向 勇

（中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限公司西南分公司，四川成都 610017）

西氣東輸中衛(wèi)黃河隧道設(shè)計(jì)

向 勇

（中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限公司西南分公司，四川成都 610017）

中衛(wèi)黃河隧道是西氣東輸能源戰(zhàn)略的咽喉工程之一，隧道內(nèi)敷設(shè)西氣東輸中衛(wèi)黃河跨越的備用管道和西氣東輸二線管道，隧道穿越幾條大地震斷裂帶，工程設(shè)計(jì)難度較大。文章在介紹了西氣東輸中衛(wèi)黃河隧道工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，論述了隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、穿越管道的設(shè)計(jì)及其原則，總結(jié)了天然氣管道水下隧道工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

西氣東輸；黃河隧道；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；管道設(shè)計(jì)

0 引言

西氣東輸中衛(wèi)黃河隧道是根據(jù)中國(guó)石油的整體戰(zhàn)略部署，為保證西氣東輸管道中衛(wèi)黃河跨越管段的運(yùn)行安全而建設(shè)的，內(nèi)部敷設(shè)備用保安管道和規(guī)劃的西氣東輸復(fù)線。由于西氣東輸管道在寧夏中衛(wèi)通過(guò)黃河河段處于幾條大地震斷裂帶的影響區(qū)域，地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)隧道穿越施工的工期有較大的影響，于是該隧道提前于西氣東輸復(fù)線建設(shè)。

受西氣東輸管道宏觀路由和中衛(wèi)段黃河上下游規(guī)劃影響，可供隧道選擇的穿越位置非常有限。在上游的大柳樹(shù)水利樞紐壩址至下游沙坡頭保護(hù)區(qū)的5 km范圍內(nèi)，依次有F3、F7、F201、F8、F6等多條主地震斷裂帶和眾多次生斷裂帶，中衛(wèi)黃河隧道在該復(fù)雜的地質(zhì)條件下不可避免地要穿越地震斷裂帶。F7斷裂帶下盤(pán)為石炭系地層，巖層松軟，易透水，不適宜水下隧道穿越。其上盤(pán)為寒武系巖層，巖體相對(duì)致密，具備修建水下隧道的條件。經(jīng)過(guò)對(duì)穿越位置、縱斷面結(jié)構(gòu)型式的多方案技術(shù)、安全、經(jīng)濟(jì)等方面綜合考慮，中衛(wèi)黃河隧道穿越位置選在中衛(wèi)黃河跨越上游約1 200 m處，設(shè)計(jì)隧道斷面從F7斷裂帶上盤(pán)的砂巖、板巖中通過(guò)，西岸斜巷、西岸馬頭門(mén)段穿越F7斷裂帶[1]。

中衛(wèi)黃河隧道平面投影為直線型，縱斷面采用 “斜巷 （西岸）+平巷+斜巷 （東岸）”型式，隧道水平長(zhǎng)度約1 141 m，隧道總長(zhǎng)為1 198 m。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)受香山—天景山斷裂帶的影響，主要發(fā)育一些短軸背斜和向斜。在黃河右岸冰溝出露一褶皺，背斜軸部較窄，向斜軸部較寬。隧道穿越地段無(wú)較大規(guī)模褶皺，但由于巖層受構(gòu)造變動(dòng)，發(fā)育小規(guī)模褶皺和褶曲。

隧址區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，巖體中節(jié)理、裂隙很發(fā)育。根據(jù)地面綜合工程地質(zhì)測(cè)繪和鉆孔巖芯觀察統(tǒng)計(jì)分析，隧道圍巖面裂隙率達(dá)80～120條/m2，以風(fēng)化裂隙為主，多呈閉合狀，裂隙傾角多為80°～85°，節(jié)理、裂隙面較為平整，延伸展布長(zhǎng)度0.1～1.2 m，張開(kāi)度小，大多小于0.2 cm或閉合，個(gè)別大于0.5 cm，且多為泥質(zhì)充填。

