王曉峰 陳彰兵

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610017

山嶺隧道的封堵設(shè)計(jì)與施工

王曉峰 陳彰兵

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610017

對于各種特殊原因造成的某些廢棄的油氣管道隧道，必須采取環(huán)保、安全、可靠的封堵方法進(jìn)行處理，避免產(chǎn)生次生災(zāi)害。針對不同地質(zhì)和水文條件下的隧道，可采用混凝土封堵墻、注漿堵水、掛網(wǎng)錨噴混凝土、局部鋼支架加固等方法進(jìn)行有效封堵。通過對四川某地一條天然氣管道隧道進(jìn)行封堵設(shè)計(jì)和施工情況分析介紹，研究探討了隧道封堵的處理措施和適用方式。目前，該隧道封堵效果良好，為管道隧道的封堵設(shè)計(jì)和施工提供一定的參考。

隧道；封堵；設(shè)計(jì)；施工

0 前言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國家對于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、維護(hù)能源安全的需要更加迫切，大量的油氣管道建設(shè)遍布全國。油氣管道在穿越大江大河、高山峻嶺等重要地段，已經(jīng)越來越多的采用隧道穿越方式。

我國幅員遼闊，地質(zhì)地貌單元眾多，涵蓋沙漠、戈壁、草原、盆地、黃土、山區(qū)、丘陵以及水網(wǎng)地區(qū)等。隨著大量油氣管道隧道建設(shè)的全面展開，隧道施工遇到的復(fù)雜地質(zhì)情況也層出不窮，如巖溶、涌水、突泥、瓦斯、巖爆、放射性巖層等等。在對上述不良地質(zhì)情況進(jìn)行處理的過程中，會耗費(fèi)大量的時(shí)間和投資，個(gè)別特殊情況將導(dǎo)致建設(shè)工期大大滯后，以至影響整個(gè)管道工程的按期竣工投產(chǎn)，對社會效益和經(jīng)濟(jì)效益造成重大損失。因此，建設(shè)單位通過權(quán)衡利弊、綜合考慮，采用其他可行的穿越方式使管道通過該地段。對于已經(jīng)掘進(jìn)一部分但尚未貫通完工的隧道，為保證隧道安全，以及避免對周圍環(huán)境產(chǎn)生次生災(zāi)害（如隧道內(nèi)涌水、突泥等），滿足環(huán)保、水土保持的要求，必須對廢棄的隧道采取安全有效的封堵措施。以四川某地一條廢棄的天然氣管道山嶺隧道的封堵過程為例，對隧道封堵的設(shè)計(jì)及施工進(jìn)行探討。

1 概況

該山嶺隧道全長3 483m，隧道斷面形式為直墻半圓拱形，凈寬2.7m，凈高2.7m，縱斷面采用“人字坡”。隧道于2005年10月進(jìn)場施工，至2007年12月已掘進(jìn)約2 737.14m，尚余隧道中段約750m未掘進(jìn)。2006年8月～2007年6月，在隧道掘進(jìn)過程中出現(xiàn)4次大的突水涌渣情況。由于地質(zhì)條件極端復(fù)雜，采用現(xiàn)有地質(zhì)勘察手段無法準(zhǔn)確探明未掘段詳細(xì)情況，加之工期、費(fèi)用，特別是安全風(fēng)險(xiǎn)較大等諸多因素，建設(shè)單位同意該段管道采用翻山方案，并對已開挖的隧道進(jìn)行封堵處理。

2 封堵要求

由于該隧道所處山區(qū)屬于次原始森林區(qū)，山體表面灌木叢和樹林等植被茂密，加之隧址區(qū)屬于長江流域嘉陵江水系，大氣降雨量大，溪溝發(fā)育，地下水豐富，使整個(gè)隧道所通過的巖層處于富水區(qū)。其中砂巖和構(gòu)造破碎帶（斷層破碎帶、褶皺等）節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖層透水性強(qiáng)，在隧道掘進(jìn)施工中出現(xiàn)多次涌水突泥險(xiǎn)情，破壞整個(gè)山體水系平衡，致使隧道上方山頂部分泉眼干涸，對當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉa(chǎn)生活產(chǎn)生影響。

因此，本隧道的封堵原則是：

a）隧道封堵后，要確保濕地洞內(nèi)無水外泄，同時(shí)，將可能出現(xiàn)的有害氣體完全封閉在洞內(nèi)；

b）隧道封堵后，力爭使山頂附近不同高程的水位基本恢復(fù)到隧道開挖前水平；

c）隧道封堵后，必須確保行人不能進(jìn)入，且洞口段不能出現(xiàn)次生塌陷；

d）隧道封堵按照永久性工程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 封堵設(shè)計(jì)

綜合以上因素，隧道封堵宜采用現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行分段防滲封堵。

3.1 封堵墻位置的確定

封堵墻位置的確定原則應(yīng)根據(jù)圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)、已有的支護(hù)或襯砌情況、相鄰建筑物的布置及運(yùn)行要求分析決定［1］。

