杭州1号线钱塘江浅层沼气释放施工勘察
［摘 要］介绍了杭州地铁 1 号线钱塘江水域浅层沼气的赋存特征，详细介绍了浅层沼气释放施工控制与检测。
［关键词］沼气; 赋存特征; 释放; 检测
杭州地铁 1 号线前期勘探发现钱塘江水域浅层中分布着气压和流量大小不一的有害气体( 沼气) ，南侧相邻地段其盾构穿越段的沼气以囊状形式存在，局部赋存的气压最大压力 0． 4MPa，最大流量48．85m3/ h。由于气压与流量均较大，若在钱塘江江底盾构施工前不采取释放措施，盾构穿越过程中极易引起遇到明火发生爆炸和施工人员遇沼气发生中毒等现象，施工风险极大。因此，为了确保盾构穿越沼气段的施工安全，防止有害气体进入盾构隧道内，施工前应对盾构穿越段隧道围岩地层的沼气进行释放降压。
1 钱塘江水域浅层沼气赋存特征
浅层沼气的赋存因素主要有持续沉降、快速沉积的海相-陆相交互相地层环境，富含丰富的有机质，具备强还原和近中性的水文地质条件，适宜的气候温度。
场区施工揭示在有气体溢出区域内含气层的岩性以淤泥质粉质黏土夹粉砂为主，粉土、粉砂呈薄片状交错分布在淤泥质粉质黏土中，岩性为海相-陆相交互相环境的河口冲海积地层，淤泥质土中有机质含量高，有机质丰度一般在 0． 4% 以上，硫酸盐在海相沉积物中是一种主要的盐分，其孔隙水中的较高浓度的硫酸盐水溶液有利于大量生成的甲烷气保存下来，施工区域在全新世早、中、晚期气候主要为温暖湿润-温热湿润-温暖湿润的转化，有利于甲烷气的生成。
储藏条件从《岩土工程勘察规范》GB50021—2001关于土的分类和鉴别可以看出，当土体颗粒粒径＞ 0． 075mm的颗粒质量超过总质量的 50% 时为粉砂，当土体颗粒粒径 ＜0．005mm 的颗粒质量超过总质量的50% 时为黏性土。淤泥质土的岩性特征表明，土粒之间的空隙微小，渗透性弱，渗透系数约为 1． 0 × 10－ 5cm /s，从而导致含气层中的气体不能迅速向外排放，只能通过土粒间微小的空隙逐步渗透向外排放; 但在局部区域内含气层内粗颗粒( ＞ 0． 075mm) 含量较高，烃类气体赋存，在该类土体中时土粒之间的孔隙稍大，渗透性较大，从而导致含气层中的气体能较迅速向外排放，有利于沼气的运移和补给。另根据气相在土体中的赋存状态不同，可将气相在土体中赋存状态划分为4 种情况，如表 1 所示。
综上所述，施工区域沼气属自闭型沼气，气源层与含气层相互交错，由于淤泥质黏性土的本身自封闭作用，使其赋存特点是含气层连通性差、贮气空间较小，富气性差异大，气压差异大。
2 浅层沼气释放施工控制与检测
2． 1 施工放气孔布置及孔深的确定
排放孔间距的确定: 根据有害气体外业勘察资料分析，气体呈囊状分布的特点，因此，排放孔间距不宜过大，否则影响放气效果; 但也不宜过小，否则会导致工作量巨大，影响施工工期以及工程造价。针对滨江站—富春路站区间的实际情况，钱塘江水域段具体布置方式为: 在拟建地铁隧道盾构中线布置 1 排放气孔，两侧离结构线外 5m 各布置一排孔，各排孔间距 10m，总体呈梅花形或交错形。
设计孔深以贯穿淤泥质粉质黏土夹粉砂土层至下部粉细砂层1． 0m 左右为控制深度原则，并且深度应在盾构底部标高以下，确保盾构全段面内赋存的沼气能有效释放。
2． 2 放气设备、流程及控制原则
2． 2． 1 勘探设备
根据陆上释放情况，结合江中段释放的环境特点，江中段沼气释放采用机械钻孔设施结合改进研制的循环导气释放工艺。
2． 2． 2 工艺流程
浅层有害气体控制性预排放施工工艺流程如图 2所示。
2． 2． 3 排放控制原则
1) 点位放样定位准确、成孔垂直度控制，释放孔不得侵入隧道断面。
2) 释放由南向北，先释放最靠近左线隧道两侧的两排。
