油气管线隧道塌方处理技术

油气管线隧道塌方处理技术
刘娜娜
【摘要】介绍了油气管线隧道断面小、坡度大等特点,并结合隧道施工中的塌方案例,分析了塌方产生的原因,提出了设置地表截水沟、塌方区相邻成洞段加固、塌方
区后掘进及支护等一系列处理措施,实践证明,各种措施可操作性强,收到了良好的施工效果.
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2015(041)005
【总页数】3页(P151-153)
【关键词】油气管线;隧道;塌方;处理技术
【作者】刘娜娜
【作者单位】中石化石油工程设计有限公司,山东东营257000
【正文语种】中文
【中图分类】U458.3
油气长输管道穿越山岭时，受地形和管道敷设要求限制，通常采用隧道穿越。

由于隧道所处地层往往复杂多变且难以预见，在遇到围岩突变或不良地质时，常常发生不同程度的隧道塌方。

而油气管线隧道一般具有断面小、洞身长、坡度大、工期紧、不利于平行施工和大型机械作业等特点，一旦发生坍塌，不仅抢险难度大、延误工期、大幅度地提高工程费用，甚至出现对人身的伤害，如果处理不当，还会给工程质量带来隐患，危及管线安全。

本文针对隧道施工中的一个塌方实例，分析原因，
提出处理措施，总结经验教训，为类似的工程提供参考。

1.1 隧道概况
甬台温天然气输气管道工程是浙江省天然气管网的重要组成部分，输气管道全长460.132 km。

洞口庙隧道是其中一条山岭隧道，位于浙江省宁波市宁海县，进洞口位于甬台温高速铁路西侧，出洞口位于宁海县洞口庙水库西侧。

隧道全长
827.53 m，坡度5.0%。

隧道净宽3.2 m，净高3.0 m，净断面积8.54 m2。

隧道内敷设输气管线、输油管线、光缆各一根，采用支墩敷设方式。

隧道最高点高程为260.80 m，最低点高程57.82 m，最大埋深196.8 m。

隧道内分布围岩为Ⅲ级～Ⅵ级。

1.2 工程地质条件
工程区位于华南褶皱系Ⅰ2构造单元东北部，Ⅱ级构造单元属浙东南褶皱带(Ⅱ3)，Ⅲ级构造单元属丽水—宁波隆起(Ⅲ7)，Ⅳ级构造单元属新昌—定海断隆(Ⅳ9)。

根据浙江省区域构造图，隧址区及其附近通过的区域性深大断裂主要有：⑨衢州—
天台大断裂；镇海—温州大断裂。

以上各深大断裂形成了区域内主要的构造格架，并控制了本区域内次一级断裂的发育和地貌形态的形成。

1)隧道所在区域内主要分布有上侏罗统火山岩，由新至老为第四系全新统(Q4)及侏罗系(J)：
第四系全新统(Q4)：冲、洪积分布于隧道出口下部的河流阶地、漫滩上，主要由
砂卵石、黏土组成；残坡积分布于低山～丘陵区的斜坡地带，主要由粉质黏土组成；崩坡积分布于低山～丘陵区的陡坡脚，主要由块、碎石土、粉质黏土组成。

侏罗系(J)：主要由花岗岩、安山岩等组成。

2)隧道进出口段及通过区基岩均以侏罗系(J)火山岩为主，表层均分布有第四系全新统残坡积土)：
第四系残坡积土)：灰黄色，中密，碎石含量50%～55%，粒径1.5 cm～2 cm，
下部含量略有增加，粘性土含量约占40%。

其中0 cm～0.3 cm为耕植土，含少量植物根系。

晚侏罗世鹤溪超单元张山岱单元组(J3z)：分布于隧道通过区的大部分地段，岩性为紫红色花岗岩，节理、裂隙稍发育，岩石呈块石结构，属坚硬岩，RQD值为30%～80%；以及黄灰色安山岩，节理、裂隙发育，岩石呈碎块状镶嵌结构，属坚硬岩，RQD值为10%～30%。

1.3 水文地质条件
隧址区为构造侵蚀～剥蚀丘陵地貌，由于附近构造的影响，断裂稍发育，节理裂隙发育。

隧址区主要赋存基岩裂隙水，主要通过裂隙、溶隙接受降水的渗入补给，并在侵蚀基准面控制下，沿裂隙向基准面运动；裂隙既是地下水的储存空间，又是地下水的补给和运移通道；受岩性组合影响和补给方汇水式的制约，含水岩组的富水性弱～中等，泉流量一般小于3.0 L/s。

隧道通过区域南侧有小溪通过，流量约10 L/s。

局部山沟地带在雨后可形成暂时性水流。

1.4 塌方段隧道原设计参数
采用Ⅵ型衬砌，支护参数为：超前支护采用φ89管棚注浆支护，长15 m(搭接2 m)，环向间距40 cm，外插角2°，每环17根。

初期支护采用Φ6钢筋网全断面铺贴，间距25 cm×25 cm；φ22普通水泥砂浆锚杆，长2.5 m，间距80 cm，梅花形布置；Ⅰ12型钢工字钢架，纵向间距80 cm，每榀钢拱架之间采用Φ22钢筋连接，环向间距50 cm；喷射C25早强混凝土，厚18 cm。