1.2 地形地貌

隧址區(qū)屬于低山、丘陵、河谷地貌。黃河右岸緊鄰香山北緣，地形起伏大，相對(duì)高差大于200 m。黃河左岸受黃河和長(zhǎng)流水溝流水侵蝕以及騰格里沙漠南緣的活動(dòng)沙丘覆蓋，地形相對(duì)平緩，呈現(xiàn)為丘陵地貌，相對(duì)高差小于100 m。隧道穿越段微地貌為右岸緊鄰香山北緣，地形起伏破碎，沖溝發(fā)育；左岸緊鄰騰格里沙漠南緣，發(fā)育多級(jí)階地，坡度相對(duì)較緩，階地臺(tái)面平緩。

1.3 地層巖性和特殊或放射性礦 （氣）體

隧道主要在寒武系香山群磨盤(pán)井組巖層中穿越。磨盤(pán)井組巖性主要為一套灰綠色中厚層狀淺海相碎屑巖沉積的細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖夾千枚狀板巖、絹云母化千枚巖。地層經(jīng)區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)，成巖較好，堅(jiān)硬。砂巖呈塊狀風(fēng)化，板巖和千枚巖呈片狀及碎屑狀風(fēng)化。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)普查資料，寒武系香山群磨盤(pán)井組地層中不含瓦斯等有害氣體和放射性礦 （氣）體。由于斷裂和裂隙的貫通，隧道開(kāi)挖過(guò)程中，可能出現(xiàn)下伏石炭系含煤地層中瓦斯穿層突出等情況。

1.4 地震烈度

根據(jù)中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖，隧址區(qū)地震基本烈度屬于Ⅷ度。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地下水

隧址區(qū)地下水補(bǔ)給、逕流、排泄受大氣降水、黃河地表水體、地層巖性和地貌條件及水文網(wǎng)切割深度控制。在隧道場(chǎng)地地區(qū)，地下水的補(bǔ)給形式有兩種：其一是來(lái)自大氣降水滲入補(bǔ)給；其二是黃河地表水體滲入補(bǔ)給。

2.2 隧道涌水量評(píng)價(jià)

隧道涌水量計(jì)算公式如下：

式中Q——隧道涌水量/（m3/d）；

k——各段滲透系數(shù)/（m/d），參照地勘報(bào)告，取中間值0.068 m/d；

I——水力坡度，考慮隧道周?chē)窟M(jìn)水，水力坡度取值為I=1；

B——隧道硐室滲水周長(zhǎng)/m，考慮隧道硐室周?chē)?0 m影響半徑內(nèi)全部進(jìn)水，隧道滲水周長(zhǎng)按90 m計(jì)算；

L——各段圍巖長(zhǎng)度/m，隧道水下長(zhǎng)度按1 100 m計(jì)算。

按照上述公式，計(jì)算出隧道涌水量為6732m3/d。

當(dāng)施工掘進(jìn)過(guò)程中偶遇 “漏含水層” （補(bǔ)給天窗）時(shí)，將發(fā)生突發(fā)性大規(guī)模涌水，涌水量可能急劇增加。由于黃河地表水體之下河床為一層厚度約4～6 m的顆粒較細(xì)的粉細(xì)砂含水層。該含水層相對(duì)于下部較粗大的卵礫石含水層而言給水能力較低。下伏于該層以下的黃河隧道所在的基巖裂隙水含水層只能靠上部第四系粉細(xì)砂和卵礫石含水層越流補(bǔ)給。黃河河水與基巖裂隙水一般情況下沒(méi)有直接連通，地表黃河河水不能直接充沛地補(bǔ)給下部基巖裂隙水。

3 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 洞口設(shè)計(jì)

洞口設(shè)計(jì)采用 “無(wú)損進(jìn)洞設(shè)計(jì)”，即盡量減少對(duì)洞口邊仰坡土體的擾動(dòng)和開(kāi)挖方量，降低對(duì)原有地形和植被的破壞，以確保施工和管道運(yùn)營(yíng)的安全。

