千島湖配水工程淺埋暗挖段引水隧洞近距離下穿天然氣管道施工技術(shù)研究

鄭 剛，厲向偉，李 想

（1.杭州市千島湖原水股份有限公司，浙江 杭州 310009；2.浙江省圍海建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 寧波 315000）

1 問題的提出

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高度發(fā)展，城市飲用水源頻繁受到污染，人們對(duì)生活水源的質(zhì)量需求也進(jìn)一步提高，將郊區(qū)的清潔水源采用引水隧洞等形式引至城市的情況越來越多。引水隧洞線長面廣，不可避免地與天然氣管道等各類基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生多處交叉，基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)系著人民群眾最基本的生活，這對(duì)引水隧洞與各類基礎(chǔ)設(shè)施交叉的施工技術(shù)提出更高要求。

千島湖配水工程全線采用引水隧洞將千島湖的水引至杭州，全線共分16個(gè)標(biāo)段，12標(biāo)采用淺埋暗挖段隧洞開挖穿越天然氣高壓管道。本文分析千島湖配水工程淺埋暗挖段隧洞近距離下穿越杭州市富陽區(qū)西線天然氣高壓管道的施工技術(shù)難點(diǎn)、解決方案和施工工藝，為類似工程建設(shè)提供借鑒。

2 工程概況

2.1 天然氣管道工程及配水工程基本情況

杭州市第二水源千島湖配水工程施工12標(biāo)，位于杭州市富陽區(qū)新登鎮(zhèn)昌東村。施工12標(biāo)全長約11 km，受線路縱坡及1#和2#支洞高程控制影響，只能采用淺埋暗挖法施工，淺埋暗挖段長282 m，引水隧洞鋼襯段直徑5 m。

天然氣高壓管道為東西走向，引水隧洞為南北走向，根據(jù)引水隧洞的線路縱向布置，引水隧洞施工需下穿杭州市天然氣高壓管道及S305省道，引水隧洞與天然氣高壓管道相互平面關(guān)系見圖1。

圖1 引水隧洞與天然氣高壓管道相互關(guān)系平面圖

天然氣高壓管道位于輸水隧洞K85+012 m處，由杭州市供氣至富陽區(qū)、桐廬縣、建德市，作用至關(guān)重要。天然氣管道管徑（外徑）610.0 mm，壁厚11.9 mm，設(shè)計(jì)壓力4 MPa，設(shè)計(jì)等級(jí)為三級(jí)。管道采用直縫雙面埋弧焊鋼管，材質(zhì)為L360 M，鋼質(zhì)管道外防腐層采用擠出聚乙烯3層結(jié)構(gòu)加強(qiáng)級(jí)外防腐，補(bǔ)口采用搭接式3層輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶，采用外加電流的陰極保護(hù)方式。

杭州市第二水源千島湖配水工程施工12標(biāo)輸水隧洞施工段，采用下穿天然氣管道方式，影響范圍主要為天然氣管道處輸水隧洞上下游各50.0 m，樁號(hào)K84+962~K85+062 m，長100.0 m，洞挖方量4 150 m3，輸水隧洞斷面底寬4.8 m，高6.9 m。

2.2 淺埋暗挖段工程地質(zhì)條件

淺埋暗挖段隧洞圍巖為奧陶系上統(tǒng)長塢組（O3c）中厚層狀粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等，該段上覆巖體厚度薄，僅為15 m左右，且局部巖體破碎，工程地質(zhì)條件較差，圍巖類別為IV類，不穩(wěn)定，巖體開挖時(shí)拱頂易坍落，邊墻易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，易產(chǎn)生較大變形破壞。

2.3 主要施工技術(shù)問題

施工技術(shù)問題（難點(diǎn)）主要有：

（1）施工空間小，周邊環(huán)境復(fù)雜，隧洞圍巖條件差，洞頂離天然氣管道凈距小，施工難度大。該段隧洞主要為IV類圍巖，洞頂高程21.1 m，天然氣高壓管道底高程最低點(diǎn)為30.0 m，兩者距離僅有9.0 m左右。

（2）工期要求緊，常規(guī)隧洞施工不能滿足進(jìn)度目標(biāo)要求。若采用常規(guī)掘進(jìn)施工方式，由于圍巖強(qiáng)度超出國內(nèi)現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)的最佳掘進(jìn)參數(shù)，不利于掘進(jìn)機(jī)施工，且掘進(jìn)機(jī)進(jìn)場需要供風(fēng)、供電的配套設(shè)施，準(zhǔn)備時(shí)間較長；若采用履帶式破碎機(jī)，安全可以保證，但進(jìn)度緩慢，根據(jù)千島湖配水工程輸水隧洞前期開挖經(jīng)驗(yàn)，日均進(jìn)尺在0.4~0.5 m，穿越涉及天然氣管道的隧洞段工期需3.5個(gè)月，與計(jì)劃工期相差甚遠(yuǎn)，不符合進(jìn)度目標(biāo)要求。

