史振鋒

中鐵隧道集團二處有限公司

摘要：管道隧道穿越施工是石油天然氣管道建設工程的關(guān)鍵工程，存在地質(zhì)災害風(fēng)險、施工操作風(fēng)險和管道相關(guān)風(fēng)險等困難和挑戰。分別介紹了某石油管道和天然氣管道隧道穿越工程面臨復雜地質(zhì)條件和周邊等復雜環(huán)境，通過(guò)采用智能監測、自動(dòng)化裝備、新材料應用、數字化管理等安全防護新技術(shù)，顯著(zhù)提升了施工安全水平與管理效能。從技術(shù)成本與投資回報、技術(shù)兼容性與集成難度、人員技術(shù)水平與培訓需求、法規標準與監管機制的適應性四個(gè)方面，詳細分析了應用安全防護新技術(shù)存在的問(wèn)題與挑戰，并提出了針對性策略。為石油天然氣管道隧道施工安全防護新技術(shù)應用提供了可借鑒的范本。為實(shí)現管道隧道施工智能化、無(wú)人化、綠色化，未來(lái)仍需不斷探索研究與工程實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：管道隧道；安全風(fēng)險；安全防護新技術(shù)；應用案例

在石油天然氣管道建設中，隧道穿越是常遇工程形式，用以克服復雜地形與障礙物。管道隧道專(zhuān)為敷設管道設計，與其他隧道相比特點(diǎn)顯著(zhù)：即功能單一，斷面緊湊，以保護管道為核心，荷載以靜態(tài)為主，但需適應介質(zhì)特性，如防腐、耐高溫或防爆，結構需長(cháng)期穩定抗滲，防止沉降開(kāi)裂。然而，隧道穿越施工面臨地質(zhì)條件復雜、施工空間受限等難題，易引發(fā)安全事故，如坍塌、突泥涌水、瓦斯泄漏、爆炸等，不僅危及施工人員生命安全，還會(huì )造成環(huán)境污染與巨大經(jīng)濟損失。傳統安全防護手段難以滿(mǎn)足當下施工安全需求，研發(fā)與應用安全防護新技術(shù)成為保障石油天然氣管道隧道穿越施工安全、高效進(jìn)行的關(guān)鍵。

1  管道隧道穿越施工的安全風(fēng)險分析

1.1  地質(zhì)災害風(fēng)險

在管道隧道穿越施工中，地質(zhì)條件的復雜性是引發(fā)安全事故的重要因素。圍巖失穩坍塌是常見(jiàn)風(fēng)險，尤其在軟弱圍巖與破碎帶地段�？赡艹霈F因未對軟弱圍巖采取有效加固措施，施工中發(fā)生坍塌，掩埋部分施工設備與通道，導致工期延誤與經(jīng)濟損失。突泥涌水也是嚴重風(fēng)險，富水地層或巖溶區施工時(shí)，若超前地質(zhì)預報不準確或止水措施不當，易引發(fā)突泥涌水，沖毀隧道，危及人員與設備安全。

1.2  施工操作風(fēng)險

施工過(guò)程中的違規操作與設備故障也易引發(fā)安全事故。爆破作業(yè)風(fēng)險大，若爆破參數不合理、操作不規范，可能導致爆炸威力失控，損壞隧道結構與周邊設施。機械設備故障同樣不容忽視，隧道施工設備長(cháng)期在惡劣環(huán)境運行，易出現故障，若未及時(shí)檢修維護，設備突發(fā)故障可能造成人員傷亡與施工停滯。例如，深圳地鐵5號線(xiàn)某區間施工中，盾構機刀具磨損嚴重未及時(shí)更換，導致掘進(jìn)受阻，刀盤(pán)損壞，延誤工期。

1.3  管道相關(guān)風(fēng)險

對于穿越既有石油天然氣管道的工程，保護既有管道安全是關(guān)鍵。施工振動(dòng)與沉降可能導致既有管道變形、破裂，引發(fā)泄漏與爆炸事故。同時(shí)，管道交叉部位密封處理不當，也易引發(fā)泄漏，威脅施工安全與環(huán)境安全。