由于隧道洞口基巖風(fēng)化嚴(yán)重，圍巖相對(duì)較差，設(shè)計(jì)時(shí)考慮加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)，洞口邊仰坡采用錨、噴、網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)[2]。另外，洞口明暗交界處采用管棚、鋼支架等形式支護(hù)后再開(kāi)挖。為保證洞口的整體受力，洞門(mén)端墻采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。中衛(wèi)黃河隧道兩端洞口為斜巷向下開(kāi)挖，在離洞門(mén)一定范圍外設(shè)計(jì)截水溝，截水溝與自然排水系統(tǒng)相結(jié)合，以利于排泄地表水和洞內(nèi)抽排水。

隧道明洞部分施工完畢后，進(jìn)行明洞頂部景觀設(shè)計(jì)，在明洞頂部覆土種植草皮，以避免流水沖刷洞口。

3.2 隧道類(lèi)別的確定

根據(jù)荷載等效高度值、淺埋隧道分界深度、水文地質(zhì)工程條件、施工方法等因素，綜合判定隧道埋藏形式。通過(guò)計(jì)算，深淺埋隧道分界深度為21.5 m。

隧道進(jìn)口～k0+22 m段和隧道出口～k1+110 m段為淺埋隧道，其余地段屬于深埋隧道，亦即中衛(wèi)黃河隧道大部分地段屬于深埋隧道。

3.3 斷面設(shè)計(jì)

隧道斷面設(shè)計(jì)本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、結(jié)構(gòu)合理、方便施工的原則進(jìn)行。

隧道的縱斷面要考慮黃河西岸一級(jí)階地為砂卵石層，極易透水，為保證西岸斜巷避開(kāi)砂卵石層影響，安全進(jìn)入河床下完整基巖，也要考慮減小隧道斜巷的坡度和長(zhǎng)度，為大直徑管道安裝施工創(chuàng)造條件。隧道洞口從灰溝出露巖壁處以?xún)A角-25°、折算坡度為46.7%，長(zhǎng)度310 m的斜巷進(jìn)入黃河河床基巖。黃河河床下平巷長(zhǎng)度為435 m，東岸斜巷傾角20°，折算坡度為36.3%，斜巷長(zhǎng)度453 m，從冰溝南側(cè)無(wú)名溝出露基巖巖壁出洞。隧道縱斷面見(jiàn)圖1。

隧道的橫斷面尺寸應(yīng)滿(mǎn)足管道安裝、檢修、各種安全間隙以及隧道施工等要求，并考慮隧址區(qū)處于Ⅷ度地震烈度帶，在保證管道安裝截面要求的同時(shí)，減小開(kāi)挖寬度和硐室截面積，利于隧道硐室的穩(wěn)定、安全。根據(jù)本工程要求安裝西氣東輸D 1 016 mm的備用輸氣管道 （管徑d1），并考慮預(yù)留西氣東輸規(guī)劃復(fù)線管道位置（西氣東輸復(fù)線按管徑D 1 420 mm （管徑d2）考慮），管道距邊墻的安裝空間 （w1）500 mm，檢修通道 （w2） 1000mm， 則w=d1+d2+w1+w2=1016+1420+500×2+1000=4436mm[3]，確定隧道橫斷面凈寬為4500mm （取整）。

根據(jù)隧道內(nèi)管道安裝的設(shè)計(jì)要求、D 1 420 mm管道安裝的機(jī)械高度，隧道斷面凈高不得低于2 050 mm，結(jié)合施工出渣、管道檢修、隧道凈空和襯砌結(jié)構(gòu)圍巖受力的合理性，隧道斷面采用直墻圓拱形。隧道斷面凈高4 300 mm，其中直墻高2 250 mm，拱高2 050 mm。而隧道建成后，實(shí)際安裝的是管徑為D 1 219 mm的西氣東輸二線管道，見(jiàn)圖2。

3.4 圍巖分級(jí)

3.4.1 圍巖級(jí)別劃分依據(jù)

根據(jù)隧道圍巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、圍巖工程地質(zhì)特征，包括硐室所處構(gòu)造部位、頂板厚度、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD值、圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值、巖石飽和極限抗壓強(qiáng)度 （RC）、巖體 （塊）彈性縱波速度（Vpm、Vpr）、巖體完整性指標(biāo) （KV）和巖體 （軟弱）結(jié)構(gòu)面（褶皺、斷裂、層面、節(jié)理、裂隙）及其組合特征，以及巖層含水性和圍巖初始應(yīng)力等，確定采用定性劃分和定量相結(jié)合的方法綜合評(píng)判圍巖級(jí)別。隧道圍巖的物理力學(xué)參數(shù)及其分級(jí)如表1所示。