在围岩和锚喷支护变形基本稳定后及时进行二次衬砌，二次衬砌采用C30模筑钢筋混凝土，厚35 cm。

2.1 隧道塌方情况
洞口庙隧道于2013年4月16日开挖至0+087处，此处位于隧道进洞段，主要
为全风化闪长岩、粉质粘土混碎石，围岩为Ⅵ，Ⅳ级分界点，且存有一条软弱破碎带，本处隧道覆盖层厚度17 m。

施工期正值雨季，雨水较多。

围岩开挖暴露后，掌子面出现滑块，拱部也出现小掉块,有范围扩大迹象。

施工人员立即采用C25喷射混凝土对围岩面进行初喷封闭，但由于坍塌陆续发生，范围逐渐加大，喷射混凝土也随之塌落，无法继续初喷施工。

至16日中午，隧道顶部坍塌高度达3 m左右，深度约2.5 m，塌空区暂时处于稳定状态。

为防止坍塌继续扩大，在能确保施工人员安全情况下，采用架设棚架法进行支护。

施工过程中，塌空区再次发生坍塌，顶部持续发生掉块，且伴有大块掉落，把已紧急架好的1榀钢拱架和搭设中的棚架(3根4.5 m长φ89钢管、13根4.5 m长φ42钢管)砸塌。

至16日晚11点，塌
方石碴已填满该处洞身，塌方长度约4.1 m，高度达6 m左右。

2.2 塌方原因分析
根据现场开挖情况，分析塌方的原因，主要有以下几点:
1)隧道进洞段围岩为全风化安山岩、粉质粘土混碎石，隧道渗水量大于125
L/(min·10 m)，围岩经常渗水，地下水状态为Ⅲ级。

受附近构造的影响，区内次
级小断裂稍发育，节理裂隙发育，土石结构松散、均匀性差，强度和稳定性极差，围岩稳定时间极短。

2)隧道塌方段位于Ⅵ，Ⅳ级围岩分界处，且存有一条软弱破碎夹层，隧道覆盖层只有17 m，覆盖层较薄。

3)隧道施工期正值雨季，塌方发生前有较大降雨，由于围岩结构松散且埋深较浅，受地表水下渗软化影响，导致土层含水量增大，力学性能急剧下降，施工中没有针对雨季施工提前采取相应的措施。

4)在地质不良段没有按设计要求施作超前支护措施，也没有采取其他同等级的支护措施，导致支护强度及安全储备不足。

5)雨季施工未得到充分重视，没有按照设计要求采用分部开挖、支护和监测，发现隧道内围岩变形时，没有及时采取有效的应急措施。

6)初期支护及二次衬砌施作不及时，未能使围岩面封闭，不能充分发挥围岩的自承能力，在软弱围岩段仅依靠工字钢架或超前支护不能确保围岩稳定。

坍塌一旦发生，易引起范围扩大。

3.1 塌方处理原则
1)安全可靠，塌方处理方案必须保证施工安全，做到万无一失；2)快速有效，塌方处理时间要最短，节约工期，可操作性强；3)保证质量，塌方处理方案必须保证工程结构质量，不得留有任何隐患；4)经济合理，塌方处理要符合经济性要求，尽量减少投资。

3.2 塌方处理方案
根据塌方现场情况及围岩变形分析，针对塌方对周围的影响分别进行处理(见图1)。

1)设置地表截水沟。

为防止地表水继续下渗，软化围岩，在塌方区顶部地表相应位置即0+100附近设置一条截水沟，将地表水引至塌方影响区域外。

截水沟底宽
1.0 m、深0.5 m，边坡1∶1，采用M10水泥砂浆砌石结构，沟底做5 cm厚水
泥砂浆抹面。

2)塌方区相邻成洞段加固。

洞内塌方往往会波及前段围岩和已施工完成的支护结构，造成围岩松散脱落和塌方扩大，为了确保施工安全、保护成洞段结构安全，需要先加固塌方区附近的未坍塌部分。

故对隧道0+074.8～0+084.8段拱部和边墙采用
喷锚支护进行加固。

普通水泥砂浆锚杆长2.5 m，φ22 mm，间距15 cm×15 cm，喷射混凝土采用C25钢纤维混凝土，厚8 cm。

3)塌方区处理。

利用塌方发生后围岩处于相对暂时稳定的状态，抓紧时间沿坍塌面设外层初期支护。

先在塌方处外面架设一榀拱架，再沿拱架拱部钻设φ89×4.5 mm、长5 m管棚，环向间距15 cm。

管棚采用镐头机顶进。

管棚安装完成后，
对隧道内塌方石碴采用15 cm厚C25喷混凝土进行封闭，再对管棚灌注水泥砂浆。

注浆完成后，开始逐段清理塌碴，并及时跟进钢拱架、钢筋网锚喷支护。

钢拱架采用Ⅰ12工字钢架，间距30 cm，每榀钢拱架之间采用φ22钢筋连接，环向间距
50 cm，并在拱脚、墙脚部位各设一根φ22 mm，长3 m水泥砂浆锁脚锚杆。

