山岭隧道封堵设计与施工
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山岭隧道的封堵设计与施工
王晓峰 陈璋兵 中国石油工程设计有限责任公司西南分公司，四川 成都 610017
摘要：对于各种特殊原因造成的某些废弃的油气管道隧道，必须采取环保、安全、可靠的封堵方法进行处理， 避免产生次生灾害。针对不同地质和水文条件下的隧道，可采用混凝土封堵墙、注浆堵水、挂网锚喷混凝土、 局部钢支架加固等方法进行有效封堵。本文通过对四川某地一条天然气管道隧道进行封堵设计和施工情况分析 介绍，研究与探讨了隧道封堵的处理措施和适用方式。目前，该隧道封堵效果良好，为管道隧道的封堵设计和 施工提供一定的参考。 Abstract：For the abandoned oil and gas pipeline tunnels caused by a variety of special reasons, the environmental protection, safe and reliable sealing methods must be taken to avoid secondary disaster. For the different geological and hydrological conditions of the tunnel, the effective methods, such as concrete block wall, grouting and plugging water and local supporting, etc, can be used to close the tunnel. This article analyses the closure design and construction conditions of a Sichuan gas pipeline tunnel, and study and discuss the closure measure of the tunnel and methods of application. At present, the closure effect of this tunnel works is well, which provides some reference to the closure design and construction of the pipeline tunnel. 关键词：隧道；封堵；设计； 施工 文献标识码：B 文章编号：1006-5539（2012）02-0083-04
［3］SL279－2002
［4］王晓峰. 山岭隧道岩溶地质处理探讨[J].天然气与石油，2010,28(1):44-48. ［5］向 勇. 佛顶山特长隧道设计浅谈 [J].天然气与石油，2009,27(3):53-56.
［6］胡文君，马红. 管道隧道开挖过程数值模拟分析[J].天然气与石油，2010,28(1):49-53.
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3
封堵设计
综合以上因素， 隧道封堵宜采用现浇混凝土进行分段防渗封堵。 具体设计如下：
3.1 封堵墙位置的确定 封堵墙位置的确定原则应根据围岩的工程地质和水文地质、已有的支护或衬砌 情况、相邻建筑物的布置及运行要求分析决定[1]。 根据本工程岩土工程详勘报告的资料显示：隧道所穿越的岩层位于三叠系上统 须家河组砂岩、 钙质页岩、 泥质灰岩和煤层交接部位， 岩层产状陡， 倾角47°～76°， 岩体中节理、裂隙发育。该段地下水受砂岩的阻隔，在钙质页岩和泥质灰岩中易形 成溶蚀破碎带，隧道开挖易出现涌水和塌方，尤其是页岩在隧道开挖形成临空情况 下，在高压水流的冲刷、引导下易出现大规模塌方。 