矩形頂管下穿運(yùn)河施工安全管理與措施研究

［摘 要］隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)和城市化進(jìn)程的加快，矩形頂管技術(shù)在城市地下空間開發(fā)中的應(yīng)用愈來愈廣泛，其憑借著節(jié)能高效、對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)，大大提高了工程建設(shè)的施工效率，有效降低了施工成本。但是矩形頂管在施工過程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視，基于此，本文以任城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)綜合管廊及高壓線路遷改-A段項(xiàng)目為例，通過對(duì)本項(xiàng)目頂管下穿運(yùn)河施工過程中存在的問題和管理措施進(jìn)行分析，希望能對(duì)今后頂管施工安全有所幫助。

［關(guān)鍵詞］大斷面矩形頂管；下穿運(yùn)河；安全生產(chǎn)管理；措施

［中圖分類號(hào)］TU99文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近年來，隨著城市地下道路、管線等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，頂管機(jī)的使用越來越普遍。但市政工程作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性、施工作業(yè)場(chǎng)所的局限性，對(duì)頂管施工安全管理提出了更高要求。如何保障項(xiàng)目建設(shè)“零事故、零傷害”，是值得所有安全監(jiān)督管理人員深思的問題。

1 項(xiàng)目背景

任城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)綜合管廊及高壓線路遷改-A段項(xiàng)目位于山東省濟(jì)寧市任城區(qū)，該項(xiàng)目以柳行路與安順路相交處北側(cè)為起點(diǎn)，向東先后下穿老運(yùn)河、京杭大運(yùn)河（梁濟(jì)運(yùn)河），終點(diǎn)接居和路。主要建設(shè)內(nèi)容包括3.4km高壓雙艙管廊和160km長(zhǎng)的電纜布設(shè)和電氣安裝。

該項(xiàng)目頂管施工為單倉雙線頂進(jìn)（頂完一側(cè)后再進(jìn)行另一側(cè)頂進(jìn)），全線共存在頂管地段4段，依次分別為下穿既有市政公路、國道、老運(yùn)河、京杭大運(yùn)河。其中，下穿運(yùn)河段落共分為兩部分：下穿老運(yùn)河頂管段長(zhǎng)度291m，單節(jié)管廊為3.7m×3.7m矩形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度2m，覆土厚度為10.25～12.31m；下穿京杭大運(yùn)河頂管段長(zhǎng)度625m，單節(jié)管廊為4m×4m矩形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度2.5m，管廊覆土厚度為9.104～22.486m。

2 頂管施工方法

2.1 泥水平衡式頂管機(jī)工作原理

泥水平衡式頂管機(jī)在泥水艙內(nèi)注滿膨潤土泥漿，在開挖面上形成不透水的泥膜，利用泥漿作為開挖面的支護(hù)材料，并通過控制泥漿壓力以平衡作用于開挖面的土壓力和水壓力來保證開挖面的穩(wěn)定。泥漿的壓力控制取決于氣壓腔內(nèi)的氣體壓力。氣壓腔的泥水平衡式頂管機(jī)可以在設(shè)定好泥漿進(jìn)出口流量后，單獨(dú)調(diào)整氣壓來實(shí)現(xiàn)控制泥漿壓力，便于操作。刀盤切削下來的土砂在刀盤旋轉(zhuǎn)和攪拌機(jī)的作用下與新鮮泥漿均勻混合，并以泥漿形式輸送到地面，然后通過泥水分離設(shè)備進(jìn)行分離，形成可運(yùn)輸?shù)脑梁涂芍匦吕玫哪酀{。分離后的泥漿在經(jīng)過質(zhì)量調(diào)整后重新輸送到開挖面的泥水頂管機(jī)中來保持壓力平衡。

2.2 土壓平衡式頂管機(jī)工作原理

土壓平衡頂管機(jī)在土艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)充滿切削下來的渣土，依靠頂管機(jī)推進(jìn)油缸的推力給土艙內(nèi)的渣土加壓，進(jìn)而使土壓作用于開挖面以保持其穩(wěn)定。土壓頂管機(jī)的支護(hù)材料是渣土本身。土壓頂管機(jī)適用于黏土、中軟巖到卵石等地層。

