吳 娜

四川科宏石油天然氣工程有限公司 四川成都 610213

1 大斷面隧道下穿石油管線施工技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 管線加固處理

在實(shí)施隧道開(kāi)挖前，考慮到上覆層可能會(huì)在開(kāi)挖處理的作用下發(fā)生變形，使得石油管線的穩(wěn)定性受到影響[1]。針對(duì)該問(wèn)題，本施工設(shè)計(jì)采用支墩+ 鋼桁架結(jié)構(gòu)對(duì)石油管道進(jìn)行架空處理，施工處理方式如圖1 所示。

圖1 隧道支墩+ 鋼桁架架空結(jié)構(gòu)示意圖

按照?qǐng)D1 所示的方式，以隧道中心線為中心，分別在其兩側(cè)設(shè)置支墩結(jié)構(gòu)，與中心線的距離以10.0～20.0m為宜[2]。采用矩形鋼筋混凝土柱作為支墩材料，對(duì)應(yīng)的邊長(zhǎng)設(shè)置為1m，支墩的基礎(chǔ)作用于施工區(qū)域的微風(fēng)化巖層。在鋼架結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，以321 型貝雷架作為基礎(chǔ)材料實(shí)現(xiàn)對(duì)其的拼裝，對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度以25.0～35.0m 為宜。在建立管道與貝雷桁架之間的連接關(guān)系時(shí)，將吊架作為紐帶。在對(duì)管線進(jìn)行加固處理的過(guò)程中，并未改變管線原始位置參數(shù)，這樣可以最大限度保障在隧道施工過(guò)程中，以及完成對(duì)隧道的施工后，不會(huì)對(duì)管線的運(yùn)輸性能造成影響。

1.2 隧道開(kāi)挖施工

在實(shí)施大斷面隧道的開(kāi)挖施工階段，首先需要結(jié)合施工區(qū)域圍巖的實(shí)際情況選定適配性較高的開(kāi)挖設(shè)備[3]。采用短臺(tái)階法開(kāi)挖，如圖2 所示。

圖2 銑挖法隧道開(kāi)挖施工方式示意圖

按照?qǐng)D2 所示的方式，圖中a 部分為銑挖法開(kāi)挖的起始位置，單次循環(huán)的進(jìn)尺距離控制在0.5～0.8m 之間，開(kāi)挖寬度控制在1.5～2.0m 之間。對(duì)于開(kāi)挖臺(tái)階高度的設(shè)置，以施工環(huán)境的實(shí)際情況為基礎(chǔ)進(jìn)行差異化設(shè)置，但是最高不宜高于4.0m，否則會(huì)增加施工的負(fù)荷，最低不宜低于3.0m，否則會(huì)降低施工的效率[4]。臺(tái)階的長(zhǎng)度控制在3.0～10.0m 皆可，馬口的寬度控制在2.0m 以內(nèi)。對(duì)于隧洞的上半斷面，采用環(huán)形開(kāi)挖，直接將施工后產(chǎn)生的核心土預(yù)留在施工面上，以此實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定掌子面的效果[5]。在開(kāi)挖后，需要對(duì)開(kāi)挖面及時(shí)加設(shè)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。完成該部分施工后，利用銑挖機(jī)對(duì)圖中b 部分的核心土進(jìn)行處理，將其作為拉中槽施工的原始材料。圖中c 為開(kāi)挖斷面結(jié)構(gòu)，在施工階段，下部左右兩側(cè)的巖層會(huì)在一定程度上影響開(kāi)挖施工的活動(dòng)范圍，因此，配合免爆頭、單鉤對(duì)其進(jìn)行清除，并對(duì)斷面輪廓進(jìn)行修整，以確保隧道施工能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 支護(hù)施工

對(duì)于下穿石油管線隧道的施工而言，圍巖等級(jí)對(duì)于施工效果的影響是極為明顯的。為了最大限度限制開(kāi)挖引起的圍巖變形為目標(biāo)，對(duì)施工隧道設(shè)置了支護(hù)結(jié)構(gòu)。首先，在開(kāi)挖施工前，需要在隧道拱部120°的范圍內(nèi)布設(shè)基礎(chǔ)架構(gòu)，本文將Φ42 超前小導(dǎo)管作為施工材料，按照雙排的方式實(shí)施對(duì)架構(gòu)的布設(shè)。設(shè)置導(dǎo)管的外插角在8°～10°范圍內(nèi)，長(zhǎng)度以3.0～5.0m 為宜。在完成對(duì)環(huán)形導(dǎo)坑、下臺(tái)階、仰拱部位的開(kāi)挖施工后，在其表面噴涂混凝土，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道表面的初步固定。之后再按照縱向間距不大于1.0m 的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施對(duì)I20a 型鋼鋼架的安裝，在每個(gè)接頭板部位的鎖腳以支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體規(guī)模為基礎(chǔ)設(shè)置。對(duì)于縱向相鄰鋼架之間的連接，利用Φ22 鋼筋作為施工材料，設(shè)置環(huán)向間距在1.0m 以內(nèi)，按照交錯(cuò)布置的方式完成對(duì)其的鋪設(shè)。但是需要注意的是，當(dāng)施工隧道斷面的巖體類型密度較低，強(qiáng)度較小時(shí)，需要在原始施工表面增設(shè)防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)合理選擇網(wǎng)格的大小實(shí)現(xiàn)良好的支護(hù)作用。

