长输管道喷锚暗挖法隧道工程综合分析

学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2014年8月第36卷第8期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Aug．2014Vo1．36No．8长输管道喷锚暗挖法隧道工程综合分析崔建业，阳龙，谷强，李亚军(中国石油天然气管道局国内事业部，河北廊坊065000)[摘要]由于环保、线位等因素，我国的长输管道越来越多的采用非开挖的施工方法穿越山川河流。非开挖施工工法中，隧道施工是采用比较多的方法。隧道施工由于工期长、风险大，往往都是关键的控制性工程。所以如何控制好长输管道隧道工程的施工质量、安全、进度，成为了至关重要的因素。结合管道局承揽的长输管道工程中的近百条隧道信息，从勘察设计、施工各环节、HSE等方面提出了一些意见和建议，希望能对今后的隧道施工管理有启发意义。[关键词]管道；隧道；浅埋暗挖；钻爆[中图分类号]TE973．4[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2O14)08—0271—04随着我国各类地下工程的兴建，留给长输管道的优良线位越来越少。加之日益严重的环保问题，在长输管道_T程中，建设者越来越多的采用隧道进行山体和水体的穿越。长输管道的隧道工程一般采用喷锚暗挖法进行施工。喷锚暗挖法隧道施工一般不是管道施工队伍的强项，基本上隧道施工都采取外包的形式。隧道穿越工程一般都是长输管道工程的控制性工程，隧道的进度和质量直接关系到下一步隧道内管道安装乃至整个长输管道完工投产的日期。所以作为长输管道工程的管理者，也需要对隧道工程有一些初步的了解。笔者结合管道局2007年以来承揽的长输管道工程中的99条喷锚暗挖法施工隧道信息，加以整理和分析，来探讨长输管道隧道工程的有关技术知识和管理要点。宜采用隧道穿越的情况隧道是长输管道穿越障碍物的一种方式，经过总结，大致有以下几种情况适宜采用隧道穿越：①通常在线路翻越高差较大山岭、植被茂盛时；②翻越高差相对较大的山岭，虽植被较少，但水工保护量大，后期维护难度大时；③线路沿山谷敷设绕行较远，有条件采用隧道取直时；④为躲避坡面地质灾害，采用绕行等其他方案难以实施或代价太大；⑤液体管道输送工艺受高程限制时；⑥采用隧道穿越水域有优势的情况。2隧道的分类2．1按施工方法分类按照常用的隧道施工方法，可将隧道分为盾构法施工隧道、顶管法施工隧道、喷锚暗挖法施工隧道。由于盾构施工造价很高，对地层要求不如喷锚暗挖法施工灵活；顶管施工虽然造价较低，但是受制于地层要求、穿越长度和工作管控向的难度，在使用上也受到一定的限制，所以管道工程的隧道一般采用喷锚暗挖法施工。经过笔者调查管道局近年来施工的百余条隧道，除绥江、北江等几条隧道采用盾构法施工外，其余均采用喷锚暗挖法施工。2．2按穿越位置分类隧道按穿越位置可以分为山岭隧道和水下隧道。[收稿日期]2014—06—20．[作者简介]崔建业(1982一)，男，2004年北京化工大学毕业，工程师，现主要从事油气储运设施总承包项目管理工作。 学兔兔www.xuetutu.com油气管道工程2O14年8月1)山岭隧道又称为陆上隧道主要运用在山区，是管道穿越高差大的山体、裁弯取直等常用的方案。山岭隧道的优点是：可以大大降低山区管道施工难度，减少对植被的破坏，有利于保护环境，缩短线路长度，避开一些不良地质，有利于今后管道运营维护，减少维护费用等。但隧道也有不利的方面，如：所需工期长，投资相对增加，弃渣场造成永久征地面积增加。但从长期运营维护来看，隧道穿越的优势还是非常明显的。由于山岭隧道通常位于交通条件相对较差、社会依托条件差的地区，所以免维护的设计理念正逐步成为隧道设计的主流理念。2)水下隧道多用来穿越水量较大、地层较为完整的岩石河床的河流当开挖穿越由于水量大难以实施，定向钻和顶管穿越由于河床岩石坚硬而难以进行，盾构穿越受特殊设备资源限制且造价高时，水下喷锚暗挖隧道在这时凸显出特殊优势。水下隧道由于采用人工挖掘的方式，安全风险相对较大，需要进行准确的地质勘察，施工队伍要求有丰富的经验、完善的设备，完善的超前探水、注浆封水等施工方案与经验，才能保证穿越的安全与质量。