油氣長輸管線隧道穿越不良地質(zhì)治理

祁會芳 王世宇 孫東曉

川氣東送管道工程西起川東北普光首站,東至上海末站,是繼西氣東輸管線之后又一條貫穿我國東西部地區(qū)的管道大動脈。管道干線自西向東途經(jīng)四川、重慶、湖北、安徽、浙江、上海四省兩市,全長約1 700 km,管道沿線所經(jīng)地貌段大致分為溝谷單元、山地單元、河流穿越單元和其他不良地質(zhì)段。

下面以川氣東送管道工程為例,談一下天然氣管道工程隧道工程主要不良地質(zhì)現(xiàn)象及治理措施,請專家、同行指正。

川氣東送天然氣管道隧道工程主要不良地質(zhì)現(xiàn)象有松散地層、不良地質(zhì)構(gòu)造、溶洞、煤系瓦斯地層、采空區(qū)等。

1 松散地層

松散地層結(jié)構(gòu)松散、膠結(jié)弱、穩(wěn)定性差,在施工中易發(fā)生坍塌。

1.1 超前支護

1)超前錨桿或超前小導管:爆破前,將超前錨桿或小鋼管打入掘進前方穩(wěn)定的巖層內(nèi)。

2)管棚:適用于圍巖為砂黏土、粘砂土、亞黏土、粉砂、矽砂、砂夾卵石等非常松軟、破碎的土壤。管棚長度根據(jù)地質(zhì)情況確定。

1.2 注漿

對于極其松軟、破碎、軟塑地層,或有大量涌水的軟弱地段以及斷層破碎帶的隧道,通常采用小導管注漿固結(jié)地層。

對于埋深較淺的隧道可在地面進行預注漿。

1.3 鋼拱架

開挖完成后立即架設鋼拱架能阻止圍巖過度變形,提供較大的早期支護剛度,鋼拱架支撐可很好的與錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土合理組合,構(gòu)成聯(lián)合支護,增強支護功能的有效性,且受力條件較好,對隧道斷面變形的適應性好。

2 不良地質(zhì)構(gòu)造

不良的地質(zhì)構(gòu)造包括斷層、裂隙、破碎帶等,對于一般的地質(zhì)構(gòu)造帶,按照軟弱圍巖進行施工、支護。但有些地質(zhì)構(gòu)造帶富含水或與地上水、地下水有聯(lián)系,需要認真對待。對于此類情況要做好“探水”和“堵水”。

2.1 超前探水

開挖過程中對部分地段實施了超前鉆探。根據(jù)工程地質(zhì)條件及施工期間長江水位狀況,探水距離一般為30 m～50 m。

2.2 注漿堵水

在隧道施工中,根據(jù)鉆探出水情況確定堵、排水方案。為節(jié)省投資,對于量少而清澈的出水,不危及圍巖穩(wěn)定和施工安全的,可以通過排水設施排走。對于水量較大、危及施工安全或者水量雖小但較混濁,可能通過裂隙與江水導通的出水,則必須注漿堵水。注漿堵水根據(jù)水量大小可采用長導管注漿或小導管注漿。

3 溶洞

隧道在溶洞地段施工時,應根據(jù)地質(zhì)詳勘資料及現(xiàn)場實際,查明溶洞分布范圍、類型情況(大小、有無水,溶洞是否在發(fā)育中,以及其填充物)、巖層的穩(wěn)定程度和地下水流情況(有無長期不進來源、雨季水量有無增長)等,分別以引、堵、越、繞等措施進行處理。

3.1 引排水

1)當暗河和溶洞有水流時,宜排不宜堵,在查明水源流向及其與隧道位置的關系后,用暗管、涵洞、小橋等措施,宣泄水流或開鑿池水洞,將水排出洞外。2)當水流的位置在隧道上部或高于隧道時,應在適當距離處開鑿飲水斜洞(或引水槽),將水位降低到隧道底部位置下,再行引排。

3.2 填堵

1)對已停止發(fā)育、跨徑較小、無水的溶洞,可根據(jù)其余隧道相交的位置及其充填情況采用混凝土、漿砌片石或干砌片石予以回填封閉,根據(jù)地質(zhì)情況決定是否需加深邊墻基礎。

