油氣管道隧道穿越新奧法施工技術(shù)研究與應(yīng)用

多培軒

摘 要：目前油氣輸送管道隧道穿越工程施工技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展越來(lái)越成熟，油氣管道的普遍特點(diǎn)就是：斷面比較小，施工坡度不等，尤其是天然氣管道，坡度較大，施工難度較大，施工的工序較復(fù)雜，有管墩支墩，踏步，電纜支架，排水系統(tǒng)，只能系統(tǒng)等。采用新技術(shù)新方法施工克服施工難題，加快施工進(jìn)度是迫切要求。采用新奧法（原文是New Austrian Tunnelling Method，簡(jiǎn)稱(chēng)NATM）施工的方法幾乎成為在軟弱破碎圍巖地段修筑隧道的一種基本方法。下面僅對(duì)新奧法施工作一簡(jiǎn)要敘述。

關(guān)鍵詞：新奧法； 噴錨支護(hù)； 穩(wěn)定性

我們組建了以技術(shù)骨干力量和現(xiàn)場(chǎng)的施工隊(duì)伍組成了攻關(guān)小組，明確攻關(guān)目標(biāo)，以及計(jì)劃實(shí)施的步驟，根據(jù)小組成員的自身特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行任務(wù)分工，進(jìn)行隧道新奧法施工的理論及實(shí)踐研究。

1.新奧法施工特點(diǎn)

1.1及時(shí)性

新奧法施工采用噴錨支護(hù)為主要手段，可以最大限度地緊跟開(kāi)挖作業(yè)面施工，因此可以利用開(kāi)挖施工面的時(shí)空效應(yīng)，以限制支護(hù)前的變形發(fā)展，阻止圍巖進(jìn)入松動(dòng)的狀態(tài)，在必要的情況下可以進(jìn)行超前支護(hù)，加之噴射混凝土的早強(qiáng)和全面粘結(jié)性因而保證了支護(hù)的及時(shí)性和有效性，減輕支護(hù)的承載，增強(qiáng)了巖層的穩(wěn)定性。

1.2封閉性

由于噴錨支護(hù)能及時(shí)施工，而且是全面密粘的支護(hù)，因此能及時(shí)有效地防止因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞和剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護(hù)原有巖體強(qiáng)度。

1.3粘結(jié)性

噴錨支護(hù)同圍巖能全面粘結(jié)，防止造成較大范圍的冒頂或片幫。從而保持圍巖的穩(wěn)定性。同時(shí)與圍巖形成了一個(gè)共同工作的力學(xué)系統(tǒng)，具有把巖石荷載轉(zhuǎn)化為巖石承載結(jié)構(gòu)的作用，從根本上改變了支架消極承擔(dān)的弱點(diǎn)。提高圍巖的粘結(jié)力C和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強(qiáng)度。

1.4柔性

噴錨支護(hù)屬于柔性薄性支護(hù)，能夠和圍巖緊粘在一起共同作用，由于噴錨支護(hù)具有一定柔性，可以和圍巖共同產(chǎn)生變形，在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區(qū)，并能有效控制允許圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展，使圍巖的自承能力得以充分發(fā)揮。另一方面，噴錨支護(hù)在與圍巖共同變形中受到壓縮，對(duì)圍巖產(chǎn)生越來(lái)越大的支護(hù)反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過(guò)大變形，防止圍巖發(fā)生松動(dòng)破壞。

2.新奧法理論要點(diǎn)及施工要點(diǎn)

2.1新奧法與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別：傳統(tǒng)方法認(rèn)為巷道圍巖是一種荷載，應(yīng)用厚壁混凝土加以支護(hù)保護(hù)圍巖。而新奧法認(rèn)為圍巖是一種承載機(jī)構(gòu)，構(gòu)筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護(hù)結(jié)構(gòu)（以噴射混凝土、錨桿為主要手段）并使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成支撐環(huán)，來(lái)承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定，而不致松動(dòng)破壞。

2.2保護(hù)巷道圍巖自身的承載能力

新奧法施工在巷道開(kāi)挖后采取了一系列綜合性措施：構(gòu)筑防水層、圍巖巷道排水；選擇合理的斷面形狀尺寸；給支護(hù)留變形余量；開(kāi)巷后及時(shí)做好支護(hù)、封閉圍巖等，都是為保護(hù)巷道圍巖的自身承載能力，使圍巖的擾動(dòng)影響控制在最小范圍內(nèi)，提高圍巖強(qiáng)度。

2.3允許圍巖由一定量的變形，以利于發(fā)揮圍巖的固有強(qiáng)度。同時(shí)巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu)，也應(yīng)具有預(yù)定的可縮量，以緩和巷道壓力。

2.4新奧法施工過(guò)程中量測(cè)工作的特殊性。

由于巖體生成條件與地質(zhì)作用的復(fù)雜性，施工條件的復(fù)雜性，以及對(duì)工程設(shè)計(jì)參數(shù)的精確要求，得要通過(guò)許多量測(cè)手段，在施工過(guò)程中對(duì)圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。并用監(jiān)測(cè)結(jié)果修改初步設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工。

