铁路隧道下穿天然气管道综合施工技术

冯昭洁

(德龙烟铁路有限责任公司，山东济南 250031)

铁路隧道下穿天然气管道综合施工技术

冯昭洁

(德龙烟铁路有限责任公司，山东济南 250031)

基于龙烟铁路凤凰山隧道下穿中世天然气管道，存在浅埋、软弱围岩等复杂地质条件，并结合天然气管道对隧道施工的约束条件，综合分析，确定了先防护天然气管道再进行隧道明挖的施工方案，详细介绍了明挖法的施工过程控制技术，该方案的顺利实施对类似条件下的隧道施工提供了参考和借鉴。

隧道，下穿天然气管道，明挖防护

1 工程概况

新建龙(龙口)烟(烟台)铁路凤凰山隧道全长1 000 m，位于龙口市境内，进口里程为DK20+520，出口里程为DK21+520。在隧道中线DK20+656处与中世天然气管道相交，斜交角度约30°，中世天然气管道埋深1.0m，天然气管道底部距离隧道拱顶约1.0m。管径为400 mm。隧道进出口地表覆盖有第四系全新统坡残积()粉质黏土、细角砾土，下伏元古界蓬莱群南庄组(ZpN)泥灰岩、石灰岩、砾岩，隧道范围内基岩为泥灰岩加石灰岩及砾岩，岩层构造裂隙发育，岩层破碎。

2 施工重难点分析

1)燃气管道属易燃易爆设备，周围50 m范围内严禁爆破作业，周围土体不能扰动。2)燃气管道和隧道拱顶垂直距离非常近约1.0 m，洞顶覆盖土自稳能力差，隧道暗洞开挖过程中极易对管道造成扰动、破坏。

3 施工方案比选

针对隧道地质和周围地理环境情况及燃气管道的约束条件，制定了以下三个方案，具体如下:

方案一:燃气管道原位不动，隧道采用原设计的暗挖法施工，采用短进尺、强支护的措施下穿天然气管道。此方案存在不可预见性，且在开挖过程中容易扰动地表土，形成局部沉降;径向锚杆施工过程中，极易对燃气管道形成直接破坏，造成不可挽回的严重后果。

方案二:迁改燃气管道。因为地理状况所限，管道迁改必需绕过龙口市垃圾处理厂，迁改距离约3.0 km，增加迁改费用约1 900万元。

方案三:将燃气管道悬吊防护，该段隧道变更为明挖施工，隧道二衬施工完成后将地表恢复原状，解除管道悬吊设施。此方案安全可控，增加施工费用约790万元。

综合以上分析对比，无论从施工风险、施工成本，还是从施工安全考虑，方案三更适合凤凰山隧道进口特殊的施工条件。

4 管道悬吊固定措施

为保证天然气管道的稳定，确保施工过程中安全可控，采用桁架支撑法将燃气管道悬吊固定。隧道开挖前先对天然气管道进行防护。根据该段隧道明挖放坡宽度确定天燃气管道总防护长度为42 m，防护方向为顺着天然气管道走向。钢桁架高2.0 m，上弦杆间的步距为1.5 m，下弦杆间的步距为1.5 m，钢桁梁底宽1.2 m，钢柱、钢梁采用Q235B级钢，基础采用C30钢筋混凝土，防护时钢桁架分三段拼装，待全部拼装完后再进行隧道明挖暗作法的施工。桁架悬吊装置如图1，图2所示。

图1 桁架悬吊装置布置图

图2 桁架悬吊装置布置示意图

5 明挖法施工工艺

为确保边坡稳定及施工安全，明洞两侧临时边坡按1∶1两级放坡，坡面采用喷锚网支护，打设φ22砂浆锚杆，L=3.5 m，按间距1.5m×1.5 m梅花形布置;挂设φ8钢筋网片，网格尺寸25 cm× 25 cm;喷射C25混凝土，厚度10 cm，燃气管道基础两侧喷射厚度为15 cm。

5.1 监控量测点布设

明洞边坡开挖前在明洞堑顶布设位移观测桩，用于隧道明洞开挖及施工过程中对边坡位移进行观测，避免因边坡滑塌等引起安全事故，保证施工期间的安全。位移观测桩布设方案:在明洞边坡左右两侧布设，垂直线路方向每侧布设三排，间距5.0 m;顺线路方向间距5.0m。燃气管道基础两侧10m范围内加密布设。

