浅层淤泥质土沼气释放技术研讨

占立浩

浅层淤泥质土具有持续性沉降与快速沉积的交互相地层环境，沼气通常以囊状形式存在，局部所赋存的气压与流量均较高。如果不能在施工前采取释放沼气措施，可能会导致施工过程中遇到明火而发生爆炸，甚至产生施工人员遭遇朝气而发生中毒等现象。本文主要分析浅层淤泥质土沼气释放技术。

淤泥质土中通常有机质含量较高，而且空气水中附有较高浓度的硫酸盐水溶液，因此甲烷气在这种环境下极易生成并保存下来。同时，淤泥质土的岩性特征显示，土粒与土粒之间的渗透性比较弱，气体只能通过土粒间非常微小的间隙向外逐渐渗透排放。但是，由于局部区域内含气层内粗颗粒的含量比较高，赋存烃类气体，利于沼气的运移和补给。

一、浅层淤泥质土沼气的形成

具体而言，浅层淤泥质土沼气一般存在于地面以下40m 左右的粉细砂层中，贮存厚度大概在7m 左右，沼气通常覆盖在地面至深35m 范围内。浅层淤泥质土，主要来源于上淤带来大量的有机质沉积，在长年累月中水和泥沙不断覆盖，致使该环境与外界相隔离，再在厌氧环境下进行分解发酵，然后有机物质的残骸在温度与压力的作用之下逐渐变成泥炭，并产生沼气。

二、沼气的风险评价标准

当前，我国还没有一套比较科学合理的针对土壤与地下水中沼气浓度的评价标准与评估规范。但是，国外制定了相关甲烷无组织排放的调查与修复技术的方法规范。假如地下水中所溶解的甲烷浓度超过28mg/L，那么就证明在密闭空间中地下水所释放出来的甲烷可能会发生燃烧甚至爆炸。假如地下水中所溶解的甲烷浓度小于28mg/L，就说明地下水中既存在甲烷而且这些甲烷可能会慢慢积累逐渐升高浓度。假如地下水中所溶解的甲烷浓度小于10mg/L，就不需要采取相应行动措施。

三、浅层淤泥质土沼气对施工造成的危害

1.致使地面地基沉降

沼气通常存在于比较松散的粉砂层中，因此具有较强的横向流动性。假如扰动和破坏沼气覆盖层后，那么沼气内会存在过大的自然气压，这些气压一旦从覆盖层穿过将地下气体排放之后，就会迅速将地下水与地下气体压出地面，那么地面和地基就可能出现沉降的情形。

2.对隧道结构的稳定性产生影响

盾构推进工程进行施工时，积聚的沼气突发性释放时，土层急剧沉降，诱发隧道结构严重变形，甚至管片断裂损坏。

3.引起火灾

在地下室进行施工或隧道盾构推进过程中，遭遇一些结构物气体，在一定时间内可能会发生气体爆炸或遭遇火花而引起火灾等情况，操作工人在这种环境下可能出现生命窒息的情形。

四、浅层淤泥质土沼气释放施工控制与检测

1.确定气孔布置与孔深

根据相关资料分析，浅层淤泥质土中的气体一般呈囊状分布特征，为了保证良好的放气效果不易采用较大或较小的排放空间距。

比如，相关操作人员可以在盾构中线布置一排放气孔，同时在两侧离结构线外5m 左右的地方再各自布置一排孔，确保每一排孔的间距大约在10m 左右，整体呈现出交错型或梅花形；还要遵循贯穿淤泥质粉质黏土夹粉砂土层至下部粉细砂层的1m 左右作为控制深度的原则进行设计，确保深度在盾构底部标高以下，这样最有利于沼气的有效释放。

2.放气设备与控制原则

在排放沼气时，要根据相关勘探设备遵循控制原则进行释放。

比如，可充分结合浅层淤泥质土释放环境的特征，结合改进研制的循环导气与机械钻孔设施进行释放；可以先搭设出相关的放气孔施工设备，然后进行孔位定位，选准正确位置下管并完成释放作业，之后对放弃进行有效控制。在正式施工前要检验放弃是否完善，是否合格，一旦确定之后再进行注浆封孔；操作人员在排放沼气时要遵循一定控制原则。一定要确保点位放样定位的准确性，控制成功的垂直度并保证释放恐不能侵入到隧道断面中；在释放沼气时要尽量做到彻底，可以通过测量压力进行判断，直到不能测出压力为止，要在盾构穿越之前完成沼气释放工作；在整个释放沼气过程中，要采取一定的防火防喷措施并全面保障操作人员与设备的安全性。同时，在排放时还要采取合适的释放速率，使得有害气体不会对放气孔周围地层产生比较显著的扰动现象，可以采用缓慢均衡的放气方法。

