白倒隧洞下穿天然气管道交叉影响段施工技术

杨洋 刘阳

1. 工程概况

   1. 工程简介

文吉分干渠渠线总长27.310km，我部承建本工程为文吉分干渠桩号：文吉1+427.675～文吉27+309.839，以及文吉分干渠末端群吉斗渠分水闸和天福斗渠分水闸。本工程渠线长25.88km，原设计共由30座隧洞（长20.038km），9座渡槽（长1.886km）及其间的明渠（长3.959km）组成。渠道共布置节制闸3座、分水闸8座、泄水闸2座、放水洞10座、山溪渡槽2座、山溪涵洞2座、机耕桥2座、人行桥2座、检修梯步13座。

白倒隧洞位于文吉分干渠上，设计桩号K20+424.34～K22+038.59，总长1614m。为第四流量段，采用圆拱直墙现浇整体式的C25钢筋砼衬砌，顶拱圆心角180°，隧洞净尺寸2.5m×2.3m（高×宽），衬砌厚度30cm。隧洞进口底板高程为375.18m，出口底板高程为373.87m。目前隧洞正在进行洞内开挖及支护施工。

2、天然气管线及与隧洞布置交叉情况

南充输气作业区所辖D720北干线，管径720mm，全长241.5 km，起于四川省达州市渠县，止于四川省德阳市中江县永安镇石堰村，现运行压力约为3.0MPa，日输气能力为350万立方米，承担着向达州、广安、南充、遂宁、绵阳、成都等地市用气的重要任务，是川内的经济能源主动脉。

白倒隧洞与南充输气作业区所辖D720北干线天然气管线交叉通过，交叉桩号约文吉K21+222.297，交叉角度约90°，交叉处垂直距离约16m（地面高程约394m，管道按照0.3m埋深考虑）。详见图1管线交叉平面布置图。

图1天然气管线与白倒隧洞交叉平面布置图

根据《中华人民共和国石油天然气管道保护法》第三十五条规定：“在未通过安全评审的情况下，严禁在管道线路中心线两侧各200m地域范围内实施爆破作业”。而天然气管线与白倒隧洞交叉点桩号为K21+222.297，故该交叉及影响段桩号为K21+022.297～K21+422.297，长度400m。为保证天然气管道安全，白倒隧洞进口已于2020年6月停止掘进，掌子面桩号为K20+999.0；白倒隧洞出口于2020年10月停止掘进，掌子面桩号为K21+455.0。

二、施工技术

1、施工工艺流程

隧洞洞挖控制爆破施工工艺流程见图2。

图2 石方洞挖控制爆破工艺流程

2、施工方法

2.1 测量放线

1）导线控制网及施工测量采用全站仪进行。白倒洞口平面控制点布设不少于3个，水准点不少于2个。用于向洞内传递方向的洞外联系边不宜短于500m。洞口平面控制点应便于向洞内引测导线洞内导线应布设成多边形闭合环，每个环由4-6条边构成。宜布设成交叉双导线形式，以增加网的内部检核条件、提高网的可靠性。洞内导线点布设要求洞内导线点应布设在施工干扰小、便于设站的底板面上，导线点采用Φ22mm钢筋中心刻“十”字丝，点位要低于混凝土面2~3cm，上面加盖等保护措施，导线点兼做高程点使用，洞内、外导线边连接方式和洞内交叉双导线的布网。

2）测量作业由专业人员实施，每个循环钻孔前进行设计线测量放样，并检查上一循环超欠挖情况，测量结果及时向现场施工技术人员进行交底；断面测量滞后开挖面10～15m，按5m间距进行，每个月进行一次洞轴线及坡度的全面检查、复测，确保测量控制工序质量。

3）放样内容为：隧洞中心线和顶拱中心线、底板高程、掌子面桩号（每隔5m在隧洞内侧打一条桩号线）、设计轮廓线、两侧腰线或腰线平行线、并按钻爆图爆破设计要求在掌子面放出炮孔孔位。

