浅析顶管施工安全风险及管理措施

摘要：随着社会生产建设需求的不断增大，市政建设规模的不断扩大以及生产科技的不断进步，顶管施工的埋深及长度也在不断增加，施工环境日益复杂，导致顶管施工所面临的安全风险不断提高。现以西安地铁14号线外部电源电缆隧道工程为背景，对顶管施工中的安全风险进行了分析，并提出了相应的管理措施。

关键词：顶管施工;安全风险;管理措施

1    项目背景

西安地铁14号线外部电源新建电缆隧道工程起于北三环南辅道，向北下穿包茂高速后至北三环北辅道，沿北三环北辅道向东敷设，经显庆路、昭远门路、武德路及建材北路等闹区繁忙市政道路后引入新建变电所，新建隧道全长约5 km。由于电缆隧道径路处于城市闹区，周边环境复杂，地面建筑及设施繁多，不具备明开挖沟道条件，遂本工程采取顶管法进行施工。全线共设工作井50座，顶管管径DN2 000 mm，平均埋深9 m左右，全部处于沙层地质，管周各类市政管道管线复杂，该工程属于大管径大埋深的城市复杂区域沙层顶管施工工程，施工风险较高。

2    顶管法施工

2.1    基本原理

顶管法即一种非开挖管道施工方法，不用明开槽开挖，在管道所在的地层标高，将管材前端土体或者沙体通过人工或者机械的方式，依据管材口径及形状挖成一段空腔，待前面空腔形成后，再利用千斤顶从管道尾部施压顶进，记千斤顶顶进压力为F，管材周围土体的摩擦力为f，当尾部顶进压力足够克服管道周围土体的摩擦阻力即F>f时，管道会向前移动。以此工序不断循环，从而实现管道在地层土体中向前敷设的目的，基本顶进原理如图1所示。

2.2    顶管法分类

依据管道前端开挖掘进方式的不同，可将顶管法施工大体分为人工顶管及机械顶管两大类，人工顶管即采用人工掘进方式进行管道前端土体开挖，机械顶管即采用机械机头进行管道前端土体开挖。依据所采用顶进机头工作原理的不同，又可将机械顶管分为土压平衡式、泥水平衡式和气压平衡式。在实际的施工中一般需综合考虑施工场地、工程地质状况、施工安全风险、施工成本、工期等因素，选择一种或者多种方式相结合的顶管方法。

2.3    顶管施工流程

顶管施工前，需综合考虑工程地质、施工场地、地上地下障碍物等因素，将管道径路分割成多个单顶段施工，并在分割点上设置工作井（接收井），工作井（接收井）一方面用于管材或机械顶管机头的进入（接收），另一方面用于顶进千斤顶设备的布置。在进行单顶段分割时，人工顶管每个单顶段为40～60 m，机械顶管每个单顶段为80～200 m，单顶段分割如图2所示。

在分割为单顶段之后，就可以开始顶管工程的实施，一般顶管施工分为工作井施工、顶管设备安装、土体开挖清运、管道顶进等步骤，具体流程如图3所示。

3    顶管施工安全风险分析

顶管法施工因其具有占地少、破坏小、对交通影响小、工期短、综合造价低等一系列优点而被广泛采用，但是我们在选择顶管法施工的同时也必然承担顶管工程所附带的埋深大、地质复杂、基坑深、下穿构筑物、穿越复杂管线等风险。上述顶管工程所具有的风险点，在施工过程中如果不进行良好的分析管理，在特定条件下可能会转换成安全事故，为了避免事故的发生，对顶管工程中的几类主要安全风险进行如下分析。

3.1    复杂的地质水文条件

地质及水文因素对顶管工程影响重大，地质指管道所处的或所要穿越的地层地质，水文指管道所处位置地下水、暗河、积水、渗漏水、地上滞水的状况。在工程实施前如果对地质水文条件掌握不够详尽或不够准确，一方面可能会因井段划分不合理致使管道难以顶通，另一方面可能会在管道顶进过程中引起涌沙涌泥涌水，严重时会造成安全事故，例如在本工程的实施过程中就遇到流沙地质，幸好并未引起不良后果。

