淺析頂管施工安全風(fēng)險及管理措施

摘要：隨著社會生產(chǎn)建設(shè)需求的不斷增大，市政建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及生產(chǎn)科技的不斷進(jìn)步，頂管施工的埋深及長度也在不斷增加，施工環(huán)境日益復(fù)雜，導(dǎo)致頂管施工所面臨的安全風(fēng)險不斷提高。現(xiàn)以西安地鐵14號線外部電源電纜隧道工程為背景，對頂管施工中的安全風(fēng)險進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的管理措施。

關(guān)鍵詞：頂管施工;安全風(fēng)險;管理措施

1 ? ?項目背景

西安地鐵14號線外部電源新建電纜隧道工程起于北三環(huán)南輔道，向北下穿包茂高速后至北三環(huán)北輔道，沿北三環(huán)北輔道向東敷設(shè)，經(jīng)顯慶路、昭遠(yuǎn)門路、武德路及建材北路等鬧區(qū)繁忙市政道路后引入新建變電所，新建隧道全長約5 km。由于電纜隧道徑路處于城市鬧區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，地面建筑及設(shè)施繁多，不具備明開挖溝道條件，遂本工程采取頂管法進(jìn)行施工。全線共設(shè)工作井50座，頂管管徑DN2 000 mm，平均埋深9 m左右，全部處于沙層地質(zhì)，管周各類市政管道管線復(fù)雜，該工程屬于大管徑大埋深的城市復(fù)雜區(qū)域沙層頂管施工工程，施工風(fēng)險較高。

2 ? ?頂管法施工

2.1 ? ?基本原理

頂管法即一種非開挖管道施工方法，不用明開槽開挖，在管道所在的地層標(biāo)高，將管材前端土體或者沙體通過人工或者機(jī)械的方式，依據(jù)管材口徑及形狀挖成一段空腔，待前面空腔形成后，再利用千斤頂從管道尾部施壓頂進(jìn)，記千斤頂頂進(jìn)壓力為F，管材周圍土體的摩擦力為f，當(dāng)尾部頂進(jìn)壓力足夠克服管道周圍土體的摩擦阻力即F>f時，管道會向前移動。以此工序不斷循環(huán)，從而實現(xiàn)管道在地層土體中向前敷設(shè)的目的，基本頂進(jìn)原理如圖1所示。

2.2 ? ?頂管法分類

依據(jù)管道前端開挖掘進(jìn)方式的不同，可將頂管法施工大體分為人工頂管及機(jī)械頂管兩大類，人工頂管即采用人工掘進(jìn)方式進(jìn)行管道前端土體開挖，機(jī)械頂管即采用機(jī)械機(jī)頭進(jìn)行管道前端土體開挖。依據(jù)所采用頂進(jìn)機(jī)頭工作原理的不同，又可將機(jī)械頂管分為土壓平衡式、泥水平衡式和氣壓平衡式。在實際的施工中一般需綜合考慮施工場地、工程地質(zhì)狀況、施工安全風(fēng)險、施工成本、工期等因素，選擇一種或者多種方式相結(jié)合的頂管方法。

2.3 ? ?頂管施工流程

頂管施工前，需綜合考慮工程地質(zhì)、施工場地、地上地下障礙物等因素，將管道徑路分割成多個單頂段施工，并在分割點上設(shè)置工作井（接收井），工作井（接收井）一方面用于管材或機(jī)械頂管機(jī)頭的進(jìn)入（接收），另一方面用于頂進(jìn)千斤頂設(shè)備的布置。在進(jìn)行單頂段分割時，人工頂管每個單頂段為40～60 m，機(jī)械頂管每個單頂段為80～200 m，單頂段分割如圖2所示。