2.2 钻孔

开挖根据现场围岩具体情况，依据钻爆设计进行。Ⅳ类围岩按“短进尺、弱爆破、强支护、勤观测”的原则，钻孔深度按1.7m，爆破循环进尺1.5m进行施工。

1）孔位依据测量定出的中线、腰线及开挖轮廓线确定；

2）周边孔应在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线的调整范围和掏槽孔的孔位偏差不应5cm，其它炮孔孔位的偏差不得大于10cm；

3）炮孔的孔底落在爆破图规定的平面上；

4）炮孔经检查合格后，方可装药爆破。

2.3 爆破

1）洞内装药作业在自制的平台上手工装药。

2）在钻孔工序开始时，按照爆破设计要求提前进行光爆药卷的加工，将炮孔堵塞加工成型（把小颗粒泥岩灌入塑料袋并绑扎好），准备好药卷以及各种段别非电管。

3）炮孔经检查合格后，方可进行装药爆破；炮孔的装药、堵塞、和引爆线路的联结，由经考核合格的炮工，严格按监理工程师批准的钻爆设计成果进行施作。

4）装药严格遵守安全爆破操作规程，装药前用风吹洗钻孔，掏槽孔由熟练的炮工负责装药，爆破孔采取柱状连续装药，周边孔采取空气间隔连续装药，非电管传爆。

5）装药严格按照爆破设计图（爆破参数在实施过程中不断调整优化）进行，掏槽孔、扩槽孔和其它爆破孔装药密实，堵塞良好。

6）装药完后，由炮工和值班技术人员复核检查，确认无误后，撤离人员和设备并放好警戒，炮工负责引爆。

7）炮响30分钟通风排烟后炮工先进入洞内检查是否有瞎炮，若有则迅速排除，然后才能进入下一道工序。

8）光面爆破要求：

①残留炮孔在开挖轮廓面上均匀分布；

②完整岩石炮孔痕迹保存率在90％以上，较完整和完整性差的岩石炮孔痕迹保存不少于60％，较破碎和破碎岩石炮孔痕迹保存率不少于20％；

③相邻两茬炮之间爆破孔的最大外斜值不大于10cm。

2.4 隧洞初期支护

本隧洞临时支护方式在正常情况下不做调整，仍按《文吉分干渠工程隧洞开挖支护专项施工方案》中支护参数执行。在洞室开挖施工中，对可能或已出现的断层、软弱夹层、裂隙、地下水、塌方等不利地质情况，临时支护设计参数不能满足其施工要求时，届时根据实际情况制定专项处理方案另行上报监理部门，待审批同意后及时进行处理。

在穿越管线上下游10m范围内，严格按照“短进尺、勤支护、勤监测”原则进行施工，加强洞内收敛及洞外管道沉降观测，确保管道安全。必要时，穿越管线上下游10m范围内将根据监理和业主指示进行V类围岩支护。《文吉分干渠工程隧洞开挖支护专项施工方案》初期支护参数如下：

1）Ⅲ类围岩素喷C20砼，厚度8cm；采用随机φ22砂浆锚杆，L=2.0m。Ⅲ类围岩支护示意图详见图3。

图3 Ⅲ类围岩支护示意图

2）Ⅳ类围岩挂φ6.5钢筋网@20cm×20cm，喷C20砼，厚度10cm；采用系统锚杆，φ22砂浆锚杆，L=2.0m，@1.2m×1.2m，梅花型布置。Ⅳ类围岩支护示意图详见图4。

图4 Ⅳ类围岩支护示意图

3）Ⅴ类围岩挂φ6.5钢筋网@20cm×20cm，喷C20砼，厚度10cm；采用系统锚杆，φ22砂浆锚杆，L=2.0m，@1.0m×1.0m，梅花型布置；钢支撑采用I12钢支撑，间距1.0m；视围岩具体情况距掌子面20cm处设超前锚杆（顶拱120°范围，φ22砂浆锚杆，L=3m，环向间距30cm，倾角α选用6°~12°）或设超前小导管（顶拱120°范围，Ф42mm小导管，δ=3.5mm，L=3m，环向30cm，倾角α选用6°~12°）。Ⅴ类围岩支护示意图详见图5。

