管道工程小断面隧道施工方案比选与优化 12页

小断面隧道施工XX集团有限公司XX油气管道工程隧道及跨越工程EPC项目部2011年10月10日\n一、工程概况XX油气管道工程是我国实施能源战略的重点项目之一，是我国能源进口的西南大通道，作为我国陆上天然气三大进口通道之一，建成使用后，可将资源较为丰富的XX近海天然气输往我国西南地区，XX油气管道工程的开工建设，有助于合理利用国内外两种资源，促进国内的经济发展；有助于开辟新的能源进口通道，保障国家能源供应安全；同时，可以优化能源结构，改善西南地区能源供应和工业格局具有重大意义。XX天然气管道工程（国内段）包括1干8支，原油管道工程包括1干1支，天然气与原油管道并行，干线从XX省XX市58号界碑入境，穿越XX省XX州、XX市及XX、XX、XX市、XX市，在XXXX市油气管道分离，天然气管道向南经XX市、XX市、XX市、XX市，最后到达XX市，干线全1726.8km。支线为XX支线、XX支线、XX支线、XX支线、XX支线、XX支干线、XX支线及XX支线，支线长855.6公里；XX原油管道向北，经XX市、XX市，到达XX市，干线全长1631.1公里。支线为XX支线，全长42.8公里。全线山体隧道工程共有65座，总长度约为73.17公里。 XX集团XX有限公司承担第一合同项包含12座隧道和1座跨越（XX江跨越），隧道总长约14118.58m，伴行道路总长约35520m（其中新建19070m，整修16450m）。各隧道及伴行道路情况如下：隧道情况一览表序号隧道名称长度(m)坡度净断面尺寸(m×m)伴行道路（km）位置1XX隧道299.1一字坡，1.8%3.8×3.89.5XX州XX市2XX隧道1864.63人字坡，7.2%，3%3.8×3.8XX州潞西市3XX隧道987.4人字坡，0.3%，2.3%3.8×3.8XX市龙陵县4XX隧道500.6人字坡，0.3%，1.3%3.8×3.8XX市龙陵县5XX隧道496.7一字坡，3.4%3.8×3.8XX市龙陵县6XX隧道1038一字坡，3.3%3.8×3.80.4XX市龙陵县7XX隧道715.2一字坡，7.6%3.8×3.8XX市龙陵县\n8XX隧道2329.95一字坡，12.9%4.0×4.59.79XX市施甸县9XX隧道902.1一字坡，10.9%3.8×3.85.03XX市施甸县10XX隧道1600.4一字坡，8%3.8×3.810.8XX市施甸县11XX隧道1989.2多级下坡，24.9%，0.3%，166%，0.3%3.8×3.8XX市隆阳区12XX隧道1395.3人字坡，3%，10.5%3.8×3.8XX永平县二、本项目小断面隧道施工难点1、开挖断面小，工作空间有限，机械配型困难，主要体现在装渣及运输；2、各个工序施工相互干扰，如开挖支护与二衬施工；3、地质条件复杂：富水、高地应力、溶岩等；4、XX隧道多级边坡，陡坡斜井施工长度长。三、主要对应措施1、开挖作业由于隧道断面小，多功能作业平台无法施展，风钻作业考虑两套应对方案：①、爆后碴堆可供蹬碴打上部眼。即爆破排烟后，先找顶，然后开始出碴，当出碴约一半时适当修整余碴碴面，开始上半断面支护作业，完成后紧接着打上部炮眼，打完眼再将这一循环的碴出完，然后开始下半断面的支护和打眼作业。\n②、采用农用车搭载简易作业平台，打拱部周边眼及辅助眼。方案比选：农用车搭载简易施工平台施工机动、灵活，避免二次出渣，简化施工组织程序，推广意义较大。2、装渣及运输设备配套①、扒渣机配合侧卸式矿斗(有轨运输)出渣，通过曲轨完成卸渣，采用装载机配合自卸汽车弃渣。此方法适合于大坡度斜井（成功经验25°）及平坡掘进，XX油气管道XX隧道可以考虑这种设备配套。②、扒渣机配合梭矿出渣（有轨运输）。