中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

1.引言

微型隧道技術(shù)是一種利用傳感、通信和數(shù)據(jù)處理技術(shù)來實現(xiàn)遠程測量和控制的頂管施工技術(shù)，近年來被廣泛應用于國內(nèi)外非開挖條件下(如穿越公路、鐵路、河流、城市等)進行的油氣、給排水等各類管道的鋪設中。微型隧道技術(shù)的主要優(yōu)勢包括：適用于幾乎所有的地質(zhì)條件；管道鋪設精度高；施工過程中產(chǎn)生的噪音和震動較小、對周邊環(huán)境影響不大；相比水平定向鉆通常情況施工風險低等[1]-[10]。

沙特阿拉伯國家石油公司(以下簡稱沙特阿美)是目前世界上最大的原油生產(chǎn)公司。沙特阿美項目執(zhí)行標準相對較高、管理制度嚴格，非開挖穿越屬于油氣工程項目中的控制性工程，一直受到業(yè)主的重點關注。加之微型隧道穿越技術(shù)含量相對較高、涉及界面多、地質(zhì)情況存在不確定性，給施工管理帶來較大挑戰(zhàn)。本文基于沙特哈拉德天然氣管道項目(以下簡稱哈拉德項目)利用微型隧道穿越高速公路和鐵路的成功經(jīng)驗，介紹了微型隧道的工藝過程和管理控制要點，以期對其他類似工程特別是沙特阿美項目的成功實施提供一定的借鑒。

2.微型隧道施工工藝

微型隧道施工開始前需對穿越目標附近的進行地勘，地勘報告滿足需要后才可開始施工準備工作。哈拉德項目微型隧道穿越施工示意圖見圖1，發(fā)送井和接收井的開挖深度需要根據(jù)穿越目標類型和地質(zhì)情況決定，以保證足夠的安全深度。鉆進從發(fā)送井前擋墻開始，采用專用鉆機對工作面進行破碎，然后在發(fā)送井內(nèi)頂進設備單元的作用下，將鉆機和計劃鋪設的套管按順序頂入，直至套管從接收井內(nèi)頂出。根據(jù)地質(zhì)情況和套管材質(zhì)不同，各套管連接處需采取對應方式進行密封。整個施工過程分為入場準備、設備入場安裝調(diào)試、掘進作業(yè)、頂進收尾四個階段。

Figure 1.Schematic diagram of micro tunneling圖1.微型隧道穿越示意圖

微型隧道施工對精度要求較高，鉆機的掘進、棄土的排運等全部在控制室進行遠程控制。施工過程中需要實時監(jiān)控鉆機在地下的位置，以確保穿越軌跡符合要求。哈拉德項目中，鉆機位置通過激光定位系統(tǒng)(見圖2)來測量，該系統(tǒng)將激光發(fā)生器和接收器分別安裝在發(fā)送井后撐墻和鉆機內(nèi)部。基于激光束投射到接收器的情況，經(jīng)處理計算后就可以獲得鉆機與預定軌跡的偏離情況，還能顯示鉆機的滾動幅度、傾斜角度以及預測的前進方向等信息。

Figure 2.Laser positioning system圖2.激光定位系統(tǒng)

2.1.入場準備

1) 現(xiàn)場踏勘，熟悉現(xiàn)場周邊環(huán)境，探明地下障礙物情況。分析業(yè)主提供的地勘報告，了解現(xiàn)場地質(zhì)情況，必要時需要進行復測，以便選擇合適的鉆機規(guī)格。

2) 合理布置現(xiàn)場施工區(qū)域，選定控制室、發(fā)電機柜、水箱、沉降池、套管堆放點等位置，規(guī)劃進場道路，設立必要的安全和交通標識。

3) 平整場地，如控制室等安放區(qū)域需經(jīng)過壓實。

4) 測量放線，在制定位置開挖發(fā)送井和接收井。發(fā)送井原則上應在設備入場前完成，接收井開挖不能影響到掘進操作。

2.2.設備入場安裝調(diào)試

1) 發(fā)送井開挖完成后，在前擋墻、后撐墻和底部安裝模板，進行混凝土澆筑。前擋墻入口處安裝帶橡膠密封的金屬環(huán)以避免鉆進過程中水、泥漿和膨潤土泄漏。后撐墻混凝土強度應滿足頂進受力要求。

2) 將控制室等設備放置指定位置，連接彼此間管路、液壓系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等。

3) 將鉆機吊入發(fā)送坑，完成設備調(diào)試。

2.3.掘進作業(yè)

設備調(diào)試完成后，開始作業(yè)。鉆機前部有管路噴出泥漿配合刀盤的旋轉(zhuǎn)進行掘進，壓力由控制室進行控制，掘進產(chǎn)生的棄土通過切割輪的開口被泥漿帶入沉降罐。通常情況下淡水即可作為泥漿介質(zhì)，特定情況可以在水箱中添加膨潤土或其他添加劑(鉆機結(jié)構(gòu)見圖3)。

Figure 3.Drill rig structure圖3.鉆機結(jié)構(gòu)

待鉆機掘進一定深度后用吊車將第一根套管放入發(fā)送井內(nèi)并裝在鉆機尾部，隨著鉆進繼續(xù)掘進將第一根套管推入，之后吊裝第二根套管，依次推入直到抵達接收井。