根據(jù)本工程巖土工程詳勘報(bào)告的資料顯示：隧道所穿越的巖層位于三疊系上統(tǒng)須家河組砂巖、鈣質(zhì)頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r和煤層交接部位，巖層產(chǎn)狀陡，傾角47°～76°，巖體中節(jié)理、裂隙發(fā)育。該段地下水受砂巖的阻隔，在鈣質(zhì)頁巖和泥質(zhì)灰?guī)r中易形成溶蝕破碎帶，隧道開挖易出現(xiàn)涌水和塌方，尤其是頁巖在隧道開挖形成臨空情況下，在高壓水流的沖刷、引導(dǎo)下易出現(xiàn)大規(guī)模塌方。

隧道開挖揭露了巖體并形成臨空面，其開挖與支護(hù)的工程活動對圍巖的影響有兩方面：一是在隧道周邊的圍巖中形成了洞室界面和爆破裂隙；二是改變了原有水的徑流途徑，加速了徑流循環(huán)。新界面和裂隙切穿含水的裂隙形成涌水；在高水壓情況下，新界面和裂隙雖未直接切穿含水溶體，但使其中的水壓超過了含水裂隙的臨界水壓，水流沖破裂隙涌出形成涌水；爆破產(chǎn)生的動應(yīng)力使裂隙變形擴(kuò)展，連通周邊含水裂隙產(chǎn)生涌水，是深埋隧道產(chǎn)生大涌水的主要機(jī)制。

深埋隧道由于水頭壓力高，這種力學(xué)改造作用尤為顯著。在隧道掘進(jìn)過程中，常見的是超前地質(zhì)鉆孔后進(jìn)行鉆爆［2］。未貫通的深埋裂隙系統(tǒng)一般都有一定的隔水層，如粘土層或粉砂泥巖層。如果在施工過程中破壞了隔水層，使地下水向隧道方向排放，在水頭很大、補(bǔ)給豐富的情況下，對隧道施工造成巨大的危害。如果補(bǔ)給源連通了地表水系，甚至?xí)斐傻乇硭纯萁撸粌H對隧道工程施工造成嚴(yán)重影響，也會造成大的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。動水壓力作用能夠使巖體裂隙面上的充填物發(fā)生變形和位移，導(dǎo)致裂隙再擴(kuò)展，使高水壓裂隙連通，造成重大涌水、突泥事故，給隧道施工帶來重大損失。

通過對隧道洞內(nèi)主要涌水點(diǎn)位置的調(diào)查分析，結(jié)合洞外山頂附近地面泉眼情況的調(diào)查，具體明確了封堵涌水點(diǎn)的位置和區(qū)域，最后確定隧道洞內(nèi)混凝土封堵段的具體里程位置如下：

進(jìn)口段封堵墻位置：K0+015～017，K0+400～420，K0+600～620，K0+900～930；

出口段封堵墻位置：K1+862～867，K2+010～040，K2+600～620，K2+960～980，K3+354.14～356.14。

3.2 封堵墻長度的確定

封堵墻的體型和長度應(yīng)根據(jù)承受內(nèi)水壓力的大小、地質(zhì)條件、施工方法、封堵材料、運(yùn)行要求、施工工期等各種因素綜合分析決定。

封堵墻長度的確定按照SL 279-2002《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.8.3條進(jìn)行計(jì)算［3］：

式中L——封堵體長度，m；

P——封堵體迎水面承受的總水壓，MN；

［τ］——容許剪應(yīng)力，取0.2～0.3MPa；

A——封堵體剪切面周長，m；

K——安全系數(shù)，一般取1.1～1.3。

根據(jù)隧道進(jìn)、出口段內(nèi)出水點(diǎn)對應(yīng)的封堵墻位置處的水壓，以及該處斷面尺寸，考慮一定的安全系數(shù)，計(jì)算出封堵墻長度，見圖1、2。

3.3 封堵墻的結(jié)構(gòu)形式

在封堵墻設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)考慮溫控措施。封堵混凝土可采用低熱水泥、摻用粉煤灰等，必要時(shí)可采用微膨脹水泥。選用微膨脹水泥的封堵墻，應(yīng)進(jìn)行微膨脹水泥的物理力學(xué)試驗(yàn)、混凝土配比試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)成果研究封堵墻的分層分塊、回填及接縫灌漿問題，進(jìn)行專門設(shè)計(jì)［4］。

通過對本隧道內(nèi)的出水進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)水中含有一定量的硫酸根離子，可能會對混凝土產(chǎn)生一定腐蝕。因此，隧道封堵墻設(shè)計(jì)采用全斷面封堵，在迎水面兩側(cè)各設(shè)置1道現(xiàn)澆抗硫酸鹽鋼筋混凝土，采用人工刻槽嵌入圍巖中不小于500mm，墻體厚度1m，設(shè)置抗滑移錨桿，中間其余部分采用素混凝土現(xiàn)澆，并灌漿回填密實(shí)［5］，見圖3、4、5。

