頂管穿越公路的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及對(duì)策研究

路 平

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 概述

西氣東輸一線工程將天然氣從我國(guó)的西北地區(qū)輸送到華東地區(qū)，沿線經(jīng)過(guò)10余個(gè)省市區(qū)，是我國(guó)最重要的能源大動(dòng)脈之一，總投資超過(guò)1 400億元[1]。

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，多處建、構(gòu)筑物占?jí)涸谳敋夤艿郎戏剑纬闪烁吆蠊麉^(qū)。為了消除隱患，支持地方城市建設(shè)，中石油和地方政府共同出資，對(duì)占?jí)憾喂艿肋M(jìn)行改線。

西氣東輸一線改線工程PXBG002—PXBG003段在臨汾市蒲縣境內(nèi)下穿S329省道。穿越處的S329省道里程為K71+062，雙向兩車(chē)道，無(wú)中央分隔帶。天然氣管道與S329省道交叉角度為90°，穿越處路面厚度0.66 m，鋼筋混凝土套管管頂距路面3.6 m。

穿越處為昕水河沖洪積平原，場(chǎng)地地勢(shì)稍有起伏，公路兩側(cè)均為耕地。地層勘探深度內(nèi)主要為第四系沖、洪積層（Q4al+pl）卵石。灰白色，稍密-密實(shí)，主要母巖成分為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r、砂巖，呈渾圓狀，一般粒徑2～20 mm，最大粒徑50 mm，顆粒級(jí)配較好，砂質(zhì)充填，砂質(zhì)含量約為25%，承載力特征值為650 kPa。局部表層0.5 m為耕表土。

場(chǎng)地鉆孔均揭露地下水，主要類(lèi)型是第四系孔隙潛水，穩(wěn)定水位埋深3.8～4.2 m，年變幅1.0～2.0 m。

2 頂管施工方案

為不影響穿越道路的正常通行和避免對(duì)道路結(jié)構(gòu)的損壞，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用內(nèi)徑1.5 m、外徑1.8 m的C型鋼承口鋼筋混凝土套管以頂管方式穿越S329省道。

天然氣輸氣內(nèi)管采用X70直縫埋弧焊鋼管，管材規(guī)格為D1016×21 mm，外防腐為高溫型3層PE加強(qiáng)級(jí)防腐，補(bǔ)口采用3層結(jié)構(gòu)熱收縮帶，熱煨彎管采用雙層環(huán)氧粉末+聚丙烯網(wǎng)狀增強(qiáng)編織纖維防腐膠帶防腐。

頂管施工法施工步驟[2]：a）按獨(dú)立坐標(biāo)系放樣，確定操作坑和接收坑位置，保證頂管的正確施工；b）開(kāi)挖操作坑和接收坑，并對(duì)坑壁進(jìn)行鋼板支護(hù)；c）進(jìn)行混凝土墊背施工；d）將軌道、千斤頂安裝就位，吊裝鋼筋混凝土套管，安裝頂鐵；e）開(kāi)啟千斤頂頂推鋼筋混凝土套管，頂進(jìn)一定行程后退回頂缸，施工人員進(jìn)入鋼筋混凝土套管挖土外運(yùn)，然后加入頂鐵或鋼筋混凝土套管繼續(xù)頂進(jìn)，循環(huán)操作；f）待鋼筋混凝土套管頂至接收坑后，拆除頂管設(shè)備，清理鋼筋混凝土套管內(nèi)余土后，進(jìn)行輸氣主管穿越。g）在鋼筋混凝土保護(hù)套管和天然氣輸氣管之間填充細(xì)砂后，封堵及地貌恢復(fù)。

頂管結(jié)構(gòu)剖面圖、頂管穿越斷面圖、頂管設(shè)備布置圖見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

圖1 頂管結(jié)構(gòu)剖面圖

圖2 頂管穿越斷面圖（單位：m）

圖3 頂管設(shè)備布置圖

3 頂管穿越公路的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及對(duì)策

風(fēng)險(xiǎn)矩陣法依據(jù)事故的嚴(yán)重程度等級(jí)和可能性等級(jí)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)大小，是一種定性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。

事故嚴(yán)重程度等級(jí)主要依據(jù)人員傷亡、直接經(jīng)濟(jì)損失分級(jí)[3]，同時(shí)應(yīng)考慮社會(huì)影響方面的后果。當(dāng)多種后果同時(shí)產(chǎn)生時(shí)，應(yīng)采用就高原則確定事故嚴(yán)重程度等級(jí)。

表1 事故嚴(yán)重程度等級(jí)

事故可能性等級(jí)依據(jù)事故發(fā)生的概率或頻率分成 4 級(jí)[3]，如表 2。

表2 事故可能性等級(jí)

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)依據(jù)嚴(yán)重程度等級(jí)和可能性等級(jí)分為4級(jí)：低度（Ⅰ級(jí)）、中度（Ⅱ級(jí)）、高度（Ⅲ級(jí)）和極高（Ⅳ級(jí)）[3]。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的分級(jí)方法見(jiàn)表3。

