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摘要：结合工程实例，介绍石油天然气管道隧道穿越施工技术，供同行参考借鉴。
关键词：石油天然气 管道 隧道 施工
0 引言
为了大力發展清洁能源，同时解决我国东、西部资源配置不均衡的矛盾，近年来，国家规划并建设了多条横贯东西、穿越南北的油气大通道。笔者参与施工的西气东输二线工程，是继西气东输一线工程后国家投资建设的又一个油气战略大通道。管道建设中，传统的大开挖穿越法破坏山体植被、易造成水土流失，在高度重视环保工作的今天，大开挖穿越法已逐步被隧道穿越所替代，这样以来一种新兴的隧道种类—石油天然气管道穿越隧道应运而生。笔者结合自身参与施工的西气东输二线工程东段马场梁隧道，对石油天然气管道隧道穿越施工技术做了简要介绍。
1 工程概况
西气东输二线管道工程西起新疆的霍尔果斯，经西安、南昌，南下广州，东至上海，由1条干线及8条支线组成。途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽、湖北、湖南、江西、广西、广东、浙江、上海、江苏、香港等15个省、自治区、直辖市和特区，连续穿越新疆内陆湖、长江、黄河、珠江四大流域，沿途翻越天山、秦岭和江南丘陵等山区地带。本工程为西气东输二线管道工程东段第14标段马场梁山岭隧道穿越，穿越处管道设计压力10MP，管径Ф1219mm。马场梁隧道穿越工程位于宁夏固原市原州区二十里铺九坪湾与固原市彭阳县古城镇杏儿沟交界的黄卯山，隧道轴线投影为直线形，水平投影长度767.1m，实长767.7m，纵坡3.96%。隧道断面设计为直墙圆弧拱形，净断面尺寸为3.2m×3.2m（净宽×净高）。
隧址区平均海拔两千米以上，岩性以泥质页岩、泥灰岩、泥岩为主，围岩级别设计划分为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ三个级别。隧道跨越一逆断层，断层破碎带宽度20～35m。
2 施工方法
根据本隧道地质情况和设计特点，隧道施工以新奥法的施工原理进行组织和实施，采用钻爆法全断面施工：Ⅳ、Ⅴ级围岩段开挖采用风动凿岩机钻孔实施光面爆破，Ⅵ级断层破碎带地段采用人工配合小型机具开挖；微型挖掘机装碴、小型农用车出碴，之后进行锚喷支护；二次衬砌采用两部长10m的衬砌台车全断面进行，混凝土集中拌和，罐车运至洞口，混凝土输送泵灌注。
2.1 超前探测
隧道施工中，超前地质预报关系到工程安全、质量和进度。石油天然气管道穿越隧道跨度较小、施工难度相对于公路等大断面隧道较低，但为确保各项目标顺利实现，必须进行必要的超前地质探测。超前地质探测方法有多种，如地质雷达、超前水平钻探、红外线探测、超声波等。超前水平钻探方法最直接、有效，它对设备要求不高、可操作性强、探测结果直观、成本低廉，尤其适合施工一线的日常探测。综合考虑后，本隧道选取了超前水平钻探这一方法，具体做法为：施工中在掌子面中心布置1个水平探孔，采用76mm双管单动金刚石钻头取芯，钻孔深度（水平长度）30m，前后两次搭接（重叠）5m。
通过钻孔钻进速度测试和对钻孔岩芯的观察及相关试验可获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水、气状况等诸方面的资料，既可指导施工也为设计变更提供了依据。
2.2 超前支护施工
本隧道超前支护采用超前小导管和超前管棚相结合的方式，超前小导管用于Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖断面围岩破碎、易风化掉块的地段，超前管棚用于Ⅵ级围岩段及隧道进、出口明暗分界处。
