摘 要: 杭州地铁 1 号线的详细勘探发现浅层地质中存在有害气体，通过分析有害气体的成分及存在形式，初步提出地铁施工及运营期的安全对策，并结合典型车站的通风系统配置，重点阐述了在浅层有害气体存在情况下，地铁长期运营的安全对策。
关键词: 地铁运营; 浅层有害气体; 安全对策
杭州城区地域主要由杭嘉湖平原和萧绍平原组成。该区在第四纪的几次海进、海退中，交替沉积了数套富含有机质的淤泥层和砂层。淤泥层中的有机质经厌氧菌的生物化学作用，产生生物气( 主要成分是甲烷) ，经过运移、富集，储集在附近的砂层镜体或砂层顶部，形成了许多超浅层气藏，埋深一般小于55 m，其中甲烷含量多在93 % 左右，并含少量氮、二氧化碳，而乙烷以上的烃类含量甚微，不含硫化氢等有毒或腐蚀金属的成分。
地铁线路穿越储气层时，在设计、施工和未来运营过程中，如何考虑有害气体对工程的危害以及对工程后期运营的不利影响，是该工程面临的主要问题之一。有害气体问题已成为该工程的设计与施工、开通运营等各环节中亟待解决的一大技术难题。
浅层有害气体的存在，对地铁施工及后期长期运营带来极大的安全隐患，尤其在地铁运营期间，进入运营隧道的有害气体不但关系到地铁的正常运营安排，同时也关系到乘客的生命安全［1］，如何保证在浅层有害气体深入情况下地铁的安全运营是一个非常重要的问题。
1 工程概况
1． 1 杭州地铁 1 号线概况
杭州地铁 1 号线南起萧山湘湖，沿滨江区过钱塘江进入主城区，经城站、延安路、火车东站进入九堡。在九堡客运中心站一路往下沙方向，另一支路往余杭临平方向，全线长约为54 km，共设 31 座车站，其中地下车站 28 座，高架车站 3 座。
1． 2 有害气体分布及存在形式
在杭州地铁 1 号线工程江南段等多段地区的地质初勘及详勘过程中，发现地面下 15 ～30 m遇到气压高的有害气体，多次发生触探孔气体喷发并燃烧的现象，使勘探作业受阻，并严重威胁周边建筑及人员的安全。详细勘探表明，有害气体主要以囊状形式存在。
1． 3 有害气体成分组成
经过对地铁1 号线详勘数据分析，有害气体组成主要为: 甲烷含量最高，占89．36% ～95．90%; 其次为氮气，占 2． 75% ～ 7． 83%; 二氧化碳占 1． 34% ～2. 09% ，不含乙烷以上重烃。
2 有害气体对运营期的影响分析
2． 1 有害气体进入地铁运营隧道的方式及存在形式
有害气体进入地铁隧道及车站主要有以下几种途径: 隧道的盾构管片间的拼缝; 管片混凝土渗透;车站局部漏水渗透; 车站结构混凝土渗透等。尽管工程建设期间采取了一定的预防措施，但是仍不可避免有害气体通过上述途径进入地铁隧道及车站。
根据对现场勘测收集到的有害气体组分分析得知，其平均密度小于空气的密度，在静态条件下应主要聚集在盾构隧道的顶部。
2． 2 有害气体存在可能产生的危害分析
由上文可知，有害气体的主要成分为甲烷，即等同于煤矿的瓦斯问题。瓦斯的爆炸需要三个条件:一定的瓦斯浓度，正常情况下瓦斯发生爆炸的瓦斯浓度含量为 5% ～15%［2］; 一定温度的引燃火源; 足够的氧气。
杭州地铁采用接触网供电，且接触网正好位于隧道顶部，在列车的运行过程中，局部会因为接触网与受电弓产生打火而有了火源; 地铁隧道通过地铁车站端部的活塞风井与地面连通，通过列车的活塞效应与地面保持空气交换。因为地下区间空气中的氧气浓度与地面的一样，所以当地铁隧道聚集一定的有害气体时，就会达到爆炸的条件。因此，有害气体的浓度是地铁运营安全的关键。
3 有害气体的防治对策
3． 1 施工期的措施
在隧道的盾构施工期间，应编制全隧道和各工区的施工通风设计，并考虑各工区贯通后的风流调整。隧道施工完成后的机电安装期，应建立瓦斯通风监控、检测的组织系统，测定气象参数、瓦斯浓度、风速、风量等参数。如超标可采取临时通风的措施，降低有害气体浓度，检测设备可采用便携式瓦斯检测仪。
