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杭州地铁工程穿越钱塘江底 意外遭遇大量沼气

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  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-5-6 08:48
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    [LV.7]常住居民III

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    1
    发表于 2009-4-9 19:08:08 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

      % J: X/ G' y; X$ |4 S: E! ?- J# H 3 ^! H$ [- M+ Z( O7 {1 s % F4 J9 F# a" d+ }/ Z5 _) B0 l0 Y6 G5 \( ] 昨日,杭州庆春路过江隧道首台盾构机“钱塘江一号”,在萧山市心北路底江南工作井始发,预计于5月中旬穿越钱塘江。


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      而同样是盾构施工,原本计划4月初首次穿越钱塘江底的杭州地铁1号线(滨江站至富春路站)过江隧道的施工,却因遭遇大量的沼气,不得不延迟过江。


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      地铁过江隧道处在钱江三桥与四桥间段,这段钱塘江的江底为什么会有沼气?遭遇沼气的地铁究竟有多危险?杭州地铁如何应对这一罕见困难?


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      沼气从哪里来?


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      钱江三桥与四桥江底


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      意外遭遇沼气


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      地铁1号线过江隧道的路线是:从滨江站出发,将沿江陵路向西北方向前行,跨过闻涛路后,横穿钱塘江江底,然后沿婺江路推进至富春路站。具体的施工地点,位于钱江三桥与四桥之间。


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      该区间地铁设左右两条隧道,左线隧道率先始发,计划2009年底前抵达富春路站;右线隧道2010年初抵达。


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      上海隧道股份有限公司是过江隧道的建设方,他们接受工程后,对地铁1号线过江隧道的初次地质勘测就发现,过江隧道地下含有沼气。


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      谈到江底的大量沼气,上海隧道股份有限公司项目经理王弘琦很无奈,“竟然有沼气,实在没想到。”


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      更令建设方意外的是,当他们决定施工,而再次探测江底沼气时,发现的沼气含量,比他们预想中的要多得多。


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      21至28米段地层


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      沼气不规则分布


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      江底沼气的主要成分为甲烷,占总量的91.6%至94.6%。其次是氮气,约占1.9%至5.7%,二氧化碳约占2.58%至3.44%,还有一些微量的一氧化碳。


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      上海隧道股份有限公司的勘测结果是,这些沼气,主要在钱塘江底以下的21至28米段地层。


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      “钱塘江底的沼气,主要集中在砂土层、粉土层之间的黏土中,并且以囊状形式分布。”浙江省地质调查院副总工程师陈忠大,对钱塘江下的地质环境相当了解。


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      他说,沼气的形成,主要是水中动植物被深埋后,长期分解后形成的一种气体。囊状的分布并没有规律,视土中的动植物多少而决定。


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      钱塘江三次大规模海侵


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      最近的是公元前10000年


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      钱塘江底的沼气,从目前的地质勘测来看,江南部分要比江北部分多,也就是说,靠近滨江、萧山的半边江含量更多。


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      “这跟钱塘江的江底形成历史有关。”陈忠大说。


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      钱塘江正好处于杭州湾喇叭口。历史上,遭遇过三次大规模海侵。每次海侵,大量的淤泥倒灌回江,将江内的植物、动物掩盖。


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      “以离现在最近的一次海侵为例,那时,江南一带的地势比江北低,基本上以沼泽地为主。淤泥倒灌入江后,先淹没地势低的地方。”这次海侵,在公元前10000年前后。


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      多年沉积给动植物分解形成沼气造就了条件。


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      钱塘江底沼气含量不一


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      从钱塘江沿线来说,这一段的沼气含量并不算最多。地铁1号线过江隧道所在的钱江三桥与四桥间段的地下层,沼气含量并不是最多的。


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      浙江省地质调查院的地质调查结果显示,滨江区白马湖段、萧山新街镇段、瓜沥镇段的钱塘江底地层的沼气含量,才是最密集的。


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      该拿沼气怎么办?


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      实施“插管手术”排放沼气


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      那么,地铁的江下施工如何不遭遇或少遭遇沼气的风险呢?


