油氣管道隧道穿越新奧法施工技術(shù)研究與應(yīng)用

多培軒

摘 要：目前油氣輸送管道隧道穿越工程施工技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展越來越成熟，油氣管道的普遍特點就是：斷面比較小，施工坡度不等，尤其是天然氣管道，坡度較大，施工難度較大，施工的工序較復(fù)雜，有管墩支墩，踏步，電纜支架，排水系統(tǒng)，只能系統(tǒng)等。采用新技術(shù)新方法施工克服施工難題，加快施工進(jìn)度是迫切要求。采用新奧法（原文是New Austrian Tunnelling Method，簡稱NATM）施工的方法幾乎成為在軟弱破碎圍巖地段修筑隧道的一種基本方法。下面僅對新奧法施工作一簡要敘述。

關(guān)鍵詞：新奧法； 噴錨支護(hù)； 穩(wěn)定性

Abstract： The current tunnel construction technology oil and gas pipelines crossing project after decades of development and more mature， common characteristics of oil and gas pipelines is： section is relatively small， ranging from construction of slope， especially natural gas pipelines， steep， difficult construction than the large， complex construction process， there are tubes pier buttress， still， cable bracket， drainage systems， only systems. Adoption of new technologies and new methods of construction to overcome construction problems， speed up the construction schedule is an urgent requirement. Using the New Austrian Tunneling Method （the original is in New Austrian Tunnelling Method， referred to as NATM） method of construction has almost become a basic method in weak surrounding rock crushing lots of construction of the tunnel. NATM Shi below only a brief description of the work.

Keywords： NATM； Shotcrete protection； stability

我們組建了以技術(shù)骨干力量和現(xiàn)場的施工隊伍組成了攻關(guān)小組，明確攻關(guān)目標(biāo)，以及計劃實施的步驟，根據(jù)小組成員的自身特點和優(yōu)勢進(jìn)行任務(wù)分工，進(jìn)行隧道新奧法施工的理論及實踐研究。

1.新奧法施工特點

1.1及時性

新奧法施工采用噴錨支護(hù)為主要手段，可以最大限度地緊跟開挖作業(yè)面施工，因此可以利用開挖施工面的時空效應(yīng)，以限制支護(hù)前的變形發(fā)展，阻止圍巖進(jìn)入松動的狀態(tài)，在必要的情況下可以進(jìn)行超前支護(hù)，加之噴射混凝土的早強和全面粘結(jié)性因而保證了支護(hù)的及時性和有效性，減輕支護(hù)的承載，增強了巖層的穩(wěn)定性。

1.2封閉性

由于噴錨支護(hù)能及時施工，而且是全面密粘的支護(hù)，因此能及時有效地防止因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞和剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護(hù)原有巖體強度。

1.3粘結(jié)性

噴錨支護(hù)同圍巖能全面粘結(jié)，防止造成較大范圍的冒頂或片幫。從而保持圍巖的穩(wěn)定性。同時與圍巖形成了一個共同工作的力學(xué)系統(tǒng)，具有把巖石荷載轉(zhuǎn)化為巖石承載結(jié)構(gòu)的作用，從根本上改變了支架消極承擔(dān)的弱點。提高圍巖的粘結(jié)力C和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強度。

1.4柔性

噴錨支護(hù)屬于柔性薄性支護(hù)，能夠和圍巖緊粘在一起共同作用，由于噴錨支護(hù)具有一定柔性，可以和圍巖共同產(chǎn)生變形，在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區(qū)，并能有效控制允許圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展，使圍巖的自承能力得以充分發(fā)揮。另一方面，噴錨支護(hù)在與圍巖共同變形中受到壓縮，對圍巖產(chǎn)生越來越大的支護(hù)反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過大變形，防止圍巖發(fā)生松動破壞。

2.新奧法理論要點及施工要點

2.1新奧法與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別：傳統(tǒng)方法認(rèn)為巷道圍巖是一種荷載，應(yīng)用厚壁混凝土加以支護(hù)保護(hù)圍巖。而新奧法認(rèn)為圍巖是一種承載機(jī)構(gòu)，構(gòu)筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護(hù)結(jié)構(gòu)（以噴射混凝土、錨桿為主要手段）并使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成支撐環(huán)，來承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定，而不致松動破壞。

2.2保護(hù)巷道圍巖自身的承載能力

新奧法施工在巷道開挖后采取了一系列綜合性措施：構(gòu)筑防水層、圍巖巷道排水；選擇合理的斷面形狀尺寸；給支護(hù)留變形余量；開巷后及時做好支護(hù)、封閉圍巖等，都是為保護(hù)巷道圍巖的自身承載能力，使圍巖的擾動影響控制在最小范圍內(nèi)，提高圍巖強度。

2.3允許圍巖由一定量的變形，以利于發(fā)揮圍巖的固有強度。同時巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu)，也應(yīng)具有預(yù)定的可縮量，以緩和巷道壓力。

