大直径顶管工程施工安全风险管理研究

本文是一篇工程管理论文，论文以大直径顶管施工安全风险管理为研究对象，对大直径顶管施工安全风险评估指标体系及其应用进行了相关探讨。主要研究了大直径顶管事故影响因素、施工安全风险评估指标体系、施工安全风险评估模型、施工安全风险评估指标的评价标准、施工安全风险控制技术体系，最后将以上研究成果应用到石井河上游截污渠箱工程的顶管部分进行其施工安全风险评估应用。

1 绪论

1.1 研究背景
随着经济和社会的高速发展，当今社会各类环境污染越来越严重，已成为民生之患，绿水青山显得更为重要，城市水环境治理迫在眉睫。而水环境治理首先要建设各种给排水管道等市政基础设施，顶管施工法较其他施工技术具有很大优势：如较低的施工成本，较好的施工安全性，较短的施工周期及对交通的干扰较小。在城市排水管道建设中具有十分广阔的应用前景。而随着台风暴雨等恶劣天气的增多，城市应对台风暴雨引起的城市内涝和水浸黑点的压力越来越大，因此在建设过程中对排水管道管径的需求也越来越大。
广州市政府历来十分重视环境保护和水资源保护工作，2000 年《广州市城市建设总体战略规划》提出了“以生态优先为基础、建设适宜创业发展又适宜生活居住的山水型生态城市”的目标。为实现这一目标，广州先每年投入 200 多亿元进行基础设施建设，生活污水日处理能力由 19 世纪末的 30 万吨提高到目前的 159 万吨，财政共投入 100 多亿元实施水环境治理，以河涌综合整治为重点，完成了 56 条河涌、总长 385 公里河段的综合整治；28 条河涌的截污，40 条河涌的清淤，使水环境质量好转。
但在污水设施不断完善、污水收集率不断提高的前提下，目前仍发现部分支涌存在初雨污染大，降雨初期支涌开闸及管道溢流导致主河道水质恶化严重。同时部分老城区内涝、截污不彻底、初雨污染等问题现象十分突出，因此依据国家《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》（国发【2013】36 号）以及《广东省人民政府关于南粤水更清行动计划（2013-2020）的批复》（穗府函【2013】26 号文）文件的要求，根据市委市政府统一部署，由水务局牵头组织相关设计单位开展相关专题研究，在借鉴国内外先进经验的基础上，针对雨季河涌溢流及初雨水污染以及老城区存在的排水问题，为解决石井河现状旱季溢流污染及雨季初期雨水的污染问题，提出了建设浅渠截污系统工程的总体建设思路。本项目新建均禾涌、夏茅涌截污渠箱、初雨进厂总管、初雨尾水排放管等总长 17515m，其中 DN3000 顶管工程长度 7000m，DN2200 顶管工程长度 2018m，工程穿越 10 个城中村，多处穿越高架桥、西江引水大直径管道等建（构）筑物，施工风险巨大。
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1.2 研究目的及意义
最近 20 年来，随着城市建设和改造项目的增多，顶管施工技术在我国各个地方都得到了较为广泛的应用。大直径顶管施工在施工工艺及理论方面都有了长足的进步，各种新方法、新工艺不断出现，这也带动了顶管技术在我国的发展。随着超大直径、超长距离的顶管不断涌现，也标志着我国顶管技术的应用方面跨入世界领先国家。
尽管顶管技术的发展日趋成熟，但它仍然存在着诸多的技术难题，地下情况的复杂程度难以预料，施工必然存在一定的风险。例如：施工过程中挖出的土体与管道体积的体积差以及管道偏移轴线等原因引起的地层不均匀下沉，从而引起周边建（构）物的沉降变形，如复杂地质环境下顶管掌子面下部为岩层，上部为砂层，顶管穿越过程中泥水循环系统极易造成掌子面失稳塌陷，从而造成顶管上部建（构）物的破坏；若顶管掌子面为硬软土层上下分布或左右分布时，将会造成顶管机头出现偏离轴线，严重时造成顶管纠偏系统失去控制，操作不当时甚至造成管道与机头接口拉裂；顶管进出洞段地质若为粉砂透水层时，若水压过大，极易造成水土流入工作井，引起机头磕碰导致顶管姿态失去控制，造成出洞段地面的大幅沉降，从而引起周边建（构）物的破坏；顶管顶进过程中特别是钢顶管在遇到不明障碍物、暗浜或者异常地质都可能使得顶进阻力急剧上升最终导致行进路线偏离原设计方案等。
大直径顶管工程不可预见风险因素更多，特别是顶管穿越位置周边建（构）物密集，地下管线复杂的区域，一旦出现事故，对社会环境影响非常大。相对于普通顶管，由于管径大，在顶进过程中出现的问题也多，施工控制难度也较大，存在的安全隐患更多，严重时会引起周边地面沉降塌陷、建（构）物破坏，造成严重的人员伤害和巨大的经济损失，施工风险较大。面对这类复杂的形势，对大直径顶管穿越建（构）物的工程进行有效的风险识别和评估，并在此基础上，采取科学合理的规避措施从而有效控制风险源就十分必要和迫切。
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2 大直径顶管工程施工安全风险管理概述

