大斷面隧道下穿石油管線施工技術分析

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設計

1.1 管線加固處理

在實施隧道開挖前，考慮到上覆層可能會在開挖處理的作用下發生變形，使得石油管線的穩定性受到影響[1]。針對該問題，本施工設計采用支墩+ 鋼桁架結構對石油管道進行架空處理，施工處理方式如圖1 所示。

圖1 隧道支墩+ 鋼桁架架空結構示意圖

按照圖1 所示的方式，以隧道中心線為中心，分別在其兩側設置支墩結構，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，對應的邊長設置為1m，支墩的基礎作用于施工區域的微風化巖層。在鋼架結構的施工過程中，以321 型貝雷架作為基礎材料實現對其的拼裝，對應的長度以25.0～35.0m 為宜。在建立管道與貝雷桁架之間的連接關系時，將吊架作為紐帶。在對管線進行加固處理的過程中，并未改變管線原始位置參數，這樣可以最大限度保障在隧道施工過程中，以及完成對隧道的施工后，不會對管線的運輸性能造成影響。

1.2 隧道開挖施工

在實施大斷面隧道的開挖施工階段，首先需要結合施工區域圍巖的實際情況選定適配性較高的開挖設備[3]。采用短臺階法開挖，如圖2 所示。

圖2 銑挖法隧道開挖施工方式示意圖

按照圖2 所示的方式，圖中a 部分為銑挖法開挖的起始位置，單次循環的進尺距離控制在0.5～0.8m 之間，開挖寬度控制在1.5～2.0m 之間。對于開挖臺階高度的設置，以施工環境的實際情況為基礎進行差異化設置，但是最高不宜高于4.0m，否則會增加施工的負荷，最低不宜低于3.0m，否則會降低施工的效率[4]。臺階的長度控制在3.0～10.0m 皆可，馬口的寬度控制在2.0m 以內。對于隧洞的上半斷面，采用環形開挖，直接將施工后產生的核心土預留在施工面上，以此實現穩定掌子面的效果[5]。在開挖后，需要對開挖面及時加設初期支護結構。完成該部分施工后，利用銑挖機對圖中b 部分的核心土進行處理，將其作為拉中槽施工的原始材料。圖中c 為開挖斷面結構，在施工階段，下部左右兩側的巖層會在一定程度上影響開挖施工的活動范圍，因此，配合免爆頭、單鉤對其進行清除，并對斷面輪廓進行修整，以確保隧道施工能夠達到設計標準。

1.3 支護施工

對于下穿石油管線隧道的施工而言，圍巖等級對于施工效果的影響是極為明顯的。為了最大限度限制開挖引起的圍巖變形為目標，對施工隧道設置了支護結構。首先，在開挖施工前，需要在隧道拱部120°的范圍內布設基礎架構，本文將Φ42 超前小導管作為施工材料，按照雙排的方式實施對架構的布設。設置導管的外插角在8°～10°范圍內，長度以3.0～5.0m 為宜。在完成對環形導坑、下臺階、仰拱部位的開挖施工后，在其表面噴涂混凝土，實現對隧道表面的初步固定。之后再按照縱向間距不大于1.0m 的標準實施對I20a 型鋼鋼架的安裝，在每個接頭板部位的鎖腳以支護結構的整體規模為基礎設置。對于縱向相鄰鋼架之間的連接，利用Φ22 鋼筋作為施工材料，設置環向間距在1.0m 以內，按照交錯布置的方式完成對其的鋪設。但是需要注意的是，當施工隧道斷面的巖體類型密度較低，強度較小時，需要在原始施工表面增設防護網結構，通過合理選擇網格的大小實現良好的支護作用。

2 應用測試

2.1 工程概況

以某實際的大斷面隧道施工工程為基礎，對上述設計施工技術的應用效果進行分析。在測試工程中，隧道出口端左側設有長度為為550m 的平行導坑，與端口之間的距離為20m。對待施工部位的地質構成進行分析，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則地分布在地層中。對隧道內的巖性構成進行分析，峨眉山玄武巖為主要成分，其次是棲霞組燧石灰巖。在結構上，隧道軸線與構造線相交于褶皺處，并且對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輸的核心結構，對應的運營方式也是不間斷的，本文借助動力有限元軟件的優勢，分析了隧道開挖需求，在采用爆破技術實施開挖施工時，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，危險性較高。

2.2 施工效果監測方案

考慮到施工監測的復雜性和系統性特征，在對設計大斷面隧道下穿石油管線施工技術應用效果進行分析時，對具體的監測方法和監測點布置方式進行了細化設計。在大斷面隧道下穿石油管線施工過程中，需要控制的因素主要為沉降問題。施工效果監測方案主要分為3 個主要部分：

（1） 地表沉降：應用的監測工具為德國諾瑞朗NLM21804 水準儀和優利德（UNI- T）UT398A 水準尺，以30m 作為單位斷面，平均設置5 個監測點。在監測頻率的設置上，按照1 天1 次的方式進行。

（2）拱頂沉降：應用的監測工具為中緯ZOOM35 PRO 全站儀和優利德（UNI- T）UT4002 反光片，同樣以30m 作為單位斷面，設置1 個監測點。在監測頻率的設置上，以15 天為一個周期，第一個周期按照1 天1 次的頻率進行，第一個周期按照2 天1 次的頻率進行，第3—6 個周期按照1 周1 次的頻率進行，第6 個周期后按照1 個月1次的頻率進行。

（3） 管線沉降：應用的監測工具為德國諾瑞朗NLM21804 水準儀和優利德（UNI- T）UT398A 水準尺，將隧道線位上方外挖范圍內的地下管線位置作為測試點，對應的監測頻率設置與拱頂沉降監測頻率一致。

2.3 施工效果分析

在上述基礎上，分別統計了6 個單位斷面的監測結果，得到的數據信息如表1 所示。

通過對表1 中的數據進行分析可以看出，在上述設計的施工技術下，地表沉降值與模擬值時間的誤差穩定在1.0mm 以內，最大誤差僅為0.92mm（CK45+390），最小值僅為0.11mm（CK45+360）。拱頂實際沉降值與模擬值之間的誤差穩定在1.30mm 以內，最大值為1.22mm（CK45+390），最小值僅為0.22mm（CK45+450）。管線實際沉降值與模擬值之間的誤差基本穩定在0.70mm 以內，最大誤差為0.71mm（CK45+360），最小值僅為0.20mm（CK45+420 和CK45+510）。綜合上述測試結果可以得出結論，大斷面隧道下穿石油管線施工技術可以實現對沉降問題的有效控制，確保施工區域的實際沉降程度基本與預期保持一致，在極大程度上保障了施工的安全。

3 結語

針對復雜環境下的隧道施工，將施工區域的沉降控制在目標范圍內是保障施工安全的重要基礎。提出大斷面隧道下穿石油管線施工技術研究，充分考慮了石油管線對于地質結構穩定性的要求，對其下方的大斷面隧道施工進行了細化研究，在極大程度上保障了施工質量，同時將施工區域的沉降控制在額定范圍內。通過本文的研究與設計，希望能夠為實際管線結構下的大斷面隧道施工提供有價值的參考。