鐵路隧道下穿天然氣管道綜合施工技術

馮昭潔

(德龍煙鐵路有限責任公司，山東濟南 250031)

鐵路隧道下穿天然氣管道綜合施工技術

馮昭潔

(德龍煙鐵路有限責任公司，山東濟南 250031)

基于龍煙鐵路鳳凰山隧道下穿中世天然氣管道，存在淺埋、軟弱圍巖等復雜地質條件，并結合天然氣管道對隧道施工的約束條件，綜合分析，確定了先防護天然氣管道再進行隧道明挖的施工方案，詳細介紹了明挖法的施工過程控制技術，該方案的順利實施對類似條件下的隧道施工提供了參考和借鑒。

隧道，下穿天然氣管道，明挖防護

1 工程概況

新建龍(龍口)煙(煙臺)鐵路鳳凰山隧道全長1 000 m，位于龍口市境內，進口里程為DK20+520，出口里程為DK21+520。在隧道中線DK20+656處與中世天然氣管道相交，斜交角度約30°，中世天然氣管道埋深1.0m，天然氣管道底部距離隧道拱頂約1.0m。管徑為400 mm。隧道進出口地表覆蓋有第四系全新統坡殘積()粉質黏土、細角礫土，下伏元古界蓬萊群南莊組(ZpN)泥灰?guī)r、石灰?guī)r、礫巖，隧道范圍內基巖為泥灰?guī)r加石灰?guī)r及礫巖，巖層構造裂隙發(fā)育，巖層破碎。

2 施工重難點分析

1)燃氣管道屬易燃易爆設備，周圍50 m范圍內嚴禁爆破作業(yè)，周圍土體不能擾動。2)燃氣管道和隧道拱頂垂直距離非常近約1.0 m，洞頂覆蓋土自穩(wěn)能力差，隧道暗洞開挖過程中極易對管道造成擾動、破壞。

3 施工方案比選

針對隧道地質和周圍地理環(huán)境情況及燃氣管道的約束條件，制定了以下三個方案，具體如下:

方案一:燃氣管道原位不動，隧道采用原設計的暗挖法施工，采用短進尺、強支護的措施下穿天然氣管道。此方案存在不可預見性，且在開挖過程中容易擾動地表土，形成局部沉降;徑向錨桿施工過程中，極易對燃氣管道形成直接破壞，造成不可挽回的嚴重后果。

方案二:遷改燃氣管道。因為地理狀況所限，管道遷改必需繞過龍口市垃圾處理廠，遷改距離約3.0 km，增加遷改費用約1 900萬元。

方案三:將燃氣管道懸吊防護，該段隧道變更為明挖施工，隧道二襯施工完成后將地表恢復原狀，解除管道懸吊設施。此方案安全可控，增加施工費用約790萬元。

綜合以上分析對比，無論從施工風險、施工成本，還是從施工安全考慮，方案三更適合鳳凰山隧道進口特殊的施工條件。

4 管道懸吊固定措施

為保證天然氣管道的穩(wěn)定，確保施工過程中安全可控，采用桁架支撐法將燃氣管道懸吊固定。隧道開挖前先對天然氣管道進行防護。根據該段隧道明挖放坡寬度確定天燃氣管道總防護長度為42 m，防護方向為順著天然氣管道走向。鋼桁架高2.0 m，上弦桿間的步距為1.5 m，下弦桿間的步距為1.5 m，鋼桁梁底寬1.2 m，鋼柱、鋼梁采用Q235B級鋼，基礎采用C30鋼筋混凝土，防護時鋼桁架分三段拼裝，待全部拼裝完后再進行隧道明挖暗作法的施工。桁架懸吊裝置如圖1，圖2所示。

圖1 桁架懸吊裝置布置圖

圖2 桁架懸吊裝置布置示意圖

5 明挖法施工工藝

為確保邊坡穩(wěn)定及施工安全，明洞兩側臨時邊坡按1∶1兩級放坡，坡面采用噴錨網支護，打設φ22砂漿錨桿，L=3.5 m，按間距1.5m×1.5 m梅花形布置;掛設φ8鋼筋網片，網格尺寸25 cm× 25 cm;噴射C25混凝土，厚度10 cm，燃氣管道基礎兩側噴射厚度為15 cm。

5.1 監(jiān)控量測點布設

明洞邊坡開挖前在明洞塹頂布設位移觀測樁，用于隧道明洞開挖及施工過程中對邊坡位移進行觀測，避免因邊坡滑塌等引起安全事故，保證施工期間的安全。位移觀測樁布設方案:在明洞邊坡左右兩側布設，垂直線路方向每側布設三排，間距5.0 m;順線路方向間距5.0m。燃氣管道基礎兩側10m范圍內加密布設。