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

以下對(duì)操作坑、接收坑開(kāi)挖和頂管施工中可能發(fā)生的主要風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估：

a）施工過(guò)程中地面以下管線的安全。

（a）評(píng)估 可能性等級(jí)為偶然，嚴(yán)重程度等級(jí)為較大，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中度Ⅱ。

（b）對(duì)策 施工前進(jìn)一步探明可能有的通訊、電力、煤氣、給排水等地下管線的位置、走向和埋深，以免施工中對(duì)其造成破壞，造成社會(huì)不良影響。

b）不良地質(zhì)及地下水引起地表過(guò)大下沉或道路塌陷。

（a）評(píng)估 可能性等級(jí)為偶然，嚴(yán)重程度等級(jí)為較大，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中度Ⅱ。

（b）對(duì)策 在頂管施工前必須掌握地質(zhì)土層隨深度的變化，提前處理可能存在的不良地質(zhì)。在鋼筋混凝土套管軸線上方的路面上，間隔2～3 m布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，開(kāi)挖時(shí)不間斷地進(jìn)行周邊地表的沉降觀測(cè)。

c）操作坑和接收坑開(kāi)挖時(shí)由于操作不當(dāng)引起基坑邊坡坍塌。

（a）評(píng)估 可能性等級(jí)為偶然，嚴(yán)重程度等級(jí)為較大，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中度Ⅱ。

（b）對(duì)策 操作坑和接收坑較深時(shí)須分層開(kāi)挖并及時(shí)支護(hù)，或放坡適當(dāng)放緩。基坑四周2 m范圍內(nèi)不能堆放材料、棄土和行走大型機(jī)械。基坑開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)做好排水措施，防止地下水浸泡坡腳引起基坑邊坡坍塌。在基坑周邊設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)對(duì)地表變形進(jìn)行不間斷觀測(cè)，變形較大時(shí)須立即停止施工，分析原因并采取整改措施。

d）頂管過(guò)程中操作不當(dāng)引起路基過(guò)大下沉或道路塌陷。

（a）評(píng)估 可能性等級(jí)為偶然，嚴(yán)重程度等級(jí)為較大，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中度Ⅱ。

（b）對(duì)策 施工頂進(jìn)時(shí)應(yīng)采取“少挖勤頂”的方式，控制好挖土進(jìn)尺與頂進(jìn)速率，及時(shí)注漿填充，保證鋼筋混凝土套管與土之間的密實(shí)。在頂進(jìn)施工時(shí)，在鋼筋混凝土套管軸線上方的路面上，間隔2～3 m布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，安排專(zhuān)人持續(xù)監(jiān)測(cè)道路高程的變化，變形較大時(shí)須立即停止施工，分析原因并采取整改措施。

e）鋼筋混凝土套管不均勻沉降引起輸氣管道損壞。

（a）評(píng)估 可能性等級(jí)為偶然，嚴(yán)重程度等級(jí)為特大，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度Ⅲ。

（b）對(duì)策 根據(jù)地質(zhì)情況選擇合適的頂管機(jī)頭，盡量減少對(duì)土體的擾動(dòng)，減小路基沉降。管道的接頭應(yīng)采用鋼襯頭連接，確保接口處剛性連接，保證管道的平順性。對(duì)鋼筋混凝土套管周邊土體注漿，增加土體強(qiáng)度。

f）運(yùn)營(yíng)中由于管道質(zhì)量問(wèn)題、管道壓力超出允許范圍或后期施工造成天然氣泄露引起安全事故。

（a）評(píng)估 可能性等級(jí)為不太可能，嚴(yán)重程度等級(jí)為特大，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度Ⅲ。

（b）對(duì)策 嚴(yán)格做好輸氣管道施工質(zhì)量檢查與驗(yàn)收。運(yùn)營(yíng)中天然氣產(chǎn)權(quán)單位嚴(yán)格做好輸氣管道的日常檢修與維護(hù)。做好天然氣管線的地面標(biāo)志與標(biāo)識(shí)，防止后期施工行為對(duì)管線的損壞。

4 頂管施工的允許偏差及糾偏

頂管施工的允許偏差須同時(shí)滿足以下要求：

a）依據(jù)天然氣行業(yè)相關(guān)規(guī)范確定的輸氣管軸線的允許偏差。

b）依據(jù)《頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范》確定的套管軸線的允許偏差。

當(dāng)管道偏差超過(guò)預(yù)警值時(shí)，需采取糾偏措施。糾偏時(shí)指導(dǎo)思想是“減緩發(fā)展，穩(wěn)慢回歸，平行找順，糾偏一半，反曲靠線，主動(dòng)微調(diào)”[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

由于施工的復(fù)雜性和地質(zhì)的多變性，頂管穿越公路易影響道路的正常通行和引起道路結(jié)構(gòu)的損壞，施工前要做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并采取相應(yīng)措施，盡量減小對(duì)所穿越公路的影響和破壞。