3) 释放应尽量彻底，原则上以不能测出压力为止。
4) 沼气释放应在盾构穿越前完成。
5) 安全性原则: 注重防火、防喷措施，确保人员、设备、航道等安全。
6) 可控放气原则: 有害气体释放的速率应不产生对放气孔周围地层的显著扰动，进行缓慢均衡放气。
2． 3 气体的检测
2． 3． 1 气体浓度的检测
为了更准确地检测出孔口是否有沼气溢出，本次施工过程中采用了甲烷检测报警仪进行检测，其最大量程为 4． 0%( 体积比) 。气体检测前先在清洁的空气中打开仪器，待仪器稳定进入待测状态后，将仪器直接放置孔口进行检测。为了更能准确地检测孔内是否有气体溢出，每次检测时先将孔口捂住以防因为气量太小而从旁边溢出而影响检测结果。从释放的气体的成分来看，有害气体主要以甲烷为主，并带有少量的臭味，即含有硫化氢( H2S) 。
2． 3． 2 气体压力的检测
确定有气体冒出，而且量比较大时，立即接上阀门皮管连接安装至气砂水分离仪上进行压力测定。由于孔口检测出气体的压力是克服土体间阻力以及带出泥砂水混合物之后的压力，因此直接测定的压力值往往要比真实气压值小，本次测定的孔口压力均为实测值。
2． 3． 3 气体流量的检测
气体的流量采用流量计进行量测，该流量计测出结果为通过体积。计算流量时采用固定的时间段内刻盘上的数据变化值除以该固定的时间值。量测时直接安装在气砂水分离器上，可以通过阀门来控制均匀流量。
3 结语
区域释放施工勘察先后共完成 277 个孔，在整个施工过程中以及随后的放气过程中，有沼气浓度测出或喷气现象。只有 17 个孔( 所占比例不到 6%) 是无气的，其中 105 个孔( 所占比例 40% 左右) 均存在不同压力和气量，其余 155 个孔能检测出沼气浓度。表明本区域的沼气覆存量大、面积广，每个放气孔所处气囊具有明显的独立性，相互影响很小，在不同的点位上，相隔距离很近，其气量就存在着明显的差异，靠近江南大堤一侧、第一联络通道主航道附近、第二联络通道附近气量明显增大，有的可以形成气水混合物柱喷出，最高喷出江面 7m。
从气囊分布范围来看，主要从大堤沿盾构推进线南岸大堤附近 K7 +50m 和 K7 +120m—K7 +450m 及 K7 +800m—K7 + 870m 范围内，主航道以南右线相对较多集中，中线和左线相对气量小，第二联络通道附近左线相对富集较多气压明显，中线和右线相对气量小，但在部分范围内气量还是比较大的。按出气情况甲烷浓度和压力大小程度可划分五个等级( 按颜色从低到高: 绿、蓝、黄、橙、红) 。
从气囊的埋深范围看，每个囊状气体覆存的土层位置大同小异，储气主要在淤泥质粉质黏土底部与下部土层交界处，气囊的埋深也有一定的差异，从气囊的埋藏深度来看，左线主要在 20 ～27m，中线主要在 18 ～24m，右线主要在 18 ～ 26m，对应标高为 － 16． 0 ～－ 21． 0m。
施工区域场地内赋存的沼气具连通性差、不均匀分布的特点，且淤泥质土层中不断产生沼气补给含气层，导致沼气释放不能完全彻底地释放，局部可能还存在囊状气团。放气施工使沼气压力显著降低，经过一段时间气体产出可能再次聚集，使气压有所回升，因此，沼气的释放是一个长期反复的过程，释放施工时采用错位交叉往返布孔放气措施，能有效保证持续性放气降低压力。
参考文献:
［1］ 方拥华． 杭州地铁 1 号线滨江站 ～ 富春路站区间钱塘江南岸大堤及江中段沼气释放施工工程总结报告［R］． 浙江省工程勘察院，2010．
［2］ 陈少平，孙家振，沈传波，等． 杭州湾地区浅层气成藏条件分析［J］． 华东地质学院学报，2003 ( 4) ．
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