中緬油氣管道工程隧道群軟弱圍巖地質(zhì)防塌方技術(shù)

高東方

(1.中國石油 管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部，北京100101 ;2.大慶油田有限責(zé)任公司 工程有限公司，黑龍江 大慶163712)

1 中緬油氣管道軟弱圍巖隧道地質(zhì)特征和工程特點(diǎn)

1.1 軟弱圍巖隧道地質(zhì)特征

中緬油氣管道工程隧道群涉及云南、貴州兩省，其地質(zhì)特征表現(xiàn)圍巖強(qiáng)度低，承載能力低［1］。多為黏性土、粉土、砂類土、全風(fēng)化巖體等。節(jié)理發(fā)育、破碎、自穩(wěn)能力差，如巖體破碎的泥巖、頁巖、砂巖、千枚巖、板巖等，斷層帶散體結(jié)構(gòu)、自穩(wěn)能力極差。受構(gòu)造影響，斷層帶結(jié)構(gòu)面雜亂無序，呈角礫、縻棱狀或碎裂結(jié)構(gòu)，充填泥質(zhì)或泥夾巖屑。

1.2 軟弱圍巖隧道工程特點(diǎn)

軟弱圍巖強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力差，隧道開挖后地應(yīng)力重新分布，使隧道周邊產(chǎn)生較大的松動(dòng)圈。一旦設(shè)計(jì)的工程措施和施工方法不當(dāng)，極易發(fā)生初期支護(hù)變形侵陷，進(jìn)而造成隧道塌方等工程事故。因此，軟弱圍巖隧道設(shè)計(jì)與施工的核心就是控制變形，防止塌方。

2 中緬油氣管道軟弱圍巖隧道的技術(shù)應(yīng)對(duì)措施

2.1 三超前——超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前加固、超前支護(hù)

三超前是指超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前加固、超前支護(hù)等在隧道掘進(jìn)過程中采用的防護(hù)措施。

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是隧道風(fēng)險(xiǎn)管理與控制的首要環(huán)節(jié)，超前預(yù)報(bào)與治理是未來深埋特長隧道勘測設(shè)計(jì)及施工中面臨的主要難題［2］，在施工之前應(yīng)結(jié)合詳細(xì)勘察的地質(zhì)揭示，確定相應(yīng)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案，在實(shí)施中根據(jù)掌子面揭示的圍巖去判斷后面的圍巖，適時(shí)調(diào)整、驗(yàn)證并落實(shí)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案。

超前加固、超前支護(hù)的核心是根據(jù)新意法來的［3］，中緬油氣管道的隧道群設(shè)計(jì)采用的是新奧法，新奧法強(qiáng)調(diào)的就是對(duì)圍巖的分級(jí)、支護(hù)，支護(hù)完成后，需實(shí)施監(jiān)控量測，再實(shí)施動(dòng)態(tài)優(yōu)化，在時(shí)間上該法具有一定的滯后性;而新意法的核心強(qiáng)調(diào)的是對(duì)掌子面前方的圍巖判斷以及相應(yīng)的超前加固、支護(hù)措施的跟進(jìn)，其防護(hù)的根本出發(fā)點(diǎn)是使被擾動(dòng)的山體恢復(fù)到原始的平衡狀態(tài)。

2.1.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

由于地質(zhì)勘察的條件所限，現(xiàn)場實(shí)際開挖揭示的地質(zhì)與設(shè)計(jì)勘察階段提供的地質(zhì)存在一定的差異，在實(shí)施過程中需對(duì)相應(yīng)的技術(shù)措施和施工方法進(jìn)行調(diào)整。結(jié)合施工圖設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)勘察資料，在實(shí)施階段還必須進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，是中緬油氣管道工程隧道群現(xiàn)場安全、質(zhì)量管理與控制的重要手段。

地質(zhì)素描、物探、超前鉆探方法是軟弱圍巖超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段。在破碎帶和斷層地段，加強(qiáng)超前長、短鉆孔，及時(shí)探明隧道前方地質(zhì)情況，特別是地下水的發(fā)育情況，不得在未探明情況下實(shí)施開挖作業(yè)。

2.1.2 超前加固

在斷層破碎帶和軟弱地層，特別是富含水時(shí)，必須對(duì)圍巖進(jìn)行超前加固，改良地層，確保隧道安全施工。

常用的圍巖加固方法是注漿法。注漿法主要分全斷面注漿和局部注漿兩種。在富水?dāng)鄬拥貛?，常采取全斷面注漿。全斷面注漿法鉆孔數(shù)量多，施作周期長;局部注漿是針對(duì)隧道前方地層特點(diǎn)，對(duì)薄弱部位進(jìn)行注漿，鉆孔數(shù)量少，施作周期短。無論是全斷面注漿，還是局部注漿，都要求必須配備先進(jìn)的鉆孔注漿設(shè)備，必須采取信息化注漿，確保注漿效果滿足要求。注漿加固范圍按照縱向加固長度應(yīng)根據(jù)鉆機(jī)能力和地層特點(diǎn)確定，通常為20～30m。特殊地層條件下，應(yīng)及時(shí)調(diào)整縱向注漿加固長度，否則既影響進(jìn)度，又影響質(zhì)量。環(huán)向加固厚度一般為3～5m，局部可增加到5～8m。

2.1.3 超前支護(hù)

超前支護(hù)主要是控制掌子面前方先行位移的對(duì)策，同時(shí)具有控制拱頂崩塌及抑制地表面下沉、凈空位移的功能［4］，常用的超前支護(hù)方式有超前大管棚和超前小導(dǎo)管兩種。對(duì)于中緬油氣管道工程隧道群，采用的是超前小導(dǎo)管的方式。

