小截面大坡度集输管线隧道施工技术

小截面大坡度集输管线隧道施工技术

张志伟 张权伟 张建博

中石化中原油建工程有限公司 河南 濮阳 457001

摘要：本文以普光气田大湾区块白岩隧道工程施工为例，针对隧道小截面、大坡度、破碎岩层下的施工，采取了超前支护、光面微光毫秒爆破法、绞车有轨运输、钢拱架挂网锚杆注浆初期支护、隧道双面掘进、定型模板人工支撑及隧洞二次混凝土浇筑措施，这些施工措施确保了施工工期和安全。

关键词：小截面；大坡度；双向掘进；二衬施工

1工程概况

白岩隧道处在四川省达州市宣汉县毛坝镇和普光镇交界位置，其主要作用为连接普光气田集输1#线与4#线，解决气田开发受4#线管输能力影响问题，有效释放大湾区块气井产能，为国家“十四五”的开发方案。

本隧道为直墙半圆拱型，净宽度2.7m，净高度2.7m。针对隧道入口及出口岩层破碎，采用了超前注浆小导管及超前注浆管棚对岩层进行加固。掘进时采用了双面掘进、光面爆破、卷扬机有轨运输出渣、人工支模二衬等措施，确保了施工质量、进度及安全。

2工程特点

本隧道最大的特点为截面小、坡度大，纵坡度为41.9%的下坡，若采用常规出渣方式将给隧道的出渣带来一系列问题。为此必须找到能兼顾到施工质量、进度及安全的出渣方式。为保证工程工期，隧道采取双面掘进，对于隧道的掘进精度控制有很高要求，同时，上行掘进对于保证隧道通风排烟有较大要求。隧道断面小，岩层情况复杂，需根据不同的岩层情况，随时调整爆破参数，采用最合适的爆破器材及爆破参数，以达到最佳的爆破开挖效果。复合式衬砌施工工序多，工序间互相干扰大。

3隧道测量控制网络设置措施

由于隧道采用双面掘进，为了保证隧道可以精准贯通，对于隧道的掘进精度要求尤为重要，需进行控制点符合及根据施工所需进行控制网加密。

对设计单位所交的控制点进行复测，编制详细的复测成果书和交桩文件，复测成果报送监理单位和设计单位进行审核。隧道测量控制通过洞外设计控制桩，在每个洞口外建立三个GPS控制点。洞内导线控制测量以洞外GPS控制测量为基础，以洞口控制点为起点，沿隧道两侧分别设置支导线连接后形成闭合导线闭合于洞外高级点。每100m～200m设置一个，如特殊需要时还可进行加密，其布置形式为闭合水准线路，闭合于洞外水准控制点。

4进、出两个洞口岩层破碎段施工措施

根据设计图纸地勘情况介绍，隧道进口端15米及隧道出口端30米为砂质泥岩，开挖后极易风化破碎，易出现小型崩塌，开挖前须进行加固，进口加固采用超前小导管注浆，出口加固采用超前管棚注浆，在硬化地层后再进行开挖施工。

超前小导管使用φ42，δ=3的无缝钢管，单根长度4米,钢管上钻注浆孔，孔径10mm,间距200mm，梅花型布置，钢管末端1米不钻孔，作为止浆段。注浆浆液使用425#普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比1:1。注浆压力1.0MPa～1.5MPa，根据实测隧道水压等具体情况,适当调整注浆终压。

超前管棚采用φ89，δ=5mm的无缝钢管，单根长度长10米,钢管上钻注浆孔，孔径10mm,间距300mm，梅花型布置，钢管末端3米不钻 孔，作为止浆段，钢管内部安装4φ16钢筋进行钢管内部加固。注浆采用水泥-水玻璃双浆液，32.5#普通硅酸盐水泥及模数为2.8,浓度为40Be'的水玻璃,水泥浆的水灰比为1:1,水泥浆与水玻璃体积比为1:0.7；注浆压力0.3MPa～0.7MPa,根据实际情况适当调整注浆终压。

在超前小导管及超前管棚施工完成24小时后进行开挖，开挖后围岩状况良好，无垮塌和渗水，极大地提升了隧道的安全性，较好的减少了隧道的超挖。

5隧道爆破开挖

5.1工艺流程

根据隧道的地质调查报告，隧道Ⅳ～Ⅴ级围岩段岩体较破碎～极破碎，极破碎区段采用机械开挖，较破碎区段选择机械开挖或预裂爆破，严禁大强度爆破；洞身Ⅲ级围岩段岩体较硬的位置使用光面爆破。