隧道开挖揭露了岩体并形成临空面，其开挖与支护的工程活动对围岩的影响有 两方面：一是在隧道周边的围岩中形成了洞室界面和爆破裂隙，二是改变了原有水 的径流途径，加速了径流循环。新界面和裂隙切穿含水的裂隙形成涌水；在高水压 情况下，新界面和裂隙虽未直接切穿含水溶体，但使得其中的水压超过了含水裂隙 的临界水压，水流冲破裂隙涌出形成涌水；爆破产生的动应力使裂隙变形扩展，连 通周边含水裂隙产生涌水，是深埋隧道产生大涌水的主要机制。 深埋隧道由于水头压力高，这种力学改造作用尤为显著。在隧道掘进过程中， 常见的是先进行超前地质钻孔，然后进行钻爆[2]。未贯通的深埋裂隙系统一般都有 一定的隔水层，如粘土层或粉砂泥岩层。如果在施工过程中破坏了隔水层，使得地 下水向隧道方向排放，在水头很大、补给丰富的情况下，就会对隧道施工造成巨大 的危害。如果补给源连通了地表水系，甚至会造成地表水源枯竭，不仅对隧道工程 施工造成严重影响，而且也会造成大的环境地质灾害。动水压力作用能够使岩体裂 隙面上的充填物发生变形和位移，导致裂隙再扩展，使高水压裂隙连通，造成重大 涌水、突泥事故，给隧道施工带来重大损失。 通过对隧道洞内主要涌水点的位置的调查分析，结合洞外山顶附近地面泉眼情 况的调查，具体明确了封堵涌水点的位置和区域，最后确定隧道洞内混凝土封堵段 的具体里程位置如下： 进口段封堵墙位置：K0+015～017，K0+400～420，K0+600～620，K0+900～ 930；
1
他一些可行的穿越方式使管道通过该地段。而对于已经掘进了一部分但尚未贯通完 工的隧道，为保证隧道安全，以及今后不会对周围环境产生次生灾害（如隧道内涌 水、突泥等） ，满足环保、水土保持的要求，必须对废弃的隧道采取安全有效的封堵 措施。本文以四川某地一条废弃的天然气管道山岭隧道的封堵过程为例，对隧道封 堵的设计及施工进行探讨。
图3
隧道封堵墙纵断面图（单位：mm）
5
图4
隧道封堵墙横断面图（单位：mm）
图5 止水片安装示意图（单位：mm）
4
封堵墙的施工
a) 混凝土施工前，基岩必须进行清理，确保无松动岩石、无积水、无出水点。 b) 混凝土浇筑时， 入仓间隔时间必须在规定范围内振捣密实； 洞顶尽量用混凝
4.1 技术要求
土充填饱满[6]。 c) 配制大体积混凝土，关键在于降低水化热。可适当采用减水剂，既保证了混
3
出口段封堵墙位置：K1+862～867，K2+010～040，K2+600～620，K2+960～ 980，K3+354.14～356.14。 3.2 封堵墙长度的确定 封堵墙的体型和长度应根据承受内水压力的大小、地质条件、施工方法、封堵 材料、运行要求、施工工期等各种因素分析综合决定。 封堵墙长度的确定按照SL279-2002《水工隧洞设计规范》第6.8.3条进行计算[3]：
图1
隧道进口段封堵墙位置图
4ห้องสมุดไป่ตู้
图2
隧道出口段封堵墙位置图
3.3 封堵墙的结构形式 在封堵墙设计和施工中应考虑温控措施。封堵混凝土可采用低热水泥、掺用粉 煤灰等，必要时可采用微膨胀水泥。选用微膨胀水泥的封堵墙，应进行微膨胀水泥 的物理力学试验、混凝土配比试验，根据试验成果研究封堵墙的分层分块和回填及 接缝灌浆问题，进行专门设计[4]。 通过对本隧道内的出水进行检测，发现水中含有一定量的硫酸根离子，可能会 对混凝土产生一定腐蚀。因此，隧道封堵墙设计采用全断面封堵，在迎水面两侧各 设置1道现浇抗硫酸盐钢筋混凝土，采用人工刻槽嵌入围岩中不小于500mm，墙体 厚度1m，并设置抗滑移锚杆；中间其余部分采用素混凝土现浇，并灌浆回填密实[5]。 （图3、4、5）
2
封堵要求
由于该隧道所处山区属于次原始森林区，山体表面灌木丛和树林等植被茂密，
