陜京三線輸氣管道南莊隧道設計及施工方案優(yōu)化

王奉生，秦玉新中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，河北任丘 062552

陜京三線輸氣管道南莊隧道設計及施工方案優(yōu)化

王奉生，秦玉新
中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，河北任丘 062552

隨著國家對環(huán)保要求的日益提高，油氣管道在穿越高山峻嶺、大江大河地段越來越多地采用隧道穿越方式。油氣管道隧道作為小斷面隧道具有開挖斷面小、工作空間有限、機械配型困難及工序互相干擾等難點。通過分析陜京三線南莊隧道設計、施工方案優(yōu)化情況，提出在縱向設計、開挖作業(yè)、裝渣及運輸、襯砌、管道安裝方面的優(yōu)化措施，為今后油氣管道隧道優(yōu)化設計、施工提供了參考。

油氣管道隧道；方案優(yōu)化；縱向設計；襯砌方案；管道安裝

陜京三線輸氣管道工程良鄉(xiāng)-西沙屯段項目途經(jīng)北京市門頭溝西部山區(qū)，山勢陡峭，植被茂密。為降低施工難度，減少植被破壞和水土流失，采用了隧道穿山方案。本文將結合油氣管道隧道的特點以及南莊隧道設計、施工經(jīng)驗，對油氣管道隧道優(yōu)化方案展開探討。

1　油氣管道隧道特點

油氣管道隧道具有斷面小、施工對圍巖破壞小、靜載運行、隧道放坡角度可調整范圍大、周邊環(huán)境對隧道及管道運營影響小、埋深淺、地層透水可能性及透水量相對較小、地層相對破碎等特點，而且襯砌與開挖掘進不能同時進行，與公路隧道、鐵路隧道、礦山隧道、水工隧道等有著較大區(qū)別。主要存在以下難點：

（1）油氣管道隧道受地形制約，縱坡坡度大、斜巷長度長。

（2）開挖斷面小，機械配型困難，無法配置大型機具。

（3）工作空間有限，影響裝渣及運輸。

（4）隧道施工各個工序之間存在相互影響的問題，如開挖支護與二襯施工存在干擾、隧道襯砌制約后期管道安裝。

（5）隧道施工區(qū)地質條件復雜，存在富水、高地應力、溶巖、卵石層等不良地層。

2　油氣管道隧道設計、施工方案優(yōu)化

2.1縱向設計方案優(yōu)化

隧道縱斷面的縱坡，一般在考慮使用要求、隧道施工及排水、管道安裝、巡檢維護等條件下盡可能取較平緩的坡度。減緩縱坡坡度，可縮短提升機械的爬坡時間，提高出渣效率，有利于開挖及初期支護施工加快進度，而且降低施工難度，保障安全。同時縱坡放緩后，有利于隧道內排水，便于洞內施工。

2.2開挖作業(yè)方案優(yōu)化

隧道開挖應根據(jù)地層地質條件，結合施工方法、施工機械，確定循環(huán)進尺及施工速度，保持各工序互協(xié)調，確保施工安全和工程質量滿足要求。

由于隧道斷面小，多功能作業(yè)平臺無法施展，開挖作業(yè)可考慮分斷面開挖支護或者采用農(nóng)用車搭載簡易作業(yè)平臺等方案。

2.3裝渣及運輸方案優(yōu)化

（1）裝渣及運輸設備配套優(yōu)化。當隧道洞身坡度≤10°（17%）時，采用自卸式汽車等無軌運輸；當10°＜隧道洞身坡度≤15°（25%）時，采用膠帶輸送機提升；當15°＜隧道洞身坡度≤25° （45%）時，采用串車提升；當25°＜隧道洞身坡度≤35°（70%）時，采用箕斗提升出渣。

（2）增加錯車洞。長隧道一般每300 m設置一處錯車洞，為了加快施工進度，可在隧道平巷內每間隔80～100 m設置一處錯車洞，采用裝載機配合小型自卸汽車出渣運輸，既節(jié)省了出渣時間，又提高了生產(chǎn)效率。

2.4襯砌方案優(yōu)化

根據(jù)隧道圍巖地質條件、施工條件，襯砌可分別采用噴錨襯砌、復合式襯砌、整體式襯砌。

噴錨襯砌在國內外是比較成熟的技術，已在公路、鐵路、水工、礦山等各種地下工程中應用，施工較為便捷。但受國內施工控制環(huán)境管理等因素影響，工程質量離散性大，目前主要作為初次支護。

復合式襯砌是油氣管道隧道中常用的方案，通過初期支護與二次襯砌相結合，使襯砌與圍巖形成統(tǒng)一體以支撐、加固圍巖。初期支護常采用噴錨支護，二次襯砌一般采用模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土。但復合式襯砌施工過程中二次襯砌模板臺車與出渣車干擾，常常會影響施工進度。

因二次襯砌模板臺車與出渣車干擾，影響施工進度，而采用噴錨永久襯砌能夠及時跟進開挖面，對保證施工安全有利，同時可以縮短隧道施工工期，降低工程成本，可考慮將噴錨襯砌作為永久性支護方案［1］。

2.5管道敷設方案優(yōu)化

隧道內管道的敷設方式應充分考慮到管道輸送的介質、隧道的縱坡、隧道斷面的大小、敷設管道的數(shù)量以及施工方式等條件。

對于水域隧道、坡度較大的山嶺隧道和水文條件較差的隧道以及有特殊要求的隧道，內管道敷設應采用支墩式敷設方式，便于降低施工難度；對于透水性小、洞內通車、有保溫要求、溫差大、長距離的山嶺隧道，宜采用填埋式敷設，有利于管道應力釋放及后期運營維護。