施工期间对地铁隧道工程及车站的土建工程进行必要的防渗措施加强，减轻后期有害气体进入隧道或车站的可能及渗入量。
3． 2 正式运营期的措施
在杭州地铁 1 号线正式运营后，每天的运营周期为早上 6∶ 00 至晚上 22∶ 00，遇节假日及重要活动适当延长运营时间。在正式运营后，由于日间隧道列车都在运行，且间隔较小( 正常为2 min) ，有害气体不容易聚集，可携带便携式瓦斯检测仪，在夜间进行隧道定时巡查，根据检测结论分析，如确有固定区域检测结论经常超标，可在该区间隧道设置固定式有害气体监测系统。系统由有害气体光学探头、光纤、有害气体光纤传感检测仪等组成。有报警信号时，可联动开启车站端部的隧道风机，利用相邻两车站的一抽一压，把有害气体及时排出隧道。
3． 3 运营控制标准的确定
《铁 路 瓦 斯 隧 道 技 术 规 范 ( TB 10120—2002) 》［2］关于瓦斯浓度的标准和通风要求有如下规定:
(1) 瓦斯隧道在运营中，瓦斯浓度在任何时间、任何地点都不大于 0． 5%;
(2) 瓦斯隧道运营期间宜采用定时通风; 当隧道内瓦斯浓度达到 0． 4% 时，必须启动风机进行通风，保证隧道内瓦斯浓度不大于 0. 4%。当瓦斯浓度降到 0． 3%以下时，可停止通风;
(3) 瓦斯隧道竣工验收时，应达到瓦斯设防标准; 在内拱顶以下25 cm处的空气中瓦斯浓度不得大于 0． 5%。在有运营通风条件下，通风后应达到以上标准。
因此，在地铁建设的各个阶段，都以有害气体浓度不超过 0． 5%作为满足要求的必要条件。
3． 4 典型地铁车站及区间有害气体的防治预案
( 1) 典型车站及区间概况。杭州地铁 1 号线标准车站一般分为站厅层及站台层，建筑面积规模约为8 000 m2，车站层高均为4． 5 m。车站之间的区间隧道间距约1． 1 km。
( 2) 运营设置及管理模式。工程建设中在车站的两端各设置了三个风井，分别为排风井、新风井、活塞风井。由于车站站台层设置了屏蔽门和轨行区排热通风系统，有害气体进入车站内的量非常小，绝大部分被排热风机排除; 同时地铁设备管理用房通风空调小系统为24 h开启，以满足机电系统设备对环境的需求，同时废气通过车站排风亭排出地面，新风井引入地面新鲜空气。因而在地铁车站可不设置固定式有害气体监测系统，仅在车站配备一台移动式有害气体监测仪即可满足要求［3］。车站两端均设置两台隧道风机，用以给隧道区间通风换气，如在夜间列车停运期间区间有害气体监测发出报警信号，自动控制系统可通过联系本站及相邻车站端部隧道风机，一吸一抽，为隧道进行通风换气，以保证隧道有害气体浓度在安全范围内。
4 结 语
( 1) 有害气体地层条件下，地铁土建施工时提高施工工艺，尽可能防止有害气体渗入地铁车站及区间，是保证地铁运营期间安全的基本前提;
( 2) 运营期间加强监测系统的安全运行，同时保证自控系统的联动，系统平稳运行，是防止出现运营安全问题的根本。
浅层有害气体存在条件下的地铁运营问题，国内尚无成熟经验，本文的研究成果需要通过后期的实践不断积累。
参 考 文 献
［1］ 施仲衡，周庆瑞，郑晓薇，等． GB 50157—2003 地铁设计规范［S］． 北京: 中国计划出版社，2003．
［2］ 张海瑞，永明，董微微，等． TB 10120—2002 铁路瓦斯隧道技术规范［S］． 北京: 中国铁道出版社，2002．
［3］ 王涛，孙继平，赵青云，等． AQ 1029—2007 煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范［S］． 北京: 煤炭工业出版社，2007．
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