頂管下穿河流施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)

陳建東

摘要： 隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，地下空間開發(fā)規(guī)模越來(lái)越大，近年來(lái)為合理開發(fā)地下空間、解決馬路拉鏈等問(wèn)題，綜合管廊建設(shè)迅速增多，因頂管技術(shù)較好的經(jīng)濟(jì)適用性，在綜合管廊施工中得到廣泛應(yīng)用。隨之而來(lái)的是各類安全事故不斷涌現(xiàn)，怎樣將事故傷害與損失降到最低，成為目前頂管施工亟需解決的問(wèn)題。本文以具體項(xiàng)目為研究對(duì)象，對(duì)頂管下穿河流施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)降低事故概率，做好地下空間施工項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理有著較好的參考意義。

Abstract： With the rapid development of urban construction， the scale of underground space development is getting larger and larger. In recent years， in order to rationally develop underground space and solve zippers on roads， the construction of integrated pipe galleries has rapidly increased. Due to the better economic applicability of pipe jacking technology， it has been widely used in the construction of integrated pipe galleries. Followed by the continuous emergence of various types of safety accidents， how to minimize the accident damage and losses， has become an urgent problem to solve the current pipe jacking construction. This paper takes the concrete project as the research object， carries on the research to the pipe jacking under the river construction safety risk control technology， has good reference significance for reducing the probability of accident and managing the risk of underground space construction project.

關(guān)鍵詞： 下穿河流；頂管；風(fēng)險(xiǎn)；控制

Key words： underpass river；pipe jacking；risk；control

中圖分類號(hào)：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）21-0091-03

1 工程概況

為了緩解電力供應(yīng)問(wèn)題，沈陽(yáng)市開展相關(guān)電力工程建設(shè)，投資5.5億元，建成220千伏的“五愛(ài)輸變電工程”，該項(xiàng)目跨渾河段主要采用頂管工藝進(jìn)行施工。

本工程中頂管施工所穿越的土層以富水砂卵石地層為主，其中地層超過(guò)70%的含砂卵石。頂管覆土的最小深度為9.358m，最大深度為18.724m。項(xiàng)目施工地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，頂管直徑較大，頂進(jìn)的距離較長(zhǎng)，因此在頂進(jìn)的過(guò)程中面臨著頂進(jìn)困難、地表塌陷、頂管開裂以及漏水等一系列的施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 水文地質(zhì)情況

頂管穿越渾河段區(qū)間在渾河北岸設(shè)置3號(hào)工作井，經(jīng)下穿渾河后，至渾河南岸濱堤南側(cè)的4號(hào)工作井，區(qū)間全長(zhǎng)836.504m。工程站位縱斷面如圖1所示。

在勘察期內(nèi)，量測(cè)到地下的穩(wěn)定水位：渾河的北岸（里程K0+0～K0+470）為10.9～18.7m，水位的標(biāo)高為27.71～31.93m。根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該地區(qū)地下水位年變幅為1.0～2.0m，跨渾河區(qū)間水位變幅按照2.0m考慮。該工作區(qū)間內(nèi)渾河歷史最高洪水位為1995年的40.95米；沖刷的最大變幅為1995年的7.0米。

3 富水砂卵石地層頂管施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 施工斷面大，頂管操控風(fēng)險(xiǎn)高

該富水砂卵石地層頂管施工的頂管外徑達(dá)4.14m（內(nèi)徑3.5m），因此刀盤上下面的高差較大，并且由于開挖面穿過(guò)多種土質(zhì)層，因?yàn)椴煌耐临|(zhì)層具有不同的密實(shí)度、強(qiáng)度等參數(shù)，切削土層的軟硬程度也不一致，因此增大了施工中頂管的操控風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 頂管施工所處地質(zhì)條件不良，安全風(fēng)險(xiǎn)大

