管廊矩形顶管下穿高速安全风险管控与对策研究

马 栋

（中铁南方集团珠三角投资发展有限公司，广东广州 511457）

1 顶管施工安全风险管理的概述

风险指安全事故发生的可能性和事故导致的资源损失的组合，安全事故指在建设工程中引发的人员伤亡或经济损失等情况。在综合管廊下穿高速公路顶管施工中，存在诸多外界干扰、地质情况的不确定性，安全风险较为突出，施工控制不到位，会造成较严重的安全事故。

以广州南沙新区大岗先进制造业基地综合管廊项目为例分析，综合管廊与东新高速交会处设计为矩形顶管施工段，顶管穿越地层主要为淤泥质地层，高速公路两侧设始发井和接收井，围护结构采用地下连续墙形式。区间顶部采用D1.8 m、间距1.3 mMJS工法桩横向加固，顶进管节结构形式为矩形钢筋混凝土，结构净空宽度7.8 m、高度4.2 m，管顶覆土约7.8～8.9 m，顶进105 m，每节管节长度为1.5 m，重量约76 t。

2 工程特点

（1）始发井和接收井开挖深度大，最深深度达11.84 m；顶管管节断面尺寸大（9 100 mm×5 500 mm），顶推系统总推力需达4 800 t；顶管段区间顶进长度长，共105 m，70环，每节管长度为1.5 m，重量约70 t。

（2）东新高速车流量大，始发井和接收井距离高速路较近，顶管结构下穿高速面最小距离7.8 m，在MJS工法桩加固及顶管施工过程中，易发生路面沉降或隆起、坡脚开裂等问题，情况严重会产生安全事故。

3 施工阶段的主要安全风险

3.1 基坑开挖与围护阶段

本工程始发井与接收井围护结构，均采用地下连续墙形式，冠梁+混凝土腰梁+两道混凝土支撑做支撑体系，地下连续墙厚度1.0 m，嵌固深度21.66 m，开挖深度11.84 m，顶管井基底软基处理采用水泥搅拌桩形式。在基坑四周按照安全标准化规范要求，设置围蔽式安全护栏，在基坑四周坡顶、基底排水沟加强排水措施，施工人员上下基坑设置均从马道进出。按方案要求基坑开挖应分层、分段施工，高处作业人员应正确佩戴安全绳，在脚手架上安装脚手板，并将其固定。

3.2 顶管机、管片吊装阶段

吊装作业是综合管廊施工的主要组成部分，吊装作业贯穿顶管施工始终。管节吊装前，技术人员应详细检查管节防水施工情况，合格后方可进行吊装作业，吊装前监理工程人员应签发的吊装作业令。管节吊装预留孔，吊装采用专用吊具进行，吊机、钢丝绳、卸扣、吊具、吊点等均应经过验算满足施工吊装要求。管节吊装过程中，管节下方严禁站人，并采用绳索进行牵引。吊装作业由专人指挥，应缓慢进行，严禁大幅度升降。管节安装设置定位架，管节下放应缓慢，不得有大幅度摆动、冲撞。管节安装定位完成后，及时恢复电缆、水管及注浆管理，安装小车轨道。

落实起重吊装作业施工安全卡控标准：

（1）起重机械操作司机、司索工、信号工必须持合法证件上岗；机械设备操作人员应建立档案，安排专人管理。

（2）操作人员必须按照本机说明规定进行操作，工作前进行检查、工作中注意观察、工作后及时进行保养。

（3）机械设备在作业过程中，应派专人进行监督指挥，避免盲目和违章操作，以免造成机械损坏、人身伤害。

（4）定期组织机械设备安全检查，对检查中存在的安全问题、隐患及时进行处理。预制管节承口朝上，集中水平堆放于施工现场。采用300 t履带吊，吊具吊装、平板车短驳至翻身架进行翻身作业。

3.3 顶进阶段主要安全风险

（1）在顶管机穿越地层主要为淤泥、淤泥质粉质黏土、粉细砂，为了使出土顺利、安全，顶进施工过程中应根据具体情况加入浆液，改善泥土仓内土体流动性、塑性，提升土体止水性能。具有良好止水性的土体充满螺旋输送机的壳体内，确保地下水土不产生喷发，保证施工安全。

①水平探孔发生渗漏水时，应采用1∶1的水泥浆或双液浆进行压密注浆，补充加固。注浆方法为从地面钻孔与洞门水平钻孔进行补充注浆，直至端头加固效果满足设计要求。改善泥土仓内土体流动性、塑性，增强土体止水性能。

②顶管下穿高速路基施工留有C形排水板，排水板若不能被顶管机刀盘切断，排水板缠绕刀盘。为了确保顶管机刀盘可有效切割排水板，顺利排出地面，应在刀盘增加重型切割刀具。在刀盘搅拌棒相应位置胸板上，增加强制搅拌棒，强制搅拌棒上焊接切割刀具，并在螺旋出土器出土口增设切割刀具。排水板被刀盘切割后，进入土压仓进行强制搅拌，经强制搅拌棒上刀具二次切割，并最终经螺旋出土器排出，确保顺利排渣。