3.2    深基坑

顶管工程一般埋深较大，工作井均为深基坑，在工作井的施工过程中，如果没有科学制定开挖方式和支护方式，可能会引起基坑坍塌;工作井完成后，如果邻边防护及上下护笼爬梯布置不到位，则易引起高空坠落，引发安全事故。

3.3    下穿（临近）构筑物

顶管径路处于地上构筑物以下或临近构筑物基础时，若在施工前没有明确构筑物基础的结构、位置、大小等参数，也没有采取科学有效的加固、托举、支撑方案，顶进过程中亦没有对顶进的方向、角度、顶进力等参数进行精密严格的控制，则极易造成构筑物的开裂甚至倒塌。

3.4    破坏地下综合管线

在城市内进行顶管施工时，顶管径路一般布置在市政道路两侧地下，顶管管道周围往往会布满错综复杂的市政管线，例如天然气管道、热力管道、污水管道、雨水管道、弱电管道等。在管道顶进过程中若对周边管道造成破坏，尤其是天然气管道或污水管道，一旦破坏，轻则造成极坏的社会影响，重则会引发事故。

3.5    有毒气体

顶管施工难免会穿过深埋的淤泥层，腐烂的动植物体常年埋在地下会产生极具有毒有害的气体，在管道顶进施工中，如果未能按要求进行有毒气体检测，亦未及时采取有效措施对管道作业空间内进行通风，作业人员在管道内进行作业时，极易发生中毒事件。

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员，安全意识淡薄，赶工冒进，违反规程，胡乱指挥;第二是指作业人员进场未培训先上岗，无证上岗，无视安全管理规定;第三指的是管理人员没有综合权衡安全、成本，選择不当的施工方案，例如，在有涌沙涌水风险的地质条件下，为了一味节约成本没有充分考虑安全风险而选择了人工顶管方式。以上三个方面都是顶管工程中的潜在风险，只要有一个方面没有控制好都易引发事故。

4    顶管施工安全风险管理措施

通过分析顶管工程中的安全风险，可以知道安全风险伴随着工程实施的各个环节并且其处在一个不断发展的过程中，在多因素作用达到特定的条件时，就会发展为安全事故，所以必须对安全风险加以控制，通过科学的措施干预使其朝着有利的方向发展，进而规避事故的发生。

4.1    组织措施

在施工现场成立安全管理组织机构，项目经理对工程安全负总责，依据工程规模配备充足的专业技术管理人员和专业安全管理人员。各岗位应明确安全职责，专业技术人员与安全管理人员既要分工合作又要全力配合，形成清晰的安全管理架构，从施工管理组织架构上为施工安全提供保障。

4.2    技术措施

（1）摸清地质水文条件。在工程开展前，对顶管径路进行详尽的地质水文勘探，并结合施工场地对勘探报告进行详细精准的研究，以此作为顶管工程设计方案及施工方案制定的基础。在施工过程中，参考地质水文报告，结合开挖土质状况提前预判，必要时，对施工工艺进行调整，旨在加强安全防护措施。

本工程在施工方案制定阶段，对地勘报告进行了详细研究，并通过周边类似工程对施工区域地质状况做了进一步明确，发现此次新顶管道大部分处在砂层中，为防止沙层地段管前人工掘进时，发生涌沙坍塌，提出了加装钢格栅工具头的方案，将掘进工作面采用钢格栅进行分割稳固。在后期实际施工中，格栅工具头充分发挥了稳沙固沙的作用，保证了掘进人员的安全，钢格栅如图4所示。同样，对于流沙地段，提出超前注浆加固方案，待砂层板结稳固后，才进行后续的掘进开挖。

（2）深基坑。充分参考地勘报告，严格按照规范制定基坑开挖及支护方案，并进行专家论证，只有通过论证后的开挖支护方案方能实施，在工作井基坑施工过程中，一方面应严格按照施工方案组织施工，另一方面，在施工过程一旦发现实际的地质状况和地勘报告有重大出入，应立即停止施工，重新进行方案的制定。在工作井基坑完成后应及时做好邻边防护及护笼爬梯。

