史振锋

中铁隧道集团二处有限公司

摘要：管道隧道穿越施工是石油天然气管道建设工程的关键工程，存在地质灾害风险、施工操作风险和管道相关风险等困难和挑战。分别介绍了某石油管道和天然气管道隧道穿越工程面临复杂地质条件和周边等复杂环境，通过采用智能监测、自动化装备、新材料应用、数字化管理等安全防护新技术，显著提升了施工安全水平与管理效能。从技术成本与投资回报、技术兼容性与集成难度、人员技术水平与培训需求、法规标准与监管机制的适应性四个方面，详细分析了应用安全防护新技术存在的问题与挑战，并提出了针对性策略。为石油天然气管道隧道施工安全防护新技术应用提供了可借鉴的范本。为实现管道隧道施工智能化、无人化、绿色化，未来仍需不断探索研究与工程实践。

关键词：管道隧道；安全风险；安全防护新技术；应用案例

在石油天然气管道建设中，隧道穿越是常遇工程形式，用以克服复杂地形与障碍物。管道隧道专为敷设管道设计，与其他隧道相比特点显著：即功能单一，断面紧凑，以保护管道为核心，荷载以静态为主，但需适应介质特性，如防腐、耐高温或防爆，结构需长期稳定抗渗，防止沉降开裂。然而，隧道穿越施工面临地质条件复杂、施工空间受限等难题，易引发安全事故，如坍塌、突泥涌水、瓦斯泄漏、爆炸等，不仅危及施工人员生命安全，还会造成环境污染与巨大经济损失。传统安全防护手段难以满足当下施工安全需求，研发与应用安全防护新技术成为保障石油天然气管道隧道穿越施工安全、高效进行的关键。

1  管道隧道穿越施工的安全风险分析

1.1  地质灾害风险

在管道隧道穿越施工中，地质条件的复杂性是引发安全事故的重要因素。围岩失稳坍塌是常见风险，尤其在软弱围岩与破碎带地段。可能出现因未对软弱围岩采取有效加固措施，施工中发生坍塌，掩埋部分施工设备与通道，导致工期延误与经济损失。突泥涌水也是严重风险，富水地层或岩溶区施工时，若超前地质预报不准确或止水措施不当，易引发突泥涌水，冲毁隧道，危及人员与设备安全。

1.2  施工操作风险

施工过程中的违规操作与设备故障也易引发安全事故。爆破作业风险大，若爆破参数不合理、操作不规范，可能导致爆炸威力失控，损坏隧道结构与周边设施。机械设备故障同样不容忽视，隧道施工设备长期在恶劣环境运行，易出现故障，若未及时检修维护，设备突发故障可能造成人员伤亡与施工停滞。例如，深圳地铁5号线某区间施工中，盾构机刀具磨损严重未及时更换，导致掘进受阻，刀盘损坏，延误工期。

1.3  管道相关风险

对于穿越既有石油天然气管道的工程，保护既有管道安全是关键。施工振动与沉降可能导致既有管道变形、破裂，引发泄漏与爆炸事故。同时，管道交叉部位密封处理不当，也易引发泄漏，威胁施工安全与环境安全。

2  安全防护新技术的应用案例分析

2.1  某大型石油管道隧道穿越工程案例

（1）工程概况。某大型石油管道隧道穿越工程，隧道全长3.5 km，穿越地层复杂，包括砂岩、页岩、灰岩与断层破碎带，且需下穿既有铁路与多条市政管线。工程施工难度大，安全风险高，对安全防护技术要求严格。

（2）新技术应用情况。该工程全面应用安全防护新技术，采用智能监测与物联网技术，部署上千个传感器，如位移传感器、压力传感器、应力传感器、瓦斯传感器与温湿度传感器等，实时监测围岩变形、支护结构受力、有害气体浓度与环境参数等数据，并通过物联网传输至数据处理中心。利用大数据分析与人工智能算法，建立安全风险预测模型，实现安全风险实时预警与应急响应。

施工中使用智能化盾构机，配备先进导航、地质探测与自动化控制系统。导航系统利用卫星定位与惯性导航技术，精确控制盾构机掘进方向，确保掘进安全高效。地质探测系统通过超前雷达、声波探测仪等设备，提前探测前方地质情况，为施工提供地质信息，便于及时调整施工参数。自动化控制系统可实现盾构机推进、出土、注浆等作业自动化控制，减少人工操作失误。

