石油天然氣管道隧道穿越施工技術淺析

摘要：結合工程實例，介紹石油天然氣管道隧道穿越施工技術，供同行參考借鑒。

關鍵詞：石油天然氣 管道 隧道 施工

0 引言

為了大力發展清潔能源，同時解決我國東、西部資源配置不均衡的矛盾，近年來，國家規劃并建設了多條橫貫東西、穿越南北的油氣大通道。筆者參與施工的西氣東輸二線工程，是繼西氣東輸一線工程后國家投資建設的又一個油氣戰略大通道。管道建設中，傳統的大開挖穿越法破壞山體植被、易造成水土流失，在高度重視環保工作的今天，大開挖穿越法已逐步被隧道穿越所替代，這樣以來一種新興的隧道種類—石油天然氣管道穿越隧道應運而生。筆者結合自身參與施工的西氣東輸二線工程東段馬場梁隧道，對石油天然氣管道隧道穿越施工技術做了簡要介紹。

1 工程概況

西氣東輸二線管道工程西起新疆的霍爾果斯，經西安、南昌，南下廣州，東至上海，由1條干線及8條支線組成。途經新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、安徽、湖北、湖南、江西、廣西、廣東、浙江、上海、江蘇、香港等15個省、自治區、直轄市和特區，連續穿越新疆內陸湖、長江、黃河、珠江四大流域，沿途翻越天山、秦嶺和江南丘陵等山區地帶。本工程為西氣東輸二線管道工程東段第14標段馬場梁山嶺隧道穿越，穿越處管道設計壓力10MP，管徑Ф1219mm。馬場梁隧道穿越工程位于寧夏固原市原州區二十里鋪九坪灣與固原市彭陽縣古城鎮杏兒溝交界的黃卯山，隧道軸線投影為直線形，水平投影長度767.1m，實長767.7m，縱坡3.96%。隧道斷面設計為直墻圓弧拱形，凈斷面尺寸為3.2m×3.2m（凈寬×凈高）。

隧址區平均海拔兩千米以上，巖性以泥質頁巖、泥灰巖、泥巖為主，圍巖級別設計劃分為Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ三個級別。隧道跨越一逆斷層，斷層破碎帶寬度20～35m。

2 施工方法

根據本隧道地質情況和設計特點，隧道施工以新奧法的施工原理進行組織和實施，采用鉆爆法全斷面施工：Ⅳ、Ⅴ級圍巖段開挖采用風動鑿巖機鉆孔實施光面爆破，Ⅵ級斷層破碎帶地段采用人工配合小型機具開挖；微型挖掘機裝碴、小型農用車出碴，之后進行錨噴支護；二次襯砌采用兩部長10m的襯砌臺車全斷面進行，混凝土集中拌和，罐車運至洞口，混凝土輸送泵灌注。

2.1 超前探測

隧道施工中，超前地質預報關系到工程安全、質量和進度。石油天然氣管道穿越隧道跨度較小、施工難度相對于公路等大斷面隧道較低，但為確保各項目標順利實現，必須進行必要的超前地質探測。超前地質探測方法有多種，如地質雷達、超前水平鉆探、紅外線探測、超聲波等。超前水平鉆探方法最直接、有效，它對設備要求不高、可操作性強、探測結果直觀、成本低廉，尤其適合施工一線的日常探測。綜合考慮后，本隧道選取了超前水平鉆探這一方法，具體做法為：施工中在掌子面中心布置1個水平探孔，采用76mm雙管單動金剛石鉆頭取芯，鉆孔深度（水平長度）30m，前后兩次搭接（重疊）5m。

通過鉆孔鉆進速度測試和對鉆孔巖芯的觀察及相關試驗可獲取隧道掌子面前方巖石的強度指標、可鉆性指標、地層巖性資料、巖體完整程度及地下水、氣狀況等諸方面的資料，既可指導施工也為設計變更提供了依據。

2.2 超前支護施工

本隧道超前支護采用超前小導管和超前管棚相結合的方式，超前小導管用于Ⅳ、Ⅴ級圍巖開挖斷面圍巖破碎、易風化掉塊的地段，超前管棚用于Ⅵ級圍巖段及隧道進、出口明暗分界處。