（3）天然氣高壓管道的改線方案不可行。該天然氣高壓管道涉及沿線百萬人民的生活，改線申報(bào)及審批實(shí)施難度大且過程復(fù)雜，經(jīng)參建各方研究，改線方案不可行。

2.4 技術(shù)方案

經(jīng)多方案研究比較，確定采用以新奧法為基礎(chǔ)的淺埋暗挖近距離下穿燃?xì)夤艿赖氖┕し桨?，并采取以下技術(shù)措施。

2.4.1 先行加固天然氣管道

為保證天然氣高壓管道的安全運(yùn)行，淺埋暗挖段引水隧洞開挖施工前，先對(duì)天然氣高壓管道進(jìn)行加固，采用1.0 m×2.0 m×20.0 m貝雷桁架托空支撐，下設(shè)2根0.5 m×0.5 m混凝土地梁，通過加固措施減小爆破振動(dòng)對(duì)天然氣高壓管道的影響，天然氣管道加固斷面示意見圖2。

圖2 天然氣管道加固斷面示意圖 單位：m

2.4.2 試爆比選爆破參數(shù)

2.4.2.1 爆破震速和最大單響藥量計(jì)算公式

本設(shè)計(jì)采用的安全震速和最大單響藥量計(jì)算公式：

式中：v為爆破振動(dòng)速度，cm/s；Q為最大單響藥量，kg；R為控制點(diǎn)至爆源的距離，m；K、α為與爆區(qū)地形、地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)，參照類似爆破項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目K取150、α取1.5。

2.4.2.2 振動(dòng)速度安全標(biāo)準(zhǔn)的選取

根據(jù)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》，結(jié)合本工程爆破的主要保護(hù)對(duì)象為天然氣高壓管道的實(shí)際情況，經(jīng)綜合比較確定，振動(dòng)速度安全標(biāo)準(zhǔn)取2.5 cm/s。

2.4.2.3 試爆比選爆破參數(shù)

該段隧洞圍巖類別為IV類，為確保天然氣高壓管道的安全運(yùn)行和千島湖配水工程進(jìn)度，下穿天然氣高壓管道前先進(jìn)行試爆，控制炸藥單耗值，比選出最佳爆破參數(shù)（見表1）。

表1 千島湖配水工程施工12標(biāo)淺埋暗挖段爆破參數(shù)表

鉆孔施工參數(shù)取照優(yōu)化后的爆破參數(shù)，鉆孔斷面見圖3。

圖3 爆破孔布置圖 單位：cm

2.4.3 短進(jìn)尺弱爆破

淺埋暗挖段輸水隧洞爆破開挖施工采用短進(jìn)尺弱爆破，每次循環(huán)進(jìn)尺不超過1.5 m，將最大單孔裝藥量控制在0.6 kg，增加周邊孔孔數(shù)，周邊孔間距控制在40~50 cm，使光面爆破效果達(dá)到最佳狀態(tài)，同時(shí)減少對(duì)周圍巖體的擾動(dòng)，弱爆破后配合機(jī)械開挖，同時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。

3 施工工藝

輸水隧洞斷面約41.5 m2，采用全斷面一次成型，按照“地探超前、控制爆破成型、支護(hù)緊跟、監(jiān)控量測反饋”的原則進(jìn)行施工。施工工藝流程見圖4[1-2]。

圖4 輸水隧洞施工工藝流程圖

4 安全監(jiān)測

為確保安全，在施工過程中對(duì)施工洞段進(jìn)行安全監(jiān)測，分別在天然氣高壓管道處、地表及地下相應(yīng)位置設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。

監(jiān)測內(nèi)容包括：鋼拱架應(yīng)變、錨桿應(yīng)力、收斂變形、拱頂沉降、天然氣管道地表變形及天然氣管道質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及數(shù)據(jù)繪制位移—時(shí)間曲線，并對(duì)曲線趨勢進(jìn)行分析。根據(jù)分析后的結(jié)論再次調(diào)整爆破參數(shù)，形成反饋調(diào)節(jié)模式，保證施工結(jié)構(gòu)及天然氣管道的安全。

12標(biāo)輸水隧洞施工段現(xiàn)場拱架及錨桿監(jiān)測結(jié)果見表2，地表沉降及地下變形監(jiān)測結(jié)果見表3。

表2 拱架及錨桿監(jiān)測結(jié)果表

表3 地表沉降及地下變形監(jiān)測結(jié)果表

5 結(jié) 語

千島湖配水工程淺埋暗挖段輸水隧洞12標(biāo)近距離下穿高壓天然氣管道，采取先期加固高壓天然氣管道、合理確定振動(dòng)速度安全標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方案，采用“先試爆、短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉、勤量測”的施工方針，以試爆確定比選爆破參數(shù)、監(jiān)測信息化等方式為指導(dǎo)，克服淺埋段隧洞近距離下穿越高壓天然氣管道施工的困難，既保證天然氣管道的安全，又保證施工進(jìn)度，為類似工程提供借鑒。