石油天然气管道隧道穿越施工技术探究

石油天然气管道隧道穿越施工技术探究

安厚鹏，林雪萌，赵邦，高海香，史超月

中国石油天然气管道工程有限公司天津分公司，300457

摘要：随着我国工业化的不断发展，能源资源的开采也在增加，对石油和天然气的需求也在不断增加，这就增加了石油天然气管道项目的建设。然而，在油气管道建设中，长距离管道一直是发展的薄弱环节，隧道穿越技术能力不足。本文对油气管道隧道穿越施工技术进行了深入研究。

关键词：石油天然气管道；穿隧道；施工技术

与高速公路建设一样，油气管道隧道穿越过程具有施工断面小、交通困难的特点。大型超前设备不能在有限距离内使用。然而，隧道开挖往往需要钻爆技术，危险系数高。探索有效的方法，提高隧道穿越开挖质量，确保施工人员的安全，是长输管道施工面临的关键问题。

本文研究的某石油天然气管道工程由一条主线和八条支线组成，途经中国15个省、市、自治州和特区，途经四大流域和丘陵地区。穿越隧道的管道压力值为10MP，实际直径值为Ф1219，隧道轴线的投影形式也是一条直线。投影平面直径为767.1m，实际直径为767.1 m，纵坡为3.96%。如果设置隧道段，隧道段平均高程约为2000m，主要为泥岩、页岩和泥灰岩。施工范围分为IV级、V级、VI级。由于隧道内存在逆断层，断层破碎带的平均长度一般为20-35m。

图1    总体管道漂管示意图

一、施工方法

（一）超前支护施工

施工时在使用超前管棚的情况下，应结合超前管棚。对Ⅳ、Ⅴ类围岩段，在较大的易风化区域，可先实行小管道敷设方法;对Ⅵ类围岩段的隧洞进出口的明暗连接处，实行超前地管棚。

1、超前小导管

采用无缝钢管，每根直径为3.0m，Ф42mm×4mm，掘进方式为距离开挖等值线外的1.5m距离，外推角度控制为10°，环向距离值为30cm，纵向搭设的直径为1.0m。每个循环都通过21根小管道。

2、超前管棚

选择无缝钢管长度为10.0m/根，Ф89mm×4mm。所选择的驱动模式与超前的管式驱动模式类似，外角限制为7°，圆周间距和纵向安装直径分别为40cm和1.5m，每个周期使用15根带管棚的钢管。

3、安装注意事项

①将小导管放在管棚顶部，形成一个约10cm的锥形头，以便于打入。②具体实施时，应使用3~5cm厚的水泥封堵隧道掌子面，以达到止浆墙的作用，防止泥浆外流。同时，合理调整管道外推角度，增加支撑效果。③封堵管道时，应先将奇数根钢花管送入中间，然后进行灌浆管施工，最后将偶数根钢花管送入中间。应严格控制钻头的垂直轴。钻井时，必须动态测试管道倾斜。如果检测到管道倾角超过规定范围，必须立即调整。④灌浆之前，应在每个孔内设置灌浆塞，以防浆液溢出出现外露情况。从拱脚两侧倒入拱顶。初始压力为0.5~1.0MPa，然后增加至2MPa。浇筑时，相邻孔必须分开，不能连续浇筑。当浆液量达到设计要求时，应暂停灌浆，彻底清除孔内剩余的浆液，然后填充M20水泥砂浆，以提高管棚高度和管道强度。

（二）洞身的开挖

通过钻爆设计，确定了爆破的主要技术参数，对围岩的详细情况进行分析，总结其特点，找到爆破点，并对爆破性能进行估计，对爆破的参数进行灵活的挑战。在我国石质隧道的开挖中，一般情况下选用的是全断面光爆开挖技术，如在爆破的过程中可能会出现泄露问题，运用乳化炸药进行设计中所选用炸药替换。周边眼间距离设置为40cm，辅助眼间距70cm。超前水平钻孔设置为中心位置，直径为76mm。打开切割孔，钻孔循环进尺2.2m，隧道循环进尺2m。

（三）初期支护施工

1、支护参数

支架施工时喷C25混凝土，Ф22钢格栅，Ф6钢筋网，Ф22水泥砂浆锚杆等防护措施。当围岩局部结构破坏时，采用小导管灌浆、管棚预加固等预加固措施。

2、喷射混凝土

一般采用“湿喷法”。初始喷涂厚度一般为4~6cm。施工或开挖完成后，应在最短距离内进行湿喷，以达到对围岩的良好密封效果。然后，进行锚柱系统进行设置，悬挂在钢丝网之上。当钢筋最终凝固时，再浇筑6-8cm厚的钢筋。终凝时长超过了一个小时，需要对混凝土表面的冲洗。对开挖面的施工一般在混凝土喷射工作后需立即进行，所以，需要严格的对爆破施工、喷射混凝土前的时间间隔进行控制，一般在4h以上，维护期为一至两周。

3、吊杆直径净值

Ф6圆钢应制成钢丝网，加工成钢筋网片。然后，根据喷射表面的起伏情况，挂上网格，网格与喷射表面之间留有约3cm的保护膜，网格与系统的地脚螺栓牢固焊接，以防止浇筑混凝土晃动。

4、支撑钢格栅

按规范取Ф22钢筋，加工标准大直径钢筋网，加强初期防护。支架长度0.8~1.2m。垂直方向用Ф22连接，相距1米。围岩易开裂、剥落、漏水处采用固定钢支架，固定钢截面HW150×150×7×10，间距0.5-1.0m。

二、监控量测

隧道主体开挖完成后，在边墙、拱顶和拱脚埋设测点，测量构件为Ф12圆钢制作，构件直径为30cm，大坝基岩中锚杆直径为10cm，初期支护为12cm，外露初期支护直径为8cm。采用JSS30A收敛仪观测水平收敛速度和测量结果，及时调整预留变形、施工、开挖长度，为后期施工提供指导。

三、衬砌施工

隧道的二次衬砌建设，实行了先边墙、先拱部、后底板的施工次序。在隧洞提前挖40m掘左右时，进行隧洞衬砌式，将隧洞由进出口道两端分段推进至隧洞中段。当关闭了支架和仰拱并回填后，再通过紧随主支架的自行式液压模筑衬砌台车，完成二次衬砌。侧壁和冠拱在一个铸件中铸造。通过监视与检测，并首先对不良地质区段进行衬砌，以保证工程建设安全。

四、隧道内管道安装技术

在山体内的隧道中进行管道铺设，运用的是直埋架设方法。而在江底的隧道管道铺设施工中，运用的是官墩支架和管卡的结合，保证管道施工的稳定性，对工程施工的影响并不大。然而，对于大直径钢管的穿越施工，由于隧道内场地的限制，普通车辆无法进入隧道，因此施工期间必须使用轨道运输和带管架的铺设车辆。对于有管墩的隧道段，采用活动门架铺设管道，对于有斜巷的隧道段采用土石方运输隧道施工轨道铺设管道。

结束语：

综上所述，为缓解石油资源供需矛盾，国家启动大力开展石油运输管线建设项目。但在工程具体实施时，各种因素也可以给工程造成干扰，特别是在隧道穿越施工，由于原油与天然气管线的穿越是一项较长期的工作，因此必须在设计、施工、安全控制三个方面采取综合措施，以确保隧道内的焊缝技术合乎质量标准，焊缝质量安全可靠。在全面维护隧道工程施工安全的基础上，进一步提高了施工质量，有效推动着长输管线施工的健康发展。

参考文献

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