千岛湖配水工程浅埋暗挖段引水隧洞近距离下穿天然气管道施工技术研究

郑 刚，厉向伟，李 想

（1.杭州市千岛湖原水股份有限公司，浙江 杭州 310009；2.浙江省围海建设集团股份有限公司，浙江 宁波 315000）

1 问题的提出

随着经济社会的高度发展，城市饮用水源频繁受到污染，人们对生活水源的质量需求也进一步提高，将郊区的清洁水源采用引水隧洞等形式引至城市的情况越来越多。引水隧洞线长面广，不可避免地与天然气管道等各类基础设施产生多处交叉，基础设施关系着人民群众最基本的生活，这对引水隧洞与各类基础设施交叉的施工技术提出更高要求。

千岛湖配水工程全线采用引水隧洞将千岛湖的水引至杭州，全线共分16个标段，12标采用浅埋暗挖段隧洞开挖穿越天然气高压管道。本文分析千岛湖配水工程浅埋暗挖段隧洞近距离下穿越杭州市富阳区西线天然气高压管道的施工技术难点、解决方案和施工工艺，为类似工程建设提供借鉴。

2 工程概况

2.1 天然气管道工程及配水工程基本情况

杭州市第二水源千岛湖配水工程施工12标，位于杭州市富阳区新登镇昌东村。施工12标全长约11 km，受线路纵坡及1#和2#支洞高程控制影响，只能采用浅埋暗挖法施工，浅埋暗挖段长282 m，引水隧洞钢衬段直径5 m。

天然气高压管道为东西走向，引水隧洞为南北走向，根据引水隧洞的线路纵向布置，引水隧洞施工需下穿杭州市天然气高压管道及S305省道，引水隧洞与天然气高压管道相互平面关系见图1。

图1 引水隧洞与天然气高压管道相互关系平面图

天然气高压管道位于输水隧洞K85+012 m处，由杭州市供气至富阳区、桐庐县、建德市，作用至关重要。天然气管道管径（外径）610.0 mm，壁厚11.9 mm，设计压力4 MPa，设计等级为三级。管道采用直缝双面埋弧焊钢管，材质为L360 M，钢质管道外防腐层采用挤出聚乙烯3层结构加强级外防腐，补口采用搭接式3层辐射交联聚乙烯热收缩带，采用外加电流的阴极保护方式。

杭州市第二水源千岛湖配水工程施工12标输水隧洞施工段，采用下穿天然气管道方式，影响范围主要为天然气管道处输水隧洞上下游各50.0 m，桩号K84+962~K85+062 m，长100.0 m，洞挖方量4 150 m3，输水隧洞断面底宽4.8 m，高6.9 m。

2.2 浅埋暗挖段工程地质条件

浅埋暗挖段隧洞围岩为奥陶系上统长坞组（O3c）中厚层状粉砂岩、粉砂质泥岩等，该段上覆岩体厚度薄，仅为15 m左右，且局部岩体破碎，工程地质条件较差，围岩类别为IV类，不稳定，岩体开挖时拱顶易坍落，边墙易产生失稳现象，易产生较大变形破坏。

2.3 主要施工技术问题

施工技术问题（难点）主要有：

（1）施工空间小，周边环境复杂，隧洞围岩条件差，洞顶离天然气管道净距小，施工难度大。该段隧洞主要为IV类围岩，洞顶高程21.1 m，天然气高压管道底高程最低点为30.0 m，两者距离仅有9.0 m左右。

（2）工期要求紧，常规隧洞施工不能满足进度目标要求。若采用常规掘进施工方式，由于围岩强度超出国内现有掘进机的最佳掘进参数，不利于掘进机施工，且掘进机进场需要供风、供电的配套设施，准备时间较长；若采用履带式破碎机，安全可以保证，但进度缓慢，根据千岛湖配水工程输水隧洞前期开挖经验，日均进尺在0.4~0.5 m，穿越涉及天然气管道的隧洞段工期需3.5个月，与计划工期相差甚远，不符合进度目标要求。