3 頂管施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 地質(zhì)水文條件復(fù)雜

京杭大運(yùn)河頂管施工段地下水的補(bǔ)給來源以大氣降水入滲和附近河流的地表水體的滲漏以及地下水的側(cè)向補(bǔ)給為主，排泄方式以人工開采為主。地下水位隨季節(jié)及氣象周期呈周期性變化，水位年變幅一般在2～5m。老運(yùn)河頂管施工段，土細(xì)砂黏聚力小，透水性強(qiáng)，頂進(jìn)施工時(shí)若采取合理措施極易發(fā)生流沙、管涌及塌方現(xiàn)象。

河下頂進(jìn)時(shí)密封不當(dāng)滲漏水、地下障礙物處理難度大；頂管機(jī)壓力控制不當(dāng)易造成冒頂；管頂覆土深度較淺時(shí)，頂管機(jī)易上浮，甚至?xí)陧斶M(jìn)過程中引起管涌，導(dǎo)致人員淹溺、設(shè)備報(bào)廢，造成不可估量的損失。

3.2 危大工程時(shí)間跨度大

頂管施工自開始至結(jié)束先后經(jīng)歷土方開挖、基坑支護(hù)降水、起重吊裝、頂管頂進(jìn)、基坑回填等施工步驟，時(shí)間跨度大，暴露時(shí)間長(zhǎng)。頂管施工的順利進(jìn)行離不開工作井、接收井的穩(wěn)定性，在方案實(shí)施階段，基坑開挖、支護(hù)、降水、監(jiān)測(cè)工作失誤，會(huì)直接導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生。工作井、接收井完成后，臨邊防護(hù)、人員上下梯籠的缺失，會(huì)導(dǎo)致高處墜落、物體打擊。頂管機(jī)選型不合理、施工組織不協(xié)調(diào)、場(chǎng)地布設(shè)無章法將更會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)施工過程的延長(zhǎng)。

3.3 特種設(shè)備、大型機(jī)械設(shè)備集中

一方面，大斷面矩形頂管機(jī)頭、管節(jié)吊裝通常采用大噸位起重設(shè)備，在下放、起吊過程中由于空間有限、視線受阻，若無信號(hào)工指揮操作，容易發(fā)生起重傷害。另一方面，頂管長(zhǎng)距離頂進(jìn)需設(shè)置中繼間，頂管機(jī)設(shè)備性能可靠是施工重點(diǎn)，施工過程中若出現(xiàn)異物纏繞、刀盤磨損嚴(yán)重等情況，人員需打開刀盤進(jìn)入工作面進(jìn)行維修，增加了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 有限空間作業(yè)

頂管施工穿越淤泥層、舊河道等不良地質(zhì)區(qū)域，易形成甲烷、一氧化碳等有毒有害、易燃易爆氣體積聚或者含氧量不足的空間。頂管內(nèi)部與外界相對(duì)隔離，出入口較為狹窄，自然通風(fēng)不良，若未能進(jìn)行有毒有害氣體監(jiān)測(cè)，做好強(qiáng)制通風(fēng)措施，作業(yè)人員進(jìn)入頂管內(nèi)部易造成中毒和窒息事故。

3.5 影響市政管線、構(gòu)筑物

在城市更新過程中，市政管網(wǎng)愈加復(fù)雜，臨近管線作業(yè)是頂管施工不得不面對(duì)的一個(gè)嚴(yán)峻問題，影響或破壞既有管道可能會(huì)導(dǎo)致城市居民生活帶來不便，甚至可能會(huì)釀成安全責(zé)任事故。頂管路徑下穿或臨近建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)時(shí)，若不采取精準(zhǔn)科學(xué)的加固措施，容易造成地面道路塌陷導(dǎo)致交通事故、構(gòu)筑物的開裂甚至倒塌。

3.6 臨時(shí)用電

頂管施工工作井及其周邊臨時(shí)用電設(shè)施主要包括起重機(jī)械、頂管機(jī)、基坑降排水設(shè)施、照明等。工作井底部、管廊內(nèi)不可避免地存在積水和潮濕環(huán)境，如不采取相應(yīng)措施容易導(dǎo)致觸電事故發(fā)生。

