長距離大口徑鋼頂管施工風(fēng)險(xiǎn)管理研究

汪洪濤

上海城投水務(wù)工程項(xiàng)目管理有限公司 上海 201103

1 概述

頂管施工是繼盾構(gòu)施工技術(shù)之后發(fā)展起來的一種非開挖的地下管道施工方法，可在不影響地面設(shè)施的情況下穿越河道、公路、地面與地下建（構(gòu)）筑物及各種地下管線等進(jìn)行施工，具有土層適用范圍廣、對周圍土體擾動(dòng)少、噪聲及振動(dòng)小、不影響地面交通等諸多優(yōu)點(diǎn)。近幾年，頂管施工行業(yè)逐漸走向成熟，地下頂管工程在各大、中城市的市政工程中陸續(xù)加以應(yīng)用，推動(dòng)著頂管施工向著長距離、大口徑、深埋藏、鋼結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展，必要時(shí)還會(huì)呈現(xiàn)曲線頂進(jìn)的趨勢。長距離、大口徑、深埋藏、曲線頂進(jìn)、鋼管管節(jié)等新工藝、新材料的應(yīng)用，在挑戰(zhàn)施工技術(shù)難度的同時(shí)，必然也伴隨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)[1-5]。例如，管徑越大，靈活性越差，越容易出現(xiàn)軸線偏差；距離越長，中繼間數(shù)量越多，越容易發(fā)生滲漏；埋藏越深，工作井越深，坍塌失穩(wěn)的可能性越大；鋼管的焊縫越多、越長，則焊接質(zhì)量控制的難度也越大等等。當(dāng)這些高難度、高風(fēng)險(xiǎn)的頂管施工技術(shù)被應(yīng)用于城市重要區(qū)域時(shí)，一旦發(fā)生事故，其后果將十分嚴(yán)重。例如，當(dāng)軸線偏差并觸碰到燃?xì)夤艿罆r(shí)，可能導(dǎo)致爆炸，造成人員傷亡；當(dāng)中繼間滲漏時(shí)，可能引起地面過度沉降，危及建筑物安全，造成人民群眾的財(cái)產(chǎn)損失；當(dāng)焊接質(zhì)量不好、發(fā)生爆管時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致地面沉降及鄰近管線、建筑物的破壞等等。因此我們必須高度重視頂管工程的施工風(fēng)險(xiǎn)管理，故對長距離大口徑頂管施工風(fēng)險(xiǎn)管理進(jìn)行研究就顯得很有必要。本文以上海市重點(diǎn)工程——青草沙水源地嚴(yán)橋支線工程為背景，研究長距離、大口徑鋼頂管施工中的風(fēng)險(xiǎn)管理，通過研究以確保背景工程的順利實(shí)施，并為今后類似工程提供經(jīng)驗(yàn)參考。

2 背景工程概況

上海青草沙水源地原水工程由青草沙水庫及取輸水泵閘工程、長江原水過江管工程、陸域輸水管線及增壓泵站工程3個(gè)主體工程組成。嚴(yán)橋支線工程是青草沙水源地原水工程陸域輸水系統(tǒng)的重要組成部分之一，承擔(dān)著向6座水廠輸送青草沙原水的重任，工程設(shè)計(jì)規(guī)模為4 400 000 m3/d。

嚴(yán)橋支線工程內(nèi)容為2根DN3 600 mm鋼管，全線采用鋼頂管施工工藝，布設(shè)頂管井約54座。同時(shí)具有大口徑（外徑3 668 mm）、長距離（一次頂進(jìn)距離最長達(dá)1 960 m）、深埋藏（15～20 m）、高水頭（約70 m）以及整體規(guī)模大（線路全長約27.10 km）、施工條件多樣（沿途穿越磁懸浮軌道、交通高架橋、河道、污水管道等重要市政工程）、技術(shù)難度高（國內(nèi)首次鋼頂管曲線頂進(jìn)）、管理難度大（參與方眾多，施工工藝復(fù)雜）等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得該項(xiàng)目具有很大的風(fēng)險(xiǎn)性。

3 施工特點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)分析

1）工程為上海市重點(diǎn)工程，建設(shè)工期緊，工序多，工作線長，在施工過程中必須精心組織，合理安排，使工程的各個(gè)部位環(huán)環(huán)相扣，交叉進(jìn)行，以確保工程在保證質(zhì)量的同時(shí)按時(shí)完工。

