過湖隧道盾構(gòu)法施工全過程安全管控

摘 要：在過湖隧道盾構(gòu)工程施工中，由于施工巖土水文較為復(fù)雜，施工難度大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，可能出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)吊裝墜落、塌方、支撐體系失穩(wěn)等風(fēng)險(xiǎn)，由此會(huì)引發(fā)嚴(yán)重施工安全事故。本文結(jié)合污水管過石門湖工程項(xiàng)目，深入研究了工程施工安全管理難點(diǎn)問題，并從基坑施工、盾構(gòu)施工等方面闡述了安全管控要點(diǎn)，以期為同類工程盾構(gòu)施工安全管理提供參考。

關(guān)鍵詞：下穿湖泊；盾構(gòu)施工；污水管道；安全管理文章編號(hào)：2095-4085（2024）03-0209-03

0 引言

過湖隧道工程中，巖土水文條件異常復(fù)雜，給隧道工程施工造成了較大困難。受多方面因素影響，過湖隧道工程各技術(shù)環(huán)節(jié)施工安全風(fēng)險(xiǎn)源較多，一旦出現(xiàn)問題就可能造成嚴(yán)重施工安全事故。為確保過湖隧道工程施工的安全性，施工單位必須高度重視施工安全管理，并對(duì)過湖隧道工程實(shí)施全面的施工全過程安全管控。本文結(jié)合污水管過石門湖工程項(xiàng)目，深入研究過湖隧道盾構(gòu)法施工安全管理難點(diǎn)和全過程安全管理要點(diǎn)，以期為同類工程施工提供有益參考。

1 工程概況

污水管過石門湖工程橫跨石門湖東西，沿直線下穿石門湖布設(shè)。東接接收井，西連始發(fā)工作井，過湖段長度為2 165m，過湖段采用盾構(gòu)法施工。隧道外徑6.2m，內(nèi)徑5.5m，環(huán)寬1.5m，采用通用楔形鋼筋混凝土管片。盾構(gòu)始發(fā)井距石門湖40m，始發(fā)端長度27.8m，寬度15.2m；標(biāo)準(zhǔn)段長度76.4m，寬11.4m。始發(fā)端基坑開挖采用明挖法施工，基坑開挖面積1 200m2，基坑開挖深度24.3m。始發(fā)井支護(hù)采用1 200@1 600mm鉆孔灌注樁146根，樁間采用800mm三重管高壓旋噴止水帷幕。

盾構(gòu)始發(fā)井和接收井之間過湖段隧道采用盾構(gòu)工藝下穿石門湖，全長2.165km，斷面內(nèi)徑5.5m，管片外徑6.2m，隧道頂部覆土最淺處約6.2m，航道處隧道頂距湖底最小處約10.6m。隧道地質(zhì)以粉質(zhì)黏土為主。盾構(gòu)機(jī)采用土壓平衡盾構(gòu)，外徑6.48m。盾構(gòu)結(jié)構(gòu)襯砌采用雙面楔形通用襯砌管片結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50，厚度350mm，抗?jié)B等級(jí)P12。

2 工程施工技術(shù)難點(diǎn)問題分析

結(jié)合該工程地質(zhì)水文和工程設(shè)計(jì)情況，施工單位組織專家組運(yùn)用AHP分析法對(duì)過湖段施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面梳理，結(jié)合安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生幾率、危害程度和風(fēng)險(xiǎn)致因確定工程施工難點(diǎn)問題，并根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)制定處置方案。

2.1 盾構(gòu)機(jī)吊裝

始發(fā)井和接收井場地覆蓋層土層為雜填土、耕土等，并且回填土與臨湖側(cè)無邊坡防護(hù)、支護(hù)措施，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)吊裝及進(jìn)入、吊出安全風(fēng)險(xiǎn)大。為確保盾構(gòu)機(jī)吊裝安全，施工單位在始發(fā)井和接收井端頭部位采用旋噴樁止水帷幕加固表層土，從而確保盾構(gòu)機(jī)吊裝安全。

