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摘 要：隧道工程地质条件复杂，岩体较破碎，围岩稳定性一般，施工作业具有较大的安全风险，本研究以某天然气管道工程隧道施工建设为例，根据施工过程中存在的相关问题，结合工程实际情况提出喷射混凝土支护技术的处理方案，解决了施工中存在的安全风险较大的问题，并经实际应用证明喷射混凝土技术能够保证隧道工程的施工安全。
关键词：天然气管道 喷射混凝土 隧道
中图分类号：TU996 文獻标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（a）-0022-02
天然气管道是我国实施“一带一路”、能源革命等国家战略的重要基础设施，是我国现代能源体系的重要组成部分。近些年我国天然气管道取得了长足进步和积极成效，管网规模跻身世界前列达到国际先进水平。从保障国家能源安全、支撑两个百年奋斗目标的更高要求看，天然气管道的发展仍使命重大、任重道远。隧道是天然气管道工程的重要组成部分。同时隧道工程地质条件非常复杂，内部情况不确定性为整个管道工程建设带来了巨大的风险，因此，隧道工程的初期支护就显得尤为重要。而在隧道工程的初期支护中采用喷射混凝土施工的方式能够充分发挥围岩的自稳性，作为后续施工的安全储备在经济上也具有极大的合理性。喷射混凝土施工作为一种安全适用、施作快捷、经济合理的支护方式应用也越来越广泛。
1 工程概况
本隧道为该管道工程专用隧道，隧道洞身净断面尺寸为2.7m×2.7m（宽×高），采用直墙圆弧拱形断面，隧道内布设天然气管道。隧道进出口坡度较大。穿越区为低山地貌，形起伏大，场区最高点山顶地面高程与最低点地面高程高差较大。
2 工程中存在的问题及解决方法
2.1 存在的问题
隧道大地构造位置位于华南褶皱系Ⅰ2构造单元东北部，Ⅱ级构造单元属浙东南褶皱带（Ⅱ3），Ⅲ级构造单元属温州-临海拗陷（Ⅲ8），Ⅳ级构造单元属黄岩-象山断拗（Ⅳ11）。隧道附近大断裂主要为温州-镇海大断裂。温州-镇海大断裂总体走向呈北东25度展布，全长约320km。是浙江东部一条重要的大断裂。北段自黄岩往北经临海、宁海至镇海，倾向北西，地表构造形迹清晰。南段经温州、矾山并伸入福建境内，倾向南东，地表显示较差。该断裂发育于上侏罗系火山岩地层中，沿断裂有白垩纪盆地与晚第三纪玄武岩分布，形成于燕山中晚期。热释光测年证明属于晚更新世活动断裂。沿断裂带历史上在温州、临海、镇海等地曾多次发生4.0～4.8级地震。该隧道在该断裂以西约5km。
2.2 问题分析
由于管道工程隧洞施工存在的恶劣条件以及施工难度，为确保隧洞施工期间安全，组织相关人员对冒顶的现场进行调查和研究，根据围岩地质情况，在初期支护中采用喷射混凝土的方式能有效防止了掘进时围岩失稳坍塌，并针对强风化段掘进制定了管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤测量、早封闭的施工原则，超前护顶、加固围岩。喷射混凝土与隧道四周围岩组合一起形成固结圈，为开挖与初期支护的安全施工提供强有力保障。
3 喷射混凝土施工技术
3.1 施工方式
在隧道工程中，混凝土喷射的主要作用就是保护施工的安全。喷射混凝土使隧道周围形成保护层，为开挖和初期支护提供安全保障。近些年来，湿式喷射混凝土逐步取代干式喷射技术，成为隧道工程的主要喷射方式。在湿式喷射混凝土的过程中，传统小型的湿式喷射混凝土机械生产的效率低下，人员劳动的强度较大，混凝土骨料的反弹以及喷射过程所产生的粉尘对鱼作业人员有极大的健康危害，同时喷射混凝土的质量难以得到有效保证。现代施工对于工程的质量和效率都要求极高，因此采用喷射混凝土效率快、机械化程度高、并且质量效果好的大型湿式喷射混凝土机器就变成了隧道施工的主力军。它有着作业环境好、质量优、效率高、能够精确控制水灰比以及外加剂等优点，从而得到了广泛的应用。
3.2 工艺流程
喷射混凝土支护技术很好的解决了承载及耐久性等一系列问题，在隧道工程建设的初期支护中经济较为合理、工作效率普遍较高，施工的过程中支护作业能够及时跟进，大大提高了隧道工程施工的安全性，同时也能够达到缩短工期的效果。所以，如果地质条件允许的情况下，喷射混凝土支护技术对于隧道工程建设具有强大的积极意义。喷射混凝土工艺流程见图1所示。
3.3 施工的技术要点
首先，选用R32.5号以上普通硅酸盐水泥，粗骨料选用粒径小于15mm坚硬耐久的碎石;当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石材。细骨料选用中、粗砂，细度模数大于2.5，含水率控制在5%～7%。可采用饮用水;不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸盐量（按SO4）计算超过水量1%的水，也不得使用含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的其它水。
