河北省地礦局第三地質(zhì)大隊

油氣管道地基穿越工程的勘察

陳迎輝河北省地礦局第三地質(zhì)大隊

工程勘察分為初步勘察與詳細(xì)勘察兩個部分。油氣管道穿越河段的選擇應(yīng)從安全角度出發(fā)，應(yīng)采取“少跨越、多穿越”的指導(dǎo)思想，利用超前探測技術(shù)，將隧道前方巖體的發(fā)育與形變規(guī)模、河水涌入壓力等地質(zhì)條件進行準(zhǔn)確預(yù)報，結(jié)合地表勘探成果，校核前方的地質(zhì)狀況，為后續(xù)穿越工程提供基礎(chǔ)。穿越方式主要分為定向鉆探穿越、大開挖穿越以及隧道穿越等方式。定向鉆穿越技術(shù)具有工期短、造價低、節(jié)省材料、管道埋深安全以及應(yīng)用廣泛的特點，它是一種非開挖穿越技術(shù)；大開挖穿越技術(shù)包括不帶水開挖技術(shù)和帶水開挖穿越技術(shù)兩種；隧道穿越技術(shù)包括鉆爆法、盾構(gòu)法和頂管法。

工程勘察；超前地質(zhì)預(yù)報；定向鉆；大開挖；隧道穿越技術(shù)

1 管道穿越工程勘察

工程勘察分為初步勘察與詳細(xì)勘察兩個部分，初步勘察每一個方案至少包括4個鉆探點，并且點與點之間間距以100～200m為宜，鉆探點應(yīng)設(shè)置在穿越位置的上游15m處。詳細(xì)勘察主要是確定鉆探點的位置，在溝埋敷設(shè)情況下，應(yīng)將鉆探點設(shè)置在穿越中線上；非開挖穿越情況下，在穿越中線兩側(cè)20m左右處各布置一條勘察線，鉆探點應(yīng)交錯布置在兩條線上，鉆探點間距以30～100m為宜。長距離頂管及盾構(gòu)等方案情況下，鉆探點應(yīng)布置在沉井處，3～4個為宜[1]。

油氣管道穿越河段的選擇應(yīng)從安全角度出發(fā)[2]，采取“少跨越、多穿越”的指導(dǎo)思想，穿越河段選取河道、河床以及兩岸順直穩(wěn)定河段為宜，盡量避免穿越以下河段：①彎曲以及經(jīng)常改道的河道河段；②沖淤幅變大的河床河段；③岸坡帶地基不穩(wěn)定、巖石疏松而存在危險的河段；④靠近斷層或者頻發(fā)地震，有斷裂現(xiàn)象的河段。

穿越方式主要分為定向鉆探穿越、大開挖穿越以及隧道穿越等方式。

2 超前地質(zhì)預(yù)報

隧道施工發(fā)生事故時有發(fā)生，主要表現(xiàn)為圍巖層破碎導(dǎo)致塌方、河水的涌入以及瓦斯著火爆炸等。根據(jù)調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，針對隧道施工應(yīng)該進行施工勘察與超前地質(zhì)預(yù)報，才能有效地減少事故發(fā)生。

利用超前探測技術(shù)，將隧道前方巖體的發(fā)育與形變規(guī)模、河水涌入壓力等地質(zhì)條件進行準(zhǔn)確預(yù)報，結(jié)合地表勘探成果，校核前方的地質(zhì)狀況，為后續(xù)穿越工程提供基礎(chǔ)。其次，根據(jù)探測開挖隧道內(nèi)的地質(zhì)異常情況，對隧道施工進行一次全面的施工安全評價，遇到異常事件，做好充分的施工對策，達(dá)到不破壞隧道結(jié)構(gòu)，維護好后期施工安全的目的。超前地質(zhì)預(yù)報主要包括以下幾個方面：①破碎、風(fēng)化和斷裂帶的預(yù)報；②岸坡帶不穩(wěn)定性的預(yù)報；③地下水以及地應(yīng)力狀況的預(yù)報；④地質(zhì)異常體分布情況的預(yù)報。