圖1 隧道進(jìn)口段封堵墻位置圖

圖2 隧道出口段封堵墻位置圖

圖3 隧道封堵墻縱斷面圖 （單位：mm）

圖4 隧道封堵墻橫斷面圖 （單位：mm）

圖5 止水片安裝示意圖 (單位：mm)

4 封堵墻的施工

4.1 技術(shù)要求

a）混凝土施工前，基巖必須進(jìn)行清理，確保無松動巖石、無積水、無出水點(diǎn)；

b）混凝土澆筑時(shí)，入倉間隔時(shí)間必須在規(guī)定范圍內(nèi)振搗密實(shí)，洞頂盡量用混凝土充填飽滿［6］；

c）配制大體積混凝土，關(guān)鍵在于降低水化熱?？蛇m當(dāng)采用減水劑，既保證混凝土的和易性，又在一定程度上降低了水化熱；

d）大體積混凝土施工，養(yǎng)護(hù)和澆筑同樣重要。保濕是前提，控制降溫速度是關(guān)鍵，監(jiān)測是根據(jù)；

e）混凝土拌合用水必須經(jīng)過嚴(yán)格檢測，符合國家規(guī)范要求后方可使用，不能輕易采用隧道內(nèi)出水；

f）每道封堵墻的泄水管安裝數(shù)量必須滿足該段的流量要求，所有水均能通過泄水管排出；

g）封堵墻四周均需按要求預(yù)埋注漿管和回漿管。

4.2 施工工序

a）關(guān)閉掌子面所有閘閥，并埋設(shè)在混凝土內(nèi)；

b）人工刻槽擴(kuò)挖段要求達(dá)到設(shè)計(jì)深度和寬度，并無松動基巖，再進(jìn)行止水板安裝位置的人工刻槽，安裝止水板；

c）在封堵墻的迎水面前端做一道圍堰，安裝泄水管，使前段水從泄水管內(nèi)排出；

d）安裝好排水管后，清理封堵墻位置的基礎(chǔ)；

e）制安迎水面模板和鋼筋后，埋設(shè)注漿及回漿管，再制安另一面模板；

f）澆筑到閘閥處后，回填注漿，再關(guān)閉閘閥，進(jìn)行剩余部分混凝土澆筑；

g）澆筑結(jié)束后回填注漿，再進(jìn)行下段封堵墻施工。

5 結(jié)論

2010年6月，該隧道內(nèi)的封堵施工完成，經(jīng)過幾個(gè)月的連續(xù)觀察，隧道洞內(nèi)無水滲出，隧道上方原受施工影響而干涸的泉眼，已基本恢復(fù)供水，隧道封堵效果良好。

［1］向 勇，楊成剛，吳克信，等.西氣東輸中衛(wèi)黃河隧道設(shè)計(jì)與施工［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011，48（4）：110-115.

［2］向 勇.TSP203地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)在中衛(wèi)黃河隧道的應(yīng)用［J］.天然氣與石油，2009，27（6）：52-54.

［3］SL 279-2002，水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］王曉峰.山嶺隧道巖溶地質(zhì)處理探討［J］.天然氣與石油，2010，28（1）：44-48.

［5］向 勇.佛頂山特長隧道設(shè)計(jì)淺談［J］.天然氣與石油，2009，27（3）：53-56.

［6］胡文君，馬 紅.管道隧道開挖過程數(shù)值模擬分析［J］.天然氣與石油，2010，28（1）：49-53.

Design and Construction of Mountain Tunnel Plugging

WangXiaofeng，ChenZhangbing（China Petroleum Engineering Co.，Ltd.Southwest Company，Chengdu，Sichuan，610017，China）

For some oil and gas pipeline tunnels abandoned due to various special reasons，environment-friendly，safe and reliablemeasuresmustbe taken for plugging and treatment in order to avoid secondary disasters.For pipeline tunnels in differentgeological and hydrological conditions，such effectivemethods can be used for plugging as concrete block wall，grouting for plugging water，mesh anchor spray cement concrete and local steel supporting.Analyzed are design and construction conditions for plugging a gas pipeline tunnel somewhere in Sichuan province and studied and discussed aremeasures and methods for tunnel plugging.At present，the results of plugging this tunnel are very good，whichwillprovide some reference fordesign and construction ofpipeline tunnelplugging in the future.

Tunnel；Plugging；Design；Construction

B

1006-5539（2012）02-0085-04

2011-10-20

中國石油天然氣集團(tuán)公司重點(diǎn)工程資助項(xiàng)目（S2009-3）

王曉峰（1970－），男，四川漢源人，高級工程師，學(xué)士，主要從事建筑結(jié)構(gòu)、隧道設(shè)計(jì)工作。

NGO，2012，30（2）：85～88