加之隧址区属于长江流域嘉陵江水系，降雨量大，溪沟发育，地下水丰富，使整个 隧道所通过的岩层处于富水区。其中砂岩和构造破碎带（断层破碎带、褶皱等）节 理、裂隙发育，岩体破碎，岩层透水性强，因此在隧道掘进施工中出现多次涌水突 泥险情，破坏整个山体水系的平衡，致使隧道上方山顶部分泉眼干涸，对当地居民 的正常生产生活产生影响。 因此，本隧道的封堵原则是： a) 隧道封堵后，要确保湿地洞内无水外泄，同时，将可能出现的有害气体完全 封闭在洞内； b) 隧道封堵后，力争使山顶附近不同高程的水位基本恢复到隧道开挖前水平； c) 隧道封堵后，必须确保行人不能进入，且洞口段不能出现次生塌陷； d) 隧道封堵按照永久性工程进行设计。
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凝土的和易性，又在一定程度上降低了水化热。 d) 大体积混凝土施工，养护和浇筑同样重要。保湿是前提，控制降温速度是关 键，监测是根据。 e) 混凝土拌合用水必须经过严格检测， 符合国家规范要求后方可使用， 不能轻 易采用隧道内出水。 f) 每道封堵墙的泄水管安装数量必须满足该段的流量要求， 所有水均能通过泄 水管排出。 g) 封堵墙四周均需按要求预埋注浆管和回浆管。 4.2 施工工序 a) 关闭掌子面所有闸阀，并埋设在混凝土内。 b) 人工刻槽扩挖段要求达到设计深度和宽度， 并无松动基岩， 再进行止水板安 装位置的人工刻槽，安装止水板。 c) 在封堵墙的迎水面前端做一道围堰， 安装泄水管， 使前段水从泄水管内排出。 d) 安装好排水管后，清理封堵墙位置的基础。 e) 制作安装迎水面模板和钢筋后， 埋设注浆及回浆管， 再制作安装另一面模板。 f) 浇筑到闸阀处后，回填注浆，再关闭闸阀，进行剩余部分混凝土浇筑。 g) 浇筑结束后回填注浆，再进行下段封堵墙施工。
前言 随着我国国民经济的飞速发展，国家对于优化能源结构、维护能源安全的需要 更加迫切，大量的油气管道建设遍布全国。油气管道在穿越大江大河、高山峻岭等 重要地段，已经越来越多的采用隧道穿越方式。 由于我国幅员辽阔，地质地貌单元众多，涵盖沙漠、戈壁、草原、盆地、黄土、 山区、丘陵以及水网地区等。随着大量油气管道隧道建设的全面展开，隧道施工遇 到的复杂地质情况也层出不穷，如岩溶、涌水、突泥、瓦斯、岩爆、放射性岩层等 等，在对上述不良地质情况进行处理的过程中，会耗费大量的时间和投资，个别特 殊情况将导致建设工期大大滞后，以至影响整个管道工程的按期竣工投产，对社会 效益和经济效益造成重大损失。因此，建设单位通过权衡利弊、综合考虑，采用其
基金项目： 中国石油天然气集团公司重点工程资助项目（S2009-3） 作者简介： 王晓峰（1970－） ，男，四川汉源人，高级工程师，学士，主要从事建筑结构、 隧道设计工作。
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1
概况
该山岭隧道全长3483m，隧道断面形式为直墙半圆拱形，净宽2.7m，净高2.7m，
纵断面采用“人字坡” 。隧道于2005年10月开始进场施工，截至2007年12月隧道施工 已掘进约2737.14m，尚余隧道中段约750m未掘进。2006年8月～2007年6月，在隧道 掘进过程中出现4次大的突水涌渣情况。 由于地质条件极端复杂， 采用现有地质勘察 手段无法准确探明未掘段详细情况，加之工期、费用，特别是安全风险较大等诸多 因素影响，因此，建设单位同意该段管道采用翻山方案，并对已开挖的隧道进行封 堵处理。
5
结论
2010年6月，该隧道内的封堵施工完成，经过几个月的连续观察，隧道洞内无水
渗出，隧道上方原受施工影响而干涸的泉眼，已基本恢复供水，证明隧道封堵效果 良好。
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参考文献： ［1］ 向 勇， 杨成刚， 吴克信， 等 西气东输中卫黄河隧道设计与施工[J].现代隧道技术， 2011,48(4):110-115. ［2］向 勇. TSP203地质超前预报系统在中卫黄河隧道的应用[J].天然气与石油，2009,27(6):52-54. 水工隧洞设计规范［S］.
