地鐵隧道盾構(gòu)法施工安全風(fēng)險管理研究

陳仙東CHEN Xian-dong

（中交隧道工程局有限公司，北京 100022）

0 引言

盾構(gòu)法屬于一項新式的施工技術(shù)，該技術(shù)可以大幅提升工作效率與效果，不過在實際作業(yè)中也具有較多安全風(fēng)險，如果未對安全風(fēng)險實行有效管控，就極易引起各種施工問題的產(chǎn)生，給機械設(shè)備與現(xiàn)場工作人員都帶來嚴重傷害。在地鐵項目施工作業(yè)中實施安全風(fēng)險管理工作十分關(guān)鍵，只有將各項安全風(fēng)險評估工作落實到位，并采取對應(yīng)的風(fēng)險管控措施，方可讓安全風(fēng)險的產(chǎn)生概率控制在最小范圍。

1 地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險管理內(nèi)容

1.1 風(fēng)險的識別

在開展地鐵隧道的盾構(gòu)施工作業(yè)時，面臨著諸多安全風(fēng)險，對于此方面實行管控時，便應(yīng)當注重對風(fēng)險的有效識別，并且在該基礎(chǔ)上制定有效的對策，從而確保后續(xù)工作能夠順利開展，在日常施工期間需要落實好以下幾方面的工作：其一，應(yīng)當對地質(zhì)勘察資料全面了解；其二，應(yīng)當對地鐵隧道周邊的地質(zhì)情況充分了解，從而掌握水文規(guī)律[1]；其三，應(yīng)當注重對盾構(gòu)機械設(shè)備的檢查維修工作，并對其參數(shù)進行定期核查調(diào)整，使之能夠隨時正常使用；其四，應(yīng)當制定對應(yīng)的組織計劃，并對施工管理的具體內(nèi)容加以調(diào)查，對風(fēng)險進行合理把控，加強安全風(fēng)險控制，制定對應(yīng)的安全防范對策，從而使得地鐵項目的整體施工質(zhì)量大幅提高。

1.2 風(fēng)險估計與評價

在做好風(fēng)險識別之后，還應(yīng)當注重對于信息資料的有效利用，從而實現(xiàn)對風(fēng)險發(fā)生概率的最大化減小，并且在具體運用過程中應(yīng)用構(gòu)建風(fēng)險模型，進而對風(fēng)險發(fā)生幾率加以控制。在進行風(fēng)險評估分析時，應(yīng)當從多個角度進行考慮，還需要對有關(guān)評價結(jié)構(gòu)實行對比，同時采取有效的措施來對風(fēng)險加以預(yù)估，最終確保工程項目施工建設(shè)目標的順利達成。

2 地鐵隧道盾構(gòu)法施工安全風(fēng)險管理

2.1 建立施工安全生產(chǎn)保障制度體系

應(yīng)當全方位貫徹落實地鐵隧道盾構(gòu)施工方法的安全生產(chǎn)保障機制，其主要涵蓋了安全生產(chǎn)責(zé)任機制、安全生產(chǎn)教育培訓(xùn)機制、安全風(fēng)險核查機制以及事故報告匯總處理機制等。通過將上述多項機制的有效融合，經(jīng)過多層面宏觀性調(diào)整控制，讓其形成一個健全、完善的保障體系，以此來實現(xiàn)對盾構(gòu)法實際運用中的有效監(jiān)督掌控。另外，還可以在發(fā)生了安全事故以后，通過合理的處理方式與態(tài)度來加以判斷與處理，盡量降低對應(yīng)的經(jīng)濟損失以及避免工期延后[2]。

