噴射混凝土在天然氣管道工程隧道施工中的研究

任鵬

摘 ? 要：隧道工程地質(zhì)條件復(fù)雜，巖體較破碎，圍巖穩(wěn)定性一般，施工作業(yè)具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，本研究以某天然氣管道工程隧道施工建設(shè)為例，根據(jù)施工過(guò)程中存在的相關(guān)問(wèn)題，結(jié)合工程實(shí)際情況提出噴射混凝土支護(hù)技術(shù)的處理方案，解決了施工中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)較大的問(wèn)題，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明噴射混凝土技術(shù)能夠保證隧道工程的施工安全。

關(guān)鍵詞：天然氣管道 ?噴射混凝土 ?隧道

中圖分類(lèi)號(hào)：TU996 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（a）-0022-02

天然氣管道是我國(guó)實(shí)施“一帶一路”、能源革命等國(guó)家戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是我國(guó)現(xiàn)代能源體系的重要組成部分。近些年我國(guó)天然氣管道取得了長(zhǎng)足進(jìn)步和積極成效，管網(wǎng)規(guī)模躋身世界前列達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。從保障國(guó)家能源安全、支撐兩個(gè)百年奮斗目標(biāo)的更高要求看，天然氣管道的發(fā)展仍使命重大、任重道遠(yuǎn)。隧道是天然氣管道工程的重要組成部分。同時(shí)隧道工程地質(zhì)條件非常復(fù)雜，內(nèi)部情況不確定性為整個(gè)管道工程建設(shè)帶來(lái)了巨大的風(fēng)險(xiǎn)，因此，隧道工程的初期支護(hù)就顯得尤為重要。而在隧道工程的初期支護(hù)中采用噴射混凝土施工的方式能夠充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)性，作為后續(xù)施工的安全儲(chǔ)備在經(jīng)濟(jì)上也具有極大的合理性。噴射混凝土施工作為一種安全適用、施作快捷、經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)方式應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

1 ?工程概況

本隧道為該管道工程專用隧道，隧道洞身凈斷面尺寸為2.7m×2.7m（寬×高），采用直墻圓弧拱形斷面，隧道內(nèi)布設(shè)天然氣管道。隧道進(jìn)出口坡度較大。穿越區(qū)為低山地貌，形起伏大，場(chǎng)區(qū)最高點(diǎn)山頂?shù)孛娓叱膛c最低點(diǎn)地面高程高差較大。

2 ?工程中存在的問(wèn)題及解決方法

2.1 存在的問(wèn)題

隧道大地構(gòu)造位置位于華南褶皺系Ⅰ2構(gòu)造單元東北部，Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元屬浙東南褶皺帶（Ⅱ3），Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元屬溫州-臨海拗陷（Ⅲ8），Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元屬黃巖-象山斷拗（Ⅳ11）。隧道附近大斷裂主要為溫州-鎮(zhèn)海大斷裂。溫州-鎮(zhèn)海大斷裂總體走向呈北東25度展布，全長(zhǎng)約320km。是浙江東部一條重要的大斷裂。北段自黃巖往北經(jīng)臨海、寧海至鎮(zhèn)海，傾向北西，地表構(gòu)造形跡清晰。南段經(jīng)溫州、礬山并伸入福建境內(nèi)，傾向南東，地表顯示較差。該斷裂發(fā)育于上侏羅系火山巖地層中，沿?cái)嗔延邪讏准o(jì)盆地與晚第三紀(jì)玄武巖分布，形成于燕山中晚期。熱釋光測(cè)年證明屬于晚更新世活動(dòng)斷裂。沿?cái)嗔褞v史上在溫州、臨海、鎮(zhèn)海等地曾多次發(fā)生4.0～4.8級(jí)地震。該隧道在該斷裂以西約5km。

2.2 問(wèn)題分析

由于管道工程隧洞施工存在的惡劣條件以及施工難度，為確保隧洞施工期間安全，組織相關(guān)人員對(duì)冒頂?shù)默F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查和研究，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況，在初期支護(hù)中采用噴射混凝土的方式能有效防止了掘進(jìn)時(shí)圍巖失穩(wěn)坍塌，并針對(duì)強(qiáng)風(fēng)化段掘進(jìn)制定了管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤測(cè)量、早封閉的施工原則，超前護(hù)頂、加固圍巖。噴射混凝土與隧道四周?chē)鷰r組合一起形成固結(jié)圈，為開(kāi)挖與初期支護(hù)的安全施工提供強(qiáng)有力保障。

3 ?噴射混凝土施工技術(shù)

