中缅油气管道工程隧道群软弱围岩地质防塌方技术

高东方

(1.中国石油 管道建设项目经理部，北京100101 ;2.大庆油田有限责任公司 工程有限公司，黑龙江 大庆163712)

1 中缅油气管道软弱围岩隧道地质特征和工程特点

1.1 软弱围岩隧道地质特征

中缅油气管道工程隧道群涉及云南、贵州两省，其地质特征表现围岩强度低，承载能力低［1］。多为黏性土、粉土、砂类土、全风化岩体等。节理发育、破碎、自稳能力差，如岩体破碎的泥岩、页岩、砂岩、千枚岩、板岩等，断层带散体结构、自稳能力极差。受构造影响，断层带结构面杂乱无序，呈角砾、縻棱状或碎裂结构，充填泥质或泥夹岩屑。

1.2 软弱围岩隧道工程特点

软弱围岩强度低，自稳能力差，隧道开挖后地应力重新分布，使隧道周边产生较大的松动圈。一旦设计的工程措施和施工方法不当，极易发生初期支护变形侵陷，进而造成隧道塌方等工程事故。因此，软弱围岩隧道设计与施工的核心就是控制变形，防止塌方。

2 中缅油气管道软弱围岩隧道的技术应对措施

2.1 三超前——超前地质预报、超前加固、超前支护

三超前是指超前地质预报、超前加固、超前支护等在隧道掘进过程中采用的防护措施。

超前地质预报是隧道风险管理与控制的首要环节，超前预报与治理是未来深埋特长隧道勘测设计及施工中面临的主要难题［2］，在施工之前应结合详细勘察的地质揭示，确定相应的超前地质预报方案，在实施中根据掌子面揭示的围岩去判断后面的围岩，适时调整、验证并落实超前地质预报方案。

超前加固、超前支护的核心是根据新意法来的［3］，中缅油气管道的隧道群设计采用的是新奥法，新奥法强调的就是对围岩的分级、支护，支护完成后，需实施监控量测，再实施动态优化，在时间上该法具有一定的滞后性;而新意法的核心强调的是对掌子面前方的围岩判断以及相应的超前加固、支护措施的跟进，其防护的根本出发点是使被扰动的山体恢复到原始的平衡状态。

2.1.1 超前地质预报

由于地质勘察的条件所限，现场实际开挖揭示的地质与设计勘察阶段提供的地质存在一定的差异，在实施过程中需对相应的技术措施和施工方法进行调整。结合施工图设计阶段的地质勘察资料，在实施阶段还必须进行超前地质预报工作，是中缅油气管道工程隧道群现场安全、质量管理与控制的重要手段。

地质素描、物探、超前钻探方法是软弱围岩超前地质预报的主要手段。在破碎带和断层地段，加强超前长、短钻孔，及时探明隧道前方地质情况，特别是地下水的发育情况，不得在未探明情况下实施开挖作业。

2.1.2 超前加固

在断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，必须对围岩进行超前加固，改良地层，确保隧道安全施工。

常用的围岩加固方法是注浆法。注浆法主要分全断面注浆和局部注浆两种。在富水断层地带，常采取全断面注浆。全断面注浆法钻孔数量多，施作周期长;局部注浆是针对隧道前方地层特点，对薄弱部位进行注浆，钻孔数量少，施作周期短。无论是全断面注浆，还是局部注浆，都要求必须配备先进的钻孔注浆设备，必须采取信息化注浆，确保注浆效果满足要求。注浆加固范围按照纵向加固长度应根据钻机能力和地层特点确定，通常为20～30m。特殊地层条件下，应及时调整纵向注浆加固长度，否则既影响进度，又影响质量。环向加固厚度一般为3～5m，局部可增加到5～8m。

2.1.3 超前支护

超前支护主要是控制掌子面前方先行位移的对策，同时具有控制拱顶崩塌及抑制地表面下沉、净空位移的功能［4］，常用的超前支护方式有超前大管棚和超前小导管两种。对于中缅油气管道工程隧道群，采用的是超前小导管的方式。