管道局近年来承担的近百条隧道中除陕三黄河隧道，广南绥江和西江隧道等6条水下隧道外，其余全部为山体隧道。长输管道穿越水体时，一般采用定向钻和顶管施工方法，只有因长度和底层限制无法优先采用以上两种施工方法的时候，才考虑设计水下隧道。这也是长输管道水下隧道较之山体隧道很少的主要原因。3长输管道隧道工程勘查与设计3．1勘查由于山体岩石情况非常复杂，勘察时按规范的密度取勘察点，不可能预判隧道内所有围岩情况，这就造成实际施工时围岩情况与设计不符的情况较多。但如果加密测量点，势必会造成勘察费用的大规模提升，超出概算。该问题不仅困扰管道隧道的施工，铁路隧道等大规模隧道也面临同样的问题。所以围岩等级变更多是隧道施工的一大特点。现阶段勘查单位一般采取适当加密勘测点的方法。因为即使在把勘测点选取的非常密集，也是无法完全判断穿越处的围岩状况。喷锚暗挖法的重点还在于根据施工当时的围岩状况采取不同的掘进方法和支护形式，勘察资料只能提供围岩情况的大体判断。3．2隧道设计从隧道断面尺寸来说，如隧道内是单管，或者管道口径较小，可以采用砌墙埋敷的方式，让隧道一侧通行，可以大大降低隧道断面尺寸。但是隧道施工普遍采用机械化施工，由于施工机械的制约，隧道断面不能过小。所以即使管道采用管墩支护的方式，对隧道断面尺寸影响不大。管道局施工的99条隧道断面尺寸均在2．5～4．5m之间，绝大部分为3．0～3．5m。掘进工作面是隧道施工进度的一个重要因素。由于管道隧道断面小、长度短、出渣量少等特点，一般长度大于500m时可采用双向掘进，小于500m时采用单向掘进。在实际施工过程当中，由于受地形限制、地方政府要求或赶工需要等，对于长度小于500m的隧道，如果需要双向掘进，也可及时办理变更手续。但改为双向掘进后，需要注意隧道纵向坡度。如果坡度大于10。，从安全和出渣的角度考虑的话不利于双向施工。建议在设计图纸中应写明“建议采用单向掘进，如果地方政府要求或其他特殊情况，也可以采用双向掘进”，给施工单位留有回旋的余地，节省变更时间。4长输管道隧道工程各工序进度及注意事项4．1隧道掘进及初衬1)掘进进度经统计可得出：隧道掘进施工进度在2～8m／d之间，主要受作业面和围岩等级影响。掘进(一个作业面，包括一次支护)日平均进度根据围岩等级大体如下：①Ⅱ级围岩6～8m／d；②Ⅲ、Ⅳ级围岩3～5m／d；③V级围岩2～3m／d。 学兔兔www.xuetutu.com第36卷第8期崔建业等：长输管道喷锚暗挖法隧道工程综合分析但是也存在由于Ⅱ级围岩质地坚硬，钻孔困难导致进度缓慢的情况。2)掘进及初衬施工注意事项由于工期短、费用低，隧道掘进施工普遍采用钻爆方式掘进。钻爆施工时需要注意的是在破碎、裂隙杂乱、挤压强烈、分离而流散性极强的岩体中开挖时塌方发生频繁。笔者调查的隧道中部分隧道出现过数次大塌方，给洞身开挖和衬砌带来极大困难，严重影响施工工期和威胁人员机械的安全。为了防止塌方所造成的严重后果，施工采用短掘短支的施工方法，施工中分别根据围岩情况，各条隧道根据实际情况采用了如下方式：1)围岩不稳定、破碎的情况下可局部采用人工开挖，减少对围岩的扰动。2)采用钻爆法进行掘进时，遵循多打眼少装药的原则，尽量减少对岩体的扰动。3)在围岩松散破碎地段可采用超前支护措施。超前支护可采用超前锚杆、超前小导管或小管棚+钢拱架等措施。4)及时对开挖的洞身进行初期支护。初支可采用加刚背板、金属网片、钢格栅加密支护，加大系统锚杆的数量，木支撑接顶，木背板防护等各种形式。5)初衬喷射混凝土应分层分次完成。初喷应尽早，复喷应在测量指导下施工，混凝土应将钢筋网全部覆盖。钢筋网要尽可能多地与锚杆焊连，锚杆要有适量露头。开始喷射时，应缩短喷头至受喷面之间的距离，并适当调整喷射角度，使钢筋网片背面混凝土密实。6)隧道内的突然大量涌水成为了隧道掘进施工中的重要风险源。建议隧道掘进时采用TSP超前地质预报和超前钻孑L结合的地质预报方法。TSP具有操作简便、效率高等特点。通过对反射波数据的分析掌握前方掌子面的岩石完整性，对破碎围岩和溶洞等判断较好。局部可疑地区，可采取用超前钻孔的方法进行钻探，掌握前方围岩情况。4．2二衬、底板及支墩．1)施工进度隧道二衬普遍施工进度在10--20m／d之间。