在分割為單頂段之后，就可以開始頂管工程的實施，一般頂管施工分為工作井施工、頂管設(shè)備安裝、土體開挖清運、管道頂進(jìn)等步驟，具體流程如圖3所示。

3 ? ?頂管施工安全風(fēng)險分析

頂管法施工因其具有占地少、破壞小、對交通影響小、工期短、綜合造價低等一系列優(yōu)點而被廣泛采用，但是我們在選擇頂管法施工的同時也必然承擔(dān)頂管工程所附帶的埋深大、地質(zhì)復(fù)雜、基坑深、下穿構(gòu)筑物、穿越復(fù)雜管線等風(fēng)險。上述頂管工程所具有的風(fēng)險點，在施工過程中如果不進(jìn)行良好的分析管理，在特定條件下可能會轉(zhuǎn)換成安全事故，為了避免事故的發(fā)生，對頂管工程中的幾類主要安全風(fēng)險進(jìn)行如下分析。

3.1 ? ?復(fù)雜的地質(zhì)水文條件

地質(zhì)及水文因素對頂管工程影響重大，地質(zhì)指管道所處的或所要穿越的地層地質(zhì)，水文指管道所處位置地下水、暗河、積水、滲漏水、地上滯水的狀況。在工程實施前如果對地質(zhì)水文條件掌握不夠詳盡或不夠準(zhǔn)確，一方面可能會因井段劃分不合理致使管道難以頂通，另一方面可能會在管道頂進(jìn)過程中引起涌沙涌泥涌水，嚴(yán)重時會造成安全事故，例如在本工程的實施過程中就遇到流沙地質(zhì)，幸好并未引起不良后果。

3.2 ? ?深基坑

頂管工程一般埋深較大，工作井均為深基坑，在工作井的施工過程中，如果沒有科學(xué)制定開挖方式和支護(hù)方式，可能會引起基坑坍塌;工作井完成后，如果鄰邊防護(hù)及上下護(hù)籠爬梯布置不到位，則易引起高空墜落，引發(fā)安全事故。

3.3 ? ?下穿（臨近）構(gòu)筑物

頂管徑路處于地上構(gòu)筑物以下或臨近構(gòu)筑物基礎(chǔ)時，若在施工前沒有明確構(gòu)筑物基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)、位置、大小等參數(shù)，也沒有采取科學(xué)有效的加固、托舉、支撐方案，頂進(jìn)過程中亦沒有對頂進(jìn)的方向、角度、頂進(jìn)力等參數(shù)進(jìn)行精密嚴(yán)格的控制，則極易造成構(gòu)筑物的開裂甚至倒塌。

3.4 ? ?破壞地下綜合管線

在城市內(nèi)進(jìn)行頂管施工時，頂管徑路一般布置在市政道路兩側(cè)地下，頂管管道周圍往往會布滿錯綜復(fù)雜的市政管線，例如天然氣管道、熱力管道、污水管道、雨水管道、弱電管道等。在管道頂進(jìn)過程中若對周邊管道造成破壞，尤其是天然氣管道或污水管道，一旦破壞，輕則造成極壞的社會影響，重則會引發(fā)事故。

3.5 ? ?有毒氣體

頂管施工難免會穿過深埋的淤泥層，腐爛的動植物體常年埋在地下會產(chǎn)生極具有毒有害的氣體，在管道頂進(jìn)施工中，如果未能按要求進(jìn)行有毒氣體檢測，亦未及時采取有效措施對管道作業(yè)空間內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)，作業(yè)人員在管道內(nèi)進(jìn)行作業(yè)時，極易發(fā)生中毒事件。

3.6 ? ?人的不安全因素

人的不安全因素，第一是指施工管理人員，安全意識淡薄，趕工冒進(jìn)，違反規(guī)程，胡亂指揮;第二是指作業(yè)人員進(jìn)場未培訓(xùn)先上崗，無證上崗，無視安全管理規(guī)定;第三指的是管理人員沒有綜合權(quán)衡安全、成本，選擇不當(dāng)?shù)氖┕し桨?，例如，在有涌沙涌水風(fēng)險的地質(zhì)條件下，為了一味節(jié)約成本沒有充分考慮安全風(fēng)險而選擇了人工頂管方式。以上三個方面都是頂管工程中的潛在風(fēng)險，只要有一個方面沒有控制好都易引發(fā)事故。