2.2.1 超前小導管

設計采用L=3.0m/根的Ф42mm×4mm無縫鋼管沿開挖輪廓線外1.5m打設，外插角10°，環向間距30cm，縱向搭接1.0m，每循環布設小導管21根。

2.2.2 超前管棚

設計采用L=10.0m/根的Ф89mm×4mm無縫鋼管沿開挖輪廓線外1.5m打設，外插角7°，環向間距40cm，縱向搭接1.5m，每循環布設管棚鋼管15根。

2.2.3 施工要點

①小導管及管棚前端應做成錐型頭，長度以10cm為宜，以利打入。

②小導管及管棚施工前應噴3～5cm厚混凝土封閉掌子面作為止漿墻、防止跑漿，施工中應嚴格控制鋼管外插角符合設計要求，否則小導管及管棚支護效果將大打折扣。

③管棚施工時，應先打奇數鋼花管，注漿后再打偶數鋼花管。鉆機立軸方向必須準確控制，鉆進中要經常測量鋼管鉆進的偏斜度，發現偏斜超標要及時糾正。鋼管接頭應采用絲扣連接，絲扣長15cm，并使相鄰接頭錯開3m為宜。

④為防止漿液從其他孔眼溢出，注漿前對所有孔眼均安裝了止漿塞，注漿順序從兩側拱腳向拱頂進行，初壓為0.5～1.0MPa，終壓為2MPa。注漿時相鄰孔眼需間隔開，不能連續注漿，以確保固結效果，又達到控制注漿量的目的。注漿量達到設計數量時即可停止，注漿結束后要及時清除管內漿液，并用M20水泥砂漿填實，以增強小導管和管棚的剛度與強度。

2.3 洞身開挖

2.3.1 爆破參數

爆破參數的確定是通過鉆爆設計來完成的，也可參照以往同類工程經驗選取。爆破參數不是一成不變的，它要根據圍巖狀況及爆破效果動態調整。馬場梁隧道為全石質隧道，開挖采用全斷面光爆技術施工。根據隧道局部有滲水的特點，炸藥選用乳化炸藥，周邊眼間距40cm，輔助眼間距70cm，掏槽眼布設在以超前水平鉆孔（直徑76mm）為中心、半徑15cm的圓上，起爆時周邊眼、輔助眼、掏槽眼分別使用7、5、3段位毫秒雷管引爆，鉆孔每循環進尺2.2m，掘進每循環進尺2m。

2.3.2 開挖質量控制要點

①要根據隧道類型及地質情況選取合適的開挖方法。石油天然氣管道隧道跨度較小，地質情況又為石質，故選用全斷面開挖，既能保證施工安全又能加快施工進度。

②嚴格控制超欠挖量。隧道施工超欠挖現象在所難免，但應采取有效措施將超欠挖量控制在合理范圍內，確保斷面尺寸符合設計要求，具體應做到：精準測量，嚴格按照施工圖紙所標明的開挖輪廓線并考慮一定的預留變形量進行放線；選擇合適的爆破方法和鉆爆參數，必要時應采用光面爆破和預裂爆破相結合的方法，實踐證明，二者結合可大幅減小超挖量、節約工程成本；光面爆破應使用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸藥，合理選用起爆雷管段數，掌握好周邊眼的爆破效果；加強鉆孔技術管理，提高鉆孔精度；建立健全開挖、測量、爆破質量管理檢查制度，責任落實到人，按章獎懲。

③合理設置避車洞

石油天然氣管道隧道斷面尺寸小、洞內作業空間有限，開挖、支護、襯砌等交叉施工易受干擾。為解決這一矛盾，須在洞內設置施工用的避車洞。馬場梁隧道的具體做法為：出渣車避車洞間距50m，左右交錯布設，尺寸3.0m（長）×2.0m（寬）；扒渣機避險洞間距100m，順洞身一側布設，尺寸10.0m（長）×2.0m（寬）。