综合分析得出以下结果：①2个12m模筑台车，基本进度为两天3模。日进度18m。②散模(模板20m，一个班组)，包括支模、加固、混凝土搅拌和运输，日进度10m。底板施工包括清底、挖填、排水沟支模等，平巷日进度80～100m，斜巷日进度4O～60m。管道支墩施工日进度为1～2个。2)二衬施工注意事项《油气输送管道隧道设计规范》中规定Ⅲ级围岩也需要做二衬，但是由于管道隧道没有动荷载，在围岩情况允许的条件下，可以对初衬进行加固，从而取消二衬施工。但是在富水地段，要注意没有二衬可能会造成隧道内渗水过多，造成覆土流失等问题。实际操作中，取消二衬需要综合考虑，不应只考虑围岩的受力情况，还要考虑管道安装方式、排水措施等综合因素。隧道内排水是困扰很多已建成隧道的问题之一。对于隧道富水段，建议设计增设导水盲管，二衬接头处增设止水带。隧道内增设集水池等。隧道外增设三级沉淀池、排水沟等设施。4．3管道安装及回填1)安装及回填进度管道安装时喷砂除锈在洞外进行，平巷日安装进度为5～1O道口，斜巷为2～4道口。进度主要是由于管径大小所引起的。隧道回填日进度(双口同时回填)：15～20m／d。2)隧道内管道安装注意事项隧道内管道的安装方式主要有隧道外预置和隧道内焊接两种方法。隧道外预置受的限制较多：需要隧道口处有开阔的场地、隧道较短。而且由于预置管道长度较长，容易在运送中损伤防腐层。所以目前隧道安装以隧道内焊接为主，运用龙门架进行组对，自制小车拉载焊机。隧道内管道支护方式主要有2大类：管墩支撑和填土直埋。管道局近几年承揽的隧道工程以兰成中贵和西二东项目最多，2个项目采用了不同的管道支护方式。兰成中贵均采用填土直埋，西二东多采用管墩支护。采取何种支护方式很大程度上取决于设计人员的设计理念，2种方式各有优缺点，但是现在有选择填土直埋的倾向。填土直埋的缺点就是土方量工程太大，但是从对底板的要求、安全角度来说， 学兔兔www.xuetutu.com油气管道工程2014年8月是有着巨大优势的。而且直埋方式可以用隧道掘进的弃渣填充，对于减少永久征地和环保有贡献。水下隧道推荐用混凝土连续覆盖的方式固定管道。因为若用管卡固定，在回灌的水腐蚀性强或者管卡防腐不过关的情况下，可能将管卡腐蚀，造成漂管。5隧道洞口外管道铺设注意事项5．1洞口处注意事项一些山体隧道的洞口，往往都采取削坡后嵌入山体中。这样做一是削坡面由于受到扰动非常不稳定，还需要增加水工保护工程量；二是对以后的运行安全造成了极大的隐患。建议以后隧道洞口施工尽量减少对山体的扰动，洞口与洞口上方坡面的高差不宜太大。管道在出洞口前应降低标高，埋地敷设。管道施工单位尤其要注意这点，否则对以后的洞口封堵、大门安装和运行安全都会带来困难和隐患。5．2隧道外真实地坪标高隧道施工单位往往将隧道弃渣就近摆放在隧道口处，这样就造成了隧道外的地坪不是原始地坪，给管道安装带来了困难。管道安装单位往往不具备清理如此大量弃渣的施工力量，而且在施工预算中也没有该项工作，工程款结算非常困难。此时的隧道施工队伍已经撤场，且工程款大部分已经结完，让其重新返场清理弃渣几乎不可能。上面的原因就造成了有一部分隧道外的管道埋于隧道弃渣下，而非原始地坪以下。山体隧道的洞口往往处于山谷之中，很容易在下雨的时候形成流速较快的地标径流，将隧道洞口外的管线冲出地面。整改这些露管处非常困难，往往需要建造大量的水工保护措施，人为地为管道造一个管沟，方能彻底消除隐患．6隧道施工HSE管理6．1进度上保证安全隧道施_丁属于受限空间作业，所以不适合大规模高强度作业。从HSE方面考虑，尽量不要压缩隧道工期，以保障人员和设备安全。6．2隧道施工通风由于爆破的影响，隧道在施工时粉尘较大，容易引发呼吸系统疾病。所以喷水降尘，为作业人员佩戴呼吸面罩等劳保用具极为重要。人员在隧道内作业时，尤其掘进深度在200m以后，应采取强制通风。6．3隧道内用电隧道内各类电器及电缆的绝缘应良好，照明电源与动力电源分开设置，加装漏点保护器。应采用合格的配电箱，严格执行“五项三线制”，电缆不应摆放在地上，以防绝缘皮受损造成触电事故。6．4施工机械在隧道内应尽量采用电瓶车、卷扬机等非内燃机设备进行出渣作业，减少内燃机进入隧道的数量和次数，缓解通风压力，这样不但可以保护作业人员安全，更可以加快施工进度。[编辑]黄鸸