2.1 大直径顶管工程概述
2.1.1 大直径顶管工程定义及分类
⑴大直径的顶管的定义
大直径顶管一般是多指管道直径大于 1800mm 顶管，人能够在管内自由行走。
⑵顶管的分类 按顶进机头的形式划分有：手掘式顶管机、土压式平衡顶管机、泥水式平衡顶管机及气压式平衡顶管机。
按顶管管材的不同可划分有：钢管顶管、钢筋混凝土顶管和其他管材的顶管。
按顶进管道轨迹的曲直分可分为直线顶管和曲线顶管。
按顶进距离划分:普通顶管和长距离顶管。随着现代顶管技术的发展，长距离顶管是指一般一次顶进距离超过 300m 的顶管。
工作井、接收井逆做法施工工序流程图见图 2.1 所示，根据流程图可以看出，逆作拱墙法工作井和接收井施工基本的作业活动为：土方开挖、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑共 4 个基本环节循环持续进行直至施工至基坑底，工序活动均在基坑的有限作业空间内完成，施工过程中各种作业活动需要人员上下、大型设备配合出土及材料上下等交叉作业的活动行为，因此材料掉落可能对作业人员产生物体打击的风险较为增加，人员临边产生的高处坠落风险也将增加；由于地质条件的不确定性和支护材料施工质量等因素，随着深度的加大，基坑产生坍塌的风险也随之加大，据建质[2009]87 号的要求，
此部分也属于危险性较大的分部分项。

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2.2 风险管理基本理论
2.2.1 风险和风险管理的定义
⑴风险的概念
风险就是不幸时间发生的概率以及产生不良后果的可能性，它是事件发生概率和事件发生后果两个因素的函数[28]。它具有两方面的含义：一方面风险以概率的形式出现，另一方面风险必然带来损失。其不确定的特点主要表现以下几个方面：风险发生与否的不确定性、风险发生时间的不确定性、风险发生程度的不确定性与风险发生造成损失大小的不确定性。
⑵风险管理的概念
风险管理是识别、度量项目风险，制定、选择和管理风险处理方案的过程。在ISO31000 的描述中，风险管理框架设计→实施风险管理→框架的监测与评审→框架的持续改进→风险管理框架设计，体现了 PDCA 循环改进的理念，从设计、实施、评审到改进，对风险管理是一个动态的、发展的、螺旋上升的、不断改进的过程。在大直径顶管工程施工项目中，风险是指顶管施工过程中各种要素发生的不确定性，以及造成各种人身、工程自身、周边环境等损失大小的不确定性，通过风险管理对顶管施工因素的发生频率和危害性大小作出评估，以便于施工人员采取措施降低或避免损失。
风险识别作为风险管理的首要步骤，其内容包括确定风险来源、风险的产生条件、风险特征以及本项目中引发风险因素的可能性条件。风险识别贯穿项目实施全过程，而且随着施工环境和施工条件的变化需要重新进行风险识别，实施基本骤步包括收集项目实施的资料，确定所有导致风险的诱发因子，分析诱发因子导致事故发生可能性的大小等。识别的方法很多，常采用德尔菲法、核对表法、故障树法、专家调查法、头脑风暴法、SWOT 技术等。
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3 大直径顶管工程施工安全风险管理模型 ...................... 17
3.1 大直径顶管工程施工安全风险管理模型的基本思路 .................. 17
3.1.1 风险评估小组组建的基本要求....................... 17
3.1.2 确立两阶段风险评估模式及原则.................... 17
4 大直径顶管工程施工安全风险管理模型应用 .............................. 31
4.1 工程概况 ....................... 31
4.1.1 工程基本情况........................... 31
4.1.2 水文地质情况.............................. 34
5 结论与展望 ................... 69
5.1 结论 ......................... 69
5.2 展望 ....................... 70