5.2 边坡开挖

明洞开挖前，应先进行清表，将地表附作物清理干净，并将地表0.5m厚度范围内的种植土单独开挖并存放，明洞施工完成后用于地表复耕。在明洞红线内距离红线1.0 m处开挖天沟，防止边坡开挖过程中雨水冲刷浸泡，影响边坡的稳定。明洞边坡开挖施工方法和路堑边坡一样，逐级开挖逐级防护。明洞边坡开挖应结合明暗分界处暗洞导向墙施工时间，避免一次开挖到位，给后续导向墙施工增加困难。

燃气管道两侧2.0 m范围内采用人工开挖，避免大型开挖机械触碰燃气管道。

5.3 基岩静态爆破开挖

根据《石油天然气管道安全规程》要求，天然气输送管道50m范围内严禁爆破作业。结合现场实际情况，采用静态爆破配合破碎锤的开挖方法进行开挖。布置炮孔前要确定至少一个临空面，钻孔方向与临空面平行，炮孔深度取2.0m，炮孔直径42mm，炮孔间距50 cm，排距60 cm，单孔装膨胀剂1.2 kg。粗颗粒药剂水灰比调节到0.28时静态破碎剂的流动性较好。

5.4 边坡防护

喷锚网防护。边坡需逐级开挖逐级防护。一级边坡开挖到位后，及时清理坡面松散碎石，并进行初喷混凝土，初喷采用C20混凝土，厚度5 cm。初喷完成后进行锚杆施工，首先布设空位，用红色喷漆在初喷混凝土面上按间距1.5 m×1.5 m标注孔位，梅花形布置，孔径49，钻孔深度比锚固深度深5 cm，成孔后，利用高压风清孔。采用φ22砂浆锚杆，L=4.5 m，锚杆上焊接支架，使锚杆处于锚孔中心，锚杆安装到位后，灌注M30水泥砂浆，锚杆露出岩面10 cm，挂设φ8镀锌钢丝网，网格尺寸25 cm×25 cm。挂网完成后进行第二次喷射混凝土施工，厚度10 cm，燃气管道基础两侧10 m范围内重点喷射，厚度为15 cm。

5.5 明洞衬砌施工

1)初砌台车拼装。在隧道洞口路基上选一块场地，平整碾压后进行硬化，场地硬化宽度不小于台车宽度，采用C20混凝土，厚度15 cm，混凝土表面需平整，并及时覆盖洒水养护，待混凝土强度达到设计值后，由25 t吊车一台吊装台车架拼装模板。本隧道采用9m长台车，拼装时间15 d，台车拼装完成后，按衬砌断面尺寸进行校核，各项参数均在设计允许误差范围内。

2)仰拱及填充混凝土施工。为防止边坡滑塌，仰拱开挖需分段进行，根据设计要求及二衬台车长度，每模仰拱开挖长度定为9.0 m，燃气管道基础两侧9 m范围内，开挖长度定为3.0 m，并加快各工序进度，尽量缩短基坑外露时间。仰拱开挖到位后，人工清理仰拱底部浮渣，并用动力触探仪检测隧底地基承载力，检测合格地质符合设计要求后进行钢筋绑扎施工。钢筋安装施工首先安装定位钢筋，纵横向按3.0 m×2.0 m间距安装定位钢筋。钢筋完成并验收合格后，安装仰拱内模，仰拱内模为定型钢模板。内模安装完成并检查合格后浇筑仰拱C35混凝土，待混凝土终凝后拆除仰拱内模，浇筑C20填充混凝土。混凝土浇筑完成后应及时洒水养护，使混凝土表面保持湿润，待混凝土强度达到设计值的80%后进行二次衬砌施工准备工作。