其次，喷射混凝土配合比（重量比），边墙为水泥：粗中混合砂：石子1：（2.0～2.5）：（1.5～2.0），拱部为水泥：粗中混合砂：石子1：2.0：（1.5～2.0）。喷射混凝土严格按设计配合比拌和，配合比及搅拌的均匀性每班检查不少于两次。
再次，喷射混凝土前认真检查隧道断面尺寸，对欠挖部分及所有开裂、破碎、崩解的破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚碴，并用高压水或风冲洗岩石。喷射混凝土作业采取分段、分块，先墙后拱、自下而上的顺序进行。喷射时，喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约20～30cm，以保证混凝土喷射密实，同时掌握风压、水压及喷射距离，减少回弹量。分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。
最后，喷射注意找平岩面，通过喷混凝土，使开挖后不平整的围岩表面平顺，以减小围岩应力集中，也便于铺设防水层。喷射作业紧跟开挖工作面时，混凝土终凝到下一循环放炮时间，不应小于3h。喷射混凝土的回弹率，边墙不应大于15%，拱部不应大于25%。喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间不得小于14d。
4 结语
在喷射混凝土的支护作用下，围岩通常已具备一定的稳定性。大大提高了施工的安全。由于围岩应力随隧道开挖而逐渐释放，若仅有初期支护作用，当围岩应力完全释放时还要选择配合其他支护方式体系作为支护的加强。喷射混凝土支护技术作为隧道施工的一种支护方式，在不良地质条件的隧道掘进施工和事故处理中具有广阔的应用前景。喷射混凝土支护技术在本工程的成功应用对于其他类似工程具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1] 曾朝斌，张英达.湿喷机械手在老挝铁路项目中的应用[J].西北水电，2018（1）：66-69.
[2] 王顺林.马安高速公路隧道湿喷机应用与技术研究[J].建筑机械，2017（8）：86-90，94，6.
[3] 李树忱，冯丙阳，马腾飞，等.隧道格栅拱架喷射混凝土支护力学特性[J].煤炭学报，2014，39（S1）：57-63.
关键词：天然气管道 喷射混凝土 隧道
中图分类号：TU996 文獻标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（a）-0022-02
天然气管道是我国实施“一带一路”、能源革命等国家战略的重要基础设施，是我国现代能源体系的重要组成部分。近些年我国天然气管道取得了长足进步和积极成效，管网规模跻身世界前列达到国际先进水平。从保障国家能源安全、支撑两个百年奋斗目标的更高要求看，天然气管道的发展仍使命重大、任重道远。隧道是天然气管道工程的重要组成部分。同时隧道工程地质条件非常复杂，内部情况不确定性为整个管道工程建设带来了巨大的风险，因此，隧道工程的初期支护就显得尤为重要。而在隧道工程的初期支护中采用喷射混凝土施工的方式能够充分发挥围岩的自稳性，作为后续施工的安全储备在经济上也具有极大的合理性。喷射混凝土施工作为一种安全适用、施作快捷、经济合理的支护方式应用也越来越广泛。
1 工程概况
本隧道为该管道工程专用隧道，隧道洞身净断面尺寸为2.7m×2.7m（宽×高），采用直墙圆弧拱形断面，隧道内布设天然气管道。隧道进出口坡度较大。穿越区为低山地貌，形起伏大，场区最高点山顶地面高程与最低点地面高程高差较大。
2 工程中存在的问题及解决方法
2.1 存在的问题
隧道大地构造位置位于华南褶皱系Ⅰ2构造单元东北部，Ⅱ级构造单元属浙东南褶皱带（Ⅱ3），Ⅲ级构造单元属温州-临海拗陷（Ⅲ8），Ⅳ级构造单元属黄岩-象山断拗（Ⅳ11）。隧道附近大断裂主要为温州-镇海大断裂。温州-镇海大断裂总体走向呈北东25度展布，全长约320km。是浙江东部一条重要的大断裂。北段自黄岩往北经临海、宁海至镇海，倾向北西，地表构造形迹清晰。南段经温州、矾山并伸入福建境内，倾向南东，地表显示较差。该断裂发育于上侏罗系火山岩地层中，沿断裂有白垩纪盆地与晚第三纪玄武岩分布，形成于燕山中晚期。热释光测年证明属于晚更新世活动断裂。沿断裂带历史上在温州、临海、镇海等地曾多次发生4.0～4.8级地震。该隧道在该断裂以西约5km。
2.2 问题分析