4 頂管施工過程中采取的安全措施

4.1 推進(jìn)“6S”管理

頂管施工作業(yè)場(chǎng)地固定、人員相對(duì)穩(wěn)定，是推行“6S”管理的首要選擇。“6S”管理是指在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境開展整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)和安全為內(nèi)容的管理活動(dòng)，是標(biāo)準(zhǔn)化管理的重要組成部分，能更好地改善現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的環(huán)境、規(guī)范工序流程、提高作業(yè)效率、確保作業(yè)安全。

第一，整理：通過前期規(guī)劃，科學(xué)合理布局，確保現(xiàn)場(chǎng)整潔開闊，暢通有序。做到規(guī)范施工區(qū)域的整理，施工中產(chǎn)生的余料及閑置設(shè)備要明確區(qū)分，及時(shí)將無用的物品清除現(xiàn)場(chǎng)，做到空間活用，塑造整潔有序的工作場(chǎng)所。本項(xiàng)目頂管作業(yè)場(chǎng)地在施工前進(jìn)行合理的規(guī)劃，按照不同功能劃分地面和地下分區(qū)。地面分區(qū)包括管節(jié)存放區(qū)、起重吊裝區(qū)、頂管操作室、泥漿制備區(qū)、泥漿沉淀池等；地下分區(qū)包括管節(jié)暫存區(qū)、頂進(jìn)區(qū)、應(yīng)急物資區(qū)、小型機(jī)具區(qū)等。

第二，整頓：區(qū)分功能，定置擺放，進(jìn)行統(tǒng)籌歸類管理。一是進(jìn)行功能區(qū)分，周轉(zhuǎn)材料、工具、設(shè)備以及其他物資分類存放，確保物資出庫互不干擾；二是對(duì)成品、半成品等物資標(biāo)識(shí)清楚，減少積壓，標(biāo)準(zhǔn)是能迅速找到所需物品；三是做到“三通一平”，標(biāo)識(shí)明顯，確保施工現(xiàn)場(chǎng)整齊規(guī)范。

第三，清掃：分區(qū)負(fù)責(zé)，齊抓共管，營造安全文明施工環(huán)境。一是自我約束，從個(gè)人做起，堅(jiān)決制止現(xiàn)場(chǎng)亂倒、亂放、亂停的行為；二是建立清掃制度，劃分責(zé)任區(qū)域，明確責(zé)任人，安排輪流值日；三是做好監(jiān)督獎(jiǎng)懲，做到每日檢查，反饋督促，共同打造良好的施工作業(yè)環(huán)境。

第四，清潔：保持整潔，形成標(biāo)準(zhǔn)。將頂管施工段落打造為項(xiàng)目的安全標(biāo)桿示范區(qū)域，樹立“逢檢必查，逢查必過”的典范，化被動(dòng)為主動(dòng)。做到建筑垃圾、生活垃圾不隔夜，每日工完料凈場(chǎng)地清，使現(xiàn)場(chǎng)始終保持完美和最佳狀態(tài)。

第五，素養(yǎng)：培養(yǎng)習(xí)慣，塑造精神。培養(yǎng)高素質(zhì)員工，強(qiáng)化執(zhí)行力。一是有效利用每日“晨會(huì)”制度，加強(qiáng)員工文明素養(yǎng)教育，施工現(xiàn)場(chǎng)人員要統(tǒng)一著裝、佩戴胸卡，規(guī)范儀表和言談；二是結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)營的實(shí)際，抓好管理制度等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)員工綜合素質(zhì)，使現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量等各項(xiàng)制度得到嚴(yán)格落實(shí)，從而提高整個(gè)項(xiàng)目的綜合管理水平。

第六，安全：安全第一，預(yù)防為主，綜合治理。一是定期開展風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，明確頂管施工各個(gè)階段、各個(gè)部位的各類風(fēng)險(xiǎn)，制定并落實(shí)相應(yīng)的控制措施；二是加強(qiáng)對(duì)過程中隱患的排查治理，按照“五定”原則，及時(shí)消除各類隱患，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目安全管理正向循環(huán)；三是開展應(yīng)急演練，提高全體人員自救互救能力，在做好事前控制的同時(shí)做好事后處置的準(zhǔn)備。

4.2 掌握地質(zhì)水文條件，做好全過程監(jiān)測(cè)