表1 中衛(wèi)黃河隧道圍巖物理力學(xué)參數(shù)

3.4.2 圍巖級(jí)別分段劃分

隧道主要在寒武系香山群磨盤(pán)井組淺變質(zhì)灰綠色長(zhǎng)石石英砂巖、千枚狀板巖和絹云母化千枚巖中穿越，隧道洞身地段位于主干斷裂的影響帶內(nèi)，發(fā)育次級(jí)小斷裂和層間錯(cuò)動(dòng)，巖體中節(jié)理、裂隙發(fā)育，按照圍巖級(jí)別劃分依據(jù)進(jìn)行圍巖級(jí)別分段劃分。隧道圍巖級(jí)別劃分為Ⅳ～Ⅴ級(jí)。在隧道總長(zhǎng)度1 198 m中，Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)度919 m，占總長(zhǎng)度的77%；Ⅴ級(jí)圍巖長(zhǎng)度279 m，占總長(zhǎng)度的23%。

3.4.2.1 k0（隧道進(jìn)口）～k0+183.6 m

該段位于隧道進(jìn)口段，水平長(zhǎng)度183.6m，斜長(zhǎng)202m。隧道埋深較淺，圍巖中發(fā)育次級(jí)小斷裂和層間錯(cuò)動(dòng)，巖體極破碎～破碎，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。

3.4.2.2 k0+183.6 m～k1+070.3 m

該段位于隧道中段，水平長(zhǎng)度886.70 m，斜長(zhǎng)919 m。隧道埋深較深，圍巖受構(gòu)造作用相對(duì)洞口段減弱，巖體破碎～較破碎，局部地段較完整，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。

3.4.2.3 k1+070.3 m～k1+141.4 m （隧道出口）

該段位于隧道出口段，水平長(zhǎng)度71.10 m，斜長(zhǎng)77 m。隧道埋深較淺，圍巖中發(fā)育次級(jí)小斷裂和層間錯(cuò)動(dòng)，巖體極破碎～破碎，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。

3.5 襯砌設(shè)計(jì)

由于本隧道為巖質(zhì)隧道，隧道施工遵循新奧法（NATM）原則，采用鉆爆法進(jìn)行施工，盡量利用圍巖的自承能力。根據(jù)隧道受力特征，綜合考慮隧道圍巖地質(zhì)特征、硐室穩(wěn)定狀態(tài)、施工中對(duì)圍巖改變的影響、以及工程的重要性和服務(wù)年限長(zhǎng)等因素，確定采用工程類(lèi)比法確定襯砌結(jié)構(gòu)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力和強(qiáng)度的計(jì)算和校核。結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算采用理正軟件，隧道襯砌計(jì)算分別采用平面有限元地層—結(jié)構(gòu)模式和荷載結(jié)構(gòu)模式。地層結(jié)構(gòu)模式主要用于計(jì)算開(kāi)挖后圍巖的變形和應(yīng)力狀態(tài)；荷載結(jié)構(gòu)模式主要用于計(jì)算襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，配筋按概率極限狀態(tài)法的設(shè)計(jì)計(jì)算。

中衛(wèi)黃河隧道地處Ⅷ度地震烈度區(qū)，又是水下隧道，主要穿越砂巖、板巖和千枚巖，其中的千枚巖開(kāi)挖后遇空氣風(fēng)化，遇水軟化，因此設(shè)計(jì)要求爆破后先噴射5cm厚混凝土封閉巖面，再進(jìn)行出渣作業(yè)。

隧道的圍巖為Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用錨噴混凝土初期支護(hù)和現(xiàn)澆混凝土二次襯砌相結(jié)合的復(fù)合式襯砌形式[2，4]。開(kāi)挖后及時(shí)初支，緊跟二襯，二襯與掌子面的距離不得大于50 m（約為10倍開(kāi)挖橫斷面尺寸）。襯砌斷面示意見(jiàn)圖3、圖4。