3.1 施工方式

在隧道工程中，混凝土噴射的主要作用就是保護(hù)施工的安全。噴射混凝土使隧道周?chē)纬杀Ｗo(hù)層，為開(kāi)挖和初期支護(hù)提供安全保障。近些年來(lái)，濕式噴射混凝土逐步取代干式噴射技術(shù)，成為隧道工程的主要噴射方式。在濕式噴射混凝土的過(guò)程中，傳統(tǒng)小型的濕式噴射混凝土機(jī)械生產(chǎn)的效率低下，人員勞動(dòng)的強(qiáng)度較大，混凝土骨料的反彈以及噴射過(guò)程所產(chǎn)生的粉塵對(duì)魚(yú)作業(yè)人員有極大的健康危害，同時(shí)噴射混凝土的質(zhì)量難以得到有效保證?，F(xiàn)代施工對(duì)于工程的質(zhì)量和效率都要求極高，因此采用噴射混凝土效率快、機(jī)械化程度高、并且質(zhì)量效果好的大型濕式噴射混凝土機(jī)器就變成了隧道施工的主力軍。它有著作業(yè)環(huán)境好、質(zhì)量?jī)?yōu)、效率高、能夠精確控制水灰比以及外加劑等優(yōu)點(diǎn)，從而得到了廣泛的應(yīng)用。

3.2 工藝流程

噴射混凝土支護(hù)技術(shù)很好的解決了承載及耐久性等一系列問(wèn)題，在隧道工程建設(shè)的初期支護(hù)中經(jīng)濟(jì)較為合理、工作效率普遍較高，施工的過(guò)程中支護(hù)作業(yè)能夠及時(shí)跟進(jìn)，大大提高了隧道工程施工的安全性，同時(shí)也能夠達(dá)到縮短工期的效果。所以，如果地質(zhì)條件允許的情況下，噴射混凝土支護(hù)技術(shù)對(duì)于隧道工程建設(shè)具有強(qiáng)大的積極意義。噴射混凝土工藝流程見(jiàn)圖1所示。

3.3 施工的技術(shù)要點(diǎn)

首先，選用R32.5號(hào)以上普通硅酸鹽水泥，粗骨料選用粒徑小于15mm堅(jiān)硬耐久的碎石;當(dāng)使用堿性速凝劑時(shí)，不得使用含有活性二氧化硅的石材。細(xì)骨料選用中、粗砂，細(xì)度模數(shù)大于2.5，含水率控制在5%～7%。可采用飲用水;不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸鹽量（按SO4）計(jì)算超過(guò)水量1%的水，也不得使用含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害物質(zhì)的其它水。

其次，噴射混凝土配合比（重量比），邊墻為水泥：粗中混合砂：石子1：（2.0～2.5）：（1.5～2.0），拱部為水泥：粗中混合砂：石子1：2.0：（1.5～2.0）。噴射混凝土嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比拌和，配合比及攪拌的均勻性每班檢查不少于兩次。

再次，噴射混凝土前認(rèn)真檢查隧道斷面尺寸，對(duì)欠挖部分及所有開(kāi)裂、破碎、崩解的破損巖石進(jìn)行清理和處理，清除浮石和墻角虛碴，并用高壓水或風(fēng)沖洗巖石。噴射混凝土作業(yè)采取分段、分塊，先墻后拱、自下而上的順序進(jìn)行。噴射時(shí)，噴嘴做反復(fù)緩慢的螺旋形運(yùn)動(dòng)，螺旋直徑約20～30cm，以保證混凝土噴射密實(shí)，同時(shí)掌握風(fēng)壓、水壓及噴射距離，減少回彈量。分層噴射時(shí)，后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝1h后再進(jìn)行噴射時(shí)，應(yīng)先用風(fēng)水清洗噴層表面。

最后，噴射注意找平巖面，通過(guò)噴混凝土，使開(kāi)挖后不平整的圍巖表面平順，以減小圍巖應(yīng)力集中，也便于鋪設(shè)防水層。噴射作業(yè)緊跟開(kāi)挖工作面時(shí)，混凝土終凝到下一循環(huán)放炮時(shí)間，不應(yīng)小于3h。噴射混凝土的回彈率，邊墻不應(yīng)大于15%，拱部不應(yīng)大于25%。噴射混凝土終凝2h后，應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得小于14d。

4 ?結(jié)語(yǔ)

在噴射混凝土的支護(hù)作用下，圍巖通常已具備一定的穩(wěn)定性。大大提高了施工的安全。由于圍巖應(yīng)力隨隧道開(kāi)挖而逐漸釋放，若僅有初期支護(hù)作用，當(dāng)圍巖應(yīng)力完全釋放時(shí)還要選擇配合其他支護(hù)方式體系作為支護(hù)的加強(qiáng)。噴射混凝土支護(hù)技術(shù)作為隧道施工的一種支護(hù)方式，在不良地質(zhì)條件的隧道掘進(jìn)施工和事故處理中具有廣闊的應(yīng)用前景。噴射混凝土支護(hù)技術(shù)在本工程的成功應(yīng)用對(duì)于其他類(lèi)似工程具有一定的借鑒意義。

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