4 ? ?頂管施工安全風(fēng)險管理措施

通過分析頂管工程中的安全風(fēng)險，可以知道安全風(fēng)險伴隨著工程實施的各個環(huán)節(jié)并且其處在一個不斷發(fā)展的過程中，在多因素作用達(dá)到特定的條件時，就會發(fā)展為安全事故，所以必須對安全風(fēng)險加以控制，通過科學(xué)的措施干預(yù)使其朝著有利的方向發(fā)展，進(jìn)而規(guī)避事故的發(fā)生。

4.1 ? ?組織措施

在施工現(xiàn)場成立安全管理組織機(jī)構(gòu)，項目經(jīng)理對工程安全負(fù)總責(zé)，依據(jù)工程規(guī)模配備充足的專業(yè)技術(shù)管理人員和專業(yè)安全管理人員。各崗位應(yīng)明確安全職責(zé)，專業(yè)技術(shù)人員與安全管理人員既要分工合作又要全力配合，形成清晰的安全管理架構(gòu)，從施工管理組織架構(gòu)上為施工安全提供保障。

4.2 ? ?技術(shù)措施

（1）摸清地質(zhì)水文條件。在工程開展前，對頂管徑路進(jìn)行詳盡的地質(zhì)水文勘探，并結(jié)合施工場地對勘探報告進(jìn)行詳細(xì)精準(zhǔn)的研究，以此作為頂管工程設(shè)計方案及施工方案制定的基礎(chǔ)。在施工過程中，參考地質(zhì)水文報告，結(jié)合開挖土質(zhì)狀況提前預(yù)判，必要時，對施工工藝進(jìn)行調(diào)整，旨在加強(qiáng)安全防護(hù)措施。

本工程在施工方案制定階段，對地勘報告進(jìn)行了詳細(xì)研究，并通過周邊類似工程對施工區(qū)域地質(zhì)狀況做了進(jìn)一步明確，發(fā)現(xiàn)此次新頂管道大部分處在砂層中，為防止沙層地段管前人工掘進(jìn)時，發(fā)生涌沙坍塌，提出了加裝鋼格柵工具頭的方案，將掘進(jìn)工作面采用鋼格柵進(jìn)行分割穩(wěn)固。在后期實際施工中，格柵工具頭充分發(fā)揮了穩(wěn)沙固沙的作用，保證了掘進(jìn)人員的安全，鋼格柵如圖4所示。同樣，對于流沙地段，提出超前注漿加固方案，待砂層板結(jié)穩(wěn)固后，才進(jìn)行后續(xù)的掘進(jìn)開挖。

（2）深基坑。充分參考地勘報告，嚴(yán)格按照規(guī)范制定基坑開挖及支護(hù)方案，并進(jìn)行專家論證，只有通過論證后的開挖支護(hù)方案方能實施，在工作井基坑施工過程中，一方面應(yīng)嚴(yán)格按照施工方案組織施工，另一方面，在施工過程一旦發(fā)現(xiàn)實際的地質(zhì)狀況和地勘報告有重大出入，應(yīng)立即停止施工，重新進(jìn)行方案的制定。在工作井基坑完成后應(yīng)及時做好鄰邊防護(hù)及護(hù)籠爬梯。

（3）做好下穿（臨近）構(gòu)筑物防護(hù)工作。在施工前應(yīng)盡量通過構(gòu)筑物產(chǎn)權(quán)單位獲取構(gòu)筑物的基礎(chǔ)圖紙，或者通過探挖，旨在明確構(gòu)筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、位置、大小等，并結(jié)合現(xiàn)場實際，制定構(gòu)筑物基礎(chǔ)保護(hù)方案。在施工過程中，一方面應(yīng)在受影響構(gòu)筑物周圍按照《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ8—2016）、《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50497—2009）等技術(shù)規(guī)范布置沉降觀測點，并緊密觀察，依據(jù)沉降情況及時調(diào)整干預(yù)措施;另一方面，應(yīng)加強(qiáng)對頂管設(shè)備的精細(xì)控制，控制其頂進(jìn)方向、力度、角度，力爭使管道在頂進(jìn)過程中對構(gòu)筑物的影響降到最低。