③、扒渣机配合农用汽车出渣（无轨运输）。此方法适用于XX油气管道（除XX隧道外）大部分隧道的施工。④、装载机铲运出渣。隧道长度在600m以内的，如XX油气管道中的XX隧道（299m）、XX、2#隧道（500m、496m），可考虑采用这种方法。⑤、铲运机铲运出渣。方案比选：通过机械使用考察，较长隧道（600米以上）扒渣机配合农用车\n出渣较为合理，错车问题可以利用设置错车洞解决。XX隧道（净断面：4.0×4.5）可采用z30装载机配合农用车出渣。较短隧道（600米以下）可以考虑使用装载机铲运出渣，如：XX、2#及XX隧道。3、二衬作业与开挖作业干扰由于隧道断面小，开挖运输作业与模板台车二衬作业存在干扰，台车支撑侵占出渣作业空间，解决方案如下：①、修正初支参数，不强初支，待开挖作业完成后不强二衬施工。②、采用悬挂滑膜二衬模板：采用悬挂模板，拱墙一次性浇筑。悬挂模板采用自制模型，分块考虑搬运轻便，模板背后采用自制拱架做肋，再用型钢与拱架相连，型钢两端与锚杆或初支中的拱架相连，对于相邻段施工，可预留钢筋，将型钢一端与预留钢筋做临时拴接，另一段与锚杆或拱架相连，在二衬内埋设滑轨锥，脱模下落后，向前滑行，施工下组二衬，详见如下示意图。方案比选：采用悬挂滑膜二衬模板虽然节约时间，有利工期控制，但无施工经验，决定采用加强初支的方案。4、复杂地质施工\n①、借鉴大瑞铁路大柱山隧道施工经验；②、加强施工监测及超前地质预报，采取积极有效的应对措施，调整施工组织；③、做好各项复杂地质施工预案；④、联合体设计院及时跟进施工，适时调整设计。四、XX设计及施工方案的优化1、工程概况XX隧道地处XX省XX市隆阳区水寨乡平坡村，距离XX市约45km。隧道全长1961m，最大埋深约为360m，隧道进口位于乡村公路旁，出口位于XX江岸陡崖上。隧道断面Ⅳ、Ⅴ级围岩为3.8X3.8m的直墙单心圆拱，Ⅵ级围岩为3.8×3.8m加仰拱的三心圆曲墙断面。为利用隧道转弯来实现跨越管道补偿，隧道采用折线型平面布置，纵向采用多级斜下坡，进口高出口低，坡度分别为24.9%（14.0°）、0.3%（0.17°）、166%（59°）和0.3%（0.17°）。隧道穿越处天然气管道设计压力为10Mpa，采用X80直缝埋弧焊钢管，钢管规格：D1016X22.9；石油管道设计压力为14.7MPa，采用X70直缝埋弧焊钢管，钢管规格：D813X28.6。天然气管道和原油管道并行共用同一隧道，气、油管道同时敷设施工。隧道围岩等级主要为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级，围岩分布情况详见附图1：XX隧道穿越纵断面图。各级围岩累计长度及所占比例如表1.1：XX隧道围岩统计一览表。XX隧道围岩统计一览表表1.1围岩等级长度/m所占比例Ⅳ级1029.352.5%Ⅴ级502.225.6%VI级429.321.9%合计1960.8100%\n2总体设计方案的比选与优化\n根据总体工期要求，XX隧道总工期为18个月，预计施工的有效工期为12～14个月。按原设计只能自进出口相向施工，月均成洞为70～80米，在围岩等级以Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级为主的地质条件下，难以保证工期要求，因此，必须考虑增加工作面。隧道出口位于XX江岸陡崖上，无法进洞。出口段隧道轴线竖向呈三段折线，进洞40m后有垂直高度50m倾角59°的斜井段，施工难度大。为避免在江边悬崖上开凿施工便道和保护环境，拟从大柱山铁路隧道进口正洞内另开凿约140m的上坡联络通道（以下均称为通道）进入XX隧道施工，交叉点距出口约373m。