爆破初先针对岩性与结构进行爆破试验，使待爆破的岩石松动，同时岩壁不受或少受破坏；试验时，分析爆破效果，调整设计参数，完善设计方案，及时总结。

5.2爆破参数确定

5.2.1爆破器材选择

采用2号乳化炸药，药规格φ32×200mm，全断面一次性爆破，1、3、5、7、11段毫秒非电雷管起爆。

5.2.2光面爆破参数选择

5.2.3炮眼布置

隧道全断面布置炮眼42，其中掏槽眼4个，辅助眼13个，周边眼19个，地板眼6个。

5.2.3钻孔、装药爆破

钻孔采用TY28型气腿式风动凿岩机，周边炮眼间距最小抵抗线、辅助炮眼交错均布，辅助炮眼眼底与周边炮眼在一垂直面内，深2.5米，掏槽炮眼深0.2米。

根据岩石特性选择炸药，本工程采用乳化炸药。采用1、3、5、7、11段非电毫秒雷管起爆。为降低爆破带来的振动，使用毫秒微差有序起爆，缩短起爆时差。

5.2.4爆破参数调整

根据检测的情况适时调整爆破参数，为下一循环光面爆破提供理想的参数。

6隧道初支支护

因为隧道长度较长，无法边掘进、边支护，只能采取“短掘短进，边开挖边支护，最后整体衬砌”的原则。

泥岩地段开挖爆破2米后，立即安装钢拱架。钢拱架采用I12工字钢制作，两榀拱架之间采用Φ22@500mm钢筋焊接连接，再采用Φ8钢筋网密布，Φ22注浆锚杆径向打入焊于钢拱架上，在立拱完成后3-4米后，立即喷射混凝土，进行初步封闭岩层。

7隧道出渣

由于隧道下坡段坡度大，采用正常电瓶车牵引矿车出渣方式无法满足施工需求，因此，需在进洞口处安装绞车1台，以绞车牵引卷扬机。施工时保证“人车不同行”，开动绞车提升矿车前必须洞内、洞外联系确认无人后，方可开动矿车。

8隧道防排水

8.1洞外截水施工措施

在隧道进口及隧道出口洞口上方，开挖砌筑截水沟，将排水引入附近截水渠中，防止山坡雨水进入隧道及施工场地；在入口下行掘进洞口四周，修筑排水沟，防止场地水流入隧道。

8.2隧道内反坡排水

隧道下行掘进470米，且为41.9%的大坡度，水不能自然排出，因此洞内每隔一定距离设一处集水井，泵站设置在支洞左侧，间距40米～50米之间，然后使用抽水泵分级抽水，保证洞内无积水。隧道出口沿隧道左侧开挖排水沟，自然排水。

8.3隧道防水措施

隧道防水施工采用隧道衬砌背后环向设Φ50mm盲管，环向间距8m，环向透水盲管沿衬砌外缘伸入水沟。隧道衬砌背后设橡胶防水板，背衬无纺布（大于300g/m2），二次衬砌施工缝和变形缝设中埋式橡胶止水带和防水嵌缝材料组合的防水构造。

9施工通风

进口施工通风采用压入式通风，采用D500mm帆布风带，将新鲜空气压入掌子面，通风口距离掌子面20m。风筒安装应平顺，无破损。通风使用25kw轴流风机，安装在距离洞口20m处，保证空气新鲜。

出口施工通风需考虑由于上行掘进，导致烟尘被压至掌子面无法排出，需采用混合式通风，送风采用D400mm帆布风带，将新鲜空气压入掌子面，通风口距离掌子面20m，排风使用5KW风机4台，每隔10米设置1台，由掌子面接力向外排风，保证掌子面空气新鲜。

10二衬施工

10.1二衬模板

由于隧道坡度大，断面小，台车施工无法保证施工安全，因此模板采用人工组装定型模板。模板支架采用14#槽钢根据断面尺寸加工，模板使用3mm厚钢板制作，每榀模板宽度1.5m，每仓安装12米。模板安装后检查完平整度，合格后进入下一步工序。

10.2混凝土浇筑

出洞口方向二次衬砌混凝土浇筑采用由隧道下口开始施工，使用HBT9050CH-5M型超高压混凝土输送泵泵送至模板仓内；入洞口方向二次衬砌混凝土使用自搅拌混凝土，采用溜槽将混凝土送至模板处混凝土集槽内，用小型混凝土泵将混凝土泵送至模板仓内。

11结束语

该隧道在进口及出口泥岩段，采用了超前小导管注浆及超前管棚注浆的方式加固岩层，取得了良好效果，保证了施工质量及施工安全；隧道内采用光面爆破技术、有轨运输出渣的方式，双面掘进施工措施，大坡度二次衬砌人工组装定型模板的使用，大大的提高的出渣效率，同时炮眼保存率达85%以上，解决了小截面，大坡度隧道的爆破开挖、出渣运输、初期支护，二次衬砌混凝土的安全及质量问题，同时也保证了工程的整体施工进度。

参考文献：

[1]郭强.山区大坡度小截面隧道施工技术[J].石油工程建设，2008，04：27-29+85.