2.2 基坑開挖難度大

工程中，基坑開挖難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)較高。主要體現(xiàn)在：（1）始發(fā)井和接收井基坑開挖深度范圍內(nèi)主要為耕植土、強(qiáng)風(fēng)化巖層、中風(fēng)化巖層等，冠梁以下逐漸進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化巖層，基巖較多，開挖難度大，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較高。（2）基坑狹窄，最窄處凈寬僅9.0m，大型挖掘機(jī)、炮錘施工受限，狹窄基坑施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。（3）基坑最深處22.0m，基坑開挖時(shí)鋼支撐豎向最大間距8.0m，基坑開挖施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。

2.3 盾構(gòu)長距離穿越

該工程過湖隧道段全部處于石門湖水域，中間無檢修井，盾構(gòu)施工面臨一次穿越距離長、地質(zhì)復(fù)雜多變的問題。由于過湖段為隧道最低點(diǎn)，隧道頂部距離現(xiàn)狀湖底最小為6.4m，屬于距離接近的重要設(shè)施。隧道施工范圍內(nèi)地質(zhì)多為軟塑淤泥，開挖斷面需穿越3種地層，主要為卵石土層，土層中卵石占比達(dá)60%，透水性強(qiáng)，層間存在承壓水，且施工期為石門湖豐水期，對(duì)盾構(gòu)施工參數(shù)選擇和安全措施落實(shí)要求很高。

2.4 盾構(gòu)進(jìn)出洞安全

工程中，過湖隧道進(jìn)出洞安全風(fēng)險(xiǎn)較大，主要為過湖段隧道巖土性質(zhì)差、透水性強(qiáng)，且隧道頂部距現(xiàn)狀湖底距離小，且處于石門湖豐水期，受承壓水和層間水影響，過湖隧道進(jìn)出洞突水風(fēng)險(xiǎn)大。如進(jìn)、出洞端頭井防水處理不當(dāng)，可能自端頭井部位開始出現(xiàn)大面積滲水、突涌等問題，從而威脅盾構(gòu)施工安全。同時(shí)，進(jìn)出洞端頭井巖土承載力差，受機(jī)械自重和施工荷載影響，可能出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)下陷、傾斜等問題。

3 過湖隧道盾構(gòu)施工全過程安全管控研究

為確保過湖隧道盾構(gòu)施工安全，施工單位對(duì)過湖隧道盾構(gòu)施工可能出現(xiàn)的施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行梳理，成立了施工技術(shù)、安全質(zhì)量攻關(guān)小組，編制了風(fēng)險(xiǎn)源清單、專項(xiàng)施工方案，并召開風(fēng)險(xiǎn)分析會(huì)，針對(duì)潛在的施工安全風(fēng)險(xiǎn)制定系統(tǒng)性、針對(duì)性安全管理措施，并加強(qiáng)技術(shù)交底和現(xiàn)場安全管理，從而確保過湖隧道盾構(gòu)施工安全。

3.1 明挖基坑施工安全管理

通過對(duì)始發(fā)井、接收井基坑施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行梳理，施工單位針對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)高的設(shè)備、防火和防汛安全風(fēng)險(xiǎn)、負(fù)高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)、鉆孔樁鋼筋籠吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)、鋼支撐拼接安全風(fēng)險(xiǎn)、體系失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)、塌方風(fēng)險(xiǎn)和起重機(jī)操作風(fēng)險(xiǎn)等制定了一系列安全管控措施。（1）基坑開挖中充分考慮基坑地層、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系“時(shí)空效應(yīng)”，對(duì)基坑開挖支撐穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，并制定基坑開挖專項(xiàng)方案和安全保障方案，以確?；娱_挖安全。基坑開挖至基巖面后，采用炮錘破碎基巖，由挖掘機(jī)規(guī)整碎石后借助碼頭吊機(jī)吊出基坑。（2）狹窄空間施工時(shí)，現(xiàn)場由專人統(tǒng)一指揮操作，嚴(yán)格控制挖掘機(jī)旋轉(zhuǎn)角度和機(jī)械臂伸舉高度，挖掘機(jī)作業(yè)范圍內(nèi)禁止非操作人員靠近。為防止現(xiàn)場施工時(shí)臨時(shí)用電亂拉電纜埋下施工安全隱患，或挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)挖斷電纜，基坑狹窄空間電纜均在空間上方穿管敷設(shè)。（3）基坑基巖開挖施工時(shí)，采取信息化技術(shù)手段監(jiān)測(cè)基坑鋼支撐受力、位移和基坑頂部沉降情況，對(duì)位移、沉降傾向采取跟蹤注漿、復(fù)加軸力等技術(shù)措施加固，以確?；娱_挖施工安全。