L
式中： L------封堵体长度，m；
P K A
（1）
P------封堵体迎水面承受的总水压，MN； [ ]----容许剪应力，取0.2MPa~0.3MPa； A------封堵体剪切面周长，m； K------安全系数，一般取1.1~1.3。 根据隧道进、 出口段内出水点对应的封堵墙位置处的水压， 以及该处断面尺寸， 考虑一定的安全系数，计算出封堵墙长度（图1、2） 。
王晓峰 陈璋兵 中国石油工程设计有限责任公司西南分公司，四川 成都 610017
摘要：对于各种特殊原因造成的某些废弃的油气管道隧道，必须采取环保、安全、可靠的封堵方法进行处理， 避免产生次生灾害。针对不同地质和水文条件下的隧道，可采用混凝土封堵墙、注浆堵水、挂网锚喷混凝土、 局部钢支架加固等方法进行有效封堵。本文通过对四川某地一条天然气管道隧道进行封堵设计和施工情况分析 介绍，研究与探讨了隧道封堵的处理措施和适用方式。目前，该隧道封堵效果良好，为管道隧道的封堵设计和 施工提供一定的参考。 Abstract：For the abandoned oil and gas pipeline tunnels caused by a variety of special reasons, the environmental protection, safe and reliable sealing methods must be taken to avoid secondary disaster. For the different geological and hydrological conditions of the tunnel, the effective methods, such as concrete block wall, grouting and plugging water and local supporting, etc, can be used to close the tunnel. This article analyses the closure design and construction conditions of a Sichuan gas pipeline tunnel, and study and discuss the closure measure of the tunnel and methods of application. At present, the closure effect of this tunnel works is well, which provides some reference to the closure design and construction of the pipeline tunnel. 关键词：隧道；封堵；设计； 施工 文献标识码：B 文章编号：1006-5539（2012）02-0083-04
［3］SL279－2002
［4］王晓峰. 山岭隧道岩溶地质处理探讨[J].天然气与石油，2010,28(1):44-48. ［5］向 勇. 佛顶山特长隧道设计浅谈 [J].天然气与石油，2009,27(3):53-56.
［6］胡文君，马红. 管道隧道开挖过程数值模拟分析[J].天然气与石油，2010,28(1):49-53.
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封堵设计
综合以上因素， 隧道封堵宜采用现浇混凝土进行分段防渗封堵。 具体设计如下：
3.1 封堵墙位置的确定 封堵墙位置的确定原则应根据围岩的工程地质和水文地质、已有的支护或衬砌 情况、相邻建筑物的布置及运行要求分析决定[1]。 根据本工程岩土工程详勘报告的资料显示：隧道所穿越的岩层位于三叠系上统 须家河组砂岩、 钙质页岩、 泥质灰岩和煤层交接部位， 岩层产状陡， 倾角47°～76°， 岩体中节理、裂隙发育。该段地下水受砂岩的阻隔，在钙质页岩和泥质灰岩中易形 成溶蚀破碎带，隧道开挖易出现涌水和塌方，尤其是页岩在隧道开挖形成临空情况 下，在高压水流的冲刷、引导下易出现大规模塌方。 隧道开挖揭露了岩体并形成临空面，其开挖与支护的工程活动对围岩的影响有 两方面：一是在隧道周边的围岩中形成了洞室界面和爆破裂隙，二是改变了原有水 的径流途径，加速了径流循环。