本工程利用頂管工藝進(jìn)行隧道建設(shè)，隧道施工過(guò)程中頂管設(shè)備需在富水砂卵石地層中掘進(jìn)。工程臨近五愛(ài)隧道，地下極有可能存在之前施工中殘留的建筑廢棄物等障礙物。地下障礙物的存在一定程度上影響了頂管穿越富水砂卵石地層的正常施工，主要影響如下：刀盤、刀具易損壞，可能導(dǎo)致施工暫停，施工工期會(huì)因此延長(zhǎng)；刀盤、刀具的更換將增加施工成本，另外由于穿河隧道施工條件的特殊性，刀盤、刀具的更換難度較大，耗費(fèi)大量時(shí)間；而且，障礙物可能致使扭矩變大，使主軸承發(fā)生斷裂，機(jī)器故障等事故，在障礙物排除過(guò)程中，頂管穿越富水砂卵石地層施工存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 頂管隧道施工風(fēng)險(xiǎn)因素分析

頂管穿越富水砂卵石地層工程施工建設(shè)的安全風(fēng)險(xiǎn)因素較為復(fù)雜，影響范圍較廣。運(yùn)用合理的分析方法結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)得到頂管掘進(jìn)階段是施工安全風(fēng)險(xiǎn)高發(fā)的主要環(huán)節(jié)，也是施工安全風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn)控制環(huán)節(jié)，其中河底施工階段的施工安全風(fēng)險(xiǎn)更是重中之重。

頂管掘進(jìn)階段的風(fēng)險(xiǎn)：工作面失穩(wěn)，頂管機(jī)卡死，管片就位不準(zhǔn)導(dǎo)致拼裝碰撞，運(yùn)輸車碰撞等；

河底施工階段的風(fēng)險(xiǎn)：淺覆土引起隧道坍塌涌水等的風(fēng)險(xiǎn)，遇到障礙物引起停車，管片接頭漏水漏漿，刀盤，刀頭磨損等。

4 頂管施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制

4.1 頂管推進(jìn)階段風(fēng)險(xiǎn)控制

4.1.1 軸線管控舉措

偏差結(jié)果：管道軸線未達(dá)到設(shè)計(jì)軸線要求，存在較大誤差，導(dǎo)致管道出現(xiàn)彎曲，管節(jié)遭到破壞，接口發(fā)生滲漏。

原因解析：管道軸線出現(xiàn)偏差，大致包括兩方面原因，一是導(dǎo)向偏差，即地層正面阻力不平均；二是頂管后背出現(xiàn)不平整，抑或位置發(fā)生移動(dòng)，導(dǎo)致頂力合力線產(chǎn)生位移。

預(yù)防舉措：在對(duì)頂管進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)事先勘測(cè)周邊地質(zhì)環(huán)境。借助專業(yè)設(shè)備，將偏差控制在允許范圍內(nèi)。其中，糾偏應(yīng)遵循 “勤量、勤糾、小量”的原則。嚴(yán)格管控頂管后背施工，確保其整體質(zhì)量，避免發(fā)生后背位移的情況，同時(shí)，應(yīng)做到后背平整，使頂進(jìn)設(shè)備的安裝精度達(dá)到既定要求。

治理方案：從千斤頂著手，對(duì)其頂力、速度、行程、安裝精度等進(jìn)行調(diào)整。穩(wěn)固頂管后背，避免再次發(fā)生位移，為后背的平整提供保障。與此同時(shí)，在對(duì)偏差進(jìn)行糾正時(shí)，應(yīng)事先對(duì)頂進(jìn)曲線進(jìn)行詳細(xì)觀察、解析，選擇恰當(dāng)?shù)募m偏量。頂管偏差應(yīng)強(qiáng)調(diào)預(yù)防的重要性，而不應(yīng)以情況發(fā)生后，再進(jìn)行處理為準(zhǔn)則，避免誤差出現(xiàn)累積的現(xiàn)象。在進(jìn)行糾偏時(shí)，應(yīng)借助小角度的方式，循序漸進(jìn)地完成校正工作，所以，在開展頂進(jìn)工作時(shí)，應(yīng)確保工具管角度的正確性、科學(xué)性，其角度一般在0.5至1.0度之間。