（3）天然气高压管道的改线方案不可行。该天然气高压管道涉及沿线百万人民的生活，改线申报及审批实施难度大且过程复杂，经参建各方研究，改线方案不可行。

2.4 技术方案

经多方案研究比较，确定采用以新奥法为基础的浅埋暗挖近距离下穿燃气管道的施工方案，并采取以下技术措施。

2.4.1 先行加固天然气管道

为保证天然气高压管道的安全运行，浅埋暗挖段引水隧洞开挖施工前，先对天然气高压管道进行加固，采用1.0 m×2.0 m×20.0 m贝雷桁架托空支撑，下设2根0.5 m×0.5 m混凝土地梁，通过加固措施减小爆破振动对天然气高压管道的影响，天然气管道加固断面示意见图2。

图2 天然气管道加固断面示意图 单位：m

2.4.2 试爆比选爆破参数

2.4.2.1 爆破震速和最大单响药量计算公式

本设计采用的安全震速和最大单响药量计算公式：

式中：v为爆破振动速度，cm/s；Q为最大单响药量，kg；R为控制点至爆源的距离，m；K、α为与爆区地形、地质有关的系数和衰减系数，参照类似爆破项目经验，本项目K取150、α取1.5。

2.4.2.2 振动速度安全标准的选取

根据GB 6722—2014《爆破安全规程》，结合本工程爆破的主要保护对象为天然气高压管道的实际情况，经综合比较确定，振动速度安全标准取2.5 cm/s。

2.4.2.3 试爆比选爆破参数

该段隧洞围岩类别为IV类，为确保天然气高压管道的安全运行和千岛湖配水工程进度，下穿天然气高压管道前先进行试爆，控制炸药单耗值，比选出最佳爆破参数（见表1）。

表1 千岛湖配水工程施工12标浅埋暗挖段爆破参数表

钻孔施工参数取照优化后的爆破参数，钻孔断面见图3。

图3 爆破孔布置图 单位：cm

2.4.3 短进尺弱爆破

浅埋暗挖段输水隧洞爆破开挖施工采用短进尺弱爆破，每次循环进尺不超过1.5 m，将最大单孔装药量控制在0.6 kg，增加周边孔孔数，周边孔间距控制在40~50 cm，使光面爆破效果达到最佳状态，同时减少对周围岩体的扰动，弱爆破后配合机械开挖，同时加强支护。

3 施工工艺

输水隧洞断面约41.5 m2，采用全断面一次成型，按照“地探超前、控制爆破成型、支护紧跟、监控量测反馈”的原则进行施工。施工工艺流程见图4[1-2]。

图4 输水隧洞施工工艺流程图

4 安全监测

为确保安全，在施工过程中对施工洞段进行安全监测，分别在天然气高压管道处、地表及地下相应位置设置监测点。

监测内容包括：钢拱架应变、锚杆应力、收敛变形、拱顶沉降、天然气管道地表变形及天然气管道质点振动。

根据监测结果及数据绘制位移—时间曲线，并对曲线趋势进行分析。根据分析后的结论再次调整爆破参数，形成反馈调节模式，保证施工结构及天然气管道的安全。

12标输水隧洞施工段现场拱架及锚杆监测结果见表2，地表沉降及地下变形监测结果见表3。

表2 拱架及锚杆监测结果表

表3 地表沉降及地下变形监测结果表

5 结 语

千岛湖配水工程浅埋暗挖段输水隧洞12标近距离下穿高压天然气管道，采取先期加固高压天然气管道、合理确定振动速度安全标准的技术方案，采用“先试爆、短进尺、弱爆破、早封闭、勤量测”的施工方针，以试爆确定比选爆破参数、监测信息化等方式为指导，克服浅埋段隧洞近距离下穿越高压天然气管道施工的困难，既保证天然气管道的安全，又保证施工进度，为类似工程提供借鉴。