2)隧道拱以上空溶洞,可視溶洞的巖石破碎程度采用噴錨支護加固,或加設護拱頂回填的辦法處理。

3.3 跨越

當溶洞較大較深,可采用板、梁、拱、桁架等方式跨越,但兩端或拱座位置與穩(wěn)固可靠的基礎上,必要時用圬工加固。

3.4 繞行施工

施工中遇到一時難以處理的溶洞時,可采用迂回導坑繞過溶洞繼續(xù)進行隧道施工,再行處理溶洞。

3.5 煤系(瓦斯)地層

瓦斯地層施工的主要措施:1)隧道穿越瓦斯逸出地段,應預先確定瓦斯探測方法,并制定瓦斯稀釋措施、防爆措施和緊急救援措施等。2)隧道采用全斷面開挖。3)加強通風是防止瓦斯爆炸最有效的方法。隧道施工中必須采用機械通風,通風設備必須防止漏風,并配備備用的通風設備。4)若瓦斯排放量較大,使用一般的措施難以稀釋到安全標準,可使用超前全封閉注漿。5)開挖后要及時噴錨支護,并保證其厚度,以免漏氣和防止圍巖失穩(wěn)。6)施工中采用的設施均為防爆設施。7)嚴格執(zhí)行有關規(guī)章制度。

3.6 采空區(qū)

在選線時由于初勘資料不足,再加上有些道路的詳勘工作跟不上,致使隧道在施工過程中穿入采空區(qū)。特別是富煤地區(qū)淺部大多有小煤窯采空區(qū)存在,如果施工前探查不清,施工準備不足,穿入采空區(qū)將給施工帶來一定的困難。

隧道穿越采空區(qū)時的施工對策主要有:1)超前預測預報。2)采空區(qū)位于隧道洞身上方。當采空區(qū)位于洞身上方,特別是近水平、緩傾斜的采空區(qū)且距隧頂較近時,必須采用加強支護,即在隧道拱部設管棚,管棚用格柵鋼架支撐。3)采空區(qū)位于隧道橫斷面中部。當采空區(qū)橫跨隧道中部,在隧道斷面范圍的采空區(qū),采煤時所充填的棄土、矸石將被挖除,而兩端塑性區(qū)范圍內(nèi)的空區(qū),應換填密實的片石、塊石,再用水泥砂漿澆筑,或用素混凝土充填,以便提高隧道開挖后所形成的塑性區(qū)范圍內(nèi)的支撐強度,防止出現(xiàn)大的變形。4)采空區(qū)位于隧道斷面內(nèi)頂部與底部。當隧道在傾斜、急傾斜、薄及中厚煤層穿過時,采空區(qū)將位于隧道斷面內(nèi)的頂部與底部,頂、底部應分別治理,拱部應系統(tǒng)設置小導管管棚,管內(nèi)應注入C20水泥砂漿。5)采空區(qū)位于隧道底板以下。采空區(qū)位于隧道底板以下,未在隧道斷面內(nèi)出露,但距隧道底部較近時,可在隧道內(nèi)鉆孔注入水泥砂漿,提高采空區(qū)原充填料的強度,以防止隧道下沉。當隧道內(nèi)施工條件允許時,也可采用旋噴樁固結(jié)隧道底巖體,這種措施也可取得良好的加固效果。當采空區(qū)距隧道底部較深,一般超過15 m以上時,這時在洞內(nèi)鉆孔注漿,往往施工難度較大,且很不經(jīng)濟,不僅注漿量增大,同時也延誤工期。如果條件允許,根據(jù)隧道所處的地形地貌,可在隧道側(cè)掘一小平峒或小斜井,在平峒、斜井側(cè)向隧道采空區(qū)內(nèi)注漿加固。

治理范圍的確定:治理范圍包括采空區(qū)治理長度和采空區(qū)治理寬度。治理長度是以采空塌陷區(qū)沿路線延伸方向的邊界為起點所確定的長度,治理寬度為路基寬度+圍護帶寬度+路基兩側(cè)按應力擴散角所確定的邊界寬度。

[1]JTG D70-2004,公路隧道設計規(guī)范[S].

[2]JTJ 042-94,公路隧道施工技術規(guī)范[S].

[3]GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[4]GB 50086-2001,錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范[S].

[5]GB 6722-2003,爆破安全規(guī)程[S].

[6]GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[7]GB 50003-2001,砌體結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[8]GBJ 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].