2  安全防護新技術(shù)的應用案例分析

2.1  某大型石油管道隧道穿越工程案例

（1）工程概況。某大型石油管道隧道穿越工程，隧道全長(cháng)3.5 km，穿越地層復雜，包括砂巖、頁(yè)巖、灰巖與斷層破碎帶，且需下穿既有鐵路與多條市政管線(xiàn)。工程施工難度大，安全風(fēng)險高，對安全防護技術(shù)要求嚴格。

（2）新技術(shù)應用情況。該工程全面應用安全防護新技術(shù)，采用智能監測與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，部署上千個(gè)傳感器，如位移傳感器、壓力傳感器、應力傳感器、瓦斯傳感器與溫濕度傳感器等，實(shí)時(shí)監測圍巖變形、支護結構受力、有害氣體濃度與環(huán)境參數等數據，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳輸至數據處理中心。利用大數據分析與人工智能算法，建立安全風(fēng)險預測模型，實(shí)現安全風(fēng)險實(shí)時(shí)預警與應急響應。

施工中使用智能化盾構機，配備先進(jìn)導航、地質(zhì)探測與自動(dòng)化控制系統。導航系統利用衛星定位與慣性導航技術(shù)，精確控制盾構機掘進(jìn)方向，確保掘進(jìn)安全高效。地質(zhì)探測系統通過(guò)超前雷達、聲波探測儀等設備，提前探測前方地質(zhì)情況，為施工提供地質(zhì)信息，便于及時(shí)調整施工參數。自動(dòng)化控制系統可實(shí)現盾構機推進(jìn)、出土、注漿等作業(yè)自動(dòng)化控制，減少人工操作失誤。

采用控制爆破技術(shù)與新型支護技術(shù)，如預裂爆破、微差爆破結合自進(jìn)式錨桿與噴射纖維混凝土，保障隧道開(kāi)挖與支護安全。

運用基于BIM的施工管理平臺，整合隧道工程地質(zhì)、設計圖紙、施工進(jìn)度、設備信息與安全監測數據等信息，實(shí)現施工全流程可視化管理，并與實(shí)時(shí)監測系統集成，為安全決策提供依據。

配備智能安全帽等先進(jìn)的人員安全防護裝備，建立人員安全管理系統，保障施工人員安全。

（3）應用效果評估。新技術(shù)應用成效顯著(zhù)。相比傳統施工方法，施工安全事故發(fā)生率大幅降低80%以上。施工進(jìn)度明顯加快，提前3個(gè)月完成隧道貫通，節約工程成本。隧道結構穩定性良好，未出現明顯變形與裂縫，保障管道長(cháng)期安全運行。同時(shí)，施工對周邊環(huán)境與既有設施影響極小，未對既有鐵路運營(yíng)與市政管線(xiàn)安全造成不良影響，得到各方高度認可。

2.2  某天然氣管道隧道穿越復雜地質(zhì)區域案例

（1）工程背景與挑戰。某天然氣管道隧道穿越工程穿越區域的地質(zhì)條件極為復雜，存在巖溶、暗河、斷層與高地應力等不良地質(zhì)現象，施工面臨巨大挑戰，安全風(fēng)險極高。

（2）針對性技術(shù)措施實(shí)施。面對復雜地質(zhì)條件，采取了一系列針對性安全防護技術(shù)措施。加強超前地質(zhì)預報，采用 TSP 地震波探測、地質(zhì)雷達、超前鉆探等多種手段聯(lián)合探測，提前準確掌握前方地質(zhì)情況。在巖溶發(fā)育區，采用注漿填充、鋼護筒穿越等技術(shù)處理巖溶洞穴與暗河。對于高地應力區，采取應力解除爆破、優(yōu)化支護結構等措施，防止巖爆發(fā)生。利用自動(dòng)化監測系統，對隧道圍巖變形、支護結構受力進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，及時(shí)調整支護參數。同時(shí)，采用高性能支護材料，如高強度鋼材制作鋼支撐、自進(jìn)式錨桿與高性能?chē)娚浠炷�土，增強隧道支護能力。

