淺析頂管施工安全風險及管理措施

摘要：頂管施工即非開挖管道施工技術，由于其具有占地少、干擾小、破壞小等一系列優(yōu)勢，被廣泛應用于城市給排水管網(wǎng)、熱力管網(wǎng)、電力隧道等市政管道建設領域。隨著社會生產(chǎn)建設需求的不斷增大，市政建設規(guī)模的不斷擴大以及設備生產(chǎn)科技的不斷進步，頂管施工的埋深及長度也在不斷增加，施工環(huán)境日益復雜，導致頂管施工所面臨的安全風險不斷提高?，F(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險進行了分析，并提出了相應的管理措施。關鍵詞：頂管施工；安全風險；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，經(jīng)顯慶路、昭遠門路、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5km。由于電纜隧道徑路處于城市鬧區(qū)，周邊環(huán)境復雜，地面建筑及設施繁多，不具備明開挖溝道條件，遂本工程采取頂管法進行施工。全線共設工作井50座，頂管管徑DN2000mm，平均埋深9m左右，全部處于沙層地質，管周各類市政管道管線復雜，該工程屬于大管徑大埋深的城市復雜區(qū)域沙層頂管施工工程，施工風險較高。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高，將管材前端土體或者沙體通過人工或者機械的方式，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，記千斤頂頂進壓力為F,管材周圍土體的摩擦力為f，當尾部頂進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的目的，基本頂進原理如圖1所示。2.2頂管法分類依據(jù)管道前端開挖掘進方式的不同，可將頂管法施工大體分為人工頂管及機械頂管兩大類，人工頂管即采用人工掘進方式進行管道前端土體開挖，機械頂管即采用機械機頭進行管道前端土體開挖。依據(jù)所采用頂進機頭工作原理的不同，又可將機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、工程地質狀況、施工安全風險、施工成本、工期等因素，選擇一種或者多種方式相結合的頂管方法。2.3頂管施工流程在頂管施工前，需綜合考慮工程地質、施工場地、地上地下障礙物等多重因素，將管道徑路分割成多個單頂段進行施工，并在分割點上設置工作井（接收井），工作井（接收井）一方面用于管材或機械頂管機頭的進入（接收），另一方面用于頂進千斤頂設備的布置。在進行單頂段分割時，人工頂管每個單頂段為40～60m，機械頂管每個單頂段為80～200m，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、頂管設備安裝、土體開挖清運、管道頂進等步驟，具體流程如圖3所示。3頂管施工安全風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頂管工程所附帶的埋深大、地質復雜、基坑深、下穿構筑物、穿越復雜管線等風險。上述頂管工程所具有的風險點，在施工過程中如果不進行良好的分析管理，在特定條件下可能會轉換成安全事故，為了避免事故的發(fā)生，對頂管工程中的幾類主要安全風險進行如下分析。3.1復雜的地質水文條件地質及水文因素對頂管工程影響重大，地質指的是管道所處的或者所要穿越的地層地質，水文指的是管道所處位置地下水、暗河、積水、滲漏水、地上滯水的狀況。在工程實施之前如果對地質水文條件掌握不夠詳盡或不夠準確，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過程中引起涌沙涌泥涌水，嚴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，索性并未引起不良后果。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，如果沒有科學制定開挖方式和支護方式，可能會引起基坑坍塌；工作井完成后，如果鄰邊防護及上下護籠爬梯布置不到位，則易引起高空墜落，引發(fā)安全事故。3.3下穿（臨近）構筑物頂管徑路處于地上構筑物以下或臨近構筑物基礎時，若在施工前沒有明確構筑物基礎的結構、位置、大小等參數(shù)，也沒有采取科學有效的加固、托舉、支撐方案，頂進過程中亦沒有對頂進的方向、角度、頂進力等參數(shù)進行精密嚴格的控制，則極易造成構筑物的開裂甚至倒塌。3.4破壞地下綜合管線在城市內進行頂管施工時，頂管徑路一般布置在市政道路兩側地下，頂管管道周圍往往會布滿錯綜復雜的市政管線，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，在管道頂進施工中，如果未能按要求進行有毒氣體檢測，亦未及時采取有效措施對管道作業(yè)空間內進行通風，作業(yè)人員在管道內進行作業(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，第一指的是施工管理人員，安全意識淡薄，趕工冒進，違反規(guī)程，胡亂指揮；第二指的是作業(yè)人員進場未培訓先上崗，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衡安全、成本，選擇了不當?shù)氖┕し桨福?