超前小導(dǎo)管方法在破碎圍巖、堆積體、砂土質(zhì)地層、斷層破碎帶中普遍采用。小導(dǎo)管一般采用φ32mm～φ60mm 的鋼管，縱向長度2.5～6m 根據(jù)工程需要設(shè)置。小導(dǎo)管布設(shè)后根據(jù)地層穩(wěn)定情況，采取注漿方式，加固周邊地層。

2.2 四到位——工法選擇到位、支護(hù)措施到位、快速封閉到位、襯砌跟進(jìn)到位

實(shí)施工法選擇到位是要根據(jù)斷面特征、斷面大小的適應(yīng)性來加以選取的，分別為全斷面法、臺(tái)階法、三臺(tái)階法、中隔壁法以及交叉中隔壁法。對(duì)于中緬油氣管道小斷面(3.8m×3.8m)隧道群來說，非軟弱圍巖隧道適合全斷面、臺(tái)階法，而對(duì)于軟弱圍巖隧道會(huì)采用用到三臺(tái)階七步流水法，對(duì)于軟弱圍巖隧道的Ⅲ、Ⅳ級(jí)適合三臺(tái)階法，對(duì)于Ⅴ級(jí)的大斷面則適合中隔壁法以及交叉中隔壁法。

支護(hù)措施到位，要求在初期支護(hù)中采用長錨桿、短臺(tái)階、工型鋼架(工14－18)及仰拱措施，對(duì)于軟弱圍巖的設(shè)計(jì)與施工，需要?jiǎng)討B(tài)的方法，采取相應(yīng)的手段和措施，最大限度抑制變形。快速封閉到位，要求支護(hù)必須快速成環(huán)、及早成環(huán)，仰拱的封閉，達(dá)到初期支護(hù)的封閉的效果。對(duì)于云南境內(nèi)的隧道來說，仰拱封閉之前隧道仍有下沉情況，仰拱封閉后，下沉情況會(huì)得到抑制、停止，封閉的效果得以體現(xiàn)。江頂寺隧道進(jìn)口仰拱施工、仰拱封閉效果充分體現(xiàn)了小斷面隧道快速封閉重要性。其后面拱部、拱腰即使存在變形的情況，現(xiàn)場設(shè)計(jì)與施工可以動(dòng)態(tài)確定二襯跟進(jìn)的方法，使得斷面穩(wěn)定并收斂。

襯砌跟進(jìn)到位，對(duì)于小斷面的隧道軟弱圍巖，是按照新奧法組織設(shè)計(jì)與施工的，核心是根據(jù)監(jiān)控量測的結(jié)果確定二襯施做的時(shí)機(jī)。對(duì)于回頭塌方的情況，需根據(jù)現(xiàn)場情況，采取距離控制的方法，結(jié)合量測的結(jié)果，實(shí)施二襯跟進(jìn)。對(duì)于隧道進(jìn)口坡度達(dá)到43%的巖鷹山隧道，通過專題研究及現(xiàn)場試驗(yàn)，采用濕噴工法來實(shí)施初期支護(hù)，實(shí)施的效果達(dá)到了預(yù)期要求，為后續(xù)的中緬油氣管道安裝贏得了時(shí)間。

2.3 一強(qiáng)化——強(qiáng)化量測

監(jiān)控量測是通過量測的結(jié)果結(jié)合圍巖的情況，判斷初期支護(hù)是否能滿足圍巖的需要，是否需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整。監(jiān)控的核心就是要?jiǎng)討B(tài)管理、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工。監(jiān)控量測是軟弱圍巖隧道安全施工重要手段，是判斷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、指導(dǎo)軟弱圍巖隧道安全施工的信息化方法。通過監(jiān)控量測，才能有效保證軟弱圍巖的安全施工。

監(jiān)控量測主要包括拱頂下沉和水平收斂。量測斷面布置間距Ⅳ級(jí)圍巖10m(規(guī)程10～30m)、Ⅴ級(jí)圍巖5m(規(guī)程5～10m)。拱頂下沉或水平收斂速率達(dá)5mm/d 或位移累計(jì)達(dá)100mm 時(shí)，現(xiàn)場需停止施工，分析產(chǎn)生原因，提出處理措施。

3 結(jié) 語

(1)軟弱圍巖隧道事故的發(fā)生，將會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失和工期延誤，并帶來較大的人員傷亡和巨大的社會(huì)影響。

(2)軟弱圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜，施工工序繁多，工藝要求嚴(yán)格，技術(shù)含量高。在中緬油氣管道工程隧道群設(shè)計(jì)施工中，充分認(rèn)識(shí)、判別軟弱圍巖“變形與坍方的發(fā)展過程和變化規(guī)律”，結(jié)合其特點(diǎn)制訂可執(zhí)行，細(xì)化“三超前、四到位、一強(qiáng)化”，避免軟弱圍巖隧道事故的發(fā)生，確保工程安全和生命財(cái)產(chǎn)安全，實(shí)現(xiàn)控制性工程“零缺陷、零傷害、零污染”的目標(biāo)。

［1］魏志昌.深埋隧道軟弱破碎圍巖支護(hù)技術(shù)研究［J］.山西建筑，2012，38(1):181－182.

［2］葉英.隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可靠性研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2013，17(1):66－67.

［3］翟進(jìn)營.“新意法”在國外隧道工程中的應(yīng)用［J］.隧道建設(shè)，2008，28(4):469－470.

［4］關(guān)寶樹.軟弱圍巖隧道變形及其控制技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2011，31(1):4－5.