3.2 負(fù)高空作業(yè)安全管控措施

該工程基坑開挖深度大且開挖工作面狹窄，以基坑基底為基準(zhǔn)，基坑開挖和基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工屬于高空作業(yè)，依據(jù)《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 80-2016）等相關(guān)要求，施工單位采取以下針對(duì)性高空作業(yè)安全管控措施：（1）基坑施工前編制基坑施工和安全管理專項(xiàng)方案，報(bào)總監(jiān)理工程師審批后方可施工。（2）基坑施工區(qū)域安裝1.2m防護(hù)圍欄，圍欄底部增設(shè)18cm高擋腳板，以防止基坑頂部人員、雜物墜落。（3）基坑上下直梯、掛梯或斜道均采取封閉圍護(hù)措施，扶梯設(shè)置雙道護(hù)欄，斜道增設(shè)防滑條，便橋兩側(cè)設(shè)置封閉護(hù)欄，防止施工人員通行時(shí)高空跌落。（4）高空作業(yè)區(qū)域范圍內(nèi)施工人員均配齊安全防護(hù)用品，現(xiàn)場加強(qiáng)安全檢查監(jiān)督。（5）懸空吊裝作業(yè)人員采取有效防護(hù)措施，包括雙安全繩、安全網(wǎng)、臨空面防護(hù)攔擋等措施。（6）確?，F(xiàn)場施工范圍內(nèi)和基坑內(nèi)照明亮度。（7）基坑開挖和過湖隧道盾構(gòu)施工中，禁止基坑頂部3.0m范圍內(nèi)堆放雜物，以防止雜物滾落造成物體打擊傷害。

3.3 鋼支撐拼接安裝安全管控措施

工程中，始發(fā)井和接收井基坑采用型鋼支撐作為冠梁，鋼支撐結(jié)構(gòu)拼接安裝質(zhì)量直接影響基坑邊坡穩(wěn)定性和安全性。為確?；又谓Y(jié)構(gòu)安全，施工單位對(duì)鋼支撐拼接和安裝加強(qiáng)管理，主要包括：（1）加強(qiáng)鋼支撐型鋼材料進(jìn)場檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后進(jìn)行預(yù)拼裝，經(jīng)全面檢查合格后方可使用。（2）鋼支撐連接螺栓全部安裝且緊固到位。（3）鋼支撐吊裝設(shè)備經(jīng)詳細(xì)驗(yàn)算，以確保吊裝設(shè)備、鋼絲繩選擇符合吊裝長度、吊裝重量和吊裝作業(yè)半徑要求。（4）鋼支撐吊裝嚴(yán)格按專項(xiàng)安全技術(shù)方案和操作規(guī)程施工，吊裝過程中加強(qiáng)現(xiàn)場指揮和信息化監(jiān)控。（5）鋼支撐與圍檁結(jié)構(gòu)要牢固焊接，防止鋼支撐受碰撞脫落造成人身傷害事故。