2.2 加強關(guān)鍵施工工序動態(tài)過程控制

首先需要在施工作業(yè)前，充分注重對于地鐵工程隧道施工任務(wù)的風(fēng)險評估預(yù)測以及安全隱患的調(diào)查分析。相關(guān)部門與單位可采取比較常用的集中風(fēng)險預(yù)警方式，對于可能發(fā)生的問題展開全面調(diào)查，并采取對應(yīng)的預(yù)防對策以及解決方案。將這些工作任務(wù)落實的基礎(chǔ)上，還需安排足夠的工作人員對隧道作業(yè)現(xiàn)場的周邊環(huán)境（例如土質(zhì)、土層、水文條件等）進行深入調(diào)查了解，有利于根據(jù)實際狀況來選用最佳施工方案。其次，應(yīng)當對風(fēng)險源實行動態(tài)監(jiān)察與評估，也就是對潛在風(fēng)險對象實行動態(tài)追蹤調(diào)查以及預(yù)估分析，清晰了解動態(tài)監(jiān)測與評估的具體內(nèi)容，對實際問題展開深度分析探究，而且要運用因地制宜的方式，制定對應(yīng)的解決對策。當有關(guān)工作結(jié)束之后，要采取書面形式進行文件的收集，并將其詳細整理完畢之后以書面報告的發(fā)放時向上級匯報并記錄歸檔。最后，應(yīng)當在事故發(fā)生之后立刻采取控制措施，也就是需要對于緊急風(fēng)險事故做到應(yīng)急響應(yīng)。這便需要在對風(fēng)險源及時、準確識別的前提下，按照地鐵隧道施工的具體狀況，制定合理、詳細、科學(xué)的應(yīng)急預(yù)案，從而提升安全事故出現(xiàn)后的第一時間救援速度。

2.3 注重對地層的處理

在采取盾構(gòu)法施工作業(yè)時，安全風(fēng)險主要是因為地層結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定導(dǎo)致的，所以，在施工期間務(wù)必要加強對地層的處理。在隧道開挖掘進過程中，首先應(yīng)當對地層加以處理，確保施工工作能夠持續(xù)、順利、安全的開展，在此環(huán)節(jié)中，可以先對地層實際狀況實行勘察，通常而言應(yīng)當先對洞口地層的穩(wěn)定程度加以評估分析，以此確定地層的具體狀況，在施工作業(yè)中安全地層特征制定與之相符的施工方案。在進行地層處理時，需要按照不同地層的狀況，合理采取各種施工方式實行施工作業(yè)，而在實際地鐵隧道建設(shè)中，固結(jié)灌漿、冷凍法以及插板法均是較為常用的地層穩(wěn)固方式，在采用這些措施來對地層實行加固處理前，應(yīng)當對地層加以觀察，并且隧道地層應(yīng)當具有最低一周的側(cè)向自穩(wěn)定作用，這樣才能確保施工任務(wù)的順利完成，否則便會在施工期間出現(xiàn)各種安全事故[3]。在此過程中，對于施工方式的選取極為關(guān)鍵，會在極大程度上決定著施工作業(yè)的效果，具體施工方式的運用應(yīng)當按照地層實際狀況與施工條件來進行調(diào)整，應(yīng)當全面綜合對施工作業(yè)安全性與施工難度的影響因素的分析，從而選取既能保證施工安全進行又能較為輕松完工的方式，使得地鐵隧道項目的建設(shè)質(zhì)量和速度控制管理工作都能取得較好效果。

2.4 設(shè)備方面的安全管理

2.4.1 盾構(gòu)機的型號選擇

在開展盾構(gòu)施工作業(yè)時，選取適宜的機械設(shè)備型號是減少安全風(fēng)險形成的重要因素，施工企業(yè)應(yīng)當在中標之后針對工程項目的地質(zhì)條件展開深度調(diào)研考察，比如，收集了解工程現(xiàn)場的地質(zhì)條件、水文規(guī)律、周邊建筑設(shè)施等，然后對施工期間有可能發(fā)生的各項風(fēng)險事故進行預(yù)先估測，指派相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員與設(shè)計人員實行探究，最終選擇型號最為合適的一款盾構(gòu)設(shè)備，促使地鐵隧道施工活動可以順利開展。

2.4.2 盾構(gòu)主軸承的選擇

對盾構(gòu)設(shè)備而言，在各項零件之中，主軸承是其十分重要的一個部件，而且因為其在運行時只可以向前行進而無法往后退，所以，如果主軸承一旦發(fā)生故障，就會引發(fā)重大災(zāi)難時間。所以，在進行主軸承選取時，必須要選用使用壽命不低于一億小時的軸承，這樣能夠更好的減少安全事故的發(fā)生幾率。

2.4.3 盾構(gòu)的壓氣作業(yè)

盾構(gòu)機均有安裝壓氣系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)對壓力的合理控制，通常壓力值能夠達到1 至2.5MPa，使得外部土層的壓力能夠有效維持平衡狀態(tài)。不過，為確保作業(yè)人員具有更好適應(yīng)性，還會在通道部位安裝過渡增壓艙，如果作業(yè)人員產(chǎn)生不適應(yīng)的情況，便可對其實施減壓過渡治療。