鉆機剛開始掘進時要嚴格控制速度，正常掘進也不能只追求高速，需要根據(jù)掘進情況對控制參數(shù)進行調(diào)整，保證掘進平穩(wěn)運行，一次成功。

2.4.頂進收尾

鉆機在掘進破壞接收井壁后應盡快完成套管頂進，縮短出洞的時間。鉆機整體出洞后應及時完成和套管的分離，并用吊車從接收井取出。

完成頂進后，將發(fā)送井和接收井內(nèi)的套管留頭按要求進行處理，如進行臨時封堵等。

3.施工管理控制要點

沙特阿美油氣工程項目標準要求高、管理程序繁瑣，在HSE 方面有著嚴格的管理體系，尤其是其中的作業(yè)許可制度，嚴格限定了現(xiàn)場施工時間[11]。因此，對沙特阿美項目來說，微型隧道施工管理面臨的挑戰(zhàn)主要有三方面：如何保障有效作業(yè)時間、如何避免技術(shù)本身風險和施工安全風險、如何對施工界面進行合理安排和高效管理。

3.1.作業(yè)時間管理

沙特阿美作業(yè)許可管理要求相對十分嚴格，穿越施工需要辦理熱作業(yè)和受限空間作業(yè)許可，由沙特阿美許可管理人員發(fā)放的施工許可只允許工作日施工且時間范圍在許可管理員的工作時間，加上現(xiàn)場遇到的惡劣天氣停工以及等待沙特阿美許可管理人員到現(xiàn)場檢查后才允許發(fā)放許可的情況，與其他地區(qū)相比，實際工作時間不足。

此外，由于穿越施工特殊性，除阿美公司許可外，如高速公路和鐵路穿越還需要獲得沙特政府相應管理部門批準，有效期限一般都比較緊張。在日工作時長和工期受限的條件下，如何保證有效作業(yè)時間就成為了需要面對的首要問題。

因此，項目部一方面與沙特阿美多次爭取和溝通，獲準在沙特阿美管線、站場等設施一定距離外允許由經(jīng)認證的承包商許可管理員開具內(nèi)部許可進行作業(yè)，在這些區(qū)域時，采取清晨開工的方式適當延長每天作業(yè)時間且不受周末限制；另一方面從管理上入手，在不得不等待沙特阿美許可時，先使用內(nèi)部許可完成設備開機調(diào)試等準備工作，保證拿到許可后即可立即開鉆，保證掘進作業(yè)的有效時間。

3.2.風險管理

微型隧道穿越施工的主要技術(shù)風險來自于各種原因造成的掘進中止，主要因為是地質(zhì)條件超出預期，設備問題和操作失誤。這首先要保證地勘報告滿足要求，必要情況下需要重復地勘，之后選擇最適合目標地質(zhì)的鉆機類型；定期維護檢修設備，保障設備的可靠性；在操作中避免鉆機卡阻，保持有效的掘進速度并滿足設計精度，而不是單純追求高速度。

安全風險管控上要嚴格遵照相關安全標準，避免風險發(fā)生。具體包括在發(fā)送井和接收井的周圍設置警示隔離帶；套管碼放采取用墊木支撐或打土堆等措施避免滾動；吊車等設備嚴格按照安全操作規(guī)程；樹立人人都是安全員的意識等。

3.3.施工界面管理

微型隧道穿越施工除面臨較大的工期壓力外，頻繁的界面協(xié)調(diào)也是管理難點之一。

以哈拉德項目為例，現(xiàn)場附近施工用水和混凝土資源有限，微型隧道掘進作業(yè)、發(fā)送井和接收井開挖回填、混凝土澆筑、施工用水、現(xiàn)場輔助設備和人員等又都分屬不同分包商。因此，為保障掘進作業(yè)的連續(xù)性和各工序高效銜接，都由項目部負責統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，同時還需要和沙特阿美管理團隊保持經(jīng)常溝通。

項目部管理團隊采取多種針對性措施合理銜接工序、節(jié)約成本，保障掘進作業(yè)條件。比如避免土建機械在發(fā)送井和接收井開挖中頻繁轉(zhuǎn)場；尋找多方渠道保障施工用水供應；與攪拌站保持良好溝通保證澆筑時混凝土按時供應等。

在項目部管理下，穿越過程中基本沒有發(fā)生除穿越設備原因以外導致停工的情況，實現(xiàn)了工程的順利高效實施。

4.結(jié)語

穿越施工往往工期緊張，一次不成功的損失極大，加之現(xiàn)場協(xié)調(diào)情況復雜，不確定因素多，這些對總承包商的管理能力提出了較高挑戰(zhàn)。微型隧道施工是非開挖穿越的主要方法之一，其工藝有其特殊性。在哈拉德項目中，微型隧道穿越分包商只負責頂進作業(yè)，其他相關工作如土建施工等人機材都需要承包商負責，如何精準協(xié)調(diào)、高效利用資源、提高工效是成功進行管理的關鍵。本文對微型盾構(gòu)穿越工程如何進行高效管理節(jié)約成本具有很好的參考價值，對其他類型沙特阿美非開挖穿越工程管理實施也有一定的借鑒意義。