大断面隧道下穿石油管线施工技术分析

吴 娜

四川科宏石油天然气工程有限公司 四川成都 610213

1 大断面隧道下穿石油管线施工技术设计

1.1 管线加固处理

在实施隧道开挖前，考虑到上覆层可能会在开挖处理的作用下发生变形，使得石油管线的稳定性受到影响[1]。针对该问题，本施工设计采用支墩+ 钢桁架结构对石油管道进行架空处理，施工处理方式如图1 所示。

图1 隧道支墩+ 钢桁架架空结构示意图

按照图1 所示的方式，以隧道中心线为中心，分别在其两侧设置支墩结构，与中心线的距离以10.0～20.0m为宜[2]。采用矩形钢筋混凝土柱作为支墩材料，对应的边长设置为1m，支墩的基础作用于施工区域的微风化岩层。在钢架结构的施工过程中，以321 型贝雷架作为基础材料实现对其的拼装，对应的长度以25.0～35.0m 为宜。在建立管道与贝雷桁架之间的连接关系时，将吊架作为纽带。在对管线进行加固处理的过程中，并未改变管线原始位置参数，这样可以最大限度保障在隧道施工过程中，以及完成对隧道的施工后，不会对管线的运输性能造成影响。

1.2 隧道开挖施工

在实施大断面隧道的开挖施工阶段，首先需要结合施工区域围岩的实际情况选定适配性较高的开挖设备[3]。采用短台阶法开挖，如图2 所示。

图2 铣挖法隧道开挖施工方式示意图

按照图2 所示的方式，图中a 部分为铣挖法开挖的起始位置，单次循环的进尺距离控制在0.5～0.8m 之间，开挖宽度控制在1.5～2.0m 之间。对于开挖台阶高度的设置，以施工环境的实际情况为基础进行差异化设置，但是最高不宜高于4.0m，否则会增加施工的负荷，最低不宜低于3.0m，否则会降低施工的效率[4]。台阶的长度控制在3.0～10.0m 皆可，马口的宽度控制在2.0m 以内。对于隧洞的上半断面，采用环形开挖，直接将施工后产生的核心土预留在施工面上，以此实现稳定掌子面的效果[5]。在开挖后，需要对开挖面及时加设初期支护结构。完成该部分施工后，利用铣挖机对图中b 部分的核心土进行处理，将其作为拉中槽施工的原始材料。图中c 为开挖断面结构，在施工阶段，下部左右两侧的岩层会在一定程度上影响开挖施工的活动范围，因此，配合免爆头、单钩对其进行清除，并对断面轮廓进行修整，以确保隧道施工能够达到设计标准。

1.3 支护施工

对于下穿石油管线隧道的施工而言，围岩等级对于施工效果的影响是极为明显的。为了最大限度限制开挖引起的围岩变形为目标，对施工隧道设置了支护结构。首先，在开挖施工前，需要在隧道拱部120°的范围内布设基础架构，本文将Φ42 超前小导管作为施工材料，按照双排的方式实施对架构的布设。设置导管的外插角在8°～10°范围内，长度以3.0～5.0m 为宜。在完成对环形导坑、下台阶、仰拱部位的开挖施工后，在其表面喷涂混凝土，实现对隧道表面的初步固定。之后再按照纵向间距不大于1.0m 的标准实施对I20a 型钢钢架的安装，在每个接头板部位的锁脚以支护结构的整体规模为基础设置。对于纵向相邻钢架之间的连接，利用Φ22 钢筋作为施工材料，设置环向间距在1.0m 以内，按照交错布置的方式完成对其的铺设。但是需要注意的是，当施工隧道断面的岩体类型密度较低，强度较小时，需要在原始施工表面增设防护网结构，通过合理选择网格的大小实现良好的支护作用。

2 应用测试

2.1 工程概况

以某实际的大断面隧道施工工程为基础，对上述设计施工技术的应用效果进行分析。在测试工程中，隧道出口端左侧设有长度为为550m 的平行导坑，与端口之间的距离为20m。对待施工部位的地质构成进行分析，其具有较为典型的岩溶中山地貌特征，并且有少量第四系土层不规则地分布在地层中。对隧道内的岩性构成进行分析，峨眉山玄武岩为主要成分，其次是栖霞组燧石灰岩。在结构上，隧道轴线与构造线相交于褶皱处，并且对褶皱形成了断裂作用。施工隧道上方石油管线与施工部位的最小垂直距离为46.20m，考虑到石油管线作为资源运输的核心结构，对应的运营方式也是不间断的，本文借助动力有限元软件的优势，分析了隧道开挖需求，在采用爆破技术实施开挖施工时，隧道方向爆破源的安全距离为52.75m，大于石油管线的分布间距，因此施工难度较大，危险性较高。

2.2 施工效果监测方案

考虑到施工监测的复杂性和系统性特征，在对设计大断面隧道下穿石油管线施工技术应用效果进行分析时，对具体的监测方法和监测点布置方式进行了细化设计。在大断面隧道下穿石油管线施工过程中，需要控制的因素主要为沉降问题。施工效果监测方案主要分为3 个主要部分：

（1） 地表沉降：应用的监测工具为德国诺瑞朗NLM21804 水准仪和优利德（UNI- T）UT398A 水准尺，以30m 作为单位断面，平均设置5 个监测点。在监测频率的设置上，按照1 天1 次的方式进行。

（2）拱顶沉降：应用的监测工具为中纬ZOOM35 PRO 全站仪和优利德（UNI- T）UT4002 反光片，同样以30m 作为单位断面，设置1 个监测点。在监测频率的设置上，以15 天为一个周期，第一个周期按照1 天1 次的频率进行，第一个周期按照2 天1 次的频率进行，第3—6 个周期按照1 周1 次的频率进行，第6 个周期后按照1 个月1次的频率进行。

（3） 管线沉降：应用的监测工具为德国诺瑞朗NLM21804 水准仪和优利德（UNI- T）UT398A 水准尺，将隧道线位上方外挖范围内的地下管线位置作为测试点，对应的监测频率设置与拱顶沉降监测频率一致。

2.3 施工效果分析

在上述基础上，分别统计了6 个单位断面的监测结果，得到的数据信息如表1 所示。

通过对表1 中的数据进行分析可以看出，在上述设计的施工技术下，地表沉降值与模拟值时间的误差稳定在1.0mm 以内，最大误差仅为0.92mm（CK45+390），最小值仅为0.11mm（CK45+360）。拱顶实际沉降值与模拟值之间的误差稳定在1.30mm 以内，最大值为1.22mm（CK45+390），最小值仅为0.22mm（CK45+450）。管线实际沉降值与模拟值之间的误差基本稳定在0.70mm 以内，最大误差为0.71mm（CK45+360），最小值仅为0.20mm（CK45+420 和CK45+510）。综合上述测试结果可以得出结论，大断面隧道下穿石油管线施工技术可以实现对沉降问题的有效控制，确保施工区域的实际沉降程度基本与预期保持一致，在极大程度上保障了施工的安全。

3 结语

针对复杂环境下的隧道施工，将施工区域的沉降控制在目标范围内是保障施工安全的重要基础。提出大断面隧道下穿石油管线施工技术研究，充分考虑了石油管线对于地质结构稳定性的要求，对其下方的大断面隧道施工进行了细化研究，在极大程度上保障了施工质量，同时将施工区域的沉降控制在额定范围内。通过本文的研究与设计，希望能够为实际管线结构下的大断面隧道施工提供有价值的参考。