管廊矩形頂管下穿高速安全風險管控與對策研究

馬 棟

（中鐵南方集團珠三角投資發展有限公司，廣東廣州 511457）

1 頂管施工安全風險管理的概述

風險指安全事故發生的可能性和事故導致的資源損失的組合，安全事故指在建設工程中引發的人員傷亡或經濟損失等情況。在綜合管廊下穿高速公路頂管施工中，存在諸多外界干擾、地質情況的不確定性，安全風險較為突出，施工控制不到位，會造成較嚴重的安全事故。

以廣州南沙新區大崗先進制造業基地綜合管廊項目為例分析，綜合管廊與東新高速交會處設計為矩形頂管施工段，頂管穿越地層主要為淤泥質地層，高速公路兩側設始發井和接收井，圍護結構采用地下連續墻形式。區間頂部采用D1.8 m、間距1.3 mMJS工法樁橫向加固，頂進管節結構形式為矩形鋼筋混凝土，結構凈空寬度7.8 m、高度4.2 m，管頂覆土約7.8～8.9 m，頂進105 m，每節管節長度為1.5 m，重量約76 t。

2 工程特點

（1）始發井和接收井開挖深度大，最深深度達11.84 m；頂管管節斷面尺寸大（9 100 mm×5 500 mm），頂推系統總推力需達4 800 t；頂管段區間頂進長度長，共105 m，70環，每節管長度為1.5 m，重量約70 t。

（2）東新高速車流量大，始發井和接收井距離高速路較近，頂管結構下穿高速面最小距離7.8 m，在MJS工法樁加固及頂管施工過程中，易發生路面沉降或隆起、坡腳開裂等問題，情況嚴重會產生安全事故。

3 施工階段的主要安全風險

3.1 基坑開挖與圍護階段

本工程始發井與接收井圍護結構，均采用地下連續墻形式，冠梁+混凝土腰梁+兩道混凝土支撐做支撐體系，地下連續墻厚度1.0 m，嵌固深度21.66 m，開挖深度11.84 m，頂管井基底軟基處理采用水泥攪拌樁形式。在基坑四周按照安全標準化規范要求，設置圍蔽式安全護欄，在基坑四周坡頂、基底排水溝加強排水措施，施工人員上下基坑設置均從馬道進出。按方案要求基坑開挖應分層、分段施工，高處作業人員應正確佩戴安全繩，在腳手架上安裝腳手板，并將其固定。

3.2 頂管機、管片吊裝階段

吊裝作業是綜合管廊施工的主要組成部分，吊裝作業貫穿頂管施工始終。管節吊裝前，技術人員應詳細檢查管節防水施工情況，合格后方可進行吊裝作業，吊裝前監理工程人員應簽發的吊裝作業令。管節吊裝預留孔，吊裝采用專用吊具進行，吊機、鋼絲繩、卸扣、吊具、吊點等均應經過驗算滿足施工吊裝要求。管節吊裝過程中，管節下方嚴禁站人，并采用繩索進行牽引。吊裝作業由專人指揮，應緩慢進行，嚴禁大幅度升降。管節安裝設置定位架，管節下放應緩慢，不得有大幅度擺動、沖撞。管節安裝定位完成后，及時恢復電纜、水管及注漿管理，安裝小車軌道。

落實起重吊裝作業施工安全卡控標準：

（1）起重機械操作司機、司索工、信號工必須持合法證件上崗；機械設備操作人員應建立檔案，安排專人管理。

（2）操作人員必須按照本機說明規定進行操作，工作前進行檢查、工作中注意觀察、工作后及時進行保養。

（3）機械設備在作業過程中，應派專人進行監督指揮，避免盲目和違章操作，以免造成機械損壞、人身傷害。

（4）定期組織機械設備安全檢查，對檢查中存在的安全問題、隱患及時進行處理。預制管節承口朝上，集中水平堆放于施工現場。采用300 t履帶吊，吊具吊裝、平板車短駁至翻身架進行翻身作業。

3.3 頂進階段主要安全風險

（1）在頂管機穿越地層主要為淤泥、淤泥質粉質黏土、粉細砂，為了使出土順利、安全，頂進施工過程中應根據具體情況加入漿液，改善泥土倉內土體流動性、塑性，提升土體止水性能。具有良好止水性的土體充滿螺旋輸送機的殼體內，確保地下水土不產生噴發，保證施工安全。

①水平探孔發生滲漏水時，應采用1∶1的水泥漿或雙液漿進行壓密注漿，補充加固。注漿方法為從地面鉆孔與洞門水平鉆孔進行補充注漿，直至端頭加固效果滿足設計要求。改善泥土倉內土體流動性、塑性，增強土體止水性能。

②頂管下穿高速路基施工留有C形排水板，排水板若不能被頂管機刀盤切斷，排水板纏繞刀盤。為了確保頂管機刀盤可有效切割排水板，順利排出地面，應在刀盤增加重型切割刀具。在刀盤攪拌棒相應位置胸板上，增加強制攪拌棒，強制攪拌棒上焊接切割刀具，并在螺旋出土器出土口增設切割刀具。排水板被刀盤切割后，進入土壓倉進行強制攪拌，經強制攪拌棒上刀具二次切割，并最終經螺旋出土器排出，確保順利排渣。