采用控制爆破技术与新型支护技术，如预裂爆破、微差爆破结合自进式锚杆与喷射纤维混凝土，保障隧道开挖与支护安全。

运用基于BIM的施工管理平台，整合隧道工程地质、设计图纸、施工进度、设备信息与安全监测数据等信息，实现施工全流程可视化管理，并与实时监测系统集成，为安全决策提供依据。

配备智能安全帽等先进的人员安全防护装备，建立人员安全管理系统，保障施工人员安全。

（3）应用效果评估。新技术应用成效显著。相比传统施工方法，施工安全事故发生率大幅降低80%以上。施工进度明显加快，提前3个月完成隧道贯通，节约工程成本。隧道结构稳定性良好，未出现明显变形与裂缝，保障管道长期安全运行。同时，施工对周边环境与既有设施影响极小，未对既有铁路运营与市政管线安全造成不良影响，得到各方高度认可。

2.2  某天然气管道隧道穿越复杂地质区域案例

（1）工程背景与挑战。某天然气管道隧道穿越工程穿越区域的地质条件极为复杂，存在岩溶、暗河、断层与高地应力等不良地质现象，施工面临巨大挑战，安全风险极高。

（2）针对性技术措施实施。面对复杂地质条件，采取了一系列针对性安全防护技术措施。加强超前地质预报，采用 TSP 地震波探测、地质雷达、超前钻探等多种手段联合探测，提前准确掌握前方地质情况。在岩溶发育区，采用注浆填充、钢护筒穿越等技术处理岩溶洞穴与暗河。对于高地应力区，采取应力解除爆破、优化支护结构等措施，防止岩爆发生。利用自动化监测系统，对隧道围岩变形、支护结构受力进行实时监测，及时调整支护参数。同时，采用高性能支护材料，如高强度钢材制作钢支撑、自进式锚杆与高性能喷射混凝土，增强隧道支护能力。

（3）成果与经验总结。隧道工程成功穿越复杂地质区域，有效避免突泥涌水、岩爆等重大安全事故发生，保障施工安全与人员生命安全。隧道施工质量优良，满足天然气管道敷设要求。总结出一套针对复杂地质区域隧道穿越施工的安全防护技术体系与施工管理经验，为类似工程提供宝贵借鉴。例如，在超前地质预报方面，多种探测手段联合应用可提高地质探测准确性；在岩溶处理中，注浆填充与钢护筒穿越结合效果良好；在高地应力区，应力解除爆破与优化支护结构能有效控制岩爆风险。

3  应用安全防护新技术的问题与对策

3.1  技术成本与投资回报

安全防护新技术的应用通常前期需要较高投入，包括设备采购、系统搭建、人员培训等费用。以智能监测与物联网系统为例，传感器、数据传输设备与软件平台采购成本较高，且后期维护与升级也需持续投入。对于一些小型施工企业或资金紧张项目，可能因难以承担高额技术成本而对新技术应用望而却步。同时，新技术应用的投资回报周期较长，其带来的安全效益与经济效益在短期内难以直观体现，部分企业对新技术投资持谨慎态度。

这就需要优化技术成本与投资模式。政府与行业协会应发挥引导作用，出台相关扶持政策，如财政补贴、税收优惠等，鼓励企业应用安全防护新技术，降低企业技术应用成本。同时，企业应加强与科研机构、高校合作，开展产学研联合攻关，研发性价比高的新技术与设备，降低技术研发成本。在投资模式上，可探索采用PPP（政府和社会资本合作）模式或设备租赁模式，由专业机构投资建设新技术设施，施工企业通过租赁或购买服务方式使用，减轻企业一次性投资压力，提高投资回报率。例如，在智能监测系统建设中，采用PPP模式，由政府与专业科技企业合作建设，施工企业按使用量支付费用，实现多方共赢。