3.5.1 初支

對(duì)Ⅳ級(jí)圍巖，采用C20錨噴混凝土，厚度為100 mm，以封閉圍巖和確保施工安全，設(shè)置φ 25 mm水泥砂漿錨桿，長(zhǎng)度為2.5 m@1.2 m×1.2 m，以加固圍巖，梅花型布置，掛φ6 mm鋼筋網(wǎng)@250 mm×250 mm，在圍巖條件較差地段采用格柵鋼架作為初期支護(hù)。

對(duì)Ⅴ級(jí)圍巖，采用C20錨噴混凝土，厚度為150 mm，設(shè)置φ25 mm水泥砂漿錨桿，長(zhǎng)度3 m@1 m×1 m，梅花型布置，掛φ6 mm鋼筋網(wǎng)@200 mm×200 mm。

中衛(wèi)黃河隧道是水下巖質(zhì)隧道，系統(tǒng)錨桿與圍巖的緊密結(jié)合極為重要，設(shè)計(jì)采用水泥砂漿錨桿，鉆孔插入錨桿后，應(yīng)保證壓漿的壓力和施工質(zhì)量，使得水泥漿液能密實(shí)地充填錨桿孔周邊裂隙。當(dāng)采用格柵鋼架時(shí)，需設(shè)置縱向鋼筋或型鋼連接，且每組格柵鋼架不少于3榀，鋼架腳部應(yīng)設(shè)置鎖腳錨桿，系統(tǒng)錨桿和格柵鋼架焊接，以成為剛度較好的空間結(jié)構(gòu)體系。

應(yīng)進(jìn)行2~3次混凝土噴射作業(yè)，以達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，混凝土中增加適量的早強(qiáng)劑，利于噴射混凝土與巖面結(jié)合。

3.5.2 二次襯砌

平巷及斜巷Ⅳ級(jí)圍巖襯砌采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土，厚300 mm。底板現(xiàn)澆C20素混凝土，厚250 mm。底板鋪底時(shí)為便于排水，底板向水溝一側(cè)設(shè)1%坡度。

東、西兩岸斜巷為Ⅴ級(jí)圍巖，仰拱、墻、拱頂現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土，厚350 mm。仰拱與底板間用C20素混凝土填實(shí)。斜巷每隔20 m設(shè)壁座。斜井落平點(diǎn)與平巷相交處設(shè)馬頭門(mén)，馬頭門(mén)襯砌厚300 mm的C25鋼筋混凝土，底板現(xiàn)澆C20素混凝土，厚250 mm。在斜巷每隔30 m和在圍巖級(jí)別變化處設(shè)一變形縫。

洞口段圍巖，仰拱、墻、拱頂采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)澆，厚400 mm；仰拱與底板間用C20素混凝土填實(shí)。

由于該隧道為水下隧道，因此襯砌背后應(yīng)全斷面壓注水泥漿，在襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)70%以上后方可拆模，并在噴射混凝土與模筑混凝土之間采用M15水泥砂漿進(jìn)行壓漿，以達(dá)到襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖之間的緊密結(jié)合。

3.6 防排水設(shè)計(jì)

隧道防排水應(yīng)采取 “防、排、堵、截相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則。隧道防排水可按照洞內(nèi)與洞外防排水相結(jié)合的方式進(jìn)行。

洞內(nèi)防水措施：超前探水、高壓注漿，小導(dǎo)管周邊注漿。隧道施工中以TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)和紅外線探水為主，對(duì)可疑地段輔以地質(zhì)鉆孔進(jìn)行超前探水。遇到有水時(shí)，應(yīng)進(jìn)行堵水后方可掘進(jìn)，注漿堵水漿液可為水泥漿單液或水泥、水玻璃雙液[5]。

洞內(nèi)排水措施：隧道施工是從兩端斜巷開(kāi)口，向下開(kāi)挖，平巷的坡度呈中間高兩邊低的 “人字坡”，在兩端馬頭門(mén)處均應(yīng)設(shè)置水倉(cāng)，通過(guò)水泵將積水抽至洞外。

