè)區(qū)50m 內(nèi)使用明火，為作業(yè)機(jī)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(jī)械產(chǎn)生火花，就不得進(jìn)入作業(yè)區(qū)域內(nèi)工作；依據(jù)科學(xué)原則對(duì)沼氣地段的作業(yè)范圍進(jìn)行埋設(shè)沉降，觀測(cè)控制樁的位移情形。每天都要將觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行上報(bào)，操作人員如果在觀測(cè)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(shí)發(fā)出警報(bào)，進(jìn)行必要的緊急疏散工作；在進(jìn)行深基坑、地下結(jié)構(gòu)及隧道盾構(gòu)推進(jìn)等密閉作業(yè)時(shí)，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(qiáng)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(qǐng)專人對(duì)周邊居民進(jìn)行詳細(xì)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(dāng)?shù)鼐用癜l(fā)生的糾紛情形充分避免；在施工之前，還要對(duì)空位地址資料，以及是否存在有害氣體壓力等進(jìn)行詳細(xì)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(jìn)行合理的現(xiàn)場(chǎng)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(dāng)初可以采取鉆孔循環(huán)導(dǎo)氣的是防治策略進(jìn)行應(yīng)對(duì)。在整個(gè)施工過程中，還要對(duì)沼氣釋放的速度、沼氣流量等進(jìn)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(huì)效益并減少處理費(fèi)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。