當工作人員實施開艙工作之時，為有效降低危險事故出現(xiàn)幾率，需要盡可能落實下述幾項工作；①盡量在穩(wěn)定的底層內(nèi)實行開艙；②替換刀具之時應(yīng)當要具備良好的預(yù)見性；③挑選的作業(yè)人員需要具備強健體魄；④氣壓作業(yè)時長每日不可高于四小時；⑤使通訊工具一直處于正常運行狀態(tài)，這樣才能隨時隨地進行聯(lián)系。

2.4.4 盾構(gòu)刀具更換

伴隨著地質(zhì)條件的變動，在實行開挖施工時，盾構(gòu)刀具會出現(xiàn)嚴重磨損的現(xiàn)象，情況需要時可對刀具加以替換，而在實行刀具替換之時應(yīng)當注意下述幾點內(nèi)容：

①需要將準備工作落實到位，例如對刀盤中堆積的土體、淤泥或者是泥漿充分清理干凈，盡可能確保刀盤中有足夠的作業(yè)空間，安裝牢固的臨時支撐體系與作業(yè)平臺，確保光照條件滿足施工需求，預(yù)先準備好行燈之類的局部照明設(shè)備；

②選取技術(shù)水平較高、吃苦耐勞而且身體素質(zhì)較強的施工人員來替換刀具，特別是每位施工人員彼此間要配合良好，盡可能降低盾構(gòu)機停工時間，以免土體因為穩(wěn)定性不足而發(fā)生坍塌事故。若是存在土體失穩(wěn)程度十分嚴重的情況，則可分為多個批次進行刀具替換，通常此時土體強度較低，盾構(gòu)設(shè)備能夠在掘進數(shù)環(huán)之后再替換另外一批刀具。當?shù)罔F隧道屬于軟土地質(zhì)時，盾構(gòu)機停工時間不得大于兩日；

③由于滾刀自身重量較大，而且邊緣較為光滑，不容易進行固定，所以需要盡可能依賴機械設(shè)備安裝和拆除滾刀，例如合理使用起重設(shè)備、移動設(shè)備、固定設(shè)備（例如葫蘆、滑軌、支架等）對其進行合理固定，而且在具體操作時務(wù)必要格外仔細、細心；

④刀倉中較為潮濕，而且含有大量水汽，伴隨著溫度的提高會出現(xiàn)霧化情況，因此對于電器、線路的絕緣性具有比較高的要求，而且要選擇使用不高于24 伏的電壓。在實際施工中時常會出現(xiàn)刀盤非期望轉(zhuǎn)動而造成人員傷亡的危險事故事故，所以，在重啟盾構(gòu)設(shè)備之時，必須要反復(fù)確定土倉中無工作人員在場以及各種材料、物品均已經(jīng)完全整理離場，最好應(yīng)當能夠做到安全本質(zhì)化，也就是在進行盾構(gòu)設(shè)計與改良過程中，對于既有操控室的控制開關(guān)進行鎖定，而且在入閘口安裝控制裝置，實施重復(fù)掛牌清點制度[4]。

2.5 注漿作業(yè)安全控制

在掘進施工中，應(yīng)當對管片外部空隙實行注漿，漿液主要是由砂石、水泥以及水配置而成，因為漿液出口位置一般使用的是剛性管道，在進行注漿施工時比較容易發(fā)生阻塞，所以在對其實行清理之時，需要運用具有彈性且硬度較高的鋼絲，并提高注漿泵的壓力。此外，需要在注漿出口部位增設(shè)防護帶，防止因為高壓濺射使得工作人員受傷。注漿施工環(huán)節(jié)最為重要的便是應(yīng)當配合應(yīng)用壓力表，不可完全以個人經(jīng)驗實行注漿，壓力如果超過了規(guī)定范圍，程度較輕時會引發(fā)漏水、崩裂等問題，程度嚴重時便會使得管片直接落入至隧道內(nèi)，引起重大安全事故。