2.2.1 超前小导管
设计采用L=3.0m/根的Ф42mm×4mm无缝钢管沿开挖轮廓线外1.5m打设，外插角10°，环向间距30cm，纵向搭接1.0m，每循环布设小导管21根。
2.2.2 超前管棚
设计采用L=10.0m/根的Ф89mm×4mm无缝钢管沿开挖轮廓线外1.5m打设，外插角7°，环向间距40cm，纵向搭接1.5m，每循环布设管棚钢管15根。
2.2.3 施工要点
①小导管及管棚前端应做成锥型头，长度以10cm为宜，以利打入。
②小导管及管棚施工前应喷3～5cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙、防止跑浆，施工中应严格控制钢管外插角符合设计要求，否则小导管及管棚支护效果将大打折扣。
③管棚施工时，应先打奇数钢花管，注浆后再打偶数钢花管。钻机立轴方向必须准确控制，钻进中要经常测量钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超标要及时纠正。钢管接头应采用丝扣连接，丝扣长15cm，并使相邻接头错开3m为宜。
④为防止浆液从其他孔眼溢出，注浆前对所有孔眼均安装了止浆塞，注浆顺序从两侧拱脚向拱顶进行，初压为0.5～1.0MPa，终压为2MPa。注浆时相邻孔眼需间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果，又达到控制注浆量的目的。注浆量达到设计数量时即可停止，注浆结束后要及时清除管内浆液，并用M20水泥砂浆填实，以增强小导管和管棚的刚度与强度。
2.3 洞身开挖
2.3.1 爆破参数
爆破参数的确定是通过钻爆设计来完成的，也可参照以往同类工程经验选取。爆破参数不是一成不变的，它要根据围岩状况及爆破效果动态调整。马场梁隧道为全石质隧道，开挖采用全断面光爆技术施工。根据隧道局部有渗水的特点，炸药选用乳化炸药，周边眼间距40cm，辅助眼间距70cm，掏槽眼布设在以超前水平钻孔（直径76mm）为中心、半径15cm的圆上，起爆时周边眼、辅助眼、掏槽眼分别使用7、5、3段位毫秒雷管引爆，钻孔每循环进尺2.2m，掘进每循环进尺2m。
2.3.2 开挖质量控制要点
①要根据隧道类型及地质情况选取合适的开挖方法。石油天然气管道隧道跨度较小，地质情况又为石质，故选用全断面开挖，既能保证施工安全又能加快施工进度。
②严格控制超欠挖量。隧道施工超欠挖现象在所难免，但应采取有效措施将超欠挖量控制在合理范围内，确保断面尺寸符合设计要求，具体应做到：精准测量，严格按照施工图纸所标明的开挖轮廓线并考虑一定的预留变形量进行放线；选择合适的爆破方法和钻爆参数，必要时应采用光面爆破和预裂爆破相结合的方法，实践证明，二者结合可大幅减小超挖量、节约工程成本；光面爆破应使用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸药，合理选用起爆雷管段数，掌握好周边眼的爆破效果；加强钻孔技术管理，提高钻孔精度；建立健全开挖、测量、爆破质量管理检查制度，责任落实到人，按章奖惩。
③合理设置避车洞
石油天然气管道隧道断面尺寸小、洞内作业空间有限，开挖、支护、衬砌等交叉施工易受干扰。为解决这一矛盾，须在洞内设置施工用的避车洞。马场梁隧道的具体做法为：出渣车避车洞间距50m，左右交错布设，尺寸3.0m（长）×2.0m（宽）；扒渣机避险洞间距100m，顺洞身一侧布设，尺寸10.0m（长）×2.0m（宽）。
2.4 初期支护
2.4.1 初期支护参数