，在有涌沙涌水風險的地質條件下，為了一味節(jié)約成本沒有充分考慮安全風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頂管施工安全風險管理措施通過分析頂管工程中的安全風險，可以知道安全風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，所以必須對安全風險加以控制，通過科學的措施干預使其朝著有利的方向發(fā)展，進而規(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構，項目經(jīng)理對工程安全負總責，依據(jù)工程規(guī)模配備充足的專業(yè)技術管理人員和專業(yè)安全管理人員。各崗位應明確安全職責，專業(yè)技術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，從施工管理組織架構上為施工安全提供保障。4.2技術措施（1）摸清地質水文條件。在工程開展前，對頂管徑路進行詳盡的地質水文勘探，并結合施工場地對勘探報告進行詳細精準的研究，以此作為頂管工程設計方案及施工方案制定的基礎。在施工過程中，參考地質水文報告，結合開挖土質狀況提前預判，必要時，對施工工藝進行調整，旨在加強安全防護措施。本工程在施工方案制定階段，對地勘報告進行了詳細研究，并通過周邊類似工程對施工區(qū)域地質狀況做了進一步明確，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，將掘進工作面采用鋼格柵進行分割穩(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，待砂層板結穩(wěn)固后，才進行后續(xù)的掘進開挖。（2）深基坑。充分參考地勘報告，嚴格按照規(guī)范制定基坑開挖及支護方案，并進行專家論證，只有通過論證后的開挖支護方案方能實施，在工作井基坑施工過程中，一方面應嚴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)實際的地質狀況和地勘報告有重大出入，應立即停止施工，重新進行方案的制定。在工作井基坑完成后應及時做好鄰邊防護及護籠爬梯。（3）做好下穿（臨近）構筑物防護工作。在施工前應盡量通過構筑物產(chǎn)權單位獲取構筑物的基礎圖紙，或者通過探挖，旨在明確構筑物的基礎結構、位置、大小等，并結合現(xiàn)場實際，制定構筑物基礎保護方案。在施工過程中，一方面應在受影響構筑物周圍按照《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ8—2016）、《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB50497—2009）等技術規(guī)范布置沉降觀測點，并緊密觀察，依據(jù)沉降情況及時調整干預措施；另一方面，應加強對頂管設備的精細控制，控制其頂進方向、力度、角度，力爭使管道在頂進過程中對構筑物的影響降到最低。（4）穿越市政綜合管網(wǎng)。施工前應沿頂管徑路進行詳盡的管線調查，明確各條管線與新建頂管管道的相對位置，必要時應采取硬隔離措施，對于無法繞開的管線應組織遷改，如本工程在實施過程中就進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，應邀請產(chǎn)權單位一并進行現(xiàn)場確認位置，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，在探明情況之前嚴禁茫然破壞。下穿大管徑管道時，必要時應采取托舉、加固措施，如本工程在下穿市政DN800mm雨水管道時，由于該雨水管道滲漏導致周邊土體松軟，在頂管下穿之前，先對雨水管道周圍土體進行了注漿加固，才進行頂管施工，結果安全順利下穿。（5）有毒氣體。在施工過程中應配備氣體檢測儀，按照要求每日定期檢測管道內氣體，發(fā)現(xiàn)不良氣體應及時撤出施工人員，并及時進行通風。（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，而應結合現(xiàn)場實際的地質狀況、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、管道頂進等專項方案，安全措施到位，切合實際可行，滿足技術規(guī)范。如本工程在實施過程中，對于下穿高速公路的高風險段，靈活將人工頂管方式調整為泥水平衡機械頂管方式，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持續(xù)加強現(xiàn)場安全風險的辨識、分析、評價，明確安全風險控制重點，并對其加強檢查巡視。現(xiàn)場安全員應針對風險點，建立安全風險檢查臺賬，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培訓和安全培訓，使作業(yè)人員在明確施工要求的同時更要明確安全技術規(guī)程，不僅要會干還要會安全地干。對于每個環(huán)節(jié)存在的風險隱患，在培訓會上要認真分析，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、責任人未處理不放過、有關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，必須給予嚴厲的處罰，讓其受罰一次，悔恨不