2）施工段多，場地狹小，沉降控制要求高。工程部分工作井位于交通主干線附近，施工期間將穿越大量民房、河浜、地面道路及天橋樁區(qū)域，必須高度重視對地面沉降的控制。一旦出現(xiàn)較大沉降，極有可能造成相關(guān)路段交通癱瘓，引發(fā)交通事故，甚至造成人員傷亡等嚴(yán)重后果。

3）長距離頂管，頂進(jìn)技術(shù)要求高。工程有多段頂管一次頂進(jìn)距離比較長，最長達(dá)1 960 m，管材采用鋼管，外徑3 668 mm，管節(jié)一般采用6.6 m長，糾偏較為困難。在實(shí)際頂進(jìn)中，由于土層性質(zhì)變化、注漿效果等會(huì)造成頂進(jìn)阻力的變化，頂進(jìn)軸線和設(shè)計(jì)軸線經(jīng)常發(fā)生偏差，需要采取糾偏措施，減小頂進(jìn)軸線和設(shè)計(jì)軸線間的偏差值，使之盡量趨于一致。

4）頂管機(jī)進(jìn)出洞難度大，防水要求高。工程部分頂管覆土比較深，穿越地層含水量大，透水性強(qiáng)，頂管進(jìn)出洞時(shí)除要進(jìn)行深層地層加固處理外，還要采用安全可靠的降水措施，降低地下水位。由于頂進(jìn)距離長，中繼間密封圈磨損相當(dāng)厲害，施工時(shí)有必要加強(qiáng)對中繼間等薄弱環(huán)節(jié)的密封處理，解決好鋼管的密封防水問題，以確保鋼頂管內(nèi)的施工作業(yè)安全。

5）國內(nèi)首次鋼頂管曲線頂進(jìn)，無經(jīng)驗(yàn)可尋，施工難度高。工程J45井至J42B井，因頂管線路的變更，有一段170 m左右的鋼管曲線頂進(jìn)施工。如此大口徑的鋼管曲線頂進(jìn)施工，屬國內(nèi)首次。

6）焊接質(zhì)量要求高。工程管道工作壓力比較大，管道設(shè)計(jì)工作壓力為0.80 MPa，試驗(yàn)壓力為1.30 MPa，鋼管內(nèi)徑為DN3 600 mm，壁厚34 mm，對鋼管接口焊接質(zhì)量要求高，且工期比較緊，而在鋼頂管頂進(jìn)過程中，焊接的速度大大限制了施工進(jìn)度。必須采取合理的焊接工藝和應(yīng)對控制措施，縮短焊接時(shí)間，提高效率。另外，僅現(xiàn)場環(huán)向焊縫近9 000道，長度逾90 000 m，任何一點(diǎn)疏忽都可能造成嚴(yán)重后果。

7）途經(jīng)地況比較復(fù)雜。原水管線經(jīng)過的路線，沿途地質(zhì)復(fù)雜，并且將穿越磁懸浮軌道、交通高架橋、河道、污水管道等，因此頂管施工工藝要求高，需做好沿線的保護(hù)措施。磁懸浮軌道、高架橋與一般道路交通不同，一旦出現(xiàn)不利情況，將很難進(jìn)行善后處理，損失巨大。

8）工程部分段頂管坡度較大，加大了施工難度，對施工控制要求相當(dāng)高。

9）工程頂管施工一次穿越距離較大，長距離頂進(jìn)存在通風(fēng)難度。若因事前準(zhǔn)備不充分，造成工人難以工作或窒息死亡等事故，將對工程造成不利影響。

10）工程為DN3 600 mm大口徑鋼管雙排頂管，雙管中心間距僅7.2 m，必須采取措施對頂管軸線進(jìn)行嚴(yán)格的測量控制。

11）工程施工大型機(jī)械設(shè)備較多，且鋼管頂進(jìn)施工距離較長，施工用電負(fù)荷較大，頂管管道潮濕、高溫、空間狹窄，鋼管導(dǎo)電性能良好、觸電危險(xiǎn)性較大。因此，必須加強(qiáng)對操作人員的安全教育，嚴(yán)防觸電事故發(fā)生。

12）工程頂管管節(jié)采用焊接連接，管段越長，其對彎曲變形的適應(yīng)能力要求就越高。嚴(yán)橋支線頂管埋深較深，天氣溫度的變化對管節(jié)影響不大，但輸送的水溫變化仍會(huì)使管道產(chǎn)生伸縮變形。由于沒有采用伸縮裝置，故管道在溫度變化下的應(yīng)力完全由鋼管自身強(qiáng)度來承擔(dān)，這對鋼材的質(zhì)量、焊接的質(zhì)量以及施工安裝等都提出了較高的要求。