马场梁隧道初期支护采用Ф22水泥砂浆锚杆+Ф6钢筋网+Ф22钢筋格栅+C25喷混凝土的组合支护方式，围岩局部破碎时增设超前管棚或超前小导管注浆等预加固措施。
2.4.2 喷射混凝土施工
本隧道喷射混凝土采用“潮喷”法分两层进行施工，初喷层厚4～6cm，在开挖后即行施工，起封闭围岩的作用，之后打设系统锚杆、挂钢筋网，最后进行复喷，复喷层厚6～8cm。分层喷射时，后一次喷射应在前一次混凝土终凝后进行，若终凝超过1小时，应用风水清洗已喷混凝土表面。因喷射混凝土作业紧跟开挖面进行，故必须掌握好下次爆破距喷混凝土作业完成时间的间隔，一般不小于4小时。放炮后应对已喷混凝土进行检查，如出现裂纹，应调整放炮时间间隔或爆破参数。混凝土喷射完毕2～4小时后即开始养护，在7～14天之内采用土工布覆盖保温养护。
2.4.3 挂钢筋网
钢筋网片采用Ф6圆钢，除锈处理后按设计加工成250cm×250cm的网片。挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设，与受喷面间留3cm作为保护层，网片与系统锚杆焊接牢固，确保喷射混凝土时不晃动。
2.4.4 支立钢格栅
按设计要求，采用Ф22螺纹钢筋加工成钢筋格栅用作加强初期支护，支立间距0.8～1.2m，纵向采用Ф22钢筋拉条间距1m进行连接。在围岩破碎、易掉块、渗水涌水段时采用型钢支架，型钢截面选用HW150×150×7×10，间距0.5～1.0m。
3 监控量测
开挖完成后，在拱顶、拱脚及边墙处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。测试元件用Ф12圆钢加工而成，每根元件长30cm，锚入基岩内10cm，初期支护12cm，外露初支面8cm。水平收敛量测采用JSS30A型收敛仪进行观测。量测频率开始6h观测1次，然后根据变形量的减小而减小量测频率，即12h、24h，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。量测点每隔5～10m布设1组。经量测，马场梁隧道拱顶最大累计下沉量为15mm，水平最大累计收敛量为14mm，均小于设计预留变形量。
4 二次衬砌
4.1 设计状况
石油天然气管道隧道主要用于管道安装及日常的维护、检修，不承受车辆荷载，也不具备通行服务能力，故对隧道防水性能及外观要求不像公路隧道那样“苛刻”。马场梁隧道采用复合式衬砌方式，二次衬砌未考虑防水措施，但要求混凝土抗渗等级不低于S6级。Ⅳ级围岩断面直墙、半圆拱采用C30现浇钢筋混凝土250mm厚，底板采用C25素混凝土200mm厚；Ⅴ级围岩断面直墙、半圆拱采用C30现浇钢筋混凝土300mm厚，底板采用C30现浇钢筋混凝土200mm厚；Ⅵ级围岩断面直墙、半圆拱采用C30现浇钢筋混凝土300mm厚，隧道底板采用仰拱300mm厚C30钢筋混凝土浇筑，仰拱上用C25素混凝土回填至底板设计标高。
4.2 衬砌施工
本隧道二次衬砌施工采用先施作边墙及拱部，然后施作底板的施工顺序。隧道洞身开挖超前40m时，开始洞身衬砌，由进、出口两端相向且向隧道中部逐段推进。
初期支护完成、仰拱封闭、回填完工后，采用自行式液压衬砌台车紧跟初支进行二次衬砌，边墙、顶拱一次浇筑成型，不良地质地
段（断层破碎带地段）根据监控量测情况先行衬砌，确保了施工安
全。
5 结束语
通过对马场梁隧道施工过程的簡要介绍，使得我们对石油天然气管道隧道穿越施工技术有了一个轮廓性地认识，其作为一种新兴的隧道种类目前还未出版专门的施工技术规范，施工及验收均参照公路、铁路现行隧道施工技术规范执行。但随着此类隧道的大规模兴建，将来必定会有专门的规范及标准出台，到那时，石油天然气管道隧道穿越施工技术必将更成熟、更完善，将更好地为祖国石油天然气事业服务。