根據(jù)勘察報(bào)告內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)頂管路徑進(jìn)行綜合分析，如有需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，作為編制專項(xiàng)施工方案的重要依據(jù)。工作井和接收井洞口破除前，應(yīng)在始發(fā)井和接收井端頭設(shè)置應(yīng)急降水井。洞口破除后洞口位置要及時(shí)安裝止水圈，管節(jié)承插位置設(shè)置止水膠條。頂進(jìn)過程中同步注漿，保證防水效果。京杭大運(yùn)河頂管段工作井深27m，是高壓管廊項(xiàng)目最低部位，工作井上、下部和四周設(shè)置排水系統(tǒng)尤為重要，提前設(shè)置排水溝、積水坑，配備充足水泵、堵漏材料。遇到突發(fā)涌水情況，可通過應(yīng)急降水井抽水緊急降水及時(shí)封堵或進(jìn)行人員撤離。

4.3 制定專項(xiàng)施工方案，組織專家論證

根據(jù)《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》（中華人民共和國住建部令第37號(hào)）要求，工作井、接收井等基坑開挖、支護(hù)降水工程屬于超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，必須編制專項(xiàng)施工方案并經(jīng)專家論證通過后實(shí)施。現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照方案施工，在工作井基坑施工過程中，要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)異常立即停止開挖，根據(jù)基坑支護(hù)體系和周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)整施工順序和施工方法［1］。同時(shí)應(yīng)采取有效的降排水措施，開挖至基底后要及時(shí)封閉，不得長(zhǎng)時(shí)間暴露。工作井、接收井周邊設(shè)置排水溝、擋水坎，安裝防護(hù)欄桿、人行通道，并在現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)區(qū)域設(shè)置電子圍欄，發(fā)生人員誤入等異常情況立即啟動(dòng)聲光報(bào)警，確保安全監(jiān)管切實(shí)落地。頂管施工中嚴(yán)格控制施工荷載，控制周邊堆載，并應(yīng)符合《建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ311-2013）等規(guī)范要求，避免超載及局部超載對(duì)頂管坑造成的失穩(wěn)影響。項(xiàng)目在老運(yùn)河工作井頂進(jìn)過程中持續(xù)觀察出渣情況，發(fā)現(xiàn)出渣中存在建筑垃圾、淤泥質(zhì)土等于地質(zhì)條件不符情況，通過調(diào)整頂進(jìn)壓力、刀盤速度等方式，有效防止了刀盤卡死、機(jī)頭偏轉(zhuǎn)。

4.4 做好頂管機(jī)械選型

頂管機(jī)的性能及其與地質(zhì)條件、工程條件的適應(yīng)性是頂管施工成敗的關(guān)鍵，所以采用頂管機(jī)法施工就必須選擇最佳的頂管機(jī)施工參數(shù)和最適宜的頂管機(jī)［2］。

由于該段管廊在施工時(shí)需橫穿現(xiàn)有京杭大運(yùn)河、老運(yùn)河，考慮其通航條件、場(chǎng)地限制及地質(zhì)原因，分別采用了泥水平衡、土壓平衡頂管機(jī)兩種機(jī)型進(jìn)行頂進(jìn)施工。其中，下穿大運(yùn)河頂管段兼具“土壓+泥水”兩種施工工藝，施工工藝可根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行隨時(shí)切換，實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)兩用”。

4.5 大型（特種）機(jī)械設(shè)備專人管理，不留死角

設(shè)置專職機(jī)械設(shè)備管理人員，大型（特種）機(jī)械設(shè)備作業(yè)人員必須持證上崗，作業(yè)過程中保持信號(hào)明確，上下協(xié)同。頂管吊裝起重機(jī)械宜采用可視化吊鉤，具備預(yù)警與報(bào)警功能，能夠根據(jù)設(shè)定的安全標(biāo)準(zhǔn)與預(yù)設(shè)參數(shù)，自動(dòng)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。一旦發(fā)現(xiàn)吊鉤出現(xiàn)異常情況，如超負(fù)荷、偏離軌道等，系統(tǒng)將及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員采取相應(yīng)的措施，避免事故的發(fā)生。頂管始發(fā)前、單幅貫通后需對(duì)頂管機(jī)進(jìn)行全面維護(hù)檢查，視情況更換刀盤刀片。