4.1.2 頂力突然增加

頂力增大現(xiàn)象：在頂進(jìn)動(dòng)作發(fā)生時(shí)，頂進(jìn)壓力突然增加。

原因解析：其一，土層坍塌，抑或機(jī)頭部位碰到障礙物，增加了摩擦阻力；其二，管道軸線存在誤差，致使彎曲現(xiàn)象發(fā)生，從而增加了摩擦阻力；其三，膨潤(rùn)泥漿的配比度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，抑或注入時(shí)間不當(dāng)，導(dǎo)致降低阻力的功效減弱，摩擦阻力增加；其四，頂進(jìn)裝置發(fā)生問(wèn)題，如液壓缸、油路板、油泵等；其五，停頂時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致泥漿失水嚴(yán)重，從而增加了摩擦阻力。

防治舉措：在頂進(jìn)動(dòng)作發(fā)生時(shí)，應(yīng)遵循“勤測(cè)、勤糾、小量”操作原則，將管道軸線偏差控制在有效范圍。在進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)時(shí)，應(yīng)事先檢修相關(guān)設(shè)備，對(duì)發(fā)生故障的設(shè)備予以檢修、排除。

治理方案：當(dāng)出現(xiàn)頂力過(guò)大情況時(shí)，應(yīng)停止頂進(jìn)作業(yè)，泥漿循環(huán)正常運(yùn)作，在此過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)找到癥結(jié)所在，并加以處理。

4.1.3 鋼筋混凝土管道接口滲漏

滲漏現(xiàn)象：管道接口滲水、漏水。

原因解析：密封件、管節(jié)等材料本身質(zhì)量不過(guò)關(guān)，抑或在運(yùn)轉(zhuǎn)、安裝過(guò)程中，管節(jié)遭到破壞。管道軸線的誤差較大，導(dǎo)致接口位置出現(xiàn)錯(cuò)亂，間隙不平均，填充材料不緊密。接口，抑或止水設(shè)備在選擇型號(hào)時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤等。

預(yù)防舉措：在對(duì)接口密封件、管節(jié)等材料進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作。管控管道軸線誤差，以施工操作標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)進(jìn)行。在對(duì)管節(jié)進(jìn)行運(yùn)輸、裝卸、安裝時(shí)，應(yīng)做到輕放、輕裝，做好保護(hù)工作。嚴(yán)把選型關(guān)，做到準(zhǔn)確無(wú)誤。

治理方案：可通過(guò)環(huán)氧水泥砂漿，抑或化學(xué)注漿的途徑，解決上述問(wèn)題。

4.1.4 鋼筋混凝土管節(jié)裂縫

裂縫現(xiàn)象：管節(jié)的環(huán)向、縱向裂縫凸顯，導(dǎo)致管道出現(xiàn)漏水、滲水。

原因解析：管節(jié)質(zhì)量未達(dá)標(biāo)。在進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)時(shí)，管節(jié)的盛壓強(qiáng)度不足以承受頂力，導(dǎo)致管節(jié)出現(xiàn)損壞，抑或軸線存在較大誤差，導(dǎo)致管節(jié)應(yīng)力遭到破壞。此外，安裝方式、運(yùn)輸環(huán)節(jié)、裝卸等，也都能對(duì)管節(jié)的完整性產(chǎn)生影響。

防治舉措：在對(duì)管節(jié)進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)按照相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。對(duì)未達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品予以退貨。在進(jìn)行頂進(jìn)工作時(shí)，嚴(yán)控管道軸線誤差，將頂力控制在管節(jié)允許的壓力承受范圍內(nèi)。在運(yùn)輸管節(jié)時(shí)，應(yīng)做好保護(hù)工作，可通過(guò)管墊的方式進(jìn)行，做到輕裝、輕卸。