开凿通道的施工平面布置如图2.1，这样可以形成三个工作面，即图中的掘进方向1、2、3。3方向400多米（含导洞和斜井）不控制工期，剩余近1500m，保守估计有效工期按12个月计算，若两个口掘进速度月均达到60m以上，即可满足总工期要求。2.1隧道纵坡两方案比较\n2.1.1大坡度方案隧道原设计自进口向出口为24.9%（14°）的下坡，水平长度1764m，与该点向出口的平坡段衔接，变坡点到出口段保持原设计，此方案称为大坡度方案。通道交叉口距离变坡点200多米，从通道交叉口和进口两方向分别为上、下坡掘进，一般轮式车辆运行困难，需配备履带式车辆出碴进料。大坡度方案仅需换装运输车辆，施工仍采用常规方法，作业人员和管理人员轻车熟路，计划进度容易保证，但大坡度段车辆行驶的安全隐患较大。2.1.2陡坡斜井方案进口以23°（42%）下坡（水平长度795.68m）变为5.91°（平均10.4%）的下坡（水平长度968.32m），与K1+764点的平坡段衔接，其余段原设计不变，此方案称为陡坡斜井方案。该方案出口方向工作面可以采用一般轮式车辆，按无轨运输模式进行施工。进口需配备斜井施工设备，出碴采用电动扒碴机，出碴进料用提升机牵引轨行式车辆，洞内空气污染小；但施工步入正规需要一个磨合期，保证工期的胜算较小，同时安全风险较大。3总体施工方案\n隧道三个工作面同时施工，钻爆法开挖，喷锚支护，待各工作面掘进至设计里程后，再进行二衬作业，二衬采用模板台车浇筑，个别必须及时施作二衬的地段采用悬挂模板浇筑。3.1采用大坡度（14°）的施工方案两方向相向掘进的长度均不超过800m，进口为重载上坡，出口为重载下坡。因隧道断面小车辆无法调头，每200m设一长度、宽度均不小于5m的扩大洞室，作会车、调头之用。施工采用常规无轨装运模式。钻孔、支护作业均采用拼装式作业台架。装碴均采用ZWLX120扒碴机，自卸汽车运碴。喷混凝土采用HPJ-1型混凝土喷射机，自卸汽车运料。通风采用压入式管道通风，出口初期新鲜口气从正洞通过通道压人，待上层导洞打通后从导洞口压人。进口段用水泵分级抽排水，出口段自然坡排水。3.2采用陡坡（23°）斜井的施工方案进口800m斜井施工，洞内双轨单线运输，ZWLX120扒碴机装碴，提升绞车牵引6m3侧卸式矿车出碴。喷混凝土采用HPJ-1型混凝土喷射机。进料及运送混凝土用特制平车配料斗运输。施工通风采用压入式通风。施工给水初期采用水泵加压供水，后期利用蓄水池的高差压力供水。施工排水采取水泵分级提升排往洞外。施工用电自大瑞铁路施工用电的10KV电源引入。洞内外通信采用有线电话辅以报话机。洞口卸渣码头如下图：\n3.3与陡坡斜井对应的出口段缓坡道（5.91°）的施工方案从通道进入XX隧道后，向进、出口两方向施工均采用无轨运输模式。扒碴机配合5t自卸汽车出碴；TK500喷射混凝土，模板台车配合泵送混凝土浇筑二衬；上坡掘进段，自然坡排水至通道口；下坡掘进段用水泵抽排至通道口；施工\n高压风、用电、用水均从大柱山隧道内引入；施工通风采用轴流风机压入式管道通风，初期风机安装在正洞内，待上层洞口打通后即移到洞口，配合射流风机加快风流。3.4出口斜井施工方案向出口开挖的工作面一直掘到（上层）洞口，形成隧道排水、通风口，再回头对陡坡斜井（斜长58m）的井口进行施工。先做好井口的隧道扩大段二衬及井圈，安装拱部提升装置和井盖框架，再进行斜井开挖，挖深到3m后安装固定人梯和井盖板及相关的防护设施。井身开挖采用人工装碴，一台3t卷扬机和一台1t的卷扬机（副吊），1m3碴斗出碴，混凝土用导管直接溜放到模型内。施工通风采用SDF-NO4.0轴流风机配φ50cm軟风筒压入式通风。到斜井底后视围岩状况，或先施作斜井二衬，或向（下层）洞口开挖、支护、二衬，最后浇筑洞门。