4.6 有限空間作業(yè)防范措施

頂管施工作業(yè)必須嚴(yán)格執(zhí)行“先通風(fēng)、再檢測(cè)、后作業(yè)”的原則，檢測(cè)時(shí)間不得早于作業(yè)開始前30min，未經(jīng)檢測(cè)或檢測(cè)不合格的，嚴(yán)禁作業(yè)人員進(jìn)入有限空間進(jìn)行施工。隨著智慧工地應(yīng)用推廣，除人工手動(dòng)檢測(cè)外，有條件的應(yīng)在頂管機(jī)頭部位設(shè)置有毒有害氣體監(jiān)測(cè)儀隨時(shí)監(jiān)測(cè)，并隨頂進(jìn)距離逐步增加儀器數(shù)量。頂進(jìn)超過50m必須采用強(qiáng)制通風(fēng)措施向始發(fā)井及管內(nèi)工作面連續(xù)送風(fēng)，以保證工人及其他經(jīng)許可入內(nèi)的工作人員需要。本項(xiàng)目應(yīng)用了智能定位系統(tǒng)，一方面能及時(shí)定位人員位置、跟蹤人員行動(dòng)軌跡，另一方面通過智能探頭（智能安全帽）的全過程視頻錄像，共同實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)施工全過程的監(jiān)管。

4.7 做好下穿構(gòu)筑物、市政管網(wǎng)防護(hù)工作

施工前應(yīng)從產(chǎn)權(quán)單位得到構(gòu)筑物的基礎(chǔ)圖紙，再通過人工探挖確定構(gòu)筑物的位置、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和大小，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和產(chǎn)權(quán)單位的要求，制定構(gòu)筑物基礎(chǔ)保護(hù)方案。在頂管施工過程中，精確控制其設(shè)備，尤其是其頂進(jìn)方向、角度和力度，確保將對(duì)構(gòu)筑物的影響降到最低。規(guī)范布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，受影響的構(gòu)筑物周圍遵照《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB 50497-2019）等技術(shù)規(guī)范布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，并動(dòng)態(tài)觀察，依據(jù)沉降情況及時(shí)調(diào)整保護(hù)措施。

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(duì)位置，必要時(shí)應(yīng)采取硬隔離措施，對(duì)于無法繞開的管線應(yīng)組織遷改。對(duì)于危險(xiǎn)性較大的管線，如高壓天然氣管道，應(yīng)邀請(qǐng)產(chǎn)權(quán)單位一并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)位置，并共同制定下一步實(shí)施方案。對(duì)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［3］。下穿大管徑管道，必要時(shí)應(yīng)采取托舉、加固措施。

4.8 臨時(shí)用電低壓、高壓分設(shè)

地面電纜采用穿管的形式敷設(shè)，進(jìn)入工作井后，電纜采用沿墻敷設(shè)，在墻體上設(shè)置電纜橋架，橋架與電纜間采用絕緣材料包裹后固定。頂管內(nèi)部照明采用36V低壓LED燈帶進(jìn)行照明，并采用明線綁扎方式對(duì)燈帶進(jìn)行固定。洞內(nèi)電纜線自洞口隨著頂管頂進(jìn)方向，每隔一段距離接長(zhǎng)一次，并設(shè)置支撐電纜用電纜橋架，電纜按動(dòng)力、照明自上而下分別敷設(shè)。考慮到工作井底部潮濕、積水環(huán)境，為防止觸電事故發(fā)生，在過道處下墊方木、絕緣板材，基本做到干濕分離。

5 結(jié)語

目前越來越多的城市在市政建設(shè)過程中更加注重整體形象，高壓電塔、通信線路下地已成為城市發(fā)展的新趨勢(shì)，頂管技術(shù)的應(yīng)用為現(xiàn)階段市政管網(wǎng)的不斷完善提供了解決辦法。該技術(shù)雖然具有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，但只要做好風(fēng)險(xiǎn)分析，措施得當(dāng)，相信在不久的將來，頂管施工將會(huì)有更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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［2］余界明. 南昌軌道交通1號(hào)線過江隧道盾構(gòu)施工方案比選［J］. 鐵道建筑技術(shù)，2011（3）：37-40，52.

［3］朱榮. 淺析頂管施工安全風(fēng)險(xiǎn)及管控措施［J］. 機(jī)電信息，2020（5）：68-69，71.

［作者簡(jiǎn)介］吳多坤，男，山東泰安人，中交建筑集團(tuán)有限公司投資建設(shè)運(yùn)營事業(yè)部，中級(jí)工程師，本科，研究方向：市政安全。