TBM施工風(fēng)險(xiǎn)分析及管控措施
——以磐安抽水蓄能電站自流排水洞為例

溫 劍,王鵬宇,張 鑫

(1.中國水利水電第五工程局有限公司,成都 610066;2.浙江磐安抽水蓄能有限公司,浙江 金華 322304)

0 引言

全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine,以下簡稱TBM)是目前最為常見的巖質(zhì)隧道施工方式之一,它利用刀盤借助推力作用切割巖面,掘進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行支護(hù)、出渣等施工工序并進(jìn)行連續(xù)作業(yè),是系統(tǒng)集成的一體化隧道施工設(shè)備。相對(duì)于傳統(tǒng)的開挖掘進(jìn)方式,TBM施工具有掘進(jìn)速度快、安全性高、綜合效益明顯等優(yōu)點(diǎn)[1],因此越來越受到工程建設(shè)方的青睞。

然而,TBM施工過程中也存在著很多風(fēng)險(xiǎn),如機(jī)械故障、人員傷害、管理失效、地質(zhì)條件復(fù)雜、隧道內(nèi)部環(huán)境惡劣等,這些風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)對(duì)施工進(jìn)度和工程質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。因此,對(duì)TBM施工中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析管控,提出預(yù)控措施,對(duì)提高施工安全、效率,保證工程質(zhì)量具有重要意義。

浙江磐安抽水蓄能電站工程建設(shè)過程中,在自流排水洞施工中采用了TBM掘進(jìn)設(shè)備,現(xiàn)以該工程為例,采用LEC法對(duì)施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,針對(duì)評(píng)估結(jié)果提出管控措施,為工程安全管理提供參考。

1 工程概況

磐安抽水蓄能電站位于浙江省金華市磐安縣大盤鎮(zhèn)境內(nèi),電站為Ⅰ等大(1)型工程。主要由上下水庫、引水系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、地面開關(guān)站等建筑物組成,電站為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站,裝機(jī)容量1200 MW(4×300 MW)。電站自流排水洞及下層排水廊道總長約4 675 m,其中自流排水洞長4 215 m,下層排水廊道長約460 m,線路最大縱坡為1.53 %,最小轉(zhuǎn)彎半徑30m。自流排水洞圍巖主要為新鮮的含礫晶屑(玻屑)熔結(jié)凝灰?guī)r,巖質(zhì)堅(jiān)硬,巖體較完整～完整,圍巖類別Ⅱ～Ⅲ類,斷層破碎帶為Ⅳ類,圍巖基本穩(wěn)定,局部穩(wěn)定性差,工程地質(zhì)條件較好,成洞條件好。自流排水洞沿線主要為基巖裂隙水,施工時(shí)沿?cái)鄬蛹傲严队袧B、滴水現(xiàn)象,局部存在較大涌水量的可能,并有一定的承壓水頭,滲水量隨時(shí)間逐漸減小、并趨于穩(wěn)定,但不致于產(chǎn)生危害性涌水,須采取抽排水措施。

TBM主要包括液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、通風(fēng)除塵系統(tǒng)等,可實(shí)現(xiàn)0.6～1.8 m/h的掘進(jìn)速度。TBM始發(fā)完后進(jìn)行試掘進(jìn),目的是檢驗(yàn)TBM各個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)情況,進(jìn)一步調(diào)整后使其具備正式快速掘進(jìn)的能力[2]。

2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

2.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法的選用,要綜合考慮分析對(duì)象和分析人員來確定。常用的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法主要有頭腦風(fēng)暴法、專家調(diào)查法、流程圖法等。

(1)頭腦風(fēng)暴法。將與會(huì)者召集起來,明確目標(biāo),在目標(biāo)框架內(nèi)想法不設(shè)限制、暢所欲言、禁止批評(píng)和評(píng)論,通過彼此的溝通交流,提出大量新觀點(diǎn)。

(2)專家調(diào)查法。邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?針對(duì)某一問題進(jìn)行反復(fù)討論,征詢專家的意見和看法,依靠專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí),對(duì)研究的問題做出判斷和評(píng)估。

(3)流程圖法。首先,明確一項(xiàng)工作的整個(gè)工作流程,涵蓋各個(gè)分支細(xì)節(jié);再分析流程過程中的各個(gè)階段;最后,通過與實(shí)際情況做對(duì)比,發(fā)現(xiàn)可能遇到的各種危險(xiǎn),識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)因素。

2.2 TBM施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

在TBM施工中,由于涉及到大量的機(jī)械設(shè)備和作業(yè)人員,因此存在許多潛在的風(fēng)險(xiǎn)。只有準(zhǔn)確地識(shí)別出風(fēng)險(xiǎn),才能對(duì)其進(jìn)行評(píng)估,最終形成分析報(bào)告,提出管控措施。