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      昨天下午,记者在钱江三桥与四桥间的江面上看到,靠近南岸外一两百米处,黄色浮筒做“护驾”,三艘船只在浮筒区内,顺着江宽并排停着。远看过去,船上10多名工人正在忙碌着。


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      “他们在排放沼气。”上海隧道股份有限公司的施工人员指着江面说,船上用竹筏围起来的地方,就是排气管。


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      管子长近30米,直接插入江底,管子钻入江底多年的封沉,给沼气一个“吐”气的通道。


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      目前,释放沼气的管子有10多根。按照预定方案,释放点将有近百个,从江面一直延续到江堤边。


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      也就是说,这段江底要插100多根释放沼气的“管子”,这有点像医院里给病人插管。


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      借鉴了穿越黄浦江的经验


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      这一插管手术,不是首次发明,其实,在穿越黄浦江的第一条过江隧道,也是由上海隧道股份有限公司负责的,而且,穿越黄浦江底时,也遭遇了沼气,当时他们用的就是这个方法。


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      “虽然黄浦江的地质与钱塘江很不一样,但有一点经验是值得借鉴的。”上海隧道股份有限公司项目部的一位工程人员表示,当时,他们在实施盾构过江前,也检测到江底有沼气,他们采用释放沼气的方法,后来安全地完成过江。


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      但钱塘江有1.3公里宽,而黄浦江只有它的一半左右,在这么宽的江面实施这一技术,也是第一次尝试。


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      气体释放水体灌入影响最小


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      而且,选择在施工前释放沼气,是最佳的方案,这是接受记者采访的多位地质勘测、建筑设计专家共同的观点。


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      浙江大学建筑设计研究院高工胡根兴说,从力学角度来说,气态、固态、液态三者必须平衡,才能进行安全的地铁地下施工。


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      “释放气态,是对原土层的平衡破坏力最小的方式,放气是一个循序渐进的过程,气放出后,存气的小空间会被土层中原有的水实时补充,实现力的平衡,不会导致土层结构的大变动。”


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      华东勘测设计院教授级高工刘世明也表示,液态水补充了气态的沼气,使施工穿土中承受的压力减小。


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      遭遇沼气有多危险?


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      沼气过多会导致坍塌


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      大家都知道,煤矿挖掘的矿洞中容易遭遇沼气,在地铁施工中遭遇沼气是比较少见的。沼气易导致人窒息,易引发大面积爆炸。


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      施工单位透露,钱塘江江底的沼气压力达到0.4兆帕。


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      “压力那么大啊。”华东勘测设计院教授级高工胡根兴,是浙江地质勘测方面的权威,他得知这一数据后很惊讶。


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      过江隧道的施工是运用盾构,盾构仿佛一把自动剃须刀,将土层瓦解,钻探穿越江底。


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      他解释说,钱塘江底的沼气压力大,说明含量高,所以,必须在施工前释放,否则会导致危险。


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      “盾构在推进过程中,主要是刀片与土壤发生摩擦,不会产生火花。但推进过程中,对于江底的土层来说,却是一种挤压过程。存在于土层中的沼气,也会被挤压,”当压力集中到一定程度时,它会产生一种反压力释放,会导致坍塌。


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      华东勘测设计院教授级高工刘世明,是杭州地铁集团的专家团成员,他说,释放沼气也是为了在打通过江隧道后遭遇危险。因为,若大量沼气突然从江底穿出,会遇到空气中的明火而发生火灾。


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      工人易引发窒息性中毒


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      钱塘江江宽1.3公里,其中200多米长江面下的土层中含有圆砾层,穿江施工,肯定会遭遇圆砾层,它有大量类似鹅软石的石块,易让盾构刀片快速损耗。


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      刀片一旦坏了,需要有人进去更换,“沼气除了遇明火易爆外,它还是一种有害气体,人一旦吸入大量沼气,会出现麻醉甚至窒息死亡。”刘世明对遭遇沼气的施工风险有些担心。


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      因此,释放压力为今后万一换刀片而准备,为盾构机顺利过江出洞创造条件。


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      施工方也很担忧:“如果沼气过多,盾构控制人员遭遇后,可能出现窒息性中毒。”


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      胡根兴表示,哪怕施工中一切顺利,今后随着地铁的运行中,土层中的沼气会随地铁震动而跑,一旦聚集到释放压力后,会造成隧道外层土的变形、沉降。


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      沼气也会渗入地铁通道


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      杭州市地铁集团一名姓姜的工程师告诉记者,钱塘江底的沼气含量不释放,不仅对施工造成较大压力,今后地铁通行过程中,沼气也会渗入。


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      悬疑:江底究竟有多少沼气?