地質(zhì)預(yù)報可分為不同預(yù)報周期。長期超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報主要有TSP探測法、超前深孔鉆探法及地質(zhì)調(diào)查法等手段，預(yù)報距離為50m以上；中期超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報主要采取20～50m小口徑的超前探孔、地質(zhì)雷達(dá)等手段，預(yù)報距離為20～50m；短期超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報主要采取的是普通地質(zhì)雷達(dá)、紅外線超前探水、掌子面地質(zhì)素描法、小口徑短距離鉆孔探測法、超前炮眼探測法等手段，預(yù)報距離在20m以內(nèi)。

3 管道穿越技術(shù)

3.1定向鉆穿越

定向鉆穿越技術(shù)具有工期短、造價低、節(jié)省材料、管道埋深安全以及應(yīng)用廣泛的特點，它是一種非開挖穿越技術(shù)，目前在國內(nèi)受到了足夠的重視。據(jù)統(tǒng)計，從1985年中石油管道局引進定向鉆技術(shù)以來，已成功穿越400多條河流。定向鉆技術(shù)在投入使用前，應(yīng)在勘察中重點檢測以下幾個問題：

（1）河床附近的地質(zhì)條件。分析河床砂土、黏性土、卵石層的顆粒組成以及分布范圍和厚度；檢查地質(zhì)體有無松散砂土、淤泥質(zhì)軟土，這類軟弱土層的存在，會阻礙定向鉆的施鉆工作，促使定向鉆的鉆頭無法抬起，造成工程事故。對于巖石層的河床，巖層的單軸極限抗壓強度對定向鉆影響很大，應(yīng)該查清巖性均一性，是否存在軟弱夾層以及斷層破碎帶。據(jù)調(diào)研，曾經(jīng)在灄水河定向鉆穿越中，由于斷層角礫巖卡住了鉆頭，鉆穿過程中遇到極大的阻力，以至于使鉆桿折斷，嚴(yán)重影響了工程的進行，造成了重大的經(jīng)濟損失。

（2）在河床兩岸勘察定向鉆機安放的位置。

（3）地質(zhì)調(diào)研檢驗河床兩岸是否適宜穿越防洪大堤，并且防洪大堤與定向鉆應(yīng)該保持足夠大的安全距離。

3.2大開挖穿越

大開挖穿越技術(shù)包括不帶水開挖技術(shù)和帶水開挖穿越技術(shù)兩種。前者的施工流程為：導(dǎo)流→疏干→開挖施工。后者一般采取爆破成溝，隨后下管子的措施。大開挖穿越技術(shù)缺點也很明顯，埋設(shè)深度方面有缺陷，難以滿足技術(shù)要求，而且一旦洪水來襲很容易將管道沖斷，返工頻繁。這種技術(shù)對周圍環(huán)境造成極大的影響，違背了中國石油集團公司環(huán)保優(yōu)先的企業(yè)精神。由于這些技術(shù)弊端，該技術(shù)已經(jīng)在大中型河流穿越中銷聲匿跡，但是在小型穿越工程中還有一定應(yīng)用。

3.3隧道穿越

隧道穿越技術(shù)包括鉆爆法、盾構(gòu)法和頂管法。

（1）鉆爆法，又稱礦山法。利用鉆眼放炮的方式進行開挖隧道。在傾斜、軟弱夾層以及斷裂破碎帶的巖層中施工，往往會導(dǎo)致巖層滑移，以及隧道大面積坍塌。如遇到此種情況，應(yīng)該采取“弱爆破、短進尺、早支護”等施工準(zhǔn)則，確保隧道穿越工程的順利進行。

（2）盾構(gòu)法。該方法是近些年來發(fā)展起來的先進隧道施工技術(shù)，實用性強，針對不適用定向鉆穿越技術(shù)的油氣管道工程，一般都可以采取盾構(gòu)法進行隧道穿越施工。

（3）頂管法。頂管法分為千斤頂和螺旋鉆機頂管穿越施工法，在砂土、黏性土和軟質(zhì)巖層均可適用。西氣東輸在鄭州西穿越黃河時，采用定向鉆技術(shù)穿越了該處的北岸和南岸，采用頂管法技術(shù)穿越河床中部一段（長約3 000m）。

[1]付景龍，王建華，黃敏．定向鉆穿越不良地層施工技術(shù)新突破[J]．石油工程建設(shè)，2007，33（1）：31-35.

[2]李長春．定向鉆穿越設(shè)計中要注意的問題[J]．油氣田地面工程，2008，27（7）：78.

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.041