3)二次衬砌施工。首先将二衬台车就位，测量人员进行复核中线位置及轮廓尺寸，复核设计要求后进行钢筋绑扎施工。二次衬砌钢筋提前在钢筋加工厂加工成型运至施工现场，按先绑扎底层钢筋后绑扎外层的顺序作业，每2 m设一道定位钢筋，竖向支持钢筋不得直接顶在模板上，应顶在垫块上。为保证结构的使用性能，应严格控制钢筋保护层厚度，每平方米不小于4块钢筋保护层垫块，并绑扎牢固。绑扎成型并验收合格后，进行外模安装施工。外侧模、端头模均采用5 cm厚，30 cm宽的木板拼接安装，二次衬砌内设定位钢筋支撑外侧模，外部采用φ16钢筋按间距1.5 m布设箍筋加固外模板。外模和端头模全部封闭并安装牢固后进行混凝土浇筑施工。混凝土由混凝土泵送车泵送，从地泵出料口处接混凝土输送管道沿台车左右两侧检查窗口逐级送料，为保证台车的稳定性，二衬台车两侧应均衡浇筑，两侧混凝土面高差不能大于0.5 m，逐级浇筑逐级振捣密实。待二衬混凝土强度达到设计值后再进行拆模，拆模后外侧混凝土应及时覆盖土工布并浇水保湿养护。靠近燃气管道施工作业时，安排专人负责监控燃气管道周围状况，提醒施工人员及机械不要触碰管道，并在管道两侧安设警示线，提高作业人员的警惕性。

5.6 明挖隧道防排水

1)排水。排水采用双侧沟的方式。侧沟主要汇集地下水和坡面水。明洞段衬砌背后设置φ80纵向盲沟，并每隔10 m采用φ50盲管引入衬砌侧沟，并回填50 cm厚砂卵石反滤层。

2)防水。为了有效防止隧道渗漏水现象，明洞衬砌采用排水型衬砌结构，防水钢筋混凝土外贴EVA防水板加无纺土工布防水，并设置水泥砂浆保护层，地下水以环向盲沟的方式引至墙角泄水孔处。

5.7 洞顶土石方回填

按设计要求做好防水层后，环向及两侧墙底布置透水管路组成排水系统。在防排水完成并经检查验收合格后，进行洞顶土石方回填。本着节能环保的原则，在满足设计要求的条件下，尽量使用原弃土进行回填。首先对称回填明洞两侧，并分层夯实，分层厚度为0.3 m一层，二衬两侧回填土高差不得大于0.6m。分层回填至拱顶后，再分层满铺至原地面高度，拱顶顶部范围填土高度小于1.0 m时应使用小型压路机碾压。对燃气管道所处位置进行重点碾压夯实，大型压路机无法靠近区域，采用小型压路机进行重复性碾压。

6 施工方案效果

此方案已经实施并顺利完成，施工时间处于龙口地区少雨季节。边坡开挖后，在每级坡顶处设位移观测桩，指派专人进行位移和边坡稳定性监测。通过数据分析，边坡稳定，无波动性位移。燃气管道桁架基础两侧也无大的位移及沉降。此段隧道已经施工完成并回填，燃气管道位置进行重点夯实，并硬化20 cm混凝土，防止回填土沉降，管道出现受力不均，形成安全隐患。

7 结语

随着城轨的快速发展，城郊复杂的地质及外部环境将成为铁路施工中不可避免的难题。该综合施工技术在龙口市城郊凤凰山隧道的顺利实施，既保证了燃气管道的安全，又节约了施工成本，隧道施工工期也得到了保障，对类似条件下的隧道施工提供了参考和借鉴。

［1］ TZ 204—2008，铁路隧道工程施工技术指南［S］.

［2］ 中华人民共和国石油天然气管道保护法［S］.

［3］ GB 6722—2003，爆破安全规程［S］.

［4］ SY 6186—2007，石油天然气管道安全规程［S］.

Com prehensive construction technology of railway tunnel underpassing natural gas pipeline

Feng Zhaojie

(Delongyan Railway Co．，Ltd，Jinan 250031，China)

Based on complicated geological conditions of Longyan railway Fenghuangshan tunnelunderpassing Zhongshinaturalgas pipeline，such as shallow-buried and soft surrounding rock and so on，combining with restrained conditions of natural gas pipeline for tunnel construction，through comprehensive analysis，the paper determines the construction scheme of protecting natural gas pipeline+open tunnel excavation，and specifically introduces open-excavation construction process control technology，which has provided reference for tunnel construction under similar conditions.

tunnel，underpass natural gas pipeline，open-excavation protection

U455

A

1009-6825(2015)29-0183-02

2015-08-06

冯昭洁(1965-)，男，工程师