治理方案：對(duì)裂縫的性質(zhì)及出現(xiàn)原因進(jìn)行詳細(xì)解析，從受力情況著手，采用各種治理方法，確保其完整度與承載力。

4.2 頂管河底施工階段的風(fēng)險(xiǎn)控制

頂管底施工階段的風(fēng)險(xiǎn)主要包括：刀具的磨損、障礙物阻擋、淺覆土以及頂管接頭漏水等。

4.2.1 刀具磨損

此次項(xiàng)目采用的刀盤是頂管機(jī)專用工具，盡管已經(jīng)對(duì)刀盤進(jìn)行了加固，但就強(qiáng)度而言，與破巖類頂管相比，依然稍有遜色。頂管機(jī)刀盤的工作對(duì)象是圓礫層，從磨損程度來(lái)講，與土層相比，其磨損更加明顯。為避免發(fā)生頂進(jìn)過(guò)程中更換刀盤的情況，需要在工作開始前，對(duì)刀盤進(jìn)行加固，抑或預(yù)先制定刀盤。在電流正常的情況下，對(duì)刀盤磨損度進(jìn)行判斷，只需觀察其出土流暢性，若不流暢，則需及時(shí)加固刀盤，抑或?qū)ζ溥M(jìn)行更換。

施工前需要對(duì)刀盤前土體進(jìn)行加固，頂管機(jī)內(nèi)制作氣壓倉(cāng)，頭部土體固結(jié)，工人在施工前，需要對(duì)頂管機(jī)內(nèi)的刀盤、泥漿進(jìn)行清理工作，確保加固效果，為刀盤的更換提供必要的工作面。

4.2.2 障礙物阻擋

盡管大塊孤石掉落等情況鮮有發(fā)生，但仍需多加警惕。如果在頂進(jìn)作業(yè)時(shí)突遇此情況，則頂管的頂力便會(huì)瞬間增加，刀盤電流迅速增大，此時(shí)便要對(duì)刀盤工作情況進(jìn)行確認(rèn)，明確是否有大塊孤石，抑或其它障礙物。在確認(rèn)障礙物或者孤石時(shí)，需先將頭部位置的砂土進(jìn)行固定，以此增加土體的承壓系數(shù)，避免發(fā)生塌陷。向頭部注入泥漿，待作業(yè)完成，且達(dá)到一定硬度后，啟動(dòng)螺旋輸送機(jī)，清除泥倉(cāng)中的砂土，此時(shí)，施工人員進(jìn)入查看障礙物的具體情況。

對(duì)障礙物進(jìn)行查看、判斷后，若確認(rèn)刀盤無(wú)法對(duì)其進(jìn)行處理，那么就需要加固障礙物周圍的土體結(jié)構(gòu)，之后，施工人員進(jìn)入泥倉(cāng)，借助液壓鎬等工具敲碎障礙物，使其成為小塊物體，通過(guò)工具管完成輸出，待全部工作結(jié)束后，頂進(jìn)工序進(jìn)入作業(yè)階段。如果在對(duì)土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固后，啟動(dòng)艙門，發(fā)生塌陷，那么可在工具管內(nèi)增加氣壓倉(cāng)，在氣壓環(huán)境下清除障礙物。

4.2.3 淺覆土

五愛(ài)工程中頂管穿越河中段施工中，由于頂管施工中受到線路規(guī)劃的影響，覆土厚度最淺的位置僅有7m，并且施工區(qū)域地質(zhì)層主要為砂礫層，增加了施工的難度。在淺覆土頂進(jìn)施工的過(guò)程中易產(chǎn)生流沙、滲漏、隧道上浮以及隧道坍塌等風(fēng)險(xiǎn)，以及由于覆土過(guò)淺，導(dǎo)致的豎向壓力小，在頂進(jìn)過(guò)程中頂管的姿勢(shì)難以掌握。因此，該風(fēng)險(xiǎn)因素應(yīng)該對(duì)施工區(qū)的地質(zhì)情況做好相應(yīng)的研究，加強(qiáng)隧道施工的支護(hù)，并在施工過(guò)程中采取安全動(dòng)態(tài)管理。

在以上所分析的安全風(fēng)險(xiǎn)因素之外，由于頂進(jìn)施工是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，因此也應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)其他風(fēng)險(xiǎn)因素的管理與控制。

5 結(jié)論

在城市化進(jìn)程不斷加速的發(fā)展中，受城市空間限制，地下空間開發(fā)是未來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，頂管技術(shù)應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。本文以具體案例為研究對(duì)象，對(duì)頂管下穿河流施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，并對(duì)管控措施進(jìn)行了探討，對(duì)以后富水砂卵層頂管施工安全管理與控制提供了有益的參考。

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