大口径管道穿越V型山体隧道施工新技术

摘要：近年来我国大口径长输管道建设发展迅猛，管道穿越山体隧道施工越来越多，管径及重量也在逐渐增大。在隧道内施工无法使用大型设备的情况下，运布管及管道组对工作一直是影响施工进度的主要因素。西气东输二线东段28标段密岭1#山体隧道整体呈“V”型，同一个隧道内存在3.66°和21.77°两个纵向施工坡度，针对隧道特殊结构，施工组研制了集运布管、组对于一体的多功能大角度斜井施工小车，革新了小角度坡面上的龙门架施工装置，这两种新设备在密岭1#、密岭2#隧道施工中都得以成功的应用，并积累了成熟的施工经验。

关键词：大口径管道 山体隧道 龙门架 运管小车管道施工

Abstract: in recent years the fast development of large diameter long distance pipeline construction in China, the pipeline crossing the mountain tunnel construction is increasing, pipe diameter and weight are also gradually increased. Cannot be used in tunnel construction under the condition of large equipment, transport pipe and pipe group on the work has been the main factors influencing the construction progress. 28 blocks east section of the second line of west-east gas tight ridge 1 # tunnel \"V\" shape on the whole, the same tunnel within 3.66 ° and 21.77 ° two longitudinal slope construction, for tunnel structure, special construction group freight cloth tubes, is developed for the integration of multi-function high Angle deviated well construction, innovation of small Angle slope portal frame construction on the surface of the device, the two kinds of new equipment in the range 1 #, 2 # tunnel construction of dense ridge successful application, and accumulated a mature construction experience.

Key words: large diameter pipeline tunnel portal frame pipe car pipeline construction

中图分类号：TE49 文献标识码：A

一 工程概况

1隧道概况

西气东输二线干线第28标段管道在江西省遂川县穿越密岭1#隧道。隧道入口位于梅江镇中团村，进口控制桩（GO051）自然地面高程140.2m；出口位于巾石乡东坑村，出口控制桩（GO053）自然地面高程410.7m。隧道全长1012.2m，进口段619.86m纵坡为6.4 %（3.66°），出口段392.34m,纵坡为39.9%（21.77°），隧道净断面为3.2m×3.2m（宽×高），管材规格为￠1219×22mm，管道设计压力10MPa。

2 工程特点

（1）隧道整体呈“V”型，进口段和出口段分别为3.66°和21.77°两个坡面，中间还要加装一个18°纵上热煨弯管。如图1所示

（2）管径￠1219mm为目前国内穿越山体隧道的最大直径钢管。

（3）隧道进口与出口自然地面高程相差达270.5m。

（4）出口段斜井坡度大，一边有人行踏梯，施工空间更为狭小，施工难度加大。

（5）隧道深、渗水量大，增加了通风、照明、排烟等安全措施的工作量。

二施工思路

因隧道V型的特点，进出口段须各自采取不同的施工机具进行施工。考虑到出口段大角度斜井施工时，随着管道长度重量增加将形成很大的下滑力，为保证施工安全，根据现场实际采取先施工进口段小角度坡面，使管道扎住根后，再施工出口段大角度斜井。在进口段施工的同时，同步进行出口段的轨道铺设等施工准备工作，以节约时间。

1 管道下滑力的计算

￠1219×22mm管材以单根均重7.8T，长度11.8m计算：

进口段620m/11.8m＝52.5根钢管，总重为52.5×7.8T＝409.5T

出口段392m/11.8＝33.2根钢管，总重为33.2×7.8T＝258.96T

则：3.66°斜面下滑力：F滑1＝409.5T×sin3.66°＝26.14T

3.66°斜面摩擦力：F摩1＝=0.18×409.5T×cos3.66°＝73.56T

21.77°斜面下滑力：F滑2＝258.96T×sin21.77°＝96.04T

21.77°斜面摩擦力：F摩2＝=0.18×258.96T×cos21.77°＝43.28T

由以上计算数据可知：F摩1 ＞F滑1 ，F摩2 ＜F滑2

2 施工顺序的确定

由上述计算数据可知，3.66°缓坡管道施工不会发生管道下滑现象，21.77°坡度管道施工产生的下滑力将会对缓坡段管道造成安全隐患，因此确定施工顺序从隧道内21.77°坡脚处开始布管向进洞口方向焊接，在施工至进洞口位置时对管头处安装抗力后背墙，背墙做好后再进行大角度斜井段的施工。

后背墙做法：当管道焊接至洞口后，加装下返弯管，在管口安装盲板（2m×2m×30mm钢板）。管口处进行深埋处理，埋设长度约一根半钢管，埋设深度1.5m，因开挖造成土壤松动的地方用细石子和方木填充，回填土用设备分层夯实。

3 后靠背的允许抗力计算：

EP＝BK(0.5H²KP +2CH)

式中EP –后背墙的允许抗力 (KN)