（2）高速公路设施安全，开工前对顶管施工高速路段进行详细调查，明确高速路基础、深度、现使用状况，为制定专项方案提供依据，并设置沉降监测点。与道路相关部门与建设方、地方相关管理部门、设计、监理等各单位提前沟通，制定合理可行的保护方案。严格按照施工监测方案，在顶管掘进过程中，对道路进行24 h连续监测。定期举行相关会议，分析监测数据和现场施工状况，及时调整各项参数，并采取有效措施控制沉降。

①严格按照施工监测方案，在顶管掘进过程中，对道路进行实时监测。

②施工前须对所有施工人员进行安全技术交底及教育培训工作。再进行现场演练，保证发生突发事件时，抢修人员可迅速进入事故现场，作业时必须佩戴安全防护用品，自觉遵守高速公路安全管理有关规定，增强防伤害安全意识。

③施工区域采用装配式围挡进行全封闭式围蔽，避免因施工影响高速公路运营情况。

④严格按照相应技术措施把控顶管掘进施工，避免对公路结构造成损坏。

4 穿越高速公路主要安全风险及应急处置

4.1 MJS工法桩施工风险控制及应急处置

顶管施工下穿东新高速前，根据设计图纸要求，应先采用MJS工法桩进行加固处理。MJS工法桩桩径为1.8 m，注浆压力≥40 MPa，空气压力0.7 MPa，浆液流量80～100 L/min。顶管机进场前，应对该设备和压浆管路进行检查和维护，存在故障和故障隐患的机械进行维修，清洗压浆管路，保证施工过程中不发生机械故障、压浆管路堵塞情况。喷浆前，应组织各参建单位进行喷浆前验收工作，按设计要求进行喷浆压力、空气压力、回转速度、浆液流量等验收，满足设计要求后，再进行试运行。

在喷浆过程中出现出泥孔堵塞、喷浆设备喷头报警装置失灵等异常情况时，操作人员通过对设备进行加压，疏通出泥孔，若处置不当，易发生因注浆孔堵塞，增加压力传递至高速路面，导致路面隆起开裂，影响路面行车安全，应立即采取应急处置措施。

（1）立即与高速公路管理单位联系，在道路设置警示标识、限制车速、交通导行、警戒巡查，保证禁戒到位。

（2）应立即停止施工作业，检修设备喷头报警装置，分析原因，及时调整施工方案。

（3）第三方检测单位应优化检测方案，合理布置车道路面上的施工监测点，增加监测频率。

（4）对已出现隆起路面裂缝段进行封道处理。

为中等裂缝时，应采用灌缝胶进行开槽贴封式裂缝维修；为严重龟裂时，应将该段沥青铣刨至水稳层面，开槽切边，找平清渣，分层填料摊铺沥青，使用小型碾压设备分层碾压至既有沥青路面标高，满足要求后开放交通。

4.2 顶管施工风险控制及应急处置

在土压平衡矩形顶管推进过程中，穿越地层变化带、路肩、坡脚等位置，需要密切关注设备推进状况、周边监控区域变化情况。由于高速公路存在设计及施工不足、外界环境变化的影响，在顶进过程中易出现不可预见的情况发生。按照土压平衡，当反推力突然下降后，路面受水平推力影响会产生裂缝或下沉，在施工过程中应具有各种突发事件的预防应对措施，确保安全顺利推进。在顶进过程中若发现车道出现裂缝，监测沉降超出预警，根据推进的位置、裂缝大小、沉降的严重程度，及时采取相应的应急措施。

以顶管下穿东新高速为例，在顶管已推进了62节，穿过东新高速坡脚约3 m位置时，高速东侧应急车道处出现裂缝，裂缝长度约6 m，宽度约10 mm。监测数据报警，显示监测点沉降在10 mm以上，最大达到18.8 mm。经组织专家对高速路面沉降报警问题研究分析，主要原因为该段高速公路外侧边坡坡比不足，经雨水长期冲刷造成边坡土体松散。

上路面下边坡封压，确保不增加滑移和下沉；及时对路面开裂处进行沥青灌缝处理，对坡脚及土质较差区域，进行堆载沙包反压及防水处理，增强边坡稳定性；及时启动顶管机继续顶推；采用保压、降低推进速度进行顶进，防止高速继续沉降开裂；协调高速管理方对东新高速受影响路段采取临时交通管制，在条件允许的情况下暂时封闭应急车道和慢车道交通；不断加强对高速路面沉降监测、路面、边坡巡查工作，发现异常情况及时上报。

5 结语

顶管下穿施工对高速公路的影响主要是施工过程中的路面沉降，其次是顶管穿越不良地质段涌水突泥引起路面脱空下沉。针对以上问题，相关单位应对管道穿越高速公路的工程安全性进行识别、分析，确定风险等级，评价管道穿越高速公路的安全性，采取有效措施降低施工风险，提升施工项目质量与施工效率，保证管道施工及高速公路安全性、稳定性。