新界面和裂隙切穿含水的裂隙形成涌水；在高水压 情况下，新界面和裂隙虽未直接切穿含水溶体，但使得其中的水压超过了含水裂隙 的临界水压，水流冲破裂隙涌出形成涌水；爆破产生的动应力使裂隙变形扩展，连 通周边含水裂隙产生涌水，是深埋隧道产生大涌水的主要机制。 深埋隧道由于水头压力高，这种力学改造作用尤为显著。在隧道掘进过程中， 常见的是先进行超前地质钻孔，然后进行钻爆[2]。未贯通的深埋裂隙系统一般都有 一定的隔水层，如粘土层或粉砂泥岩层。如果在施工过程中破坏了隔水层，使得地 下水向隧道方向排放，在水头很大、补给丰富的情况下，就会对隧道施工造成巨大 的危害。如果补给源连通了地表水系，甚至会造成地表水源枯竭，不仅对隧道工程 施工造成严重影响，而且也会造成大的环境地质灾害。动水压力作用能够使岩体裂 隙面上的充填物发生变形和位移，导致裂隙再扩展，使高水压裂隙连通，造成重大 涌水、突泥事故，给隧道施工带来重大损失。 通过对隧道洞内主要涌水点的位置的调查分析，结合洞外山顶附近地面泉眼情 况的调查，具体明确了封堵涌水点的位置和区域，最后确定隧道洞内混凝土封堵段 的具体里程位置如下： 进口段封堵墙位置：K0+015～017，K0+400～420，K0+600～620，K0+900～ 930；
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他一些可行的穿越方式使管道通过该地段。而对于已经掘进了一部分但尚未贯通完 工的隧道，为保证隧道安全，以及今后不会对周围环境产生次生灾害（如隧道内涌 水、突泥等） ，满足环保、水土保持的要求，必须对废弃的隧道采取安全有效的封堵 措施。本文以四川某地一条废弃的天然气管道山岭隧道的封堵过程为例，对隧道封 堵的设计及施工进行探讨。
图3
隧道封堵墙纵断面图（单位：mm）
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图4
隧道封堵墙横断面图（单位：mm）
图5 止水片安装示意图（单位：mm）
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封堵墙的施工
a) 混凝土施工前，基岩必须进行清理，确保无松动岩石、无积水、无出水点。 b) 混凝土浇筑时， 入仓间隔时间必须在规定范围内振捣密实； 洞顶尽量用混凝
4.1 技术要求
土充填饱满[6]。 c) 配制大体积混凝土，关键在于降低水化热。可适当采用减水剂，既保证了混
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出口段封堵墙位置：K1+862～867，K2+010～040，K2+600～620，K2+960～ 980，K3+354.14～356.14。 3.2 封堵墙长度的确定 封堵墙的体型和长度应根据承受内水压力的大小、地质条件、施工方法、封堵 材料、运行要求、施工工期等各种因素分析综合决定。 封堵墙长度的确定按照SL279-2002《水工隧洞设计规范》第6.8.3条进行计算[3]：
图1
隧道进口段封堵墙位置图
4ห้องสมุดไป่ตู้
图2
隧道出口段封堵墙位置图
3.3 封堵墙的结构形式 在封堵墙设计和施工中应考虑温控措施。封堵混凝土可采用低热水泥、掺用粉 煤灰等，必要时可采用微膨胀水泥。选用微膨胀水泥的封堵墙，应进行微膨胀水泥 的物理力学试验、混凝土配比试验，根据试验成果研究封堵墙的分层分块和回填及 接缝灌浆问题，进行专门设计[4]。 通过对本隧道内的出水进行检测，发现水中含有一定量的硫酸根离子，可能会 对混凝土产生一定腐蚀。因此，隧道封堵墙设计采用全断面封堵，在迎水面两侧各 设置1道现浇抗硫酸盐钢筋混凝土，采用人工刻槽嵌入围岩中不小于500mm，墙体 厚度1m，并设置抗滑移锚杆；中间其余部分采用素混凝土现浇，并灌浆回填密实[5]。 （图3、4、5）
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封堵要求
由于该隧道所处山区属于次原始森林区，山体表面灌木丛和树林等植被茂密，
加之隧址区属于长江流域嘉陵江水系，降雨量大，溪沟发育，地下水丰富，使整个 隧道所通过的岩层处于富水区。其中砂岩和构造破碎带（断层破碎带、褶皱等）节 理、裂隙发育，岩体破碎，岩层透水性强，因此在隧道掘进施工中出现多次涌水突 泥险情，破坏整个山体水系的平衡，致使隧道上方山顶部分泉眼干涸，对当地居民 的正常生产生活产生影响。 因此，本隧道的封堵原则是： a) 隧道封堵后，要确保湿地洞内无水外泄，同时，将可能出现的有害气体完全 封闭在洞内； b) 隧道封堵后，力争使山顶附近不同高程的水位基本恢复到隧道开挖前水平； c) 隧道封堵后，必须确保行人不能进入，且洞口段不能出现次生塌陷； d) 隧道封堵按照永久性工程进行设计。