嚴(yán)橋支線在頂管工程領(lǐng)域具有明顯的代表性，幾乎涵蓋了頂管工程施工可能遇到的各種復(fù)雜技術(shù)問題和風(fēng)險(xiǎn)。因此，針對這種大口徑、長距離、深埋藏，同時(shí)又有可能采用曲線頂進(jìn)新工藝或者遭遇地下障礙物的頂管工程，開展施工風(fēng)險(xiǎn)管理不僅是工程建設(shè)的需要，也是為類似頂管工程提供借鑒的一次嘗試。

4 施工風(fēng)險(xiǎn)管理措施

4.1 建立交錯(cuò)有序的組織結(jié)構(gòu)

為了有效地防范和控制嚴(yán)橋支線鋼頂管施工風(fēng)險(xiǎn)，該工程從加強(qiáng)組織措施的角度出發(fā)，建立了嚴(yán)密的、有活力的組織運(yùn)行機(jī)制。

4.1.1 統(tǒng)一指揮、分層次管理機(jī)制

本工程建立了由建設(shè)單位統(tǒng)一指揮、監(jiān)理和施工單位分層次管理的機(jī)制。統(tǒng)一指揮是指由建設(shè)單位統(tǒng)一對項(xiàng)目進(jìn)行領(lǐng)導(dǎo)和部署，此為第一層面。一方面為重大風(fēng)險(xiǎn)問題決策提供技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和管理方面的業(yè)務(wù)支撐；另一方面，在分工授權(quán)的條件下，明確各參與方的風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)的分解和落實(shí)。第二層面是施工監(jiān)理單位的跟蹤管理。通過監(jiān)理跟蹤施工作業(yè)過程，進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控和指導(dǎo)，嚴(yán)格驗(yàn)收把關(guān)，防范和控制風(fēng)險(xiǎn)。第三層面是施工單位的自我監(jiān)控。通過統(tǒng)一指揮、分層次管理，將風(fēng)險(xiǎn)總目標(biāo)分解、貫徹落實(shí)到各個(gè)層面，直至基層末端作業(yè)者的崗位上，同時(shí)也就產(chǎn)生了逆向?qū)訉︼L(fēng)險(xiǎn)總目標(biāo)的保證作用。

4.1.2 “小業(yè)主、大社會(huì)”的建設(shè)單位管理模式

“小業(yè)主、大社會(huì)”項(xiàng)目管理模式是一種管理層次和管理職能的重劃分，是在建設(shè)單位充分授權(quán)的條件下，建設(shè)單位管理職能主動(dòng)后退，監(jiān)理和咨詢管理職能向前延伸的一種高效管理模式。在該工程中，建設(shè)單位一方面挑選高素質(zhì)的人員組成項(xiàng)目管理部門并有效分工授權(quán)，另一方面充分發(fā)揮監(jiān)理、監(jiān)測、設(shè)計(jì)等單位的力量，建立了由技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理、法律等專家組成的專家?guī)?，利用專家、設(shè)計(jì)院、咨詢單位等社會(huì)化資源為整個(gè)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理提供服務(wù)，走社會(huì)化、科學(xué)化和專業(yè)化的管理道路。盡管建設(shè)單位項(xiàng)目管理部僅有4位管理人員，但仍然實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的有序管理。

4.1.3 依托監(jiān)理和監(jiān)測單位的協(xié)調(diào)監(jiān)控機(jī)制

監(jiān)理和監(jiān)測單位是建設(shè)單位對施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理的左膀右臂，站在各自的專業(yè)角度，起到強(qiáng)化建設(shè)單位管理的作用。一是要求“監(jiān)幫結(jié)合”，即要求監(jiān)理和監(jiān)測單位建立科學(xué)的工作流程，對施工單位、關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)督管理。在數(shù)據(jù)監(jiān)測過程中，還應(yīng)幫助、引導(dǎo)施工單位開展工作，實(shí)行“監(jiān)幫結(jié)合”。二是要求監(jiān)理“全過程覆蓋，重心下移”?！叭^程覆蓋”即要求監(jiān)理工作落實(shí)到各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)過程和各個(gè)工序；“重心下移”即要求監(jiān)理工作要深入到基層，深入到各個(gè)操作層面上，尤其對關(guān)鍵線路、重要節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵工序等進(jìn)行重點(diǎn)控制，并做好質(zhì)量、安全等控制工作。