3.检测气体

在释放沼气的过程中，要对气体的浓度、气体压力以及气体流量进行详细检测。

比如，操作人员可使用甲烷检测报警仪对出孔口进行检测，检查是否溢出有害沼气。在进行检测之前，可以将仪器在比较清洁的空气中打开，直到仪器保持稳定并进入待测状态之后，再在放置孔口直接连接仪器进行规范检测，为了明确勘测孔内是否溢出有害气体，操作人员在每次检查时都要先捂住孔口，避免因为气量太小而从旁边溢出对检测结果造成影响。对所释放的气体成分进行检测，确定其浓度；在检测中，如果发现有气体不断冒出而且气体的量比较大时，可以在砂水分离仪上安装上阀门皮管测定气体压力。因为孔口检测出的气体压力可以对土体间阻力与所带出来的泥砂水混合物之后的压力进行有效克服，所以与真实气压值相比，直接所测定的压力值往往比较小；可以采用流量计测量气体的流量，根据固定时间内刻度盘上的相关数据变化值与固定时间指着相处结果进行判断，可以在气砂水分离器上进行安装后直接量测，借助阀门对气体匀速流量进行有效控制。

五、浅层淤泥质土沼气对施工危害的具体防治策略

1.采用专业钻探技术，确保施工安全

在对浅层淤泥质土沼气进行施工时，要采用比较专业的钻探技术，以此确保整个施工的安全性。

比如，可组织具有较强专业性的地质钻探对该地段进行详细调查后拟定出细致的钻探报告，依据报告结果和内容对浅层淤泥质土沼气的实际贮存情况进行全面了解。然后采取合理的控制性释气与预排放等技术，确保气体排放在合理的控制范围内，尽量将危害程度降到最低；相关技术人员还要依据实际情况编制出比较具体的沼气防治施工安全技术专项方案，对所制定的专项方案邀请相关专家进行合理评审，最后将评审结果上报到相关部门进行核准。

2.设立相关灭火设备，配备必要的检测仪器

沼气的主要成分是甲烷，甲烷在特殊环境内很容易产生爆炸。因此在具体施工时，可以设立相关灭火设备并配备必要的检测仪器。

比如，先要对施工周围建筑进行详细检测，设置安全通道利于人员来往，还要制定出合理的应急预案。同时，还可通过官方网站或者新闻媒体发布相关施工信息，在施工路段还要设立出醒目的告示牌作为显著标志，在施工段还必须要配备比较完善的灭火设备；使用甲烷检测仪器对作业现场相关配备进行详细检测，委派相关工作人员对施工路段进行24h 内的不间断观测，根据观测过程做好现场记录工作，如果在观测时发现相关问题就要立即停止施工并及时上报，将可能产生的危险扼杀在萌芽中。

3.组织现场施工管理，做好详细调查登记

在整个施工过程中，相关管理人员还要组织现场施工管理并做好详细的调查登记工作。

比如，可以组织相关人员在施工现场进行详细管理，对操作人员进行必要的岗前培训工作；制定出合理管理制度，严禁操作人员在作业区50m 内使用明火，为作业机械设置必要的排烟口并为管理人员配置防火罩。假如作业机械产生火花，就不得进入作业区域内工作；依据科学原则对沼气地段的作业范围进行埋设沉降，观测控制桩的位移情形。每天都要将观测结果进行上报，操作人员如果在观测过程中发现周边建筑物发生了较大裂缝，就要像作业区所有工作人员及时发出警报，进行必要的紧急疏散工作；在进行深基坑、地下结构及隧道盾构推进等密闭作业时，有必要在这些工作环境中设置必要的通风排风设备，还要强制作业人员佩戴氧气罩等必要设备，这样才能尽可能避免发生火灾或爆炸的情形；在正式施工前，施工方可以聘请专人对周边居民进行详细走访，调查登记周边建筑物的结构情况并做好相应的影像记录，这样才能最大程度将施工过程中可能与当地居民发生的纠纷情形充分避免；在施工之前，还要对空位地址资料，以及是否存在有害气体压力等进行详细分析，在此基础上确定，所使用的导管规格与埋置深度。还要充分依据地质钻探资料与制定位置进行合理的现场放样，这样才能将工程施工中可能存在的相互干扰位置情形等尽量避免掉。

六、结语

通过上述所分析的浅层淤泥质土沼气释放施工技术，当初可以采取钻孔循环导气的是防治策略进行应对。在整个施工过程中，还要对沼气释放的速度、沼气流量等进行有效控制，使得工程施工处在可控制状态下，以此确保施工安全性与合理性，在此基础上增加社会效益并减少处理费用。由此可以看出，在浅层淤泥质土沼气释放过程中采用钻孔循环导气释放措施是有效可行的。