3.4 基坑支撐體系失穩(wěn)安全管控措施

基坑支撐體系是保障基坑開挖和盾構(gòu)施工安全的關(guān)鍵措施，但由于該工程臨近石門湖，巖土地質(zhì)和水文條件較為復(fù)雜，受基坑開挖作業(yè)和巖土水文地質(zhì)影響，基坑支撐體系可能出現(xiàn)失穩(wěn)坍塌風(fēng)險(xiǎn)。為確?；又误w系安全，施工單位采取了以下安全管控措施：（1）嚴(yán)格按基坑開挖施工方案順序施工，分層分段開挖，分段開挖長度為6～10m，嚴(yán)禁超挖［1］。（2）基坑開挖施工中遵循“邊挖邊撐”原則，結(jié)構(gòu)施工遵循“先撐后拆”原則，防止出現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)懸空現(xiàn)象，待基坑結(jié)構(gòu)支撐混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可拆除臨時(shí)鋼管支撐。（3）基坑開挖施工過程中加強(qiáng)信息化監(jiān)控，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)基坑開挖支撐應(yīng)力、地面沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移等情況，然后根據(jù)基坑支撐體系發(fā)展變化調(diào)整基坑施工參數(shù)和采取支撐加固措施，以確保基坑支撐體系結(jié)構(gòu)安全。

3.5 盾構(gòu)施工安全管控措施

過湖盾構(gòu)施工中，為確保盾構(gòu)施工安全，施工單位對(duì)盾構(gòu)進(jìn)出洞施工、盾構(gòu)機(jī)吊裝和盾構(gòu)推進(jìn)施工等環(huán)節(jié)加強(qiáng)安全管理。

3.5.1 盾構(gòu)進(jìn)出洞安全管控措施

為確保盾構(gòu)進(jìn)出洞施工安全，施工單位詳細(xì)編制了盾構(gòu)進(jìn)出洞安全技術(shù)方案，協(xié)調(diào)審核進(jìn)出洞安全技術(shù)方案細(xì)節(jié)。技術(shù)方案經(jīng)審核審批通過后，落實(shí)技術(shù)方案交底，以確保安全技術(shù)方案落實(shí)到位。同時(shí)，針對(duì)可能出現(xiàn)的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，施工單位采取以下安全管控措施：（1）盾構(gòu)進(jìn)出洞區(qū)域搭設(shè)鋼管腳手架支撐，腳手架由專業(yè)人員搭設(shè)，搭設(shè)完成經(jīng)驗(yàn)收合格后方可使用，以確保腳手架安全、穩(wěn)定。（2）盾構(gòu)施工期間要每日檢查腳手架垂直度、聯(lián)接件和安全設(shè)施狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除安全隱患。（3）盾構(gòu)井周圍增設(shè)安全防護(hù)欄，防止雜物墜落造成人身傷害。（4）起吊設(shè)備操作前由專人檢查限位保險(xiǎn)裝置，防止機(jī)械設(shè)備帶病、超負(fù)荷工作。（5）隧道進(jìn)出洞端頭井防水處理時(shí)，采用具有一定彈性的高強(qiáng)度簾布橡膠板臨時(shí)封堵防水，并在管片背后回填注漿處理。隧道段變形縫加強(qiáng)處理時(shí)，在變形縫部位相鄰環(huán)向彈性密封墊基礎(chǔ)上增設(shè)一層3mm厚緩膨脹型遇水膨脹止水片。盾構(gòu)隧道與端頭井接頭防水處理時(shí)，臨時(shí)接頭主要由簾布橡膠圈及其壓緊裝置構(gòu)成，輔以井圈注漿堵水。永久接頭為鋼筋混凝土接頭，與井壁、管片的接縫由多道遇水膨脹止水條進(jìn)行密封。端頭井采用旋噴樁+攪拌樁加固，必要時(shí)采取地面注漿補(bǔ)充處理［2］。

3.5.2 盾構(gòu)吊裝施工安全管控措施

結(jié)合該工程盾構(gòu)機(jī)重量大、長度大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，施工單位采取以下安全管控措施：（1）盾構(gòu)機(jī)吊裝前先進(jìn)行試吊，試吊高度0.6～1.0m，待試吊2次且正常無誤后方可吊裝入基坑。（2）盾構(gòu)機(jī)吊裝現(xiàn)場由專人指揮，禁止違章違規(guī)操作。（3）大型設(shè)備設(shè)施分段翻身起吊前，需經(jīng)試吊檢查吊點(diǎn)受力和焊縫質(zhì)量無誤后方可起吊。（4）吊裝前要清理吊裝物上未固定物品，以防止吊運(yùn)過程中墜落造成物體打擊。（5）吊裝鋼絲繩受力經(jīng)驗(yàn)算并預(yù)留足夠保險(xiǎn)系數(shù)，鋼絲繩使用前檢查有無斷絲斷股等問題，以確保鋼絲繩吊裝性能符合吊裝安全要求。（6）吊裝時(shí)緩慢起吊和下放，避免空中長時(shí)間停留。