2.4 初期支護

2.4.1 初期支護參數

馬場梁隧道初期支護采用Ф22水泥砂漿錨桿+Ф6鋼筋網+Ф22鋼筋格柵+C25噴混凝土的組合支護方式，圍巖局部破碎時增設超前管棚或超前小導管注漿等預加固措施。

2.4.2 噴射混凝土施工

本隧道噴射混凝土采用“潮噴”法分兩層進行施工，初噴層厚4～6cm，在開挖后即行施工，起封閉圍巖的作用，之后打設系統錨桿、掛鋼筋網，最后進行復噴，復噴層厚6～8cm。分層噴射時，后一次噴射應在前一次混凝土終凝后進行，若終凝超過1小時，應用風水清洗已噴混凝土表面。因噴射混凝土作業緊跟開挖面進行，故必須掌握好下次爆破距噴混凝土作業完成時間的間隔，一般不小于4小時。放炮后應對已噴混凝土進行檢查，如出現裂紋，應調整放炮時間間隔或爆破參數。混凝土噴射完畢2～4小時后即開始養護，在7～14天之內采用土工布覆蓋保溫養護。

2.4.3 掛鋼筋網

鋼筋網片采用Ф6圓鋼，除銹處理后按設計加工成250cm×250cm的網片。掛設時網片必須隨受噴面的起伏鋪設，與受噴面間留3cm作為保護層，網片與系統錨桿焊接牢固，確保噴射混凝土時不晃動。

2.4.4 支立鋼格柵

按設計要求，采用Ф22螺紋鋼筋加工成鋼筋格柵用作加強初期支護，支立間距0.8～1.2m，縱向采用Ф22鋼筋拉條間距1m進行連接。在圍巖破碎、易掉塊、滲水涌水段時采用型鋼支架，型鋼截面選用HW150×150×7×10，間距0.5～1.0m。

3 監控量測

開挖完成后，在拱頂、拱腳及邊墻處埋設測點進行拱頂下沉和水平收斂量測。測試元件用Ф12圓鋼加工而成，每根元件長30cm，錨入基巖內10cm，初期支護12cm，外露初支面8cm。水平收斂量測采用JSS30A型收斂儀進行觀測。量測頻率開始6h觀測1次，然后根據變形量的減小而減小量測頻率，即12h、24h，根據量測結果及時調整工序及預留變形量、開挖進尺等，便于指導施工，確保施工安全。量測點每隔5～10m布設1組。經量測，馬場梁隧道拱頂最大累計下沉量為15mm，水平最大累計收斂量為14mm，均小于設計預留變形量。

4 二次襯砌

4.1 設計狀況

石油天然氣管道隧道主要用于管道安裝及日常的維護、檢修，不承受車輛荷載，也不具備通行服務能力，故對隧道防水性能及外觀要求不像公路隧道那樣“苛刻”。馬場梁隧道采用復合式襯砌方式，二次襯砌未考慮防水措施，但要求混凝土抗滲等級不低于S6級。Ⅳ級圍巖斷面直墻、半圓拱采用C30現澆鋼筋混凝土250mm厚，底板采用C25素混凝土200mm厚；Ⅴ級圍巖斷面直墻、半圓拱采用C30現澆鋼筋混凝土300mm厚，底板采用C30現澆鋼筋混凝土200mm厚；Ⅵ級圍巖斷面直墻、半圓拱采用C30現澆鋼筋混凝土300mm厚，隧道底板采用仰拱300mm厚C30鋼筋混凝土澆筑，仰拱上用C25素混凝土回填至底板設計標高。

4.2 襯砌施工

本隧道二次襯砌施工采用先施作邊墻及拱部，然后施作底板的施工順序。隧道洞身開挖超前40m時，開始洞身襯砌，由進、出口兩端相向且向隧道中部逐段推進。

初期支護完成、仰拱封閉、回填完工后，采用自行式液壓襯砌臺車緊跟初支進行二次襯砌，邊墻、頂拱一次澆筑成型，不良地質地

段（斷層破碎帶地段）根據監控量測情況先行襯砌，確保了施工安

全。

5 結束語

通過對馬場梁隧道施工過程的簡要介紹，使得我們對石油天然氣管道隧道穿越施工技術有了一個輪廓性地認識，其作為一種新興的隧道種類目前還未出版專門的施工技術規范，施工及驗收均參照公路、鐵路現行隧道施工技術規范執行。但隨著此類隧道的大規模興建，將來必定會有專門的規范及標準出臺，到那時，石油天然氣管道隧道穿越施工技術必將更成熟、更完善，將更好地為祖國石油天然氣事業服務。