2.6 盾構(gòu)內(nèi)進水安全控制

采用盾構(gòu)法施工時，容易發(fā)生盾構(gòu)內(nèi)進水的問題，造成此問題的原因多種多樣，最為常見的一種便是對于盾構(gòu)機的操作不規(guī)范、不合理，在進行盾構(gòu)施工作業(yè)時，未對操作實行嚴格管控，進而使得機械設(shè)備運行狀態(tài)異常，由此導(dǎo)致盾構(gòu)隧道進水。另外，盾構(gòu)機受損也可能引發(fā)進水問題，實際施工中，應(yīng)當時常對盾構(gòu)狀態(tài)實行核驗，若是存在異常問題，應(yīng)當立即加以調(diào)整處理。在鉸接密封具有缺陷或是盾尾密封刷已經(jīng)受損的狀況下，鉸接部位和盾尾極易發(fā)生滲水、滲沙、突水以及涌砂等一系列問題，而管片錯臺或是破損都會導(dǎo)致盾構(gòu)隧道內(nèi)出現(xiàn)進水問題，形成安全風(fēng)險。為此，應(yīng)當在施工作業(yè)中，對盾構(gòu)姿態(tài)實行嚴格、全面的檢查，并在盾構(gòu)操作時進行全程監(jiān)控，全方位了解機械設(shè)備的運行狀態(tài)。

2.7 盾構(gòu)法施工中避免管片上浮的措施

在地鐵隧道施工期間，管片上浮屬于一種較為常見的問題，這便需要作業(yè)人員務(wù)必深入調(diào)查施工現(xiàn)場的地質(zhì)環(huán)境，更為準確、有效的運用有關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)來將施工工作做好，將調(diào)查獲得的數(shù)據(jù)資料作為基礎(chǔ)參考，指導(dǎo)現(xiàn)場施工作業(yè)開展，同時還需要將其作為盾構(gòu)施工的基礎(chǔ)依據(jù)，這同時也對有關(guān)作業(yè)人員的綜合素養(yǎng)與技術(shù)能力提出了較高的要求。在進行掘進施工時，先是應(yīng)當對其作業(yè)方式、速率與推力進行合理把控，然后還應(yīng)注意強化對盾構(gòu)設(shè)備操作的管理，調(diào)節(jié)與改進千斤的形成差，進而讓千斤頂?shù)男Ч梢酝耆l(fā)揮出來，以免發(fā)生超出的情況。此外，根據(jù)測得的結(jié)果信息，來對盾構(gòu)設(shè)備有關(guān)參數(shù)實行深度調(diào)節(jié)與改進，如此既可以使得施工進度獲得有效加快，還可以讓設(shè)備使用壽命得以延長。

2.8 盾構(gòu)設(shè)備始發(fā)、接收施工要點

應(yīng)當制定合理的施工路線，并且需確保軸線偏差不可太大，進而減少時間與成本上的耗費。考慮到在始發(fā)、接收之時，盾構(gòu)機具有比較復(fù)雜的作業(yè)流程，所以要先確保設(shè)計準確度而且做好相應(yīng)準備工作的情況下方可開始作業(yè)，并且還要對盾構(gòu)設(shè)備預(yù)先進行一段時間的動態(tài)、全面的調(diào)試，了解盾構(gòu)機在處于不同地質(zhì)條件時的始發(fā)與接收條件，進而讓盾構(gòu)機的整體進洞過程可以做到安全、可靠。

2.9 有效避免地鐵隧道盾構(gòu)施工開挖面失穩(wěn)

對于隧道內(nèi)部分微承壓力底端，由于土壓力方面設(shè)計得不太合理，如此便極易發(fā)生開挖面失穩(wěn)與流沙等現(xiàn)象，情況惡劣時甚至還會讓地面受到一定影響。因此，在面對此種情況時，便要求采取合理的方法防止開挖面發(fā)生失穩(wěn)。其主要可采取下述方式：首先，應(yīng)當對區(qū)間地質(zhì)渣土進行及時收集與改進，并且要全面掌握相關(guān)參數(shù)信息，進而確保其開挖渣土具備足夠的止水性和流動性；其次，應(yīng)當將土層壓力控制在合理水平，房子開挖面發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象；最后，應(yīng)當對掘進速率與渣土排出量實行嚴格把控，進而確保其維持一定的平衡狀態(tài)[5]。

2.10 采取有效措施控制坍塌事故的產(chǎn)生

發(fā)生塌方之時，應(yīng)當首先對行程坍塌原因加以分析，同時按照分析結(jié)果對塌方區(qū)域采取相應(yīng)對策，以免地表沉降問題進一步惡化，保證盾構(gòu)設(shè)備可以正常經(jīng)過沉陷區(qū)域，而且可采取下述幾項措施實現(xiàn)對塌方部位的有效控制：①對坍塌周邊地表水實行攔截，以免其滲入至隧道內(nèi)，而且要在事故發(fā)生后立刻對坍塌部位加以回填處理；②在合理程度下把控盾構(gòu)設(shè)備的出土速率與行進速率，保證開挖面土壓力維持在平衡范圍之內(nèi)，有利于降低地表沉陷問題的發(fā)生范圍；③可以適當提高注漿量，并提高土層的牢固穩(wěn)定性，防止在地表沉降范圍內(nèi)發(fā)生持續(xù)延伸的情況；④在施工期間，需要對盾構(gòu)設(shè)備有關(guān)參數(shù)實行實時監(jiān)督與測量，注重關(guān)注土倉壓力、注漿量以及出土量等信息，如此便可以按照具體狀況立即調(diào)節(jié)掘進的有關(guān)參數(shù)。

