油气管道地基穿越工程的勘察

河北省地矿局第三地质大队

油气管道地基穿越工程的勘察

陈迎辉河北省地矿局第三地质大队

工程勘察分为初步勘察与详细勘察两个部分。油气管道穿越河段的选择应从安全角度出发，应采取“少跨越、多穿越”的指导思想，利用超前探测技术，将隧道前方岩体的发育与形变规模、河水涌入压力等地质条件进行准确预报，结合地表勘探成果，校核前方的地质状况，为后续穿越工程提供基础。穿越方式主要分为定向钻探穿越、大开挖穿越以及隧道穿越等方式。定向钻穿越技术具有工期短、造价低、节省材料、管道埋深安全以及应用广泛的特点，它是一种非开挖穿越技术；大开挖穿越技术包括不带水开挖技术和带水开挖穿越技术两种；隧道穿越技术包括钻爆法、盾构法和顶管法。

工程勘察；超前地质预报；定向钻；大开挖；隧道穿越技术

1 管道穿越工程勘察

工程勘察分为初步勘察与详细勘察两个部分，初步勘察每一个方案至少包括4个钻探点，并且点与点之间间距以100～200m为宜，钻探点应设置在穿越位置的上游15m处。详细勘察主要是确定钻探点的位置，在沟埋敷设情况下，应将钻探点设置在穿越中线上；非开挖穿越情况下，在穿越中线两侧20m左右处各布置一条勘察线，钻探点应交错布置在两条线上，钻探点间距以30～100m为宜。长距离顶管及盾构等方案情况下，钻探点应布置在沉井处，3～4个为宜[1]。

油气管道穿越河段的选择应从安全角度出发[2]，采取“少跨越、多穿越”的指导思想，穿越河段选取河道、河床以及两岸顺直稳定河段为宜，尽量避免穿越以下河段：①弯曲以及经常改道的河道河段；②冲淤幅变大的河床河段；③岸坡带地基不稳定、岩石疏松而存在危险的河段；④靠近断层或者频发地震，有断裂现象的河段。

穿越方式主要分为定向钻探穿越、大开挖穿越以及隧道穿越等方式。

2 超前地质预报

隧道施工发生事故时有发生，主要表现为围岩层破碎导致塌方、河水的涌入以及瓦斯着火爆炸等。根据调研国内外相关文献，针对隧道施工应该进行施工勘察与超前地质预报，才能有效地减少事故发生。

利用超前探测技术，将隧道前方岩体的发育与形变规模、河水涌入压力等地质条件进行准确预报，结合地表勘探成果，校核前方的地质状况，为后续穿越工程提供基础。其次，根据探测开挖隧道内的地质异常情况，对隧道施工进行一次全面的施工安全评价，遇到异常事件，做好充分的施工对策，达到不破坏隧道结构，维护好后期施工安全的目的。超前地质预报主要包括以下几个方面：①破碎、风化和断裂带的预报；②岸坡带不稳定性的预报；③地下水以及地应力状况的预报；④地质异常体分布情况的预报。

地质预报可分为不同预报周期。长期超前地质预测预报主要有TSP探测法、超前深孔钻探法及地质调查法等手段，预报距离为50m以上；中期超前地质预测预报主要采取20～50m小口径的超前探孔、地质雷达等手段，预报距离为20～50m；短期超前地质预测预报主要采取的是普通地质雷达、红外线超前探水、掌子面地质素描法、小口径短距离钻孔探测法、超前炮眼探测法等手段，预报距离在20m以内。

3 管道穿越技术

3.1定向钻穿越

定向钻穿越技术具有工期短、造价低、节省材料、管道埋深安全以及应用广泛的特点，它是一种非开挖穿越技术，目前在国内受到了足够的重视。据统计，从1985年中石油管道局引进定向钻技术以来，已成功穿越400多条河流。定向钻技术在投入使用前，应在勘察中重点检测以下几个问题：

（1）河床附近的地质条件。分析河床砂土、黏性土、卵石层的颗粒组成以及分布范围和厚度；检查地质体有无松散砂土、淤泥质软土，这类软弱土层的存在，会阻碍定向钻的施钻工作，促使定向钻的钻头无法抬起，造成工程事故。对于岩石层的河床，岩层的单轴极限抗压强度对定向钻影响很大，应该查清岩性均一性，是否存在软弱夹层以及断层破碎带。据调研，曾经在滠水河定向钻穿越中，由于断层角砾岩卡住了钻头，钻穿过程中遇到极大的阻力，以至于使钻杆折断，严重影响了工程的进行，造成了重大的经济损失。

（2）在河床两岸勘察定向钻机安放的位置。

（3）地质调研检验河床两岸是否适宜穿越防洪大堤，并且防洪大堤与定向钻应该保持足够大的安全距离。

3.2大开挖穿越

大开挖穿越技术包括不带水开挖技术和带水开挖穿越技术两种。前者的施工流程为：导流→疏干→开挖施工。后者一般采取爆破成沟，随后下管子的措施。大开挖穿越技术缺点也很明显，埋设深度方面有缺陷，难以满足技术要求，而且一旦洪水来袭很容易将管道冲断，返工频繁。这种技术对周围环境造成极大的影响，违背了中国石油集团公司环保优先的企业精神。由于这些技术弊端，该技术已经在大中型河流穿越中销声匿迹，但是在小型穿越工程中还有一定应用。

3.3隧道穿越

隧道穿越技术包括钻爆法、盾构法和顶管法。

（1）钻爆法，又称矿山法。利用钻眼放炮的方式进行开挖隧道。在倾斜、软弱夹层以及断裂破碎带的岩层中施工，往往会导致岩层滑移，以及隧道大面积坍塌。如遇到此种情况，应该采取“弱爆破、短进尺、早支护”等施工准则，确保隧道穿越工程的顺利进行。

（2）盾构法。该方法是近些年来发展起来的先进隧道施工技术，实用性强，针对不适用定向钻穿越技术的油气管道工程，一般都可以采取盾构法进行隧道穿越施工。

（3）顶管法。顶管法分为千斤顶和螺旋钻机顶管穿越施工法，在砂土、黏性土和软质岩层均可适用。西气东输在郑州西穿越黄河时，采用定向钻技术穿越了该处的北岸和南岸，采用顶管法技术穿越河床中部一段（长约3 000m）。

[1]付景龙，王建华，黄敏．定向钻穿越不良地层施工技术新突破[J]．石油工程建设，2007，33（1）：31-35.

[2]李长春．定向钻穿越设计中要注意的问题[J]．油气田地面工程，2008，27（7）：78.

（栏目主持 焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.041