3.2  技术兼容性与集成难度

管道隧道穿越施工涉及多种技术与设备，不同厂家、不同时期的技术与设备在接口、数据格式与通信协议等方面可能存在差异，导致新技术兼容性与集成难度大。例如，在智能监测系统集成中，不同类型传感器来自不同厂家，其数据传输协议不一致，需花费大量时间与精力进行数据整合与系统调试，增加施工复杂性与成本。此外，新技术与既有施工工艺、管理流程融合也存在困难，可能需要对施工组织与管理模式进行较大调整，部分施工人员与管理人员对改变存在抵触情绪，阻碍新技术推广应用。

可通过制定统一技术标准与规范，明确不同新技术设备接口、数据格式与通信协议，提高技术兼容性。行业协会与标准化组织应组织相关企业与专家，加快编制《石油天然气管道隧道智能监测系统数据交互标准》《隧道自动化装备接口技术规程》等文件，推动设备间无缝对接。同时，鼓励企业开展集成创新，例如开发 “一站式” 安全防护管理平台，将智能监测、人员定位、设备控制等功能整合，通过模块化设计实现不同技术的灵活嵌入。

3.3  人员技术水平与培训需求

安全防护新技术的应用对施工人员与管理人员技术水平要求高。智能化设备操作、大数据分析、BIM 平台应用等都需要专业知识与技能。然而，目前部分施工人员文化水平较低，缺乏新技术相关知识与培训，难以熟练掌握新技术设备操作与应用。例如，一些施工人员对智能安全帽功能了解有限，仅将其当作普通安全帽使用，无法充分发挥其安全监测与通信功能。同时，新技术不断更新换代，企业需持续投入培训资源，以提升人员技术水平，这对企业培训体系与资金投入是巨大挑战。

企业需要强化人员培训与人才储备，建立多层次培训体系，针对施工人员、技术人员和管理人员制定差异化培训方案。对一线工人开展 “理论 + 实操” 培训，通过VR模拟演练掌握智能设备操作，如利用虚拟场景培训盾构机故障应急处理；对技术人员开设大数据分析BIM建模等进阶课程；对管理人员进行数字化管理理念培训。此外，校企合作建立人才培养基地，将新技术应用纳入高校石油工程、隧道工程专业课程体系，如西南石油大学与企业共建 “智慧隧道实验室”，定向培养复合型人才。同时，企业内部设立技术创新奖励机制，激发员工学习新技术的积极性。

3.4  法规标准与监管机制的适应性

随着安全防护新技术的快速发展，现有法规标准与监管机制存在一定滞后性，难以适应新技术应用需求。部分新技术在应用中缺乏明确法规标准指导，导致施工企业在技术选择与应用中存在困惑，也给监管部门执法带来困难。例如，对于新型支护材料与结构加固技术，其设计、施工与验收标准尚未完善，不同地区、不同项目执行标准不一致。此外，监管机制在新技术安全评估、质量监督等方面存在不足，无法及时有效对新技术应用进行监管，可能引发安全隐患。

政府部门需加快修订现有法规，将智能监测、自动化施工等新技术纳入《油气输送管道穿越工程施工安全规范》，明确技术应用的安全底线与验收标准。例如，规定隧道智能监测系统数据留存期限不得少于工程设计使用年限，预警响应时间需控制在1分钟以内。建立动态监管机制，运用区块链技术实现施工数据的不可篡改存证，监管部门可实时调取施工全过程数据。推广 “双随机一公开” 监管模式，利用无人机巡查、卫星遥感等技术开展远程监督，监测隧道施工对生态环境的影响，及时发现并处理违规行为。

4  结语

石油天然气管道隧道穿越施工安全防护新技术通过智能监测、自动化装备、新材料应用、数字化管理等手段，显著提升了施工安全水平与管理效能。然而，当前仍面临成本高、集成难、人才缺、标准滞后等挑战。未来需通过政策扶持、标准统一、人才培养、法规完善等措施，推动新技术的深度应用与持续创新，为我国能源管道建设提供坚实安全保障。随着5G、人工智能、新材料等技术的发展，石油天然气管道隧道施工安全防护将向智能化、无人化、绿色化方向迈进，相关研究与实践仍需不断探索与完善。

作者简介：史振锋，1991年生，本科，技术员，现任中铁隧道集团二处有限公司安质部副部长，主要从事土建项目安全管理工作。联系方式：15051893034，747864132@qq.com。