（4）穿越市政綜合管網(wǎng)。施工前應(yīng)沿頂管徑路進(jìn)行詳盡的管線調(diào)查，明確各條管線與新建頂管管道的相對位置，必要時應(yīng)采取硬隔離措施，對于無法繞開的管線應(yīng)組織遷改，如本工程在實施過程中就進(jìn)行了大量的管線遷改。對于危險性較大的管線，如高壓天然氣管道，應(yīng)邀請產(chǎn)權(quán)單位一并進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)位置，并共同制定下一步實施方案。對于施工過程中遇到的不明管線，在探明情況之前嚴(yán)禁茫然破壞。下穿大管徑管道時，必要時應(yīng)采取托舉、加固措施，如本工程在下穿市政DN800 mm雨水管道時，由于該雨水管道滲漏導(dǎo)致周邊土體松軟，在頂管下穿之前，先對雨水管道周圍土體進(jìn)行了注漿加固，才進(jìn)行頂管施工，結(jié)果安全順利下穿。

（5）有毒氣體。在施工過程中應(yīng)配備氣體檢測儀，按照要求每日定期檢測管道內(nèi)氣體，發(fā)現(xiàn)不良?xì)怏w應(yīng)及時撤出施工人員，并及時進(jìn)行通風(fēng)。

（6）合理制定施工方案。在制定施工方案時，不能一味考慮成本，而應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際的地質(zhì)狀況、周邊環(huán)境，在保證施工安全的前提下再介入成本、工期等因素。要保證深基坑施工、管道頂進(jìn)等專項方案，安全措施到位，切合實際可行，滿足技術(shù)規(guī)范。如本工程在實施過程中，對于下穿高速公路的高風(fēng)險段，靈活將人工頂管方式調(diào)整為泥水平衡機(jī)械頂管方式，并在施工中創(chuàng)新引入泥水分離器，節(jié)約了施工場地，滿足了環(huán)保要求，具體如圖5所示，在保證安全的前提下，提高了工效，綜合成本也并未增加很多。

4.3 ? ?檢查措施

建立安全檢查制度，通過定期巡視檢查，將安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。在工程施工的全過程應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)現(xiàn)場安全風(fēng)險的辨識、分析、評價，明確安全風(fēng)險控制重點，并對其加強(qiáng)檢查巡視?，F(xiàn)場安全員應(yīng)針對風(fēng)險點，建立安全風(fēng)險檢查臺賬，逐個盯控落實，保證控制措施有效實施，落實一個，銷號一個，堅決杜絕安全風(fēng)險肆意發(fā)展。

4.4 ? ?教育措施

針對頂管施工中的各個環(huán)節(jié)，定期組織專項的技術(shù)培訓(xùn)和安全培訓(xùn)，使作業(yè)人員在明確施工要求的同時更要明確安全技術(shù)規(guī)程，不僅要會干還要會安全地干。對于每個環(huán)節(jié)存在的風(fēng)險隱患，在培訓(xùn)會上要認(rèn)真分析，研究對策，對待隱患，態(tài)度堅決，必須做到“四不放過”，即事故原因未查明不放過、責(zé)任人未處理不放過、有關(guān)人員未受到教育不放過、整改措施未落實不放過。

4.5 ? ?獎懲措施

在施工安全管理中，加強(qiáng)安全獎懲力度。對于因安全措施落實不到位而形成不良后果的個人或者工班，必須給予嚴(yán)厲的處罰，讓其受罰一次，悔恨不已，在安全管理上堅決不能顧忌人情與顏面，否則安全局面就可能會失控;對于安全措施做到位的，安全工作做得好的個人或工班，要給予重獎，通過激勵方式不斷增強(qiáng)其對施工安全管理的積極性。通過獎懲措施的推行，要逐步將“要我安全”強(qiáng)迫意識轉(zhuǎn)變成“我要安全”的自我意識。

5 ? ?結(jié)語

頂管施工技術(shù)雖具有眾多的優(yōu)越性，但仍存在很多重大的安全風(fēng)險，在頂管工程的實施過程中，工作人員必須不斷對安全風(fēng)險進(jìn)行辨識分析，并加以有效控制，這樣才能在保證安全的前提下，讓頂管施工法充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

收稿日期：2020-02-05

作者簡介：朱榮（1980—），女，陜西安康人，工程師，研究方向：施工現(xiàn)場安全管理。