浅层气对轨道交通工程的影响

根据浅层气的空间分布特征，浅层气容易以气囊形式分布于软土层中的粉细砂夹层和透镜体之中。粉细砂夹层和透镜体在地层中是不连续的，因此各个夹层或者透镜体中的气压和气量也各不相同，其危害程度也有差异。

在天然情况下，浅层气在地层中是相对稳定的，但是在施工等工程扰动因素影响下，会产生一系列的影响，诱发一些工程事故。浅层气对工程的影响，主要有以下几类：

（1）浅层气自身成分的影响

浅层气的主要成分是甲烷，当空气中甲烷的浓度达到5.5%～13.5%时，极易引起燃烧（如图6-1）。当轨道交通工程施工碰到浅层气，若气压较高，在空间较小的情况下，易产生爆炸，如在地下隧道施工时。同时，由于甲烷比空气轻，一般较易在结构上部聚集，施工人员进入后很可能造成窒息；同时还会造成环境温度升高，恶化施工环境。

（2）含浅层气土层的影响

含浅层气的土层与周围的软土存在较大的物理性质差异，属于不均匀地基。在这类不均匀性地层中进行施工，诸如盾构隧道施工，在盾构推进中极易引起盾头偏心、盾构机蛇形等质量问题，对施工安全和施工质量产生很大的威胁，也为灾害的产生埋下隐患。尤其是对于一些欠固结的软土，其工程差异性及不稳定性更加明显。

（3）对外部环境的反作用

在原始地质环境下，浅层气在地层中的赋存状态是相对稳定的，但是当施工等因素干扰了它的外部环境时，它也对外部环境做出自身的反应，反过来影响外部环境。

①气矛或气锥效应，即浅层气气压大于土压力。主要表现有四个方面：

a.“突涌”现象。当施工开挖时，对存在浅层气的下卧土层，如果开挖深度较大，上覆土层较薄，可能会产生“突涌”现象，即上覆土层压力小于浅层气气压而引起基坑底土体隆起破坏并同时发生喷水涌砂等现象。

b.“管涌”现象。浅层气被打穿，突然释放，导致周边砂土被气压等横向带出，造成管涌，有时会引起坍塌（如图6-2）。

c.在工程勘察施工过程中，若刚好钻探孔遇到气囊，则气体会夹杂泥沙和水沿着钻孔快速喷出。当气压较高、气量很大时会严重影响勘察进度，甚至造成爆炸、爆燃等重大工程事故。

d.对地下结构也造成附加压力，产生附加变形等情况，如已建好的隧道产生位移及失稳等情况。(www.xing528.com)

②气盾效应。由于浅层气多是以气囊形式不均匀分布，对一些施工工艺会形成阻挡效应，主要表现在三个方面：

a.对注浆工艺的影响。浅层气的存在会干扰阻碍浆液的流动，使得气囊周围及以下软土得不到有效加固而形成注浆缺陷区，影响工程稳定性。

b.对地下连续墙的影响。在滨海地区轨道交通工程多以地下连续墙来进行基坑防水，浅层气的存在易导致地下连续墙出现缩颈、夹层等问题，从而最终影响防水效果。

c.对冻结法的影响。浅层气气囊的存在，使得导热系数大幅降低，影响施工冷冻效果，最终影响施工。

③扰动活化效应。当浅层气受到人类工程活动的干扰时，如岩土工程勘察钻探、隧道开挖卸荷、基坑开挖以及机械振动等，其赋存环境，如水压力、土压力及密封性发生了较大改变，浅层气的赋存形态、气压等也将随之而发生变化，从而影响到原有土层性质，主要有以下几个方面：

a.对气压的影响。施工开挖卸荷作用使得软土中的水压下降，当水压达到水溶气的饱和压力时，原先溶解的水溶气将大量出溶。水溶气的出溶一方面可以补充透镜体和夹层中的气囊，使得气囊的气压增高、气量增大；另一方面，气体的出溶会使得土体有效应力降低，强度降低，压缩性增大。

b.对上覆土层的影响。在被干扰或被释放时，会对土层产生影响。浅层气的无控释放一方面可能导致水气喷发，带走大量的土颗粒和水，引起流沙及上覆黏土结构破坏，导致土层的剧烈扰动，尤其是敏感性高的软土，会导致土层工程性质恶化，如造成地面塌陷（如图6-2）。

c.对下卧土层的影响。浅层气的无控释放也会对下卧持力层产生不同程度的扰动，有可能造成地基砂土层和软土层的剧烈扰动，引起附加沉降和差异沉降，对地铁站结构极为不利，对盾构施工的稳定性造成影响。

图6-1　浅层气着火

图6-2　浅层气造成的地面塌陷

综上所述，滨海城市广泛分布的浅层气不仅会给轨道交通工程施工带来不利影响，同时对相关施工人员也会造成威胁；不仅在施工阶段会有影响，在运营阶段也会有不利的潜在因素。