4 大直径顶管工程施工安全风险管理模型应用

4.1 工程概况
4.1.1 工程基本情况
石井污水处理系统管网工程—石井河上游（均禾涌、夏茅涌）截污渠箱工程位于白云区北侧，往南汇入白云区人工湖白云湖。该工程主要的建设任务是为减少雨、污水对石井河的污染及解决沿线河涌的排水问题，通过新建排水泵站及配套管道，减轻该区域的内涝压力。施工内容包括夏茅涌截污管渠，均禾涌截污管渠、进厂总管和尾水排放管等 4 个子项，管渠长度合计 17515m，入流设施 18 座，截污闸 16 座。其中顶管工程全长 9136m，F 线顶管顶管井为 FDW01-FDW08 号，管道长度 918m，F 线具体情况如下：
1.石井河上游 F 线位于广花上，管道采用直径为 DN3000mm，壁厚 28mm 的钢管，钢材选用 Q235B，埋深约为 7.5m~9.5m，每节管段长度为 6m，顶管机采用具有破岩能力的泥水平衡式顶管机。管道穿越对华快高架桥桥底，产生不利影响的施工活动主要有FDW02 工作井至石井上游渠箱段以及 FDW02 工作井至 FDW03 工作井段两部分管道的顶进施工以及 FDW02 工作井和石井河上游渠箱基坑的施工，FDW01-FDW03 周边环境和总平面。
2.对华快高架桥影响较大的区域主要有主桥 29#和 30#桥墩，M 匝道 8#和 9#桥墩以及 O 匝道 5#和 6#桥墩。顶管垂直下穿华快高架桥主桥或匝道。顶管管道外壁与华快高架桥桩基外壁的最小水平净距约为 4.0m，紧邻的 FDW02 工作井外壁与华快高架桥桩基外壁的最小水平净距约为 6.8m，紧邻的石井上游渠箱基坑与华快高架桥桩基外壁的最小水平净距约为 26.7m。
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5 结论与展望

5.1 结论
论文以大直径顶管施工安全风险管理为研究对象，对大直径顶管施工安全风险评估指标体系及其应用进行了相关探讨。主要研究了大直径顶管事故影响因素、施工安全风险评估指标体系、施工安全风险评估模型、施工安全风险评估指标的评价标准、施工安全风险控制技术体系，最后将以上研究成果应用到石井河上游截污渠箱工程的顶管部分进行其施工安全风险评估应用。论文的研究成果有：
⑴提出两阶段安全风险评估的思路，即第一阶段将顶管工程划分评估区段进行总体风险，第二阶段针对第一阶段安全风险评估中风险较高的施工区段再进行详细的评估，
以期望找出重点区段的重点风险源，最后提出一般风险源和重大风险源的有效的控制措施。通过两阶段的安全风险评估思路，风险管理人员可以根据大直径顶管工程的评估结果，将按风险管理划分出一般和重点区域，明确安全风险管理中的重点目标。
⑵根据规范及文献研究，论文采用作业条件危险性评价法、风险矩阵法、专家调查法、主观打分法和指标体系法等建立了大直径顶管施工安全风险评估模型。针对重点风险源，在评估指标中重点考虑了安全技术措施和管理措施在降低不安全行为和不安全状态引起风险事故发生可能性和严重程度中所起的作用，更有利于提高施工单位的安全技术管理能力，符合当前国家对危险性较大的分部分项工程安全管理的导向。
⑶在安全风险评估体系中，提高了重大建（构）物工程的影响因素安全风险评估等级。风险源辨识阶段，将工程影响范围内的重大建（构）物工程的影响因素作为重点辨识，影响的风险源直接纳入重大风险源管理范畴，结合施工单位安全技术措施和管理措施做进一步的评估，使风险管理更有针对性，而且过程中实施的相关措施和效果良好，得到了权属单位和政府部门的认可。
参考文献（略）