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      只能测个大概无法精确测算


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      钱塘江底,究竟有多少沼气?施工单位的地质勘测报告中,没有总量预测。


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      “做不到精准。”陈忠大说,钱塘江底的沼气与我国西北地区的沼气不同,它不是一条能开发的沼气带,而是一个个形成在土壤间的沼气囊。每个囊的大小也不同,无法算出来,“地底的情况很复杂,更何况是江底呢?”


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      胡根兴曾多次因课题需要测量过钱塘江底沼气的情况,他也赞同陈忠大的说法。


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      “江河底下的沼气形不成规模,测量出总量是不可能的,只能测个大概。”


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      一种方法是通过静力测探仪,通过压力钢管深入江河底泥,从沿着钢管壁上来的沼气压来判断。


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      还有一种测量方法,就是通过打桩的形式,把管子打到一定的深度,测量气压喷出来的压力。


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      还有一个危险


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      过江隧道还怕承压水的威胁


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      也能导致隧道坍塌


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      庆春路过江隧道、地铁1号线过江隧道,都要面对承压水的威胁。施工方表示,隧道穿越钱塘必须经过含水层,水压大,水量丰富,渗透可能性就大。


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      承压水究竟是什么?


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      专家解释说,它是充满两个隔水层之间的含水层中的地下水。承压水由于顶部有隔水层,它的补给区小于分布区,动态变化不大,不容易污染。它承受静水压力,但当钻孔打到含水层时,水便喷出地表,形成自喷水流。


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      “我们江底施工遭遇它,不是好消息。”庆春路过江隧道施工负责人表示,如果盾构在江底挖掘过程中,不能平衡压力,不慎就会引起承压水喷射,导致隧道坍塌。


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      避免承压水喷射,关键是保持江底隧道压力平衡。对此,庆春路、地铁1号线过江隧道项目部负责人员均表示,有信心避免状况出现。


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      地铁1号线过江隧道盾构机配置了防喷应急装置,预防承压水导致的盾尾渗漏。


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      庆春路过江隧道项目采用的巨型泥水平衡盾构机,可有效防止承压水出现。


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      -相关□时报记者娄麒通讯员方永斌


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      庆春路过江隧道盾构始发


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      是地铁盾构两倍大


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      昨日,杭州庆春路过江隧道首台盾构机“钱塘江一号”,在萧山市心北路底江南工作井始发,标志着过江隧道工程盾构段正式施工。


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      昨天上午,记者在七层楼高的盾构始发井内,见到这台“巨无霸”钱塘江一号,直径11.65米,比地铁盾构机还大一倍,每台价值达1亿6千万左右。


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      “把它搬到杭州,可真不容易。”项目总工程师王承山说,通过大件拆分,光主机就6块,每块重达150吨。从武汉走运河,途经常州,1月25日抵达杭州运河码头,再由大型卡车运送至工地。


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      王承山表示,盾构将于5月中旬进入江底掘进,今年10月抵达对岸。


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      “前期探测发现钱塘江潮汐对施工影响不小。”他说,钱塘江水深平均8米,最深14米,水深浅不均,导致压力不平衡,江底带压进仓作业难度高,而盾构刀片必须人工调换,所以,也存在较大风险。


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      王承山表示,过江隧道确保100年的使用年限。


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      隧道北接杭州钱江新城庆春东路,南接萧山钱江世纪城市心路,连接“钱江新城”和“钱江世纪城”这两个城市新中心。总投资19.5亿元,位于钱江三桥下游2.3公里处,全长5352米,其中隧道主线全长3024米。隧道为双洞双向四车道,设计行车时速60千米,将于2010年底建成通车。


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