关键词：石油天然气 管道 隧道 施工
0 引言
为了大力發展清洁能源，同时解决我国东、西部资源配置不均衡的矛盾，近年来，国家规划并建设了多条横贯东西、穿越南北的油气大通道。笔者参与施工的西气东输二线工程，是继西气东输一线工程后国家投资建设的又一个油气战略大通道。管道建设中，传统的大开挖穿越法破坏山体植被、易造成水土流失，在高度重视环保工作的今天，大开挖穿越法已逐步被隧道穿越所替代，这样以来一种新兴的隧道种类—石油天然气管道穿越隧道应运而生。笔者结合自身参与施工的西气东输二线工程东段马场梁隧道，对石油天然气管道隧道穿越施工技术做了简要介绍。
1 工程概况
西气东输二线管道工程西起新疆的霍尔果斯，经西安、南昌，南下广州，东至上海，由1条干线及8条支线组成。途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽、湖北、湖南、江西、广西、广东、浙江、上海、江苏、香港等15个省、自治区、直辖市和特区，连续穿越新疆内陆湖、长江、黄河、珠江四大流域，沿途翻越天山、秦岭和江南丘陵等山区地带。本工程为西气东输二线管道工程东段第14标段马场梁山岭隧道穿越，穿越处管道设计压力10MP，管径Ф1219mm。马场梁隧道穿越工程位于宁夏固原市原州区二十里铺九坪湾与固原市彭阳县古城镇杏儿沟交界的黄卯山，隧道轴线投影为直线形，水平投影长度767.1m，实长767.7m，纵坡3.96%。隧道断面设计为直墙圆弧拱形，净断面尺寸为3.2m×3.2m（净宽×净高）。
隧址区平均海拔两千米以上，岩性以泥质页岩、泥灰岩、泥岩为主，围岩级别设计划分为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ三个级别。隧道跨越一逆断层，断层破碎带宽度20～35m。
2 施工方法
根据本隧道地质情况和设计特点，隧道施工以新奥法的施工原理进行组织和实施，采用钻爆法全断面施工：Ⅳ、Ⅴ级围岩段开挖采用风动凿岩机钻孔实施光面爆破，Ⅵ级断层破碎带地段采用人工配合小型机具开挖；微型挖掘机装碴、小型农用车出碴，之后进行锚喷支护；二次衬砌采用两部长10m的衬砌台车全断面进行，混凝土集中拌和，罐车运至洞口，混凝土输送泵灌注。
2.1 超前探测
隧道施工中，超前地质预报关系到工程安全、质量和进度。石油天然气管道穿越隧道跨度较小、施工难度相对于公路等大断面隧道较低，但为确保各项目标顺利实现，必须进行必要的超前地质探测。超前地质探测方法有多种，如地质雷达、超前水平钻探、红外线探测、超声波等。超前水平钻探方法最直接、有效，它对设备要求不高、可操作性强、探测结果直观、成本低廉，尤其适合施工一线的日常探测。综合考虑后，本隧道选取了超前水平钻探这一方法，具体做法为：施工中在掌子面中心布置1个水平探孔，采用76mm双管单动金刚石钻头取芯，钻孔深度（水平长度）30m，前后两次搭接（重叠）5m。
通过钻孔钻进速度测试和对钻孔岩芯的观察及相关试验可获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水、气状况等诸方面的资料，既可指导施工也为设计变更提供了依据。
2.2 超前支护施工
本隧道超前支护采用超前小导管和超前管棚相结合的方式，超前小导管用于Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖断面围岩破碎、易风化掉块的地段，超前管棚用于Ⅵ级围岩段及隧道进、出口明暗分界处。
2.2.1 超前小导管