3.5.3 盾構(gòu)推進(jìn)安全管控措施

盾構(gòu)施工中，針對(duì)該工程過湖隧道巖土水文情況較為復(fù)雜、施工安全風(fēng)險(xiǎn)較高的問題，施工單位加強(qiáng)了以下施工過程安全管控：（1）盾構(gòu)施工現(xiàn)場設(shè)置專職安全員全過程跟蹤、管理盾構(gòu)施工，詳細(xì)記錄安全監(jiān)控記錄，協(xié)調(diào)現(xiàn)場安全管理和技術(shù)管理，當(dāng)現(xiàn)場施工與安全管理沖突時(shí)，優(yōu)先服從安全管理。（2）加強(qiáng)技術(shù)交底和安全教育培訓(xùn)，提高現(xiàn)場施工人員安全意識(shí)和安全施工能力。要確保現(xiàn)場施工人員嚴(yán)格按行車、盾構(gòu)機(jī)操作規(guī)程操作，以規(guī)避違章施工安全風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)司機(jī)在操作中要嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，防止超挖。（3）在更換刀片常壓換刀焊接時(shí)，要提前編制切實(shí)可行的專項(xiàng)方案，經(jīng)過專家論證后嚴(yán)格按方案實(shí)施。盾構(gòu)機(jī)采用復(fù)合刀盤，并根據(jù)區(qū)段長度和地質(zhì)情況初步確定換刀次數(shù)，長距離掘進(jìn)中間隔300～500m常壓開倉檢查刀盤、刀具，并對(duì)磨損嚴(yán)重的刀具進(jìn)行更換。同時(shí)，優(yōu)化換刀地點(diǎn)，盡量選擇地層相對(duì)穩(wěn)定的地段進(jìn)行換刀。該工程計(jì)劃在始發(fā)段100m處風(fēng)化礫巖掘進(jìn)完成進(jìn)入淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層前開倉換刀，在粉質(zhì)黏土層中正常掘進(jìn)至進(jìn)入航道正下方前換刀；接收段由粉質(zhì)黏土層進(jìn)入風(fēng)化礫巖層前開倉檢查，要確保刀盤、刀具狀態(tài)良好，以防止因刀具磨損嚴(yán)重影響盾構(gòu)姿態(tài)控制，從而保證換刀安全。（4）焊接施工時(shí)，氧氣、乙炔等易燃易爆物品要定點(diǎn)放置，由專業(yè)人員持證上崗焊接施工。現(xiàn)場建立三級(jí)防火領(lǐng)導(dǎo)小組和消防網(wǎng)絡(luò)體系，并配齊消防設(shè)施和消防人員，隧道內(nèi)間隔50m配置滅火器，以防范消防安全風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)大。（5）加強(qiáng)過湖段盾構(gòu)地層檢測(cè)和控制，嚴(yán)格控制出土量并加大注漿量。穿越淤泥質(zhì)段時(shí)，采用早強(qiáng)水泥漿注漿加固隧道底部100°范圍內(nèi)地層，以確保隧道穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

工程中，通過全面識(shí)別、梳理過湖隧道盾構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)，提前制定系統(tǒng)性安全管控措施，從而有效預(yù)防和控制施工安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，保障了該工程基坑和盾構(gòu)施工安全。直至隧道盾構(gòu)施工完成和基坑回填，該工程現(xiàn)場施工過程中未發(fā)生人身傷害、物體打擊、氣體中毒或消防火災(zāi)等施工安全事故，表明該工程施工安全管理措施效果良好，達(dá)到了預(yù)期安全管理目標(biāo)。

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