2.4新奧法施工過程中量測工作的特殊性。

由于巖體生成條件與地質(zhì)作用的復(fù)雜性，施工條件的復(fù)雜性，以及對工程設(shè)計參數(shù)的精確要求，得要通過許多量測手段，在施工過程中對圍巖動態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。并用監(jiān)測結(jié)果修改初步設(shè)計，指導(dǎo)施工。

2.5質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

2.5.1開挖壁面巖石的完整性用巖壁上炮孔痕跡率來衡量，炮孔痕跡率也稱半孔率，為開挖壁面上的炮孔痕跡總長與炮孔總長的百分比率。對節(jié)理裂隙極發(fā)育的巖體，一般應(yīng)使炮孔痕跡率達(dá)到10%～50%；節(jié)理裂隙中等發(fā)育者應(yīng)達(dá)50%～80%；節(jié)理裂隙不發(fā)育者應(yīng)達(dá)80%以上。圍巖壁面不應(yīng)有明顯的爆生裂隙。

2.5.2圍巖壁面平整度的允許誤差為±15cm。

2.5.3在臨空面上，由于巖石屬于花崗巖，石頭的強度較高堅硬的巖石，預(yù)裂縫寬度難以達(dá)到1cm。控制在1cm左右的范圍，但是較軟的巖石，通過實驗（隧道洞口巖石為風(fēng)化巖，石質(zhì)較軟）寬度有時控制在2cm以上。

2.6爆破要點

裝藥結(jié)構(gòu)：

①堵塞段

堵塞段的作用是延長爆生氣體的作用時間，且保證孔口段只產(chǎn)生裂縫而不出現(xiàn)爆破漏斗，對深孔爆破該段長一般取0.5～1.5m。

②孔底加強段

段長大體等于堵塞段。由于孔底受巖石夾持作用，故需用較大的線裝藥密度。

③均勻裝藥段

該段一般為軸向間隔不偶合裝藥，并要求沿孔軸線方向均勻分布。軸向間隔裝藥須用導(dǎo)爆索串聯(lián)各藥卷起爆。為保證孔壁不被粉碎，藥卷應(yīng)盡量置于孔的中心。國外一般用炮孔中心定位器定位，國內(nèi)一般是將藥卷及導(dǎo)爆索綁于竹片進(jìn)行藥卷定位。

④起爆，為保證同時起爆，預(yù)裂爆破和光面爆破一般都用導(dǎo)爆索起爆，并通常采用分段并聯(lián)法。由于光面爆破孔是最后起爆，導(dǎo)爆索有可能遭受超前破壞。為保證周邊孔準(zhǔn)爆，對光面爆破孔可采用高段延期雷管與導(dǎo)爆索的雙重起爆法。

由上所述，新奧法的支護(hù)原則是：圍巖不僅是載物體，而且是承載結(jié)構(gòu)；圍巖承載圈和支護(hù)體組成巷道的統(tǒng)一體，是一個力學(xué)體系；巷道的開挖和支護(hù)都是為保持改善與提高圍巖的自身支撐能力服務(wù)。

3.新奧法的主要支護(hù)手段與施工順序

新奧法是以噴射混凝土、錨桿支護(hù)為主要支護(hù)手段，因錨桿噴射混凝土支護(hù)能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密粘結(jié)的可縮性支護(hù)結(jié)構(gòu)，允許圍巖有一定的協(xié)調(diào)變形，而不使支護(hù)結(jié)構(gòu)承受過大的壓力。

施工順序可以概括為：開挖→初次支護(hù)→二次支護(hù)。

4.新奧法的缺點主要有：

4.1 實施不僅要求有良好的施工組織和管理，也要求技術(shù)人員和量測人員都十分熟練，沒有這一點就易于發(fā)生錯誤；

4.2開挖暴露出的地質(zhì)會立即改變其狀態(tài)，因此要求施工技術(shù)人員要親臨現(xiàn)場，以便發(fā)現(xiàn)問題；

4.3監(jiān)控量測需要的時間和空間，往往給施工帶來不便；

新奧法施工是從實際經(jīng)驗中總結(jié)出來的，又在不斷實踐經(jīng)驗中得以豐富其內(nèi)容和進(jìn)一步發(fā)展，新澳法施工推廣以來，經(jīng)過這么多年的運用，取得了較大的成就。

結(jié)論：該施工方法不僅加快了工期和節(jié)約了費用，還有助于我單位工程管理、技術(shù)人員在類似工程建設(shè)中更好的實現(xiàn)技術(shù)管理和施工保證，為今后工程項目的質(zhì)量、工期、效益提供了很好的參考價值。當(dāng)然，新奧法也存在不少缺點，不過經(jīng)過工程技術(shù)人員和科技工作者的共同努力一定可以把新奧法不斷完善，在隧道工程施工中發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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【文章編號】1627-6868（2017）06-0053-02