（3）成果與經(jīng)驗總結。隧道工程成功穿越復雜地質(zhì)區域，有效避免突泥涌水、巖爆等重大安全事故發(fā)生，保障施工安全與人員生命安全。隧道施工質(zhì)量?jì)?yōu)良，滿(mǎn)足天然氣管道敷設要求�？偨Y出一套針對復雜地質(zhì)區域隧道穿越施工的安全防護技術(shù)體系與施工管理經(jīng)驗，為類(lèi)似工程提供寶貴借鑒。例如，在超前地質(zhì)預報方面，多種探測手段聯(lián)合應用可提高地質(zhì)探測準確性；在巖溶處理中，注漿填充與鋼護筒穿越結合效果良好；在高地應力區，應力解除爆破與優(yōu)化支護結構能有效控制巖爆風(fēng)險。

3  應用安全防護新技術(shù)的問(wèn)題與對策

3.1  技術(shù)成本與投資回報

安全防護新技術(shù)的應用通常前期需要較高投入，包括設備采購、系統搭建、人員培訓等費用。以智能監測與物聯(lián)網(wǎng)系統為例，傳感器、數據傳輸設備與軟件平臺采購成本較高，且后期維護與升級也需持續投入。對于一些小型施工企業(yè)或資金緊張項目，可能因難以承擔高額技術(shù)成本而對新技術(shù)應用望而卻步。同時(shí)，新技術(shù)應用的投資回報周期較長(cháng)，其帶來(lái)的安全效益與經(jīng)濟效益在短期內難以直觀(guān)體現，部分企業(yè)對新技術(shù)投資持謹慎態(tài)度。

這就需要優(yōu)化技術(shù)成本與投資模式。政府與行業(yè)協(xié)會(huì )應發(fā)揮引導作用，出臺相關(guān)扶持政策，如財政補貼、稅收優(yōu)惠等，鼓勵企業(yè)應用安全防護新技術(shù)，降低企業(yè)技術(shù)應用成本。同時(shí)，企業(yè)應加強與科研機構、高校合作，開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，研發(fā)性?xún)r(jià)比高的新技術(shù)與設備，降低技術(shù)研發(fā)成本。在投資模式上，可探索采用PPP（政府和社會(huì )資本合作）模式或設備租賃模式，由專(zhuān)業(yè)機構投資建設新技術(shù)設施，施工企業(yè)通過(guò)租賃或購買(mǎi)服務(wù)方式使用，減輕企業(yè)一次性投資壓力，提高投資回報率。例如，在智能監測系統建設中，采用PPP模式，由政府與專(zhuān)業(yè)科技企業(yè)合作建設，施工企業(yè)按使用量支付費用，實(shí)現多方共贏(yíng)。

3.2  技術(shù)兼容性與集成難度

管道隧道穿越施工涉及多種技術(shù)與設備，不同廠(chǎng)家、不同時(shí)期的技術(shù)與設備在接口、數據格式與通信協(xié)議等方面可能存在差異，導致新技術(shù)兼容性與集成難度大。例如，在智能監測系統集成中，不同類(lèi)型傳感器來(lái)自不同廠(chǎng)家，其數據傳輸協(xié)議不一致，需花費大量時(shí)間與精力進(jìn)行數據整合與系統調試，增加施工復雜性與成本。此外，新技術(shù)與既有施工工藝、管理流程融合也存在困難，可能需要對施工組織與管理模式進(jìn)行較大調整，部分施工人員與管理人員對改變存在抵觸情緒，阻礙新技術(shù)推廣應用。

可通過(guò)制定統一技術(shù)標準與規范，明確不同新技術(shù)設備接口、數據格式與通信協(xié)議，提高技術(shù)兼容性。行業(yè)協(xié)會(huì )與標準化組織應組織相關(guān)企業(yè)與專(zhuān)家，加快編制《石油天然氣管道隧道智能監測系統數據交互標準》《隧道自動(dòng)化裝備接口技術(shù)規程》等文件，推動(dòng)設備間無(wú)縫對接。同時(shí)，鼓勵企業(yè)開(kāi)展集成創(chuàng )新，例如開(kāi)發(fā) “一站式” 安全防護管理平臺，將智能監測、人員定位、設備控制等功能整合，通過(guò)模塊化設計實(shí)現不同技術(shù)的靈活嵌入。