3　陜京三線南莊隧道方案優(yōu)化案例

陜京三線輸氣管道工程良鄉(xiāng)-西沙屯段項目全長86 km。南莊隧道進口位于北京市門頭溝區(qū)妙峰山鎮(zhèn)櫻桃溝云霧山莊內，出口位于海淀區(qū)北安河鎮(zhèn)大工村附近。該隧道實長1 880 m，縱向形式為“斜巷+平巷”，其中進口段斜巷縱坡度26.79%，實長579 m，出口段平巷縱坡度1.75%，實長1 301 m。隧道斷面為直墻圓弧拱形，凈寬3.4 m、凈高3.4 m，其中墻高1.9 m、拱高1.5 m。隧道內管道采用架空敷設。

為保障工期，經(jīng)過業(yè)主、設計單位、施工單位及行業(yè)專家多次研究，對南莊隧道的縱向設計、開挖作業(yè)、裝渣及運輸、襯砌、管道安裝方面提出了優(yōu)化。

3.1縱向設計方案優(yōu)化

原方案中K0～K0+579為斜巷，坡度26.79%；K0+579～K1+880為平巷，坡度1.75%。根據(jù)實際施工進度，將隧道剩余工程K0+484.6～K1+534.6 （1 050 m）統(tǒng)一調整為一個縱坡，并調整井底車場位置。進口斜巷變短，可縮短提升機械的爬坡時間，節(jié)省出渣時間，有利于加快施工進度。縱向設計方案優(yōu)化示意見圖1。

圖1　南莊隧道縱向設計方案優(yōu)化示意

3.2開挖作業(yè)方案優(yōu)化

采用農(nóng)用車搭載簡易施工平臺，具有施工機動靈活、避免二次出渣、簡化施工組織程序的優(yōu)點，推廣意義較大。

3.3裝渣及運輸方案優(yōu)化

（1）采用40型裝載機裝渣，在距離隧道掘進工作面最近的錯車洞內將棄渣裝入自卸式汽車，轉運至渣場。斜井出渣采用裝載機鏟渣，在變坡點加寬段卸渣，通過自卸式汽車轉運至棄渣場的方式。

（2）隧道內原錯車洞間距為每300 m一處，為加快施工進度，錯車洞間距調整為每150 m一處。并在錯車洞處增加3個挖掘機、1個裝載機、1個小型設備停車洞，以減少出渣時間，壓縮循環(huán)時間。

3.4襯砌方案優(yōu)化

南莊隧道Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用初期支護與二次襯砌相結合的復合式襯砌結構，初期支護采用噴錨襯砌。由于隧道斷面較小，二次襯砌施工與隧道開挖施工相互干擾較大，且管道交付運營日期臨近，工期緊張，為加快施工進度，結合中緬巖鷹山隧道、中貴線藤家灣隧道等工程經(jīng)驗，取消部分地段Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖二次襯砌結構，在原初期支護的基礎上，施做內層噴射混凝土和鋼拱架結構［2-4］。南莊隧道Ⅴ級圍巖二次襯砌鋼架設計見圖2。

圖2　　南莊隧道Ⅴ級圍巖二次襯砌鋼架設計（單位：cm）

3.5管道安裝方案優(yōu)化

因斜巷段架空敷設工程量大、施工難度相對較大、施工周期長，為保證管道安裝工期，滿足管道安全、安裝及運營維護要求，提出斜巷段管道架空敷設、平巷段管道覆土敷設的方案。隧道洞內平巷段管道覆土敷設方案見圖3。

圖3　　南莊隧道洞內平巷段管道覆土敷設示意（單位：cm）

4　結束語

通過對南莊隧道設計及施工方案優(yōu)化，降低了工程施工難度及風險，節(jié)約了工期。施工過程中實施情況良好，于2013年8月23日順利貫通，項目運行至今各項數(shù)據(jù)正常。本工程的優(yōu)化方案可為今后油氣管道隧道優(yōu)化設計、施工提供參考。

［1］王建宇.關于山嶺隧道工程的技術進步［J］.現(xiàn)代隧道技術，2004，（S2）：1-10.

［2］何樹生，史航，楊建，等.油氣管道隧道噴錨襯砌支護技術的應用［J］.油氣儲運，2015，39（1）：81-85.

［3］郭強.山區(qū)大坡度小斷面隧道施工技術 ［J］.石油工程建設，2008，34（4）：27-29.

［4］葉明.山體隧道內大口徑管道施工技術 ［J］.石油工程建設，2010，36（2）：69-71.

Design and Construction Schemes Optimization of Nanzhuang Tunnel of Third Shanxi-Beijing Gas Pipeline

WANG Fengsheng，QIN Yuxin
North China Company of China Petroleum Engineering Co.，Ltd.，Renqiu 062552，China

Along with the increasing requirements for environmentalprotection，the tunnels for oiland gas pipelines crossing high and steep mountains and wide rivers are applied more and more.Oil and gas pipeline tunnels as a kind of small cross-section tunnel have the disadvantages such as small excavation cross-section，limited working space，difficult equipment matching and mutual interference in working procedures.Through analyzing the design and construction schemes optimization of Nanzhuang Tunnel of Third Shaanxi-Beijing Gas Pipeline，the optimal measures in longitudinal design，excavation muck loading and transport，lining and piping installation are put forward.

oil/gas pipeline tunnel；scheme optimization；longitudinaldesign；lining scheme；piping installation

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.012

王奉生（1985-），男，山東滕州人，工程師，2007年畢業(yè)于中國石油大學（華東）化學工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事長輸管道設計工作。Email：910043061@qq.com

2015-07-08；

2015-11-23