噴射混凝土在天然氣管道工程隧道施工中的研究

任鵬

摘 ? 要：隧道工程地質條件復雜，巖體較破碎，圍巖穩定性一般，施工作業具有較大的安全風險，本研究以某天然氣管道工程隧道施工建設為例，根據施工過程中存在的相關問題，結合工程實際情況提出噴射混凝土支護技術的處理方案，解決了施工中存在的安全風險較大的問題，并經實際應用證明噴射混凝土技術能夠保證隧道工程的施工安全。

關鍵詞：天然氣管道 ?噴射混凝土 ?隧道

中圖分類號：TU996 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0022-02

天然氣管道是我國實施“一帶一路”、能源革命等國家戰略的重要基礎設施，是我國現代能源體系的重要組成部分。近些年我國天然氣管道取得了長足進步和積極成效，管網規模躋身世界前列達到國際先進水平。從保障國家能源安全、支撐兩個百年奮斗目標的更高要求看，天然氣管道的發展仍使命重大、任重道遠。隧道是天然氣管道工程的重要組成部分。同時隧道工程地質條件非常復雜，內部情況不確定性為整個管道工程建設帶來了巨大的風險，因此，隧道工程的初期支護就顯得尤為重要。而在隧道工程的初期支護中采用噴射混凝土施工的方式能夠充分發揮圍巖的自穩性，作為后續施工的安全儲備在經濟上也具有極大的合理性。噴射混凝土施工作為一種安全適用、施作快捷、經濟合理的支護方式應用也越來越廣泛。

1 ?工程概況

本隧道為該管道工程專用隧道，隧道洞身凈斷面尺寸為2.7m×2.7m（寬×高），采用直墻圓弧拱形斷面，隧道內布設天然氣管道。隧道進出口坡度較大。穿越區為低山地貌，形起伏大，場區最高點山頂地面高程與最低點地面高程高差較大。

2 ?工程中存在的問題及解決方法

2.1 存在的問題

隧道大地構造位置位于華南褶皺系Ⅰ2構造單元東北部，Ⅱ級構造單元屬浙東南褶皺帶（Ⅱ3），Ⅲ級構造單元屬溫州-臨海拗陷（Ⅲ8），Ⅳ級構造單元屬黃巖-象山斷拗（Ⅳ11）。隧道附近大斷裂主要為溫州-鎮海大斷裂。溫州-鎮海大斷裂總體走向呈北東25度展布，全長約320km。是浙江東部一條重要的大斷裂。北段自黃巖往北經臨海、寧海至鎮海，傾向北西，地表構造形跡清晰。南段經溫州、礬山并伸入福建境內，傾向南東，地表顯示較差。該斷裂發育于上侏羅系火山巖地層中，沿斷裂有白堊紀盆地與晚第三紀玄武巖分布，形成于燕山中晚期。熱釋光測年證明屬于晚更新世活動斷裂。沿斷裂帶歷史上在溫州、臨海、鎮海等地曾多次發生4.0～4.8級地震。該隧道在該斷裂以西約5km。

2.2 問題分析

由于管道工程隧洞施工存在的惡劣條件以及施工難度，為確保隧洞施工期間安全，組織相關人員對冒頂的現場進行調查和研究，根據圍巖地質情況，在初期支護中采用噴射混凝土的方式能有效防止了掘進時圍巖失穩坍塌，并針對強風化段掘進制定了管超前、短進尺、弱爆破、強支護、勤測量、早封閉的施工原則，超前護頂、加固圍巖。噴射混凝土與隧道四周圍巖組合一起形成固結圈，為開挖與初期支護的安全施工提供強有力保障。

3 ?噴射混凝土施工技術

3.1 施工方式

在隧道工程中，混凝土噴射的主要作用就是保護施工的安全。噴射混凝土使隧道周圍形成保護層，為開挖和初期支護提供安全保障。近些年來，濕式噴射混凝土逐步取代干式噴射技術，成為隧道工程的主要噴射方式。在濕式噴射混凝土的過程中，傳統小型的濕式噴射混凝土機械生產的效率低下，人員勞動的強度較大，混凝土骨料的反彈以及噴射過程所產生的粉塵對魚作業人員有極大的健康危害，同時噴射混凝土的質量難以得到有效保證。現代施工對于工程的質量和效率都要求極高，因此采用噴射混凝土效率快、機械化程度高、并且質量效果好的大型濕式噴射混凝土機器就變成了隧道施工的主力軍。它有著作業環境好、質量優、效率高、能夠精確控制水灰比以及外加劑等優點，從而得到了廣泛的應用。

3.2 工藝流程

噴射混凝土支護技術很好的解決了承載及耐久性等一系列問題，在隧道工程建設的初期支護中經濟較為合理、工作效率普遍較高，施工的過程中支護作業能夠及時跟進，大大提高了隧道工程施工的安全性，同時也能夠達到縮短工期的效果。所以，如果地質條件允許的情況下，噴射混凝土支護技術對于隧道工程建設具有強大的積極意義。噴射混凝土工藝流程見圖1所示。

3.3 施工的技術要點

首先，選用R32.5號以上普通硅酸鹽水泥，粗骨料選用粒徑小于15mm堅硬耐久的碎石;當使用堿性速凝劑時，不得使用含有活性二氧化硅的石材。細骨料選用中、粗砂，細度模數大于2.5，含水率控制在5%～7%。可采用飲用水;不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸鹽量（按SO4）計算超過水量1%的水，也不得使用含有影響水泥正常凝結與硬化的有害物質的其它水。

其次，噴射混凝土配合比（重量比），邊墻為水泥：粗中混合砂：石子1：（2.0～2.5）：（1.5～2.0），拱部為水泥：粗中混合砂：石子1：2.0：（1.5～2.0）。噴射混凝土嚴格按設計配合比拌和，配合比及攪拌的均勻性每班檢查不少于兩次。

再次，噴射混凝土前認真檢查隧道斷面尺寸，對欠挖部分及所有開裂、破碎、崩解的破損巖石進行清理和處理，清除浮石和墻角虛碴，并用高壓水或風沖洗巖石。噴射混凝土作業采取分段、分塊，先墻后拱、自下而上的順序進行。噴射時，噴嘴做反復緩慢的螺旋形運動，螺旋直徑約20～30cm，以保證混凝土噴射密實，同時掌握風壓、水壓及噴射距離，減少回彈量。分層噴射時，后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行，若終凝1h后再進行噴射時，應先用風水清洗噴層表面。

最后，噴射注意找平巖面，通過噴混凝土，使開挖后不平整的圍巖表面平順，以減小圍巖應力集中，也便于鋪設防水層。噴射作業緊跟開挖工作面時，混凝土終凝到下一循環放炮時間，不應小于3h。噴射混凝土的回彈率，邊墻不應大于15%，拱部不應大于25%。噴射混凝土終凝2h后，應噴水養護，養護時間不得小于14d。

4 ?結語

在噴射混凝土的支護作用下，圍巖通常已具備一定的穩定性。大大提高了施工的安全。由于圍巖應力隨隧道開挖而逐漸釋放，若僅有初期支護作用，當圍巖應力完全釋放時還要選擇配合其他支護方式體系作為支護的加強。噴射混凝土支護技術作為隧道施工的一種支護方式，在不良地質條件的隧道掘進施工和事故處理中具有廣闊的應用前景。噴射混凝土支護技術在本工程的成功應用對于其他類似工程具有一定的借鑒意義。

參考文獻

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