3.3  人員技術(shù)水平與培訓需求

安全防護新技術(shù)的應用對施工人員與管理人員技術(shù)水平要求高。智能化設備操作、大數據分析、BIM 平臺應用等都需要專(zhuān)業(yè)知識與技能。然而，目前部分施工人員文化水平較低，缺乏新技術(shù)相關(guān)知識與培訓，難以熟練掌握新技術(shù)設備操作與應用。例如，一些施工人員對智能安全帽功能了解有限，僅將其當作普通安全帽使用，無(wú)法充分發(fā)揮其安全監測與通信功能。同時(shí)，新技術(shù)不斷更新?lián)Q代，企業(yè)需持續投入培訓資源，以提升人員技術(shù)水平，這對企業(yè)培訓體系與資金投入是巨大挑戰。

企業(yè)需要強化人員培訓與人才儲備，建立多層次培訓體系，針對施工人員、技術(shù)人員和管理人員制定差異化培訓方案。對一線(xiàn)工人開(kāi)展 “理論 + 實(shí)操” 培訓，通過(guò)VR模擬演練掌握智能設備操作，如利用虛擬場(chǎng)景培訓盾構機故障應急處理；對技術(shù)人員開(kāi)設大數據分析BIM建模等進(jìn)階課程；對管理人員進(jìn)行數字化管理理念培訓。此外，校企合作建立人才培養基地，將新技術(shù)應用納入高校石油工程、隧道工程專(zhuān)業(yè)課程體系，如西南石油大學(xué)與企業(yè)共建 “智慧隧道實(shí)驗室”，定向培養復合型人才。同時(shí)，企業(yè)內部設立技術(shù)創(chuàng )新獎勵機制，激發(fā)員工學(xué)習新技術(shù)的積極性。

3.4  法規標準與監管機制的適應性

隨著(zhù)安全防護新技術(shù)的快速發(fā)展，現有法規標準與監管機制存在一定滯后性，難以適應新技術(shù)應用需求。部分新技術(shù)在應用中缺乏明確法規標準指導，導致施工企業(yè)在技術(shù)選擇與應用中存在困惑，也給監管部門(mén)執法帶來(lái)困難。例如，對于新型支護材料與結構加固技術(shù)，其設計、施工與驗收標準尚未完善，不同地區、不同項目執行標準不一致。此外，監管機制在新技術(shù)安全評估、質(zhì)量監督等方面存在不足，無(wú)法及時(shí)有效對新技術(shù)應用進(jìn)行監管，可能引發(fā)安全隱患。

政府部門(mén)需加快修訂現有法規，將智能監測、自動(dòng)化施工等新技術(shù)納入《油氣輸送管道穿越工程施工安全規范》，明確技術(shù)應用的安全底線(xiàn)與驗收標準。例如，規定隧道智能監測系統數據留存期限不得少于工程設計使用年限，預警響應時(shí)間需控制在1分鐘以?xún)�。建立�?dòng)態(tài)監管機制，運用區塊鏈技術(shù)實(shí)現施工數據的不可篡改存證，監管部門(mén)可實(shí)時(shí)調取施工全過(guò)程數據。推廣 “雙隨機一公開(kāi)” 監管模式，利用無(wú)人機巡查、衛星遙感等技術(shù)開(kāi)展遠程監督，監測隧道施工對生態(tài)環(huán)境的影響，及時(shí)發(fā)現并處理違規行為。

4  結語(yǔ)

石油天然氣管道隧道穿越施工安全防護新技術(shù)通過(guò)智能監測、自動(dòng)化裝備、新材料應用、數字化管理等手段，顯著(zhù)提升了施工安全水平與管理效能。然而，當前仍面臨成本高、集成難、人才缺、標準滯后等挑戰。未來(lái)需通過(guò)政策扶持、標準統一、人才培養、法規完善等措施，推動(dòng)新技術(shù)的深度應用與持續創(chuàng )新，為我國能源管道建設提供堅實(shí)安全保障。隨著(zhù)5G、人工智能、新材料等技術(shù)的發(fā)展，石油天然氣管道隧道施工安全防護將向智能化、無(wú)人化、綠色化方向邁進(jìn)，相關(guān)研究與實(shí)踐仍需不斷探索與完善。

作者簡(jiǎn)介：史振鋒，1991年生，本科，技術(shù)員，現任中鐵隧道集團二處有限公司安質(zhì)部副部長(cháng)，主要從事土建項目安全管理工作。聯(lián)系方式：15051893034，747864132@qq.com。