钢筋网采用Φ6钢筋，间距25 cm×25 cm，全断面铺贴；φ22 mm普通水泥砂浆
锚杆，长2.5 m，间距80 cm；喷射C25早强混凝土，厚18 cm。

塌腔内采用
C25泵送混凝土填充，根据围岩情况采用锚杆对泵送混凝土两侧进行加固。

4)塌方区后掘进及支护措施。

待塌方段处理完成后，采用小导管注浆对掌子面加固。

隧道继续前进施工时，应按Ⅵ型设计断面进行开挖，并加强支护：超前支护采用
φ42×3.0 mm超前小导管，长4 m，环向间距30 cm，排距1.8 m；初喷钢纤维混凝土厚5 cm；钢拱架采用Ⅰ12工字钢架，间距30 cm，每榀钢拱架之间采用
φ22钢筋连接，环向间距50 cm；钢筋网采用Φ6钢筋，间距25 c m×25 cm，
全断面铺贴；φ22 mm普通水泥砂浆锚杆，长4.0 m，间距80 cm；喷射C25早强混凝土，厚10 cm。

加强支护长度根据实际围岩地质情况确定，且不应小于10 m。

3.3 施工注意事项及安全措施
1)首先对成洞段进行加固施工，防止塌方进一步扩大。

2)在塌方段进行清碴、支护时，应安排专人进行监测、指挥，发现险情时人员应及时撤离。

3)开挖应坚持“短进尺、少扰动、弱爆破、快封闭、勤量测”的指导方针。

4)隧道继续前进施工时，应严格控制步长，每循环进尺控制在50 cm以内，围岩地质情况好转后，再作调整。

5)采用台阶法开挖，增强掌子面稳定性。

6)要密切关注成洞段及塌方区地表稳定情况，后期施工应按设计要求进行监控量测，并及时记录、反馈。

隧道进出口段往往地质情况复杂，围岩软弱破碎，现有的勘察技术手段难以精确的预测所有的地质变化。

施工中应对此类情况加以重视，特别是雨季施工时，必须意
识到危险因素的大幅度增加。

面对复杂多变的地质条件，施工单位的技术水平、施工经验和应变能力就显得极为重要。

“动态施工”是隧道施工的基本原则之一，隧道施工的各种决策都要在施工阶段的地质条件、量测变形、质量控制的基础上进行，所以在“动态施工”中，监控量测的作用是不能忽视的。

动态施工和动态设计密不可分，设计单位提供的设计图纸，在没有通过实践检验前，始终是具有预设计的性质，而真正的设计是在施工过程中完成和完善的。

所以施工和设计的信息交换，特别是施工中出现与设计图纸不符的情况时，与设计及时沟通进行设计变更，对提高效率、降低成本、减少风险起着十分重要的作用。

新奥法施工以维护和利用围岩的自承能力为基点，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，因此围岩和衬砌的整体化应在初期衬砌中就及早完成，以保证衬砌环的稳定与完整。

对软弱围岩而言，在洞身开挖完成后应及时进行初期支护和二次衬砌，不应因为抢工期、片面追求进尺、省投资等原因抱有侥幸心理，不支护、少支护或拖延支护时间。

否则一旦隧道内发生塌方事故，因为隧道断面较小，不利于大型机械作业，通风、运输不便等特点，通常难以快速处理。

如果处理措施不当，还可能造成更大范围的塌方，对施工人员的人身安全造成威胁。

塌方处理往往工期长，费用高，应引起施工人员的高度重视，并且要彻底根治，否则得不偿失。

本文针对洞口庙隧道塌方事故，介绍了塌方情况，分析了塌方原因，并采取了相应的工程处理措施，取得以下结论：
1)全风化闪长岩、粉质粘土混碎石胶结程度差，遇水软化，力学性能低，强度和稳定性极差，雨季施工应特别注意地表水下渗影响。

2)针对塌方事故，采取了加固成洞段、封闭掌子面、注浆固结、泵送混凝土回填等措施，效果良好。

3)在软弱围岩段施工，超前支护和监控量测是施工安全的前提和保障。

在洞身开挖之后必须立即
进行支护工作，强支护是施工中的关键措施。

4)导致塌方的原因是多种多样的，通常地质上突发的因素是决定性的，因此加强施工地质工作是避免和防止塌方的根本手段。

5)除了自然因素外，工程和人为的原因仍占有相当的比重。

如果在施工管理和技术上认真的改善，就会使塌方事故得到有效控制。

【相关文献】
[1] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社，2003.
[2] 闻富民，鲁仁.现代公路、桥梁、隧道常见质量事故与防范、处理及成功实例分析[M].北京：当代中国音像出版社，2011.
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