（2）高速公路設施安全，開工前對頂管施工高速路段進行詳細調查，明確高速路基礎、深度、現使用狀況，為制定專項方案提供依據，并設置沉降監測點。與道路相關部門與建設方、地方相關管理部門、設計、監理等各單位提前溝通，制定合理可行的保護方案。嚴格按照施工監測方案，在頂管掘進過程中，對道路進行24 h連續監測。定期舉行相關會議，分析監測數據和現場施工狀況，及時調整各項參數，并采取有效措施控制沉降。

①嚴格按照施工監測方案，在頂管掘進過程中，對道路進行實時監測。

②施工前須對所有施工人員進行安全技術交底及教育培訓工作。再進行現場演練，保證發生突發事件時，搶修人員可迅速進入事故現場，作業時必須佩戴安全防護用品，自覺遵守高速公路安全管理有關規定，增強防傷害安全意識。

③施工區域采用裝配式圍擋進行全封閉式圍蔽，避免因施工影響高速公路運營情況。

④嚴格按照相應技術措施把控頂管掘進施工，避免對公路結構造成損壞。

4 穿越高速公路主要安全風險及應急處置

4.1 MJS工法樁施工風險控制及應急處置

頂管施工下穿東新高速前，根據設計圖紙要求，應先采用MJS工法樁進行加固處理。MJS工法樁樁徑為1.8 m，注漿壓力≥40 MPa，空氣壓力0.7 MPa，漿液流量80～100 L/min。頂管機進場前，應對該設備和壓漿管路進行檢查和維護，存在故障和故障隱患的機械進行維修，清洗壓漿管路，保證施工過程中不發生機械故障、壓漿管路堵塞情況。噴漿前，應組織各參建單位進行噴漿前驗收工作，按設計要求進行噴漿壓力、空氣壓力、回轉速度、漿液流量等驗收，滿足設計要求后，再進行試運行。

在噴漿過程中出現出泥孔堵塞、噴漿設備噴頭報警裝置失靈等異常情況時，操作人員通過對設備進行加壓，疏通出泥孔，若處置不當，易發生因注漿孔堵塞，增加壓力傳遞至高速路面，導致路面隆起開裂，影響路面行車安全，應立即采取應急處置措施。

（1）立即與高速公路管理單位聯系，在道路設置警示標識、限制車速、交通導行、警戒巡查，保證禁戒到位。

（2）應立即停止施工作業，檢修設備噴頭報警裝置，分析原因，及時調整施工方案。

（3）第三方檢測單位應優化檢測方案，合理布置車道路面上的施工監測點，增加監測頻率。

（4）對已出現隆起路面裂縫段進行封道處理。

為中等裂縫時，應采用灌縫膠進行開槽貼封式裂縫維修；為嚴重龜裂時，應將該段瀝青銑刨至水穩層面，開槽切邊，找平清渣，分層填料攤鋪瀝青，使用小型碾壓設備分層碾壓至既有瀝青路面標高，滿足要求后開放交通。

4.2 頂管施工風險控制及應急處置

在土壓平衡矩形頂管推進過程中，穿越地層變化帶、路肩、坡腳等位置，需要密切關注設備推進狀況、周邊監控區域變化情況。由于高速公路存在設計及施工不足、外界環境變化的影響，在頂進過程中易出現不可預見的情況發生。按照土壓平衡，當反推力突然下降后，路面受水平推力影響會產生裂縫或下沉，在施工過程中應具有各種突發事件的預防應對措施，確保安全順利推進。在頂進過程中若發現車道出現裂縫，監測沉降超出預警，根據推進的位置、裂縫大小、沉降的嚴重程度，及時采取相應的應急措施。

以頂管下穿東新高速為例，在頂管已推進了62節，穿過東新高速坡腳約3 m位置時，高速東側應急車道處出現裂縫，裂縫長度約6 m，寬度約10 mm。監測數據報警，顯示監測點沉降在10 mm以上，最大達到18.8 mm。經組織專家對高速路面沉降報警問題研究分析，主要原因為該段高速公路外側邊坡坡比不足，經雨水長期沖刷造成邊坡土體松散。

上路面下邊坡封壓，確保不增加滑移和下沉；及時對路面開裂處進行瀝青灌縫處理，對坡腳及土質較差區域，進行堆載沙包反壓及防水處理，增強邊坡穩定性；及時啟動頂管機繼續頂推；采用保壓、降低推進速度進行頂進，防止高速繼續沉降開裂；協調高速管理方對東新高速受影響路段采取臨時交通管制，在條件允許的情況下暫時封閉應急車道和慢車道交通；不斷加強對高速路面沉降監測、路面、邊坡巡查工作，發現異常情況及時上報。

5 結語

頂管下穿施工對高速公路的影響主要是施工過程中的路面沉降，其次是頂管穿越不良地質段涌水突泥引起路面脫空下沉。針對以上問題，相關單位應對管道穿越高速公路的工程安全性進行識別、分析，確定風險等級，評價管道穿越高速公路的安全性，采取有效措施降低施工風險，提升施工項目質量與施工效率，保證管道施工及高速公路安全性、穩定性。