5.2 邊坡開挖

明洞開挖前，應先進行清表，將地表附作物清理干凈，并將地表0.5m厚度范圍內的種植土單獨開挖并存放，明洞施工完成后用于地表復耕。在明洞紅線內距離紅線1.0 m處開挖天溝，防止邊坡開挖過程中雨水沖刷浸泡，影響邊坡的穩(wěn)定。明洞邊坡開挖施工方法和路塹邊坡一樣，逐級開挖逐級防護。明洞邊坡開挖應結合明暗分界處暗洞導向墻施工時間，避免一次開挖到位，給后續(xù)導向墻施工增加困難。

燃氣管道兩側2.0 m范圍內采用人工開挖，避免大型開挖機械觸碰燃氣管道。

5.3 基巖靜態(tài)爆破開挖

根據《石油天然氣管道安全規(guī)程》要求，天然氣輸送管道50m范圍內嚴禁爆破作業(yè)。結合現場實際情況，采用靜態(tài)爆破配合破碎錘的開挖方法進行開挖。布置炮孔前要確定至少一個臨空面，鉆孔方向與臨空面平行，炮孔深度取2.0m，炮孔直徑42mm，炮孔間距50 cm，排距60 cm，單孔裝膨脹劑1.2 kg。粗顆粒藥劑水灰比調節(jié)到0.28時靜態(tài)破碎劑的流動性較好。

5.4 邊坡防護

噴錨網防護。邊坡需逐級開挖逐級防護。一級邊坡開挖到位后，及時清理坡面松散碎石，并進行初噴混凝土，初噴采用C20混凝土，厚度5 cm。初噴完成后進行錨桿施工，首先布設空位，用紅色噴漆在初噴混凝土面上按間距1.5 m×1.5 m標注孔位，梅花形布置，孔徑49，鉆孔深度比錨固深度深5 cm，成孔后，利用高壓風清孔。采用φ22砂漿錨桿，L=4.5 m，錨桿上焊接支架，使錨桿處于錨孔中心，錨桿安裝到位后，灌注M30水泥砂漿，錨桿露出巖面10 cm，掛設φ8鍍鋅鋼絲網，網格尺寸25 cm×25 cm。掛網完成后進行第二次噴射混凝土施工，厚度10 cm，燃氣管道基礎兩側10 m范圍內重點噴射，厚度為15 cm。

5.5 明洞襯砌施工

1)初砌臺車拼裝。在隧道洞口路基上選一塊場地，平整碾壓后進行硬化，場地硬化寬度不小于臺車寬度，采用C20混凝土，厚度15 cm，混凝土表面需平整，并及時覆蓋灑水養(yǎng)護，待混凝土強度達到設計值后，由25 t吊車一臺吊裝臺車架拼裝模板。本隧道采用9m長臺車，拼裝時間15 d，臺車拼裝完成后，按襯砌斷面尺寸進行校核，各項參數均在設計允許誤差范圍內。

2)仰拱及填充混凝土施工。為防止邊坡滑塌，仰拱開挖需分段進行，根據設計要求及二襯臺車長度，每模仰拱開挖長度定為9.0 m，燃氣管道基礎兩側9 m范圍內，開挖長度定為3.0 m，并加快各工序進度，盡量縮短基坑外露時間。仰拱開挖到位后，人工清理仰拱底部浮渣，并用動力觸探儀檢測隧底地基承載力，檢測合格地質符合設計要求后進行鋼筋綁扎施工。鋼筋安裝施工首先安裝定位鋼筋，縱橫向按3.0 m×2.0 m間距安裝定位鋼筋。鋼筋完成并驗收合格后，安裝仰拱內模，仰拱內模為定型鋼模板。內模安裝完成并檢查合格后澆筑仰拱C35混凝土，待混凝土終凝后拆除仰拱內模，澆筑C20填充混凝土?；炷翝仓瓿珊髴皶r灑水養(yǎng)護，使混凝土表面保持濕潤，待混凝土強度達到設計值的80%后進行二次襯砌施工準備工作。

