油氣管道地基穿越工程的勘察

河北省地礦局第三地質大隊

油氣管道地基穿越工程的勘察

陳迎輝河北省地礦局第三地質大隊

工程勘察分為初步勘察與詳細勘察兩個部分。油氣管道穿越河段的選擇應從安全角度出發，應采取“少跨越、多穿越”的指導思想，利用超前探測技術，將隧道前方巖體的發育與形變規模、河水涌入壓力等地質條件進行準確預報，結合地表勘探成果，校核前方的地質狀況，為后續穿越工程提供基礎。穿越方式主要分為定向鉆探穿越、大開挖穿越以及隧道穿越等方式。定向鉆穿越技術具有工期短、造價低、節省材料、管道埋深安全以及應用廣泛的特點，它是一種非開挖穿越技術；大開挖穿越技術包括不帶水開挖技術和帶水開挖穿越技術兩種；隧道穿越技術包括鉆爆法、盾構法和頂管法。

工程勘察；超前地質預報；定向鉆；大開挖；隧道穿越技術

1 管道穿越工程勘察

工程勘察分為初步勘察與詳細勘察兩個部分，初步勘察每一個方案至少包括4個鉆探點，并且點與點之間間距以100～200m為宜，鉆探點應設置在穿越位置的上游15m處。詳細勘察主要是確定鉆探點的位置，在溝埋敷設情況下，應將鉆探點設置在穿越中線上；非開挖穿越情況下，在穿越中線兩側20m左右處各布置一條勘察線，鉆探點應交錯布置在兩條線上，鉆探點間距以30～100m為宜。長距離頂管及盾構等方案情況下，鉆探點應布置在沉井處，3～4個為宜[1]。

油氣管道穿越河段的選擇應從安全角度出發[2]，采取“少跨越、多穿越”的指導思想，穿越河段選取河道、河床以及兩岸順直穩定河段為宜，盡量避免穿越以下河段：①彎曲以及經常改道的河道河段；②沖淤幅變大的河床河段；③岸坡帶地基不穩定、巖石疏松而存在危險的河段；④靠近斷層或者頻發地震，有斷裂現象的河段。

穿越方式主要分為定向鉆探穿越、大開挖穿越以及隧道穿越等方式。

2 超前地質預報

隧道施工發生事故時有發生，主要表現為圍巖層破碎導致塌方、河水的涌入以及瓦斯著火爆炸等。根據調研國內外相關文獻，針對隧道施工應該進行施工勘察與超前地質預報，才能有效地減少事故發生。

利用超前探測技術，將隧道前方巖體的發育與形變規模、河水涌入壓力等地質條件進行準確預報，結合地表勘探成果，校核前方的地質狀況，為后續穿越工程提供基礎。其次，根據探測開挖隧道內的地質異常情況，對隧道施工進行一次全面的施工安全評價，遇到異常事件，做好充分的施工對策，達到不破壞隧道結構，維護好后期施工安全的目的。超前地質預報主要包括以下幾個方面：①破碎、風化和斷裂帶的預報；②岸坡帶不穩定性的預報；③地下水以及地應力狀況的預報；④地質異常體分布情況的預報。

地質預報可分為不同預報周期。長期超前地質預測預報主要有TSP探測法、超前深孔鉆探法及地質調查法等手段，預報距離為50m以上；中期超前地質預測預報主要采取20～50m小口徑的超前探孔、地質雷達等手段，預報距離為20～50m；短期超前地質預測預報主要采取的是普通地質雷達、紅外線超前探水、掌子面地質素描法、小口徑短距離鉆孔探測法、超前炮眼探測法等手段，預報距離在20m以內。

3 管道穿越技術

3.1定向鉆穿越

定向鉆穿越技術具有工期短、造價低、節省材料、管道埋深安全以及應用廣泛的特點，它是一種非開挖穿越技術，目前在國內受到了足夠的重視。據統計，從1985年中石油管道局引進定向鉆技術以來，已成功穿越400多條河流。定向鉆技術在投入使用前，應在勘察中重點檢測以下幾個問題：

（1）河床附近的地質條件。分析河床砂土、黏性土、卵石層的顆粒組成以及分布范圍和厚度；檢查地質體有無松散砂土、淤泥質軟土，這類軟弱土層的存在，會阻礙定向鉆的施鉆工作，促使定向鉆的鉆頭無法抬起，造成工程事故。對于巖石層的河床，巖層的單軸極限抗壓強度對定向鉆影響很大，應該查清巖性均一性，是否存在軟弱夾層以及斷層破碎帶。據調研，曾經在灄水河定向鉆穿越中，由于斷層角礫巖卡住了鉆頭，鉆穿過程中遇到極大的阻力，以至于使鉆桿折斷，嚴重影響了工程的進行，造成了重大的經濟損失。

（2）在河床兩岸勘察定向鉆機安放的位置。

（3）地質調研檢驗河床兩岸是否適宜穿越防洪大堤，并且防洪大堤與定向鉆應該保持足夠大的安全距離。

3.2大開挖穿越

大開挖穿越技術包括不帶水開挖技術和帶水開挖穿越技術兩種。前者的施工流程為：導流→疏干→開挖施工。后者一般采取爆破成溝，隨后下管子的措施。大開挖穿越技術缺點也很明顯，埋設深度方面有缺陷，難以滿足技術要求，而且一旦洪水來襲很容易將管道沖斷，返工頻繁。這種技術對周圍環境造成極大的影響，違背了中國石油集團公司環保優先的企業精神。由于這些技術弊端，該技術已經在大中型河流穿越中銷聲匿跡，但是在小型穿越工程中還有一定應用。

3.3隧道穿越

隧道穿越技術包括鉆爆法、盾構法和頂管法。

（1）鉆爆法，又稱礦山法。利用鉆眼放炮的方式進行開挖隧道。在傾斜、軟弱夾層以及斷裂破碎帶的巖層中施工，往往會導致巖層滑移，以及隧道大面積坍塌。如遇到此種情況，應該采取“弱爆破、短進尺、早支護”等施工準則，確保隧道穿越工程的順利進行。

（2）盾構法。該方法是近些年來發展起來的先進隧道施工技術，實用性強，針對不適用定向鉆穿越技術的油氣管道工程，一般都可以采取盾構法進行隧道穿越施工。

（3）頂管法。頂管法分為千斤頂和螺旋鉆機頂管穿越施工法，在砂土、黏性土和軟質巖層均可適用。西氣東輸在鄭州西穿越黃河時，采用定向鉆技術穿越了該處的北岸和南岸，采用頂管法技術穿越河床中部一段（長約3 000m）。

[1]付景龍，王建華，黃敏．定向鉆穿越不良地層施工技術新突破[J]．石油工程建設，2007，33（1）：31-35.

[2]李長春．定向鉆穿越設計中要注意的問題[J]．油氣田地面工程，2008，27（7）：78.

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.041