4.1.4 借用“外腦”的技術(shù)保障機(jī)制

運(yùn)用社會(huì)化的技術(shù)咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu)及工程界著名技術(shù)專家，即所謂“借用外腦”，是嚴(yán)橋支線工程強(qiáng)化工程技術(shù)保障機(jī)制和預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的重要特點(diǎn)。建設(shè)單位針對不同的技術(shù)問題，聘請咨詢單位和專家進(jìn)行重大技術(shù)診斷，分析和輔助決策，為工程實(shí)施提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障，有效地保證了工程實(shí)施過程的受控狀態(tài)，對工程風(fēng)險(xiǎn)防范起到了重大作用。這些“外腦”包括2個(gè)專家委員會(huì)、1個(gè)專業(yè)技術(shù)咨詢公司、行業(yè)協(xié)會(huì)、法律和財(cái)務(wù)咨詢等。

4.1.5 強(qiáng)化履約責(zé)任的施工單位自主管理機(jī)制

強(qiáng)化承包商的履約責(zé)任和自主管理機(jī)制，是建設(shè)單位進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目管理必須認(rèn)真考慮的重要問題。本工程對施工單位實(shí)行“軟”管理，即“抓大放小”?！白ゴ蟆笔侵缸ナ┕挝坏馁Y質(zhì)、組織架構(gòu)設(shè)置、施工進(jìn)度計(jì)劃、安全生產(chǎn)方案等；“放小”是指不干涉具體管理工作，而是通過設(shè)置激勵(lì)機(jī)制（如立功競賽、合同獎(jiǎng)懲措施），強(qiáng)化施工單位對風(fēng)險(xiǎn)的自我管理。

4.2 構(gòu)建全方位的施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控體系

4.2.1 三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控體系

嚴(yán)橋支線工程建立了公司層、項(xiàng)目層、實(shí)施層三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控體系，確立了全過程管理、全員參與管理、多級(jí)預(yù)警報(bào)警的基本模式。公司層面負(fù)責(zé)整個(gè)青草沙工程的管理及嚴(yán)橋支線工程與其他子項(xiàng)工程的協(xié)調(diào)；項(xiàng)目層面由嚴(yán)橋支線項(xiàng)管部負(fù)責(zé)各標(biāo)段的總體風(fēng)險(xiǎn)管理，對各施工單位的風(fēng)險(xiǎn)管理方案實(shí)行審查，監(jiān)督實(shí)施施工過程風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、安全狀態(tài)判定和風(fēng)險(xiǎn)事故處理，對于重大安全事故，及時(shí)上報(bào)上級(jí)主管單位和政府部門，啟動(dòng)工程事故應(yīng)急預(yù)案，負(fù)責(zé)組織工程現(xiàn)場的搶險(xiǎn)；實(shí)施層面則是監(jiān)理單位負(fù)責(zé)監(jiān)督、檢查施工單位的監(jiān)控量測、巡視、狀態(tài)描述、風(fēng)險(xiǎn)跟蹤等實(shí)施情況，承擔(dān)現(xiàn)場施工風(fēng)險(xiǎn)管理的組織、督促與協(xié)調(diào)等責(zé)任，施工單位承擔(dān)工程施工風(fēng)險(xiǎn)管理實(shí)施責(zé)任。通過設(shè)立三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控體系，從而做到“橫向到邊、縱向到底、不留死角”，全面、全方位地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控。

4.2.2 風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

嚴(yán)橋支線頂管施工風(fēng)險(xiǎn)具有環(huán)境的敏感性和危害的社會(huì)性特點(diǎn)。施工穿越道路、地鐵、磁懸浮、河道、電力隧道、既有建筑等，施工中可能破壞原先土體的靜力平衡，從而產(chǎn)生各種巖土力學(xué)現(xiàn)象，引發(fā)各種環(huán)境問題，如房屋開裂傾斜、道路沉陷變形、地下管網(wǎng)斷裂等，部分現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生放大效應(yīng)，造成不良的社會(huì)影響。因此，在施工中需對工程風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤與管理，督促風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施的實(shí)施，同時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理尚未識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)，包括工程總體風(fēng)險(xiǎn)水平的變化、重大風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展趨勢、規(guī)避措施實(shí)施情況以及風(fēng)險(xiǎn)損失情況等。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，施工前，建設(shè)單位將風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)（為了保證施工過程質(zhì)量而確定的重點(diǎn)控制對象、關(guān)鍵部位風(fēng)險(xiǎn)或薄弱環(huán)節(jié)）通告施工單位，施工單位提交專門的風(fēng)險(xiǎn)處置方案，上報(bào)建設(shè)單位，審批通過后方可施工。施工中施工單位和監(jiān)理單位實(shí)時(shí)跟蹤，如發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)提交監(jiān)理，監(jiān)理上報(bào)建設(shè)單位決定是否需采取規(guī)避措施，如發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事故，選擇實(shí)施事故預(yù)案。