B－后座墙的宽度（M）此处取2米

γ－土的容重（KN/M3)，此处取17（查常用建筑材料容重表）

H－地面到后座墙顶部土体的高度(m)，此处取1.5米

Kp-被动土压系数tg2 (45°+)，此处取3.6米

c-土的内聚力（kPa) 一般情况下取10

K-安全系数,取K =0.85

经计算可知此处后背墙能承受的推力为：EP =2×0.85×（0.5×17×2.25×3.6+2×10×1.5×1.9）=1.7×（68.85+57）=213.945T

因此足以满足斜井段管道施工安全

三进口段3.66°小角度坡面运布管及组对工作

1 隧道内小角度坡面管道施工基本方法

传统的隧道内管道施工方法有辊道法、炮车法、轻轨法、龙门架式运管车法等等，但是不管使用哪种施工方法，都有一个共同之处，就是在隧道内进行卸管和组对时几乎都应用了支架倒链方式（简易龙门架）如下图2所示，而在使用简易龙门架卸管或调整组对间隙时，需要许多人共同操作才能把这一根根长达12m、重达6、7吨的大家伙挪动到规定位置。这次管道施工在管径和单管重量上（均重7.8吨/根）都超出了之前的施工案例。

本次施工隧道净宽仅3.2m,钢管占用空间1.219m，焊接设备再占用一部分空间，人的安全操作空间被进一步压缩。鉴于隧道内有限空间作业环境，为了达到减少人力投入、保障施工安全，提高施工效率的目地。

四出口段21.77°大角度斜井运布管及组对工作

1 传统的隧道内大角度斜井运布管组对技术

（1）倒靴法：自制运管小车通过洞外卷扬机的牵引将钢管运送至斜井的指定位置，在隧道拱顶顶部钻孔并固定钢制 “倒靴”和钢绞绳扣作为起吊点，此起吊点应经过准确测量位于准备组对的钢管正上方的重心处。将吊带系于运管小车钢管的起吊点，然后再将吊带挂在钢绞绳扣上，通过人工拉紧倒链，使钢管脱离小车，等卷扬机撤出小车后，再将钢管回落放到临时土袋管墩上进行组对焊接工作。

典型案例：忠武输气管道清岩沟隧道￠711×10.3mm管径斜井施工（小车斜井运管示意图 见图3）

（2）自制龙门架运管小车运布管法：以上述轨道运管小车作为底盘基础，上面制作一个可调整角度的龙门架，在斜井段只须调整龙门架的角度，使得龙门架在斜向部分仍然垂直向下。利用卷扬机将管材运送到位，用龙门架小车装置进行管口组对。

2 密岭隧道研制的斜井施工运布管组对多功能小车特点：

（1）小车配置方面：

针对小车要体现的运布管和组对功能，每台小车各配备两个带有液压缸的千斤顶，2号小车底盘上安装了小型的电动卷扬机，两台小车的底盘上都加装有横道挡板（处于斜井下端的小车编为1号、处于斜井上端的小车编号为2号）

（2）小车操作方面：

智能化：小车液压千斤顶升降控制过程使用了无线遥控器进行操作

机械化：小车底盘上安装的横道挡板可放置不同型号的千斤顶，通过压杆来操作钢管的左右组对间隙

电动化：当小车卸管后处于空载状态时，为保证两车之间的合理距离，可用2号小车上电动卷扬机的操作按钮进行一键式操作来调节两车间距。

（3）应用过程详解：

a组对过程调节上下间隙：通过无线遥控器，可使前后两台小车上的液压千斤顶进行自由升降，从而取得组对所需的管口高度

小车上的液压千斤顶的液压站、无线遥控器。

b组对过程调节左右间隙：

小车底盘上设置有可移动挡板，通过改变挡板的位置，在千斤顶的作用下调节钢管左右间隙，满足管口组对的需要

c 两台小车行驶状态的控制

两台小车整体进出斜井或行驶停滞时均有洞外的20t卷扬机统一控制。两小车之间用钢丝绳进行软连接，小车卸管后空载时需要加大或缩小两车间距时，通过操作2号小车上电动卷扬机，来调节两车的间距。

当组对焊接完成后，用方木作为临时支墩将管道支撑起来，小车的液压千斤顶通过遥控指挥回落至自然状态，此时钢管与小车存在一定间隙，通过洞外机将小车拉出洞外，进行下一环节操作。

五 总结

密岭隧道施工研制的大角度斜井多功能运布管组对小车和革新后的龙门架装置，共同特点是结构紧凑功能齐全、操作简单自动化程度高，施工安全性能更有保障。多功能小车的应用实践于2011年取得管道局QC成果二等奖。这两套设备在西二线28标段密岭1号V型隧道施工1012m，在密岭2#隧道施工1598m，得到了成功应用，积累了成熟的施工经验，本单位科研所也将这两套设备作为科技新成果进一步深加工和推广应用到正在施工建设的兰成中贵隧道施工项目。

参考文献：

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