设计采用L=3.0m/根的Ф42mm×4mm无缝钢管沿开挖轮廓线外1.5m打设，外插角10°，环向间距30cm，纵向搭接1.0m，每循环布设小导管21根。
2.2.2 超前管棚
设计采用L=10.0m/根的Ф89mm×4mm无缝钢管沿开挖轮廓线外1.5m打设，外插角7°，环向间距40cm，纵向搭接1.5m，每循环布设管棚钢管15根。
2.2.3 施工要点
①小导管及管棚前端应做成锥型头，长度以10cm为宜，以利打入。
②小导管及管棚施工前应喷3～5cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙、防止跑浆，施工中应严格控制钢管外插角符合设计要求，否则小导管及管棚支护效果将大打折扣。
③管棚施工时，应先打奇数钢花管，注浆后再打偶数钢花管。钻机立轴方向必须准确控制，钻进中要经常测量钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超标要及时纠正。钢管接头应采用丝扣连接，丝扣长15cm，并使相邻接头错开3m为宜。
④为防止浆液从其他孔眼溢出，注浆前对所有孔眼均安装了止浆塞，注浆顺序从两侧拱脚向拱顶进行，初压为0.5～1.0MPa，终压为2MPa。注浆时相邻孔眼需间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果，又达到控制注浆量的目的。注浆量达到设计数量时即可停止，注浆结束后要及时清除管内浆液，并用M20水泥砂浆填实，以增强小导管和管棚的刚度与强度。
2.3 洞身开挖
2.3.1 爆破参数
爆破参数的确定是通过钻爆设计来完成的，也可参照以往同类工程经验选取。爆破参数不是一成不变的，它要根据围岩状况及爆破效果动态调整。马场梁隧道为全石质隧道，开挖采用全断面光爆技术施工。根据隧道局部有渗水的特点，炸药选用乳化炸药，周边眼间距40cm，辅助眼间距70cm，掏槽眼布设在以超前水平钻孔（直径76mm）为中心、半径15cm的圆上，起爆时周边眼、辅助眼、掏槽眼分别使用7、5、3段位毫秒雷管引爆，钻孔每循环进尺2.2m，掘进每循环进尺2m。
2.3.2 开挖质量控制要点
①要根据隧道类型及地质情况选取合适的开挖方法。石油天然气管道隧道跨度较小，地质情况又为石质，故选用全断面开挖，既能保证施工安全又能加快施工进度。
②严格控制超欠挖量。隧道施工超欠挖现象在所难免，但应采取有效措施将超欠挖量控制在合理范围内，确保断面尺寸符合设计要求，具体应做到：精准测量，严格按照施工图纸所标明的开挖轮廓线并考虑一定的预留变形量进行放线；选择合适的爆破方法和钻爆参数，必要时应采用光面爆破和预裂爆破相结合的方法，实践证明，二者结合可大幅减小超挖量、节约工程成本；光面爆破应使用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸药，合理选用起爆雷管段数，掌握好周边眼的爆破效果；加强钻孔技术管理，提高钻孔精度；建立健全开挖、测量、爆破质量管理检查制度，责任落实到人，按章奖惩。
③合理设置避车洞
石油天然气管道隧道断面尺寸小、洞内作业空间有限，开挖、支护、衬砌等交叉施工易受干扰。为解决这一矛盾，须在洞内设置施工用的避车洞。马场梁隧道的具体做法为：出渣车避车洞间距50m，左右交错布设，尺寸3.0m（长）×2.0m（宽）；扒渣机避险洞间距100m，顺洞身一侧布设，尺寸10.0m（长）×2.0m（宽）。
2.4 初期支护
2.4.1 初期支护参数
马场梁隧道初期支护采用Ф22水泥砂浆锚杆+Ф6钢筋网+Ф22钢筋格栅+C25喷混凝土的组合支护方式，围岩局部破碎时增设超前管棚或超前小导管注浆等预加固措施。