超前小导管方法在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。小导管一般采用φ32mm～φ60mm 的钢管，纵向长度2.5～6m 根据工程需要设置。小导管布设后根据地层稳定情况，采取注浆方式，加固周边地层。

2.2 四到位——工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌跟进到位

实施工法选择到位是要根据断面特征、断面大小的适应性来加以选取的，分别为全断面法、台阶法、三台阶法、中隔壁法以及交叉中隔壁法。对于中缅油气管道小断面(3.8m×3.8m)隧道群来说，非软弱围岩隧道适合全断面、台阶法，而对于软弱围岩隧道会采用用到三台阶七步流水法，对于软弱围岩隧道的Ⅲ、Ⅳ级适合三台阶法，对于Ⅴ级的大断面则适合中隔壁法以及交叉中隔壁法。

支护措施到位，要求在初期支护中采用长锚杆、短台阶、工型钢架(工14－18)及仰拱措施，对于软弱围岩的设计与施工，需要动态的方法，采取相应的手段和措施，最大限度抑制变形。快速封闭到位，要求支护必须快速成环、及早成环，仰拱的封闭，达到初期支护的封闭的效果。对于云南境内的隧道来说，仰拱封闭之前隧道仍有下沉情况，仰拱封闭后，下沉情况会得到抑制、停止，封闭的效果得以体现。江顶寺隧道进口仰拱施工、仰拱封闭效果充分体现了小断面隧道快速封闭重要性。其后面拱部、拱腰即使存在变形的情况，现场设计与施工可以动态确定二衬跟进的方法，使得断面稳定并收敛。

衬砌跟进到位，对于小断面的隧道软弱围岩，是按照新奥法组织设计与施工的，核心是根据监控量测的结果确定二衬施做的时机。对于回头塌方的情况，需根据现场情况，采取距离控制的方法，结合量测的结果，实施二衬跟进。对于隧道进口坡度达到43%的岩鹰山隧道，通过专题研究及现场试验，采用湿喷工法来实施初期支护，实施的效果达到了预期要求，为后续的中缅油气管道安装赢得了时间。

2.3 一强化——强化量测

监控量测是通过量测的结果结合围岩的情况，判断初期支护是否能满足围岩的需要，是否需要动态调整。监控的核心就是要动态管理、动态设计、动态施工。监控量测是软弱围岩隧道安全施工重要手段，是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工的信息化方法。通过监控量测，才能有效保证软弱围岩的安全施工。

监控量测主要包括拱顶下沉和水平收敛。量测断面布置间距Ⅳ级围岩10m(规程10～30m)、Ⅴ级围岩5m(规程5～10m)。拱顶下沉或水平收敛速率达5mm/d 或位移累计达100mm 时，现场需停止施工，分析产生原因，提出处理措施。

3 结 语

(1)软弱围岩隧道事故的发生，将会造成财产损失和工期延误，并带来较大的人员伤亡和巨大的社会影响。

(2)软弱围岩地质条件复杂，施工工序繁多，工艺要求严格，技术含量高。在中缅油气管道工程隧道群设计施工中，充分认识、判别软弱围岩“变形与坍方的发展过程和变化规律”，结合其特点制订可执行，细化“三超前、四到位、一强化”，避免软弱围岩隧道事故的发生，确保工程安全和生命财产安全，实现控制性工程“零缺陷、零伤害、零污染”的目标。

［1］魏志昌.深埋隧道软弱破碎围岩支护技术研究［J］.山西建筑，2012，38(1):181－182.

［2］叶英.隧道施工超前地质预报可靠性研究［J］.铁道工程学报，2013，17(1):66－67.

［3］翟进营.“新意法”在国外隧道工程中的应用［J］.隧道建设，2008，28(4):469－470.

［4］关宝树.软弱围岩隧道变形及其控制技术［J］.隧道建设，2011，31(1):4－5.