本項(xiàng)目根據(jù)地勘報(bào)告、設(shè)計(jì)文件等資料,了解地質(zhì)構(gòu)造,同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場踏勘,規(guī)劃總體布置,參考周邊工程經(jīng)驗(yàn),地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況等,總結(jié)出磐安抽蓄TBM風(fēng)險(xiǎn)源。主要有:TBM機(jī)車安拆作業(yè)、主機(jī)運(yùn)行檢修作業(yè)、油路安拆作業(yè)、起重吊裝作業(yè)、車輛運(yùn)輸作業(yè)、電氣焊作業(yè)、有限空間作業(yè)等。TBM施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別如表1。

表1 TBM施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

TBM施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指對(duì)TBM施工過程中可能發(fā)生的不確定事件進(jìn)行分析、評(píng)估、預(yù)測和控制的過程,旨在減少施工風(fēng)險(xiǎn),提高施工安全性和效率。常用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法包括定性分析、定量分析和半定量分析。

(1)定性分析

定性分析是一種基于專家經(jīng)驗(yàn)和判斷進(jìn)行的分析方法。通過對(duì)施工過程中可能存在的危險(xiǎn)因素進(jìn)行分析和評(píng)估,確定其可能帶來的影響和后果,然后制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。雖然定性分析方法簡單易行,但其結(jié)果的可靠性和精度較低,對(duì)于復(fù)雜的施工環(huán)境和較高的安全要求不夠適用。

(2)定量分析

定量分析是一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的分析方法。主要以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)為理論基礎(chǔ),通過對(duì)施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算,確定其概率和可能的后果,從而制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。定量分析方法具有較高的可靠性和精度,但其缺點(diǎn)是需要大量的數(shù)據(jù)和專業(yè)技術(shù)支持,對(duì)于數(shù)據(jù)不充分或者技術(shù)條件較差的情況不夠適用。

(3)LEC法是一種半定量分析方法。其思路主要是通過對(duì)施工過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)估和計(jì)算,確定其可能的損失和后果,從而制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。具體計(jì)算方法如下[3]:

D=L×E×C

式中,D為風(fēng)險(xiǎn)值;L表示事故發(fā)生的概率;E表示暴露于危險(xiǎn)環(huán)境的頻率;C表示事故發(fā)生的后果。D值越大,說明危險(xiǎn)性越大,需要采取措施調(diào)整事件的相應(yīng)參數(shù)(概率、頻率、后果),直至調(diào)整到允許范圍內(nèi)。

在TBM施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中,本文參照《水利水電工程施工重大危險(xiǎn)源辨識(shí)及評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(DL/T 5274-2012,后簡稱導(dǎo)則),相關(guān)條文規(guī)定的LEC法進(jìn)行綜合評(píng)估,從而更加準(zhǔn)確地評(píng)估和管控風(fēng)險(xiǎn),提高施工的安全性和效率。其中事故發(fā)生的概率L值參照導(dǎo)則5.4.3條款取值;暴露于危險(xiǎn)環(huán)境的頻率E值參照導(dǎo)則5.4.4條款取值;事故發(fā)生的后果C值參照導(dǎo)則5.4.5條款取值;危險(xiǎn)性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)D值參照導(dǎo)則5.4.6條款取值。

3.2 TBM施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別及評(píng)價(jià)方法確定后,組織安全管理人員、工程技術(shù)人員、勘察設(shè)計(jì)人員及外部專家等對(duì)識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行打分。專家打分充分考慮各方意見,最后形成統(tǒng)一結(jié)果,將分?jǐn)?shù)大于等于70分作為重大風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管控。

根據(jù)LEC法打分結(jié)果,把設(shè)備吊裝作業(yè)、設(shè)備裝機(jī)高處作業(yè)、TBM設(shè)備掘進(jìn)作業(yè)、不良地質(zhì)地段支護(hù)作業(yè)和有限空間作業(yè)五項(xiàng)作為重大風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管控(見表2)。

表2 風(fēng)險(xiǎn)值評(píng)估結(jié)果

4 重大風(fēng)險(xiǎn)管控措施

4.1 設(shè)備吊裝作業(yè)

(1)吊裝作業(yè)必須選擇資質(zhì)滿足要求的施工單位,嚴(yán)格按照吊裝方案作業(yè),吊車司機(jī)、指揮人員必須持證上崗。

(2)吊裝作業(yè)時(shí),設(shè)置警戒區(qū)域,拉警戒線,有專職人員旁站監(jiān)督,人員離吊物保持3～5 m安全距離。

(4)TBM機(jī)械吊裝前必須對(duì)各個(gè)部位進(jìn)行安全檢查,將吊裝時(shí)易掉落部件捆綁牢固防止位移,避免在進(jìn)行吊裝作業(yè)時(shí),發(fā)生落物傷人事故。

(5)組裝作業(yè)前,對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底,明確安全注意事項(xiàng)及技術(shù)要求。

4.2 設(shè)備裝機(jī)高處作業(yè)