2 應(yīng)用測(cè)試

2.1 工程概況

以某實(shí)際的大斷面隧道施工工程為基礎(chǔ)，對(duì)上述設(shè)計(jì)施工技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。在測(cè)試工程中，隧道出口端左側(cè)設(shè)有長(zhǎng)度為為550m 的平行導(dǎo)坑，與端口之間的距離為20m。對(duì)待施工部位的地質(zhì)構(gòu)成進(jìn)行分析，其具有較為典型的巖溶中山地貌特征，并且有少量第四系土層不規(guī)則地分布在地層中。對(duì)隧道內(nèi)的巖性構(gòu)成進(jìn)行分析，峨眉山玄武巖為主要成分，其次是棲霞組燧石灰?guī)r。在結(jié)構(gòu)上，隧道軸線與構(gòu)造線相交于褶皺處，并且對(duì)褶皺形成了斷裂作用。施工隧道上方石油管線與施工部位的最小垂直距離為46.20m，考慮到石油管線作為資源運(yùn)輸?shù)暮诵慕Y(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的運(yùn)營(yíng)方式也是不間斷的，本文借助動(dòng)力有限元軟件的優(yōu)勢(shì)，分析了隧道開(kāi)挖需求，在采用爆破技術(shù)實(shí)施開(kāi)挖施工時(shí)，隧道方向爆破源的安全距離為52.75m，大于石油管線的分布間距，因此施工難度較大，危險(xiǎn)性較高。

2.2 施工效果監(jiān)測(cè)方案

考慮到施工監(jiān)測(cè)的復(fù)雜性和系統(tǒng)性特征，在對(duì)設(shè)計(jì)大斷面隧道下穿石油管線施工技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行分析時(shí)，對(duì)具體的監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方式進(jìn)行了細(xì)化設(shè)計(jì)。在大斷面隧道下穿石油管線施工過(guò)程中，需要控制的因素主要為沉降問(wèn)題。施工效果監(jiān)測(cè)方案主要分為3 個(gè)主要部分：

（1） 地表沉降：應(yīng)用的監(jiān)測(cè)工具為德國(guó)諾瑞朗NLM21804 水準(zhǔn)儀和優(yōu)利德（UNI- T）UT398A 水準(zhǔn)尺，以30m 作為單位斷面，平均設(shè)置5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在監(jiān)測(cè)頻率的設(shè)置上，按照1 天1 次的方式進(jìn)行。

（2）拱頂沉降：應(yīng)用的監(jiān)測(cè)工具為中緯ZOOM35 PRO 全站儀和優(yōu)利德（UNI- T）UT4002 反光片，同樣以30m 作為單位斷面，設(shè)置1 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在監(jiān)測(cè)頻率的設(shè)置上，以15 天為一個(gè)周期，第一個(gè)周期按照1 天1 次的頻率進(jìn)行，第一個(gè)周期按照2 天1 次的頻率進(jìn)行，第3—6 個(gè)周期按照1 周1 次的頻率進(jìn)行，第6 個(gè)周期后按照1 個(gè)月1次的頻率進(jìn)行。

（3） 管線沉降：應(yīng)用的監(jiān)測(cè)工具為德國(guó)諾瑞朗NLM21804 水準(zhǔn)儀和優(yōu)利德（UNI- T）UT398A 水準(zhǔn)尺，將隧道線位上方外挖范圍內(nèi)的地下管線位置作為測(cè)試點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)頻率設(shè)置與拱頂沉降監(jiān)測(cè)頻率一致。

2.3 施工效果分析

在上述基礎(chǔ)上，分別統(tǒng)計(jì)了6 個(gè)單位斷面的監(jiān)測(cè)結(jié)果，得到的數(shù)據(jù)信息如表1 所示。

通過(guò)對(duì)表1 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看出，在上述設(shè)計(jì)的施工技術(shù)下，地表沉降值與模擬值時(shí)間的誤差穩(wěn)定在1.0mm 以內(nèi)，最大誤差僅為0.92mm（CK45+390），最小值僅為0.11mm（CK45+360）。拱頂實(shí)際沉降值與模擬值之間的誤差穩(wěn)定在1.30mm 以內(nèi)，最大值為1.22mm（CK45+390），最小值僅為0.22mm（CK45+450）。管線實(shí)際沉降值與模擬值之間的誤差基本穩(wěn)定在0.70mm 以內(nèi)，最大誤差為0.71mm（CK45+360），最小值僅為0.20mm（CK45+420 和CK45+510）。綜合上述測(cè)試結(jié)果可以得出結(jié)論，大斷面隧道下穿石油管線施工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)沉降問(wèn)題的有效控制，確保施工區(qū)域的實(shí)際沉降程度基本與預(yù)期保持一致，在極大程度上保障了施工的安全。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的隧道施工，將施工區(qū)域的沉降控制在目標(biāo)范圍內(nèi)是保障施工安全的重要基礎(chǔ)。提出大斷面隧道下穿石油管線施工技術(shù)研究，充分考慮了石油管線對(duì)于地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求，對(duì)其下方的大斷面隧道施工進(jìn)行了細(xì)化研究，在極大程度上保障了施工質(zhì)量，同時(shí)將施工區(qū)域的沉降控制在額定范圍內(nèi)。通過(guò)本文的研究與設(shè)計(jì)，希望能夠?yàn)閷?shí)際管線結(jié)構(gòu)下的大斷面隧道施工提供有價(jià)值的參考。