图5 Ⅴ类围岩支护示意图

2.5钻孔爆破试验

为确保白倒隧洞开挖的安全稳定和开挖质量，降低爆破振动对天然气管线的不利影响，根据开挖岩石情况确定合理装药参数，在开挖施工初期进行爆破试验。

严格按照开挖爆破试验大纲操作进行爆破试验，尽可能降低爆破振动影响，确保临近爆破开挖面的岩石和坡体表面的天然气管线不受影响。

现场爆破试验按《爆破安全规程》GB6722-2014、《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范 》DL/T5099-2011和《水电水利工程爆破施工技术规范》DL/T 5135-2013执行。

爆破方案中的钻孔布置，单位耗药量的选择和起爆方法及顺序等，要按钻爆设计方案进行，尽量减小爆破振动的作用。方案要点为：

（1）采用梅花型布孔；

（2）采用毫秒微差起爆法；

（3）周边光面爆破孔的孔距，试验设计0.45～0.50m，并且减少装药量，其目的是保护周边围岩免受破坏，控制半孔数量，与下一排爆破孔良好衔接创造条件。

试验次数暂定为2～3次，对孔网参数及起爆方案仅为验证性的试验，找出爆破振动距离对锚喷区、天然气管线影响最小的爆破方案，以满足保证管道安全要求。

在洞室开挖过程中遇到断层、破碎软弱夹层等缺陷，按设计、监理工程师的指示进行处理。

3、安全保障措施

3.1 监控量测

白倒隧洞主要为粉砂质泥岩洞段，且洞身围岩裂隙发育，施工中应坚持“短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，其中特别是监控量测在进洞施工过程中加强监控量测工作，使用各种量测仪器和工具对围岩变化情况和支护结构的工作状态进行量测，及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，预见事故和险情，作为调整和修改支护设计的依据，以确保隧洞结构安全可靠。

3.2安全防护

1. 由于隧洞围岩为粉砂质泥岩且裂隙发育明显，同时粉砂质泥岩在围岩湿度条件、含水率变化时，易产生胀缩现象，具膨胀变形和破坏，易发生顶拱边墙膨胀开裂。施工中应及时封闭，尽可能避免围岩干、湿交替条件变化，特别是顶拱空腔应回填密实。

2. 严格按照设计及专项方案进行施工，确保施工质量，进而保证施工安全。

3. 加强洞内围岩监控量测，特别是天然气管线交叉段上下游5m范围，及时反馈信息，指导施工，发现异常情况，立即停止开挖，并与天然气管道管理单位及时沟通，同时采取加固措施，待隧洞稳定后方可进行施工。

4. 因隧洞下穿天然气主管道，且洞顶距离管道埋设位置垂直距离较浅，为防止开挖期间因多种因素造成天然气泄漏而造成安全隐患，在隧洞施工期间配备一台有害气体检测仪，随时对隧洞内空气进行检测。

5. 洞挖期间安排专人对管道沿线进行安全监察、地表沉降观测，发现异常情况，立即停止开挖，并与天然气管道管理单位及时沟通。

6. 隧洞要遵循“短进尺、勤观测、快封闭”的施工原则。

7. 控制爆破段管道保护措施

①白倒隧洞与天然气管线交叉影响段使用控制爆破的施工工艺，保证满足施工条件下天然气管道质点振动速度最小。

②天然气管线两侧0~75m范围采用免爆施工；75m~200m范围采用控制爆破，分段分工艺施工，保证对天然气管道影响最小。

③在隧洞开挖轮廓线内钻一排密空孔，形成一条密孔幕，孔内不装药，设置减震带减小爆破地震波的传播，确保天然气管道的安全。

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