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凝土的和易性，又在一定程度上降低了水化热。 d) 大体积混凝土施工，养护和浇筑同样重要。保湿是前提，控制降温速度是关 键，监测是根据。 e) 混凝土拌合用水必须经过严格检测， 符合国家规范要求后方可使用， 不能轻 易采用隧道内出水。 f) 每道封堵墙的泄水管安装数量必须满足该段的流量要求， 所有水均能通过泄 水管排出。 g) 封堵墙四周均需按要求预埋注浆管和回浆管。 4.2 施工工序 a) 关闭掌子面所有闸阀，并埋设在混凝土内。 b) 人工刻槽扩挖段要求达到设计深度和宽度， 并无松动基岩， 再进行止水板安 装位置的人工刻槽，安装止水板。 c) 在封堵墙的迎水面前端做一道围堰， 安装泄水管， 使前段水从泄水管内排出。 d) 安装好排水管后，清理封堵墙位置的基础。 e) 制作安装迎水面模板和钢筋后， 埋设注浆及回浆管， 再制作安装另一面模板。 f) 浇筑到闸阀处后，回填注浆，再关闭闸阀，进行剩余部分混凝土浇筑。 g) 浇筑结束后回填注浆，再进行下段封堵墙施工。
前言 随着我国国民经济的飞速发展，国家对于优化能源结构、维护能源安全的需要 更加迫切，大量的油气管道建设遍布全国。油气管道在穿越大江大河、高山峻岭等 重要地段，已经越来越多的采用隧道穿越方式。 由于我国幅员辽阔，地质地貌单元众多，涵盖沙漠、戈壁、草原、盆地、黄土、 山区、丘陵以及水网地区等。随着大量油气管道隧道建设的全面展开，隧道施工遇 到的复杂地质情况也层出不穷，如岩溶、涌水、突泥、瓦斯、岩爆、放射性岩层等 等，在对上述不良地质情况进行处理的过程中，会耗费大量的时间和投资，个别特 殊情况将导致建设工期大大滞后，以至影响整个管道工程的按期竣工投产，对社会 效益和经济效益造成重大损失。因此，建设单位通过权衡利弊、综合考虑，采用其
基金项目： 中国石油天然气集团公司重点工程资助项目（S2009-3） 作者简介： 王晓峰（1970－） ，男，四川汉源人，高级工程师，学士，主要从事建筑结构、 隧道设计工作。
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概况
该山岭隧道全长3483m，隧道断面形式为直墙半圆拱形，净宽2.7m，净高2.7m，
纵断面采用“人字坡” 。隧道于2005年10月开始进场施工，截至2007年12月隧道施工 已掘进约2737.14m，尚余隧道中段约750m未掘进。2006年8月～2007年6月，在隧道 掘进过程中出现4次大的突水涌渣情况。 由于地质条件极端复杂， 采用现有地质勘察 手段无法准确探明未掘段详细情况，加之工期、费用，特别是安全风险较大等诸多 因素影响，因此，建设单位同意该段管道采用翻山方案，并对已开挖的隧道进行封 堵处理。
5
结论
2010年6月，该隧道内的封堵施工完成，经过几个月的连续观察，隧道洞内无水
渗出，隧道上方原受施工影响而干涸的泉眼，已基本恢复供水，证明隧道封堵效果 良好。
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参考文献： ［1］ 向 勇， 杨成刚， 吴克信， 等 西气东输中卫黄河隧道设计与施工[J].现代隧道技术， 2011,48(4):110-115. ［2］向 勇. TSP203地质超前预报系统在中卫黄河隧道的应用[J].天然气与石油，2009,27(6):52-54. 水工隧洞设计规范［S］.
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式中： L------封堵体长度，m；
P K A
（1）
P------封堵体迎水面承受的总水压，MN； [ ]----容许剪应力，取0.2MPa~0.3MPa； A------封堵体剪切面周长，m； K------安全系数，一般取1.1~1.3。 根据隧道进、 出口段内出水点对应的封堵墙位置处的水压， 以及该处断面尺寸， 考虑一定的安全系数，计算出封堵墙长度（图1、2） 。