2.11 基于預(yù)報地質(zhì)的合理繞避法

地鐵隧道施工，不僅地形環(huán)境較為復(fù)雜，并且施工現(xiàn)場的地質(zhì)水文條件也會給施工質(zhì)量造成較大影響。例如在項目勘察工作中，在資料采集、整理與分析方面，應(yīng)當投入更大的人力物力。當將勘查任務(wù)處理完畢之后，還要對巖溶水質(zhì)情況實行仔細分析，而且實行對應(yīng)的地質(zhì)測繪工作，全面掌握隧道內(nèi)的重要巖性結(jié)構(gòu)與地質(zhì)情況，盡量提前預(yù)估地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素、發(fā)生位置、規(guī)模大小以及波及范圍。為此，在全面掌握現(xiàn)場地質(zhì)特點的基礎(chǔ)上，還需要針對巖溶突水洞詳細分析，了解現(xiàn)場及周邊的水文條件，例如多樣性、巖石發(fā)育特點的復(fù)雜程度等，這些資料能夠為巖溶發(fā)育區(qū)的研究工作提供重要參考，以此更為有效的保障施工工作的安全實施。

2.12 施工用電管理

盾構(gòu)設(shè)備掘進開挖時通常是采用雙回路專供電纜，電壓在10kV 左右，由于隧道中環(huán)境陰暗且濕度較高，在盾構(gòu)機持續(xù)行進過程中，供電線纜也需要進行反復(fù)連接，接頭需要選取質(zhì)量優(yōu)秀的專業(yè)接駁器，要把線纜固定在隧道中，同時還要預(yù)留出足夠的活動愈低，使其懸掛于適宜的高度，最低不得低于運輸車，以免運輸車脫軌之后將線纜擊斷。除盾構(gòu)設(shè)備之外，還存在許多其他的臨時用電，一定要進行三級配電、二級保護，特別是應(yīng)當配置充足的電箱，電箱應(yīng)當使用鐵皮支撐，不可使用木材或是膠材等進行替代，并且還要嚴格落實“一機、一閘、一箱、一漏”。通常此要求施工企業(yè)很難確切達成，特別是時常會為了節(jié)省成本而存在一箱多機、一箱多閘等問題，這樣容易把閘門錯誤閉合，從而引發(fā)觸電事故。

2.13 隧道內(nèi)臨時軌道運輸

不同于其它施工方法，盾構(gòu)法通常使用軌道運輸系統(tǒng)。因為盾構(gòu)設(shè)備掘進速率非?？?，所以運輸成為限制施工進度的一大關(guān)鍵性因素，為此，運輸車通常會設(shè)置成較長的形式，而且碴土斗也會使用較大容量的類型，會占據(jù)隧道內(nèi)的很大空間。管片底端是圓弧形狀，會給軌枕穩(wěn)定性能造成不良影響，使得運輸車輛容易發(fā)生脫軌的問題，從而對人行道上的工作人員人身安全帶來威脅，特別是在碰觸到盾構(gòu)設(shè)備專用高壓線纜時，會引起嚴重的觸電事故。所以，對于施工軌道必須要嚴格依照相關(guān)規(guī)范標準實行，對于軌道間距、高度差、弧度以及接縫等比較關(guān)鍵的參數(shù)要進行反復(fù)檢查核定，軌枕應(yīng)當具有足夠的剛度，而且要和管片中的螺栓連接固定或是進行焊接加固，防止發(fā)生滑動變形的問題。

3 結(jié)語

在應(yīng)用盾構(gòu)法進行地鐵隧道施工時，面臨復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境與施工風(fēng)險，應(yīng)當將風(fēng)險管理工作落實到位，全面了解實時動態(tài)風(fēng)險情況，有針對性的采取應(yīng)對策略，防止安全事故的產(chǎn)生，將各類安全事故隱患及時排除。