（3）做好下穿（临近）构筑物防护工作。在施工前应尽量通过构筑物产权单位获取构筑物的基础图纸，或者通过探挖，旨在明确构筑物的基础结构、位置、大小等，并结合现场实际，制定构筑物基础保护方案。在施工过程中，一方面应在受影响构筑物周围按照《建筑变形测量规范》（JGJ8—2016）、《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497—2009）等技术规范布置沉降观测点，并紧密观察，依据沉降情况及时调整干预措施;另一方面，应加强对顶管设备的精细控制，控制其顶进方向、力度、角度，力争使管道在顶进过程中对构筑物的影响降到最低。

（4）穿越市政综合管网。施工前应沿顶管径路进行详尽的管线调查，明确各条管线与新建顶管管道的相对位置，必要时应采取硬隔离措施，对于无法绕开的管线应组织迁改，如本工程在实施过程中就进行了大量的管线迁改。对于危险性较大的管线，如高压天然气管道，应邀请产权单位一并进行现场确认位置，并共同制定下一步实施方案。对于施工过程中遇到的不明管线，在探明情况之前严禁茫然破坏。下穿大管径管道时，必要时应采取托举、加固措施，如本工程在下穿市政DN800 mm雨水管道时，由于该雨水管道渗漏导致周边土体松软，在顶管下穿之前，先对雨水管道周围土体进行了注浆加固，才进行顶管施工，结果安全顺利下穿。

（5）有毒气体。在施工过程中应配备气体检测仪，按照要求每日定期检测管道内气体，发现不良气体应及时撤出施工人员，并及时进行通风。

（6）合理制定施工方案。在制定施工方案时，不能一味考虑成本，而应结合现场实际的地质状况、周边环境，在保证施工安全的前提下再介入成本、工期等因素。要保证深基坑施工、管道顶进等专项方案，安全措施到位，切合实际可行，满足技术规范。如本工程在实施过程中，对于下穿高速公路的高风险段，灵活将人工顶管方式调整为泥水平衡机械顶管方式，并在施工中创新引入泥水分离器，节约了施工场地，满足了环保要求，具体如图5所示，在保证安全的前提下，提高了工效，综合成本也并未增加很多。

4.3    检查措施

建立安全检查制度，通过定期巡视检查，将安全隐患消灭在萌芽状态。在工程施工的全过程应持续加强现场安全风险的辨识、分析、评价，明确安全风险控制重点，并对其加强检查巡视。现场安全员应针对风险点，建立安全风险检查台账，逐个盯控落实，保证控制措施有效实施，落实一个，销号一个，坚决杜绝安全风险肆意发展。

4.4    教育措施

针对顶管施工中的各个环节，定期组织专项的技术培训和安全培训，使作业人员在明确施工要求的同时更要明确安全技术规程，不仅要会干还要会安全地干。对于每个环节存在的风险隐患，在培训会上要认真分析，研究對策，对待隐患，态度坚决，必须做到“四不放过”，即事故原因未查明不放过、责任人未处理不放过、有关人员未受到教育不放过、整改措施未落实不放过。

4.5    奖惩措施

在施工安全管理中，加强安全奖惩力度。对于因安全措施落实不到位而形成不良后果的个人或者工班，必须给予严厉的处罚，让其受罚一次，悔恨不已，在安全管理上坚决不能顾忌人情与颜面，否则安全局面就可能会失控;对于安全措施做到位的，安全工作做得好的个人或工班，要给予重奖，通过激励方式不断增强其对施工安全管理的积极性。通过奖惩措施的推行，要逐步将“要我安全”强迫意识转变成“我要安全”的自我意识。

5    结语

顶管施工技术虽具有众多的优越性，但仍存在很多重大的安全风险，在顶管工程的实施过程中，工作人员必须不断对安全风险进行辨识分析，并加以有效控制，这样才能在保证安全的前提下，让顶管施工法充分发挥其优势。

收稿日期：2020-02-05

作者简介：朱荣（1980—），女，陕西安康人，工程师，研究方向：施工现场安全管理。