4.3 建立科學(xué)合理的風(fēng)險(xiǎn)管理制度和機(jī)制

為了有效地管理風(fēng)險(xiǎn)，該工程建立了一系列科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)管理制度（如協(xié)調(diào)會(huì)議制度、風(fēng)險(xiǎn)交底制度、施工旁站和巡視制度、重大危險(xiǎn)源管理制度、安全管理責(zé)任制度等）和有效的風(fēng)險(xiǎn)控制機(jī)制（質(zhì)量責(zé)任機(jī)制、風(fēng)險(xiǎn)管理激勵(lì)機(jī)制、安全生產(chǎn)責(zé)任機(jī)制）等。通過這些制度和機(jī)制，明確各參與單位的風(fēng)險(xiǎn)管理職責(zé)，實(shí)行風(fēng)險(xiǎn)的分級(jí)歸口管理，從而將風(fēng)險(xiǎn)管理落到實(shí)處，使各參與方、各部門職責(zé)明確并各司其職，切實(shí)保障工程的順利進(jìn)行。

4.4 制訂科學(xué)的施工方案和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案

目前超長距離、大口徑鋼頂管工程的相關(guān)規(guī)范還不夠完善，嚴(yán)橋支線工程存在許多技術(shù)難題。這也成為項(xiàng)目重要的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)源。建設(shè)單位組織各監(jiān)理、施工單位等根據(jù)不同施工階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)動(dòng)態(tài)識(shí)別，對已知的、可預(yù)測的重大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，編制詳細(xì)的專項(xiàng)施工方案和應(yīng)急預(yù)案。方案和預(yù)案中明確通過風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)所需的材料、機(jī)具數(shù)量和規(guī)格、人員準(zhǔn)備、水電準(zhǔn)備、信息聯(lián)絡(luò)方法等，并組織專家進(jìn)行方案論證。同時(shí)，為了加強(qiáng)對風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的適時(shí)控制，還全面統(tǒng)計(jì)和整理了風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的基本情況，積極做好各方面的準(zhǔn)備工作。

5 施工風(fēng)險(xiǎn)管理實(shí)施效果

嚴(yán)橋支線鋼頂管具有一次頂進(jìn)距離長、口徑大、頂管經(jīng)過區(qū)域情況復(fù)雜等特點(diǎn)，整個(gè)施工過程和各個(gè)節(jié)點(diǎn)都充滿了不同類型的風(fēng)險(xiǎn)，通過實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理，取得了良好的實(shí)施效果。

5.1 風(fēng)險(xiǎn)管理成果

嚴(yán)橋支線的鋼頂管施工從2008年6月起，至2010年12月止，共計(jì)2.5 a，完成直徑3.6 m的鋼頂管頂進(jìn)距離共54 km（雙管），做到了無人員死亡事故、重大人員傷亡事故；對周圍環(huán)境或風(fēng)險(xiǎn)源未產(chǎn)生危害，從而沒有風(fēng)險(xiǎn)賠償，也沒有社會(huì)性群體事件。

5.2 工程質(zhì)量控制

嚴(yán)橋支線的風(fēng)險(xiǎn)控制和管理，不僅規(guī)避了工程風(fēng)險(xiǎn)，而且從實(shí)施效果來看，也全面提高了工程質(zhì)量，為工程的順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

由于鋼頂管施工風(fēng)險(xiǎn)具有隱蔽性和不確定性，如果風(fēng)險(xiǎn)管理意識(shí)淡漠，采取“等出了事情再說”的被動(dòng)性管理，缺乏主動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)管理的理念，就會(huì)給項(xiàng)目管理留下不同程度的隱患。所以必須樹立風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，把風(fēng)險(xiǎn)管理作為項(xiàng)目管理的重要內(nèi)容之一，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)信息的收集和整理，掌握風(fēng)險(xiǎn)規(guī)律，全面排查項(xiàng)目在施工中的各種風(fēng)險(xiǎn)因素，及時(shí)確認(rèn)項(xiàng)目中的風(fēng)險(xiǎn)事件，列出潛在的風(fēng)險(xiǎn)清單，根據(jù)不同的風(fēng)險(xiǎn)采取不同的應(yīng)對措施。本文所述施工風(fēng)險(xiǎn)管理建立在嚴(yán)橋支線工程的基礎(chǔ)上，其他工程應(yīng)根據(jù)自身的條件和差異，進(jìn)行選擇性的借鑒。