施工時(shí)應(yīng)準(zhǔn)備最大涌水量的抽排水設(shè)備，若隧道出現(xiàn)大量涌水時(shí)，應(yīng)迅速撤離坑道內(nèi)作業(yè)人員，轉(zhuǎn)移設(shè)備，保證人員安全，并及時(shí)排水，注漿堵水。

3.7 棄渣場(chǎng)

中衛(wèi)黃河隧道的進(jìn)、出洞口各設(shè)一個(gè)棄渣場(chǎng)，棄渣場(chǎng)均位于距離隧道洞口不遠(yuǎn)的荒溝內(nèi)。渣場(chǎng)先砌筑擋墻再堆渣，棄渣完成后覆土造田或種植樹(shù)木，綠化環(huán)境，保持水土。

4 管道設(shè)計(jì)

4.1 管徑及材質(zhì)確定

西氣東輸備用線輸送氣質(zhì)與原管道輸送介質(zhì)相同，均為凈化氣，設(shè)計(jì)壓力10MPa，兩端分別與西氣東輸干線相連，管徑與原管道相同，均為D 1 016 mm，材質(zhì)為X70。西氣東輸二線管徑為D 1 219 mm，材質(zhì)為X80。西氣東輸一線中衛(wèi)黃河跨越備用管道規(guī)格D 1 016 mm×26.2 mm，材質(zhì)X70，設(shè)計(jì)壓力為10 MPa；西氣東輸二線管道規(guī)格D1219mm×26.4mm，材質(zhì)X80，設(shè)計(jì)壓力為12MPa。

4.2 水壓下的穩(wěn)定性校核

鑒于中衛(wèi)黃河隧道處于高地震烈度區(qū)，為保證管道在隧道內(nèi)的運(yùn)行安全，設(shè)計(jì)考慮隧道建成后充水穩(wěn)管。黃河隧道底板與上部黃河的高差約100 m，在高洪水位情況下，管道將承受較大外壓，按鐵木辛柯公式進(jìn)行外壓失穩(wěn)校核，導(dǎo)出外壓失穩(wěn)壁厚計(jì)算公式：

式中δ計(jì)——外壓失穩(wěn)壁厚/cm；

D——平均直徑/cm；

m——工作條件系數(shù)，取0.65；

n——超載系數(shù)，取1.1；

P——壓力/×0.1 MPa。

經(jīng)計(jì)算，在120m水深的情況下，δ計(jì)=2.49cm。外壓下不產(chǎn)生失穩(wěn)的要求為壁厚δ≥δ計(jì)，設(shè)計(jì)所取壁厚26.2 mm能滿(mǎn)足外壓下不失穩(wěn)條件。

地震波引起的管道最大軸向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

式中a——設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度/（m/s2），取

1.96；

Tg——地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期/s，取0.3；

C——場(chǎng)地剪切波速/（m/s），取500。

計(jì)算得：εmax=±9.36×10-5

由計(jì)算可知：εmax+ε>0，ε為操作條件下荷載引起的軸向應(yīng)變，因此地震波下管道軸向組合應(yīng)變?yōu)槔瓚?yīng)變， 滿(mǎn)足εmax+ε=4.767×10-4<[εt]v=9×10-3， [εt]v為管道抗震動(dòng)的軸向容許應(yīng)變。

從計(jì)算分析可知，本工程由地震波引起的管道最大軸向應(yīng)變與操作條件下荷載引起的軸向應(yīng)變的組合不大于管道抗震動(dòng)的軸向容許應(yīng)變，滿(mǎn)足抗震規(guī)范的要求。

西氣東輸二線管道計(jì)算方式同上，其過(guò)河管道為D1219mm×26.4mm，熱煨彎頭壁厚33.1mm。

4.3 管道布置

隧道內(nèi)管道置于支墩上，用管卡固定，支墩間距18 m。支墩上布置管卡，固定隧道內(nèi)管道。管卡、錨栓、墊板均采用同種材質(zhì)的不銹鋼鋼材，可有效消除電位差，減小管卡腐蝕。