2.4.2 喷射混凝土施工
本隧道喷射混凝土采用“潮喷”法分两层进行施工，初喷层厚4～6cm，在开挖后即行施工，起封闭围岩的作用，之后打设系统锚杆、挂钢筋网，最后进行复喷，复喷层厚6～8cm。分层喷射时，后一次喷射应在前一次混凝土终凝后进行，若终凝超过1小时，应用风水清洗已喷混凝土表面。因喷射混凝土作业紧跟开挖面进行，故必须掌握好下次爆破距喷混凝土作业完成时间的间隔，一般不小于4小时。放炮后应对已喷混凝土进行检查，如出现裂纹，应调整放炮时间间隔或爆破参数。混凝土喷射完毕2～4小时后即开始养护，在7～14天之内采用土工布覆盖保温养护。
2.4.3 挂钢筋网
钢筋网片采用Ф6圆钢，除锈处理后按设计加工成250cm×250cm的网片。挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设，与受喷面间留3cm作为保护层，网片与系统锚杆焊接牢固，确保喷射混凝土时不晃动。
2.4.4 支立钢格栅
按设计要求，采用Ф22螺纹钢筋加工成钢筋格栅用作加强初期支护，支立间距0.8～1.2m，纵向采用Ф22钢筋拉条间距1m进行连接。在围岩破碎、易掉块、渗水涌水段时采用型钢支架，型钢截面选用HW150×150×7×10，间距0.5～1.0m。
3 监控量测
开挖完成后，在拱顶、拱脚及边墙处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。测试元件用Ф12圆钢加工而成，每根元件长30cm，锚入基岩内10cm，初期支护12cm，外露初支面8cm。水平收敛量测采用JSS30A型收敛仪进行观测。量测频率开始6h观测1次，然后根据变形量的减小而减小量测频率，即12h、24h，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。量测点每隔5～10m布设1组。经量测，马场梁隧道拱顶最大累计下沉量为15mm，水平最大累计收敛量为14mm，均小于设计预留变形量。
4 二次衬砌
4.1 设计状况
石油天然气管道隧道主要用于管道安装及日常的维护、检修，不承受车辆荷载，也不具备通行服务能力，故对隧道防水性能及外观要求不像公路隧道那样“苛刻”。马场梁隧道采用复合式衬砌方式，二次衬砌未考虑防水措施，但要求混凝土抗渗等级不低于S6级。Ⅳ级围岩断面直墙、半圆拱采用C30现浇钢筋混凝土250mm厚，底板采用C25素混凝土200mm厚；Ⅴ级围岩断面直墙、半圆拱采用C30现浇钢筋混凝土300mm厚，底板采用C30现浇钢筋混凝土200mm厚；Ⅵ级围岩断面直墙、半圆拱采用C30现浇钢筋混凝土300mm厚，隧道底板采用仰拱300mm厚C30钢筋混凝土浇筑，仰拱上用C25素混凝土回填至底板设计标高。
4.2 衬砌施工
本隧道二次衬砌施工采用先施作边墙及拱部，然后施作底板的施工顺序。隧道洞身开挖超前40m时，开始洞身衬砌，由进、出口两端相向且向隧道中部逐段推进。
初期支护完成、仰拱封闭、回填完工后，采用自行式液压衬砌台车紧跟初支进行二次衬砌，边墙、顶拱一次浇筑成型，不良地质地
段（断层破碎带地段）根据监控量测情况先行衬砌，确保了施工安
全。
5 结束语
通过对马场梁隧道施工过程的簡要介绍，使得我们对石油天然气管道隧道穿越施工技术有了一个轮廓性地认识，其作为一种新兴的隧道种类目前还未出版专门的施工技术规范，施工及验收均参照公路、铁路现行隧道施工技术规范执行。但随着此类隧道的大规模兴建，将来必定会有专门的规范及标准出台，到那时，石油天然气管道隧道穿越施工技术必将更成熟、更完善，将更好地为祖国石油天然气事业服务。