2.5質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

2.5.1開(kāi)挖壁面巖石的完整性用巖壁上炮孔痕跡率來(lái)衡量，炮孔痕跡率也稱(chēng)半孔率，為開(kāi)挖壁面上的炮孔痕跡總長(zhǎng)與炮孔總長(zhǎng)的百分比率。對(duì)節(jié)理裂隙極發(fā)育的巖體，一般應(yīng)使炮孔痕跡率達(dá)到10%～50%；節(jié)理裂隙中等發(fā)育者應(yīng)達(dá)50%～80%；節(jié)理裂隙不發(fā)育者應(yīng)達(dá)80%以上。圍巖壁面不應(yīng)有明顯的爆生裂隙。

2.5.2圍巖壁面平整度的允許誤差為±15cm。

2.5.3在臨空面上，由于巖石屬于花崗巖，石頭的強(qiáng)度較高堅(jiān)硬的巖石，預(yù)裂縫寬度難以達(dá)到1cm。控制在1cm左右的范圍，但是較軟的巖石，通過(guò)實(shí)驗(yàn)（隧道洞口巖石為風(fēng)化巖，石質(zhì)較軟）寬度有時(shí)控制在2cm以上。

2.6爆破要點(diǎn)

裝藥結(jié)構(gòu)：

①堵塞段

堵塞段的作用是延長(zhǎng)爆生氣體的作用時(shí)間，且保證孔口段只產(chǎn)生裂縫而不出現(xiàn)爆破漏斗，對(duì)深孔爆破該段長(zhǎng)一般取0.5～1.5m。

②孔底加強(qiáng)段

段長(zhǎng)大體等于堵塞段。由于孔底受巖石夾持作用，故需用較大的線裝藥密度。

③均勻裝藥段

該段一般為軸向間隔不偶合裝藥，并要求沿孔軸線方向均勻分布。軸向間隔裝藥須用導(dǎo)爆索串聯(lián)各藥卷起爆。為保證孔壁不被粉碎，藥卷應(yīng)盡量置于孔的中心。國(guó)外一般用炮孔中心定位器定位，國(guó)內(nèi)一般是將藥卷及導(dǎo)爆索綁于竹片進(jìn)行藥卷定位。

④起爆，為保證同時(shí)起爆，預(yù)裂爆破和光面爆破一般都用導(dǎo)爆索起爆，并通常采用分段并聯(lián)法。由于光面爆破孔是最后起爆，導(dǎo)爆索有可能遭受超前破壞。為保證周邊孔準(zhǔn)爆，對(duì)光面爆破孔可采用高段延期雷管與導(dǎo)爆索的雙重起爆法。

由上所述，新奧法的支護(hù)原則是：圍巖不僅是載物體，而且是承載結(jié)構(gòu)；圍巖承載圈和支護(hù)體組成巷道的統(tǒng)一體，是一個(gè)力學(xué)體系；巷道的開(kāi)挖和支護(hù)都是為保持改善與提高圍巖的自身支撐能力服務(wù)。

3.新奧法的主要支護(hù)手段與施工順序

新奧法是以噴射混凝土、錨桿支護(hù)為主要支護(hù)手段，因錨桿噴射混凝土支護(hù)能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密粘結(jié)的可縮性支護(hù)結(jié)構(gòu)，允許圍巖有一定的協(xié)調(diào)變形，而不使支護(hù)結(jié)構(gòu)承受過(guò)大的壓力。

施工順序可以概括為：開(kāi)挖→初次支護(hù)→二次支護(hù)。

4.新奧法的缺點(diǎn)主要有：

4.1 實(shí)施不僅要求有良好的施工組織和管理，也要求技術(shù)人員和量測(cè)人員都十分熟練，沒(méi)有這一點(diǎn)就易于發(fā)生錯(cuò)誤；

4.2開(kāi)挖暴露出的地質(zhì)會(huì)立即改變其狀態(tài)，因此要求施工技術(shù)人員要親臨現(xiàn)場(chǎng)，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；

4.3監(jiān)控量測(cè)需要的時(shí)間和空間，往往給施工帶來(lái)不便；

新奧法施工是從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的，又在不斷實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中得以豐富其內(nèi)容和進(jìn)一步發(fā)展，新澳法施工推廣以來(lái)，經(jīng)過(guò)這么多年的運(yùn)用，取得了較大的成就。

結(jié)論：該施工方法不僅加快了工期和節(jié)約了費(fèi)用，還有助于我單位工程管理、技術(shù)人員在類(lèi)似工程建設(shè)中更好的實(shí)現(xiàn)技術(shù)管理和施工保證，為今后工程項(xiàng)目的質(zhì)量、工期、效益提供了很好的參考價(jià)值。當(dāng)然，新奧法也存在不少缺點(diǎn)，不過(guò)經(jīng)過(guò)工程技術(shù)人員和科技工作者的共同努力一定可以把新奧法不斷完善，在隧道工程施工中發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范.JTJF60-2009

[2] 爆破安全規(guī)程.（GB 6722-2011）

[3] 油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范.GB50424-2007