(1)高處作業(yè)、設(shè)備臨邊作業(yè)時(shí)必須正確佩戴安全帶等安全勞動(dòng)防護(hù)用品。

(2)使用的梯子、作業(yè)平臺(tái)必須焊接牢固,避免滑落造成人員受傷。

(3)高處作業(yè)時(shí)嚴(yán)禁隨意拋擲材料、機(jī)具且工器具做好尾巴繩。

(4)高處作業(yè)時(shí)必須人工或使用繩子將材料機(jī)具捆綁牢固后傳遞。

同志們，憲法的根基在于人民發(fā)自內(nèi)心的擁護(hù)，憲法的偉力在于人民出自真誠的信仰。我們要按照中央部署要求和省委工作安排，深入推進(jìn)科學(xué)立法、嚴(yán)格執(zhí)法、公正司法、全民守法，堅(jiān)持有法可依、有法必依、執(zhí)法必嚴(yán)、違法必究，推動(dòng)憲法實(shí)施真正成為全體人民的自覺行動(dòng)，更好發(fā)揮憲法作為國家根本法的引領(lǐng)、規(guī)范、推動(dòng)、保障作用，為新時(shí)代推進(jìn)全面依法治國、建設(shè)社會(huì)主義法治國家作出積極貢獻(xiàn)。

4.3 TBM設(shè)備掘進(jìn)作業(yè)

(1)操作人員需經(jīng)過培訓(xùn)并合格后上崗,非操作人員嚴(yán)禁操作TBM。

(2)車輛連接處必須安裝防溜車措施。

(3)在TBM掘進(jìn)過程中,操作手隨時(shí)注意巡檢TBM的各種設(shè)備狀態(tài),根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提示調(diào)整TBM姿態(tài)。

(4)操作手必須嚴(yán)格按照要求記錄掘進(jìn)過程中的各種數(shù)據(jù)及異常,熟悉故障應(yīng)急處理方法。

4.4 不良地質(zhì)地段支護(hù)作業(yè)

(1)在施工前進(jìn)行充分的地質(zhì)勘探,了解地質(zhì)情況,確定合理的施工方案。

(2)加強(qiáng)地質(zhì)監(jiān)測,結(jié)合隧道的長度、截面形狀等因素,及時(shí)監(jiān)測隧道周圍環(huán)境,如地下水、變形、收斂情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)變化,采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

(3)掘進(jìn)機(jī)司機(jī)要控制好TBM姿態(tài)、掘進(jìn)速度針對(duì)不同地層及變形反饋的信息,及時(shí)調(diào)整設(shè)備。

(4)作業(yè)前必須認(rèn)真檢查儀器、儀表,確保設(shè)備處于良好工作狀態(tài)。嚴(yán)禁隨意更改設(shè)備參數(shù),避免發(fā)生設(shè)備損壞和人身事故。

4.5 有限空間作業(yè)

(1)必須做到“先通風(fēng)、再檢測、后作業(yè)”,嚴(yán)禁違規(guī)作業(yè)[4]。

(2)作業(yè)前必須進(jìn)行安全技術(shù)交底,確保作業(yè)人員知曉有限空間作業(yè)程序,清楚存在的有害因素,掌握應(yīng)急逃生技能。

(3)進(jìn)入有限空間時(shí)應(yīng)佩戴有效的通訊工具,系安全繩,佩戴防護(hù)面具口罩。

(4)確保作業(yè)現(xiàn)場通風(fēng)措施到位,當(dāng)有限空間作業(yè)因故中斷復(fù)工前,應(yīng)再次進(jìn)行通風(fēng)、檢測確保安全后再進(jìn)行作業(yè)。

(5)進(jìn)入有限空間時(shí),應(yīng)佩戴通訊工具,配備監(jiān)護(hù)員和應(yīng)急救援人員。

5 結(jié)論與建議

TBM施工風(fēng)險(xiǎn)分析與管控措施是保障施工安全和順利進(jìn)行的關(guān)鍵。只有充分認(rèn)識(shí)風(fēng)險(xiǎn),并采取有效的管控措施,才能確保TBM施工的順利進(jìn)行,對(duì)此提出如下建議:

(1)加強(qiáng)TBM設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng),提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

(2)加強(qiáng)TBM施工前的地質(zhì)勘探和預(yù)測,制定合理的建設(shè)方案和施工計(jì)劃。

(3)強(qiáng)化現(xiàn)場安全監(jiān)督和控制,加強(qiáng)施工人員的安全培訓(xùn)和管理。

(4)綜合運(yùn)用多種手段,包括技術(shù)手段、管理手段和人員培訓(xùn)等,加強(qiáng)施工風(fēng)險(xiǎn)管控。

(5)建立完善的TBM施工風(fēng)險(xiǎn)管理制度,對(duì)施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面的評(píng)估和管控,確保施工的安全和順利進(jìn)行。