3)二次襯砌施工。首先將二襯臺車就位，測量人員進行復核中線位置及輪廓尺寸，復核設計要求后進行鋼筋綁扎施工。二次襯砌鋼筋提前在鋼筋加工廠加工成型運至施工現場，按先綁扎底層鋼筋后綁扎外層的順序作業(yè)，每2 m設一道定位鋼筋，豎向支持鋼筋不得直接頂在模板上，應頂在墊塊上。為保證結構的使用性能，應嚴格控制鋼筋保護層厚度，每平方米不小于4塊鋼筋保護層墊塊，并綁扎牢固。綁扎成型并驗收合格后，進行外模安裝施工。外側模、端頭模均采用5 cm厚，30 cm寬的木板拼接安裝，二次襯砌內設定位鋼筋支撐外側模，外部采用φ16鋼筋按間距1.5 m布設箍筋加固外模板。外模和端頭模全部封閉并安裝牢固后進行混凝土澆筑施工?；炷劣苫炷帘盟蛙嚤盟停瑥牡乇贸隽峡谔幗踊炷凛斔凸艿姥嘏_車左右兩側檢查窗口逐級送料，為保證臺車的穩(wěn)定性，二襯臺車兩側應均衡澆筑，兩側混凝土面高差不能大于0.5 m，逐級澆筑逐級振搗密實。待二襯混凝土強度達到設計值后再進行拆模，拆模后外側混凝土應及時覆蓋土工布并澆水保濕養(yǎng)護?？拷細夤艿朗┕ぷ鳂I(yè)時，安排專人負責監(jiān)控燃氣管道周圍狀況，提醒施工人員及機械不要觸碰管道，并在管道兩側安設警示線，提高作業(yè)人員的警惕性。

5.6 明挖隧道防排水

1)排水。排水采用雙側溝的方式。側溝主要匯集地下水和坡面水。明洞段襯砌背后設置φ80縱向盲溝，并每隔10 m采用φ50盲管引入襯砌側溝，并回填50 cm厚砂卵石反濾層。

2)防水。為了有效防止隧道滲漏水現象，明洞襯砌采用排水型襯砌結構，防水鋼筋混凝土外貼EVA防水板加無紡土工布防水，并設置水泥砂漿保護層，地下水以環(huán)向盲溝的方式引至墻角泄水孔處。

5.7 洞頂土石方回填

按設計要求做好防水層后，環(huán)向及兩側墻底布置透水管路組成排水系統。在防排水完成并經檢查驗收合格后，進行洞頂土石方回填。本著節(jié)能環(huán)保的原則，在滿足設計要求的條件下，盡量使用原棄土進行回填。首先對稱回填明洞兩側，并分層夯實，分層厚度為0.3 m一層，二襯兩側回填土高差不得大于0.6m。分層回填至拱頂后，再分層滿鋪至原地面高度，拱頂頂部范圍填土高度小于1.0 m時應使用小型壓路機碾壓。對燃氣管道所處位置進行重點碾壓夯實，大型壓路機無法靠近區(qū)域，采用小型壓路機進行重復性碾壓。

6 施工方案效果

此方案已經實施并順利完成，施工時間處于龍口地區(qū)少雨季節(jié)。邊坡開挖后，在每級坡頂處設位移觀測樁，指派專人進行位移和邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測。通過數據分析，邊坡穩(wěn)定，無波動性位移。燃氣管道桁架基礎兩側也無大的位移及沉降。此段隧道已經施工完成并回填，燃氣管道位置進行重點夯實，并硬化20 cm混凝土，防止回填土沉降，管道出現受力不均，形成安全隱患。

7 結語

隨著城軌的快速發(fā)展，城郊復雜的地質及外部環(huán)境將成為鐵路施工中不可避免的難題。該綜合施工技術在龍口市城郊鳳凰山隧道的順利實施，既保證了燃氣管道的安全，又節(jié)約了施工成本，隧道施工工期也得到了保障，對類似條件下的隧道施工提供了參考和借鑒。

［1］ TZ 204—2008，鐵路隧道工程施工技術指南［S］.

［2］ 中華人民共和國石油天然氣管道保護法［S］.

［3］ GB 6722—2003，爆破安全規(guī)程［S］.

［4］ SY 6186—2007，石油天然氣管道安全規(guī)程［S］.

Com prehensive construction technology of railway tunnel underpassing natural gas pipeline

Feng Zhaojie

(Delongyan Railway Co．，Ltd，Jinan 250031，China)

Based on complicated geological conditions of Longyan railway Fenghuangshan tunnelunderpassing Zhongshinaturalgas pipeline，such as shallow-buried and soft surrounding rock and so on，combining with restrained conditions of natural gas pipeline for tunnel construction，through comprehensive analysis，the paper determines the construction scheme of protecting natural gas pipeline+open tunnel excavation，and specifically introduces open-excavation construction process control technology，which has provided reference for tunnel construction under similar conditions.

tunnel，underpass natural gas pipeline，open-excavation protection

U455

A

1009-6825(2015)29-0183-02

2015-08-06

馮昭潔(1965-)，男，工程師