在支墩上進(jìn)行管道焊接，每個(gè)支墩設(shè)置兩根不銹鋼管卡。單個(gè)支墩的雙管卡設(shè)計(jì)，在保證管道抗浮和穩(wěn)管安全的基礎(chǔ)上，減小了支墩混凝土和錨桿的施工難度，加快了建設(shè)工期。管道安裝完成后，西氣東輸二線通氣，跨越備用管道內(nèi)置氮?dú)?，兩端封閉，需要時(shí)與西氣東輸干線連接。隧道襯砌壁滲水，逐步充滿(mǎn)隧道。

5 結(jié)束語(yǔ)

從西氣東輸中衛(wèi)黃河隧道的建設(shè)中，可總結(jié)出以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：

（1） 鑒于大型穿越工程對(duì)長(zhǎng)輸管道的工期控制，控制性工程可先于線路工程開(kāi)建，可有效地減輕控制性工程帶來(lái)的工期壓力。

（2）4.5 m×4.3 m凈空尺寸的中衛(wèi)黃河隧道，是國(guó)內(nèi)天然氣管道穿越斷面最大的隧道和穿越黃河的最大斷面的水下鉆爆隧道。設(shè)計(jì)中對(duì)初支的噴射混凝土開(kāi)挖后即封閉巖面，出渣后二襯補(bǔ)噴 （“及時(shí)分次初噴、緊跟二襯”）的做法，既達(dá)到了快速封閉掌子面的設(shè)計(jì)要求，也降低了噴射混凝土的回彈損失，節(jié)約了成本?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土二次襯砌緊跟開(kāi)挖，與掌子面保持50 m的距離，不僅能平行施工，也能保證二襯結(jié)構(gòu)的安全，節(jié)約了時(shí)間。

（3）中衛(wèi)黃河隧道內(nèi)采用平行敷設(shè)西氣東輸一線備用管道和西氣東輸二線管道，是國(guó)內(nèi)首次在水下隧道穿越中敷設(shè)兩根大口徑高壓輸氣管道，隧道內(nèi)管道采用單支墩雙管卡設(shè)計(jì)，減小了支墩數(shù)量，對(duì)節(jié)省管道安裝投資和工期起到了積極的作用。

（4）水下隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，應(yīng)用先進(jìn)的TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)后，對(duì)可疑不良的地質(zhì)地段輔以地質(zhì)鉆孔預(yù)報(bào)，可有效地提高超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的距離和準(zhǔn)確率，減少了超前探孔對(duì)隧道平行施工的影響，節(jié)省了投資和工期。

（5） 隧道棄渣場(chǎng)通過(guò) “先擋后棄、整平復(fù)耕”，綠化了渣場(chǎng)環(huán)境，增加了良田，該做法為以后隧道工程的渣場(chǎng)與環(huán)境的協(xié)調(diào)提供了有益的參考。

[1]楊成剛，胡川，楊守聰.中衛(wèi)黃河隧道選址[J].天然氣與石油，2009，27（3）：45-48.

[2]JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]周曉軍，吳克信，鄭書(shū)進(jìn).西氣東輸靖邊至臨汾段隧道工程的設(shè)計(jì)與施工[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2003，40（4）：25-34.

[4]JTJ042-1994，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5]關(guān)寶樹(shù).隧道施工要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社，2003.

Design of Zhongwei Yellow River Tunnel in West-East Pipeline Project

XIANG Yong（Northwest Company of China Petroleum Engineering Co.,Ltd.,Chengdu 610017,China）

As one “throat project” in west to east gas transportation energy strategy， Zhongwei Yellow River Tunnel has a part of backup pipeline of West to East Gas Pipeline and a part of Second West to East Gas Pipeline laid within it for the river crossing.The tunnel passes several large seismic fracture zones,which increases difficulty of the engineering design.The engineering geology and hydrogeololgy conditions of the tunnel are introduced and the tunnel structural design and the pipeline design philosophy are discussed,the engineering design characteristics of the underwater tunnel are summarized.

west to east gas transportation;the Yellow River Tunnel;structural design;pipeline design

TE973.4

B

1001－2206（2011）03－0051－06

向 勇 （1981-），男，四川石棉人，工程師，2003年畢業(yè)于西南科技大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣管道隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

2010-10-12