由于管道工程隧洞施工存在的恶劣条件以及施工难度，为确保隧洞施工期间安全，组织相关人员对冒顶的现场进行调查和研究，根据围岩地质情况，在初期支护中采用喷射混凝土的方式能有效防止了掘进时围岩失稳坍塌，并针对强风化段掘进制定了管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤测量、早封闭的施工原则，超前护顶、加固围岩。喷射混凝土与隧道四周围岩组合一起形成固结圈，为开挖与初期支护的安全施工提供强有力保障。
3 喷射混凝土施工技术
3.1 施工方式
在隧道工程中，混凝土喷射的主要作用就是保护施工的安全。喷射混凝土使隧道周围形成保护层，为开挖和初期支护提供安全保障。近些年来，湿式喷射混凝土逐步取代干式喷射技术，成为隧道工程的主要喷射方式。在湿式喷射混凝土的过程中，传统小型的湿式喷射混凝土机械生产的效率低下，人员劳动的强度较大，混凝土骨料的反弹以及喷射过程所产生的粉尘对鱼作业人员有极大的健康危害，同时喷射混凝土的质量难以得到有效保证。现代施工对于工程的质量和效率都要求极高，因此采用喷射混凝土效率快、机械化程度高、并且质量效果好的大型湿式喷射混凝土机器就变成了隧道施工的主力军。它有着作业环境好、质量优、效率高、能够精确控制水灰比以及外加剂等优点，从而得到了广泛的应用。
3.2 工艺流程
喷射混凝土支护技术很好的解决了承载及耐久性等一系列问题，在隧道工程建设的初期支护中经济较为合理、工作效率普遍较高，施工的过程中支护作业能够及时跟进，大大提高了隧道工程施工的安全性，同时也能够达到缩短工期的效果。所以，如果地质条件允许的情况下，喷射混凝土支护技术对于隧道工程建设具有强大的积极意义。喷射混凝土工艺流程见图1所示。
3.3 施工的技术要点
首先，选用R32.5号以上普通硅酸盐水泥，粗骨料选用粒径小于15mm坚硬耐久的碎石;当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石材。细骨料选用中、粗砂，细度模数大于2.5，含水率控制在5%～7%。可采用饮用水;不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸盐量（按SO4）计算超过水量1%的水，也不得使用含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的其它水。
其次，喷射混凝土配合比（重量比），边墙为水泥：粗中混合砂：石子1：（2.0～2.5）：（1.5～2.0），拱部为水泥：粗中混合砂：石子1：2.0：（1.5～2.0）。喷射混凝土严格按设计配合比拌和，配合比及搅拌的均匀性每班检查不少于两次。
再次，喷射混凝土前认真检查隧道断面尺寸，对欠挖部分及所有开裂、破碎、崩解的破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚碴，并用高压水或风冲洗岩石。喷射混凝土作业采取分段、分块，先墙后拱、自下而上的顺序进行。喷射时，喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约20～30cm，以保证混凝土喷射密实，同时掌握风压、水压及喷射距离，减少回弹量。分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。
最后，喷射注意找平岩面，通过喷混凝土，使开挖后不平整的围岩表面平顺，以减小围岩应力集中，也便于铺设防水层。喷射作业紧跟开挖工作面时，混凝土终凝到下一循环放炮时间，不应小于3h。喷射混凝土的回弹率，边墙不应大于15%，拱部不应大于25%。喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间不得小于14d。
4 结语
在喷射混凝土的支护作用下，围岩通常已具备一定的稳定性。大大提高了施工的安全。由于围岩应力随隧道开挖而逐渐释放，若仅有初期支护作用，当围岩应力完全释放时还要选择配合其他支护方式体系作为支护的加强。喷射混凝土支护技术作为隧道施工的一种支护方式，在不良地质条件的隧道掘进施工和事故处理中具有广阔的应用前景。喷射混凝土支护技术在本工程的成功应用对于其他类似工程具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1] 曾朝斌，张英达.湿喷机械手在老挝铁路项目中的应用[J].西北水电，2018（1）：66-69.
[2] 王顺林.马安高速公路隧道湿喷机应用与技术研究[J].建筑机械，2017（8）：86-90，94，6.
[3] 李树忱，冯丙阳，马腾飞，等.隧道格栅拱架喷射混凝土支护力学特性[J].煤炭学报，2014，39（S1）：57-63.