淺談盾構(gòu)法施工安全控制要點(diǎn)

孔凡強(qiáng)

摘要： 我國(guó)城市化進(jìn)程越來(lái)越快，城市交通成了制約城市發(fā)展的重要問(wèn)題，很多大中型城市都選擇了軌道交通的手段，來(lái)有效解決城市交通擁堵的問(wèn)題。軌道交通地下部分根據(jù)其特點(diǎn)，絕大多數(shù)選擇盾構(gòu)法修建隧道來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前我國(guó)擁有盾構(gòu)機(jī)的數(shù)量可謂是首屈一指，相伴而來(lái)的盾構(gòu)法施工安全事故總量也全面上升，本文全面梳理盾構(gòu)施工階段的安全控制要點(diǎn)，為以后類(lèi)似項(xiàng)目的安全控制提供經(jīng)驗(yàn)參照。

Abstract： China's urbanization process is becoming faster and faster， urban traffic has become an important problem restricting urban development， many large and medium-sized cities have chosen the means of rail transportation to effectively solve the problem of urban traffic congestion. According to characteristics of underground rail traffic， the vast majority choose shield to achieve tunnel construction. At present in China， the quantity of the shield is the premier， accompanied by the increasing total shield construction safety accident. This paper fully summarizes the safety control points in the shield construction stage， so as to provide experience reference for similar projects.

關(guān)鍵詞： 盾構(gòu)法；安全；控制；要點(diǎn)

Key words： shield；safety；control；essential

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）22-0131-04

1 概述

根據(jù)GB/T《生產(chǎn)過(guò)程危險(xiǎn)和危害因素分類(lèi)與代碼》盾構(gòu)施工主要危險(xiǎn)、危害因素有：設(shè)備、設(shè)施缺陷；防護(hù)缺陷；運(yùn)動(dòng)物危害；作業(yè)環(huán)境不良；信號(hào)缺失；標(biāo)志缺陷；易燃易爆性物質(zhì)；負(fù)荷超限；辨識(shí)能力缺陷；指揮錯(cuò)誤；操作錯(cuò)誤等。根據(jù)GB6441《企業(yè)職工傷亡事故分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》盾構(gòu)施工主要安全事故有：坍塌、透水、起重傷害、車(chē)輛傷害、物體打擊、瓦斯爆炸、火災(zāi)、其他等。

1.1 依托項(xiàng)目情況

本文主要依托鄭州地鐵一號(hào)線碧沙崗站～鄭州大學(xué)站盾構(gòu)區(qū)間，鄭州地鐵二號(hào)線紫金山站～農(nóng)業(yè)路站盾構(gòu)區(qū)間；北京地鐵七號(hào)線廣渠門(mén)內(nèi)站～廣渠門(mén)外站盾構(gòu)區(qū)間；石家莊地鐵一號(hào)線火車(chē)東站～東杜莊站盾構(gòu)區(qū)間；沈陽(yáng)地鐵十號(hào)線柳條湖站～北大營(yíng)街站盾構(gòu)區(qū)間；成都地鐵三號(hào)線駟馬橋站～駟馬橋北站盾構(gòu)區(qū)間等不同城市的施工情況，來(lái)研究與盾構(gòu)法施工相關(guān)的安全控制要點(diǎn)。

1.2 盾構(gòu)法施工基本原理

盾構(gòu)機(jī)主要有五部分組成：殼體、排土系統(tǒng)、推土系統(tǒng)、襯砌拼裝系統(tǒng)和輔助注漿系統(tǒng)。 盾構(gòu)機(jī)的殼體由切口環(huán)、支撐環(huán)和盾尾三部分組成，并與外殼鋼板連成一體； 排土系統(tǒng)主要是由切削土體的刀盤(pán)、泥土倉(cāng)、螺旋出土器、皮帶傳送機(jī)、泥土運(yùn)輸電瓶車(chē)等部分組成。

主軸承密封失效，主軸承就會(huì)先損壞。合適的多道耐磨密封形式、功能完善可靠的潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)是降低主軸承密封風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。

在設(shè)置鉸接裝置的盾構(gòu)中，鉸接密封是否可靠，關(guān)系到砂水是否涌進(jìn)盾構(gòu)機(jī)內(nèi)，在高水壓軟弱地層顯得特別重要。鉸接裝置及其密封設(shè)計(jì)必須適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)在曲線隧道掘進(jìn)要求。

盾尾密封是否可靠，亦關(guān)系到砂水是否涌進(jìn)盾構(gòu)機(jī)內(nèi)，同時(shí)亦確保盾尾同步注漿及管片環(huán)二次注漿質(zhì)量及漿液是否涌入盾構(gòu)機(jī)內(nèi)。多道密封形式設(shè)計(jì)應(yīng)合理，密封刷應(yīng)耐磨工作可靠，使其有助于更換密封刷。

2 各階段安全控制要點(diǎn)

2.1 地質(zhì)補(bǔ)勘與風(fēng)險(xiǎn)源調(diào)查

采用四種調(diào)查方案相結(jié)合的方式進(jìn)行調(diào)查：現(xiàn)有圖紙調(diào)查、實(shí)地地面調(diào)查、物理探測(cè)調(diào)查及人工探槽調(diào)查。配備防爆手電，主要用于進(jìn)入檢查井內(nèi)調(diào)查時(shí)，防止存在易爆氣體；配備安全帶，進(jìn)入較深的檢查井內(nèi)時(shí)，調(diào)查人需佩戴安全帶等防護(hù)用品，防止高空墜落、踩空等安全事故；有毒有害氣體檢測(cè)儀，打開(kāi)檢查井蓋或深入井內(nèi)調(diào)查時(shí)，需先進(jìn)行有毒有害氣體檢測(cè)，確認(rèn)安全后，方可進(jìn)行下一步工作。

2.2 盾構(gòu)選型

盾構(gòu)是根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地貌、地面建筑物及地下管線和構(gòu)筑物等特征來(lái)“量身定做”的特殊設(shè)備。盾構(gòu)選型是盾構(gòu)法隧道能否安全、快捷、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵工作之一。盾構(gòu)施工的成功率，主要取決于盾構(gòu)的選型 ，據(jù)統(tǒng)計(jì)盾構(gòu)施工事故多數(shù)原于盾構(gòu)選型失誤。

盾構(gòu)選型的基本原則如下： ①安全可靠（適應(yīng)性）；②技術(shù)先進(jìn)（掘進(jìn)效率）；③經(jīng)濟(jì)性（設(shè)備經(jīng)濟(jì)）?？偰繕?biāo)還是為了綜合效益，安全是保障、技術(shù)是關(guān)鍵、效益是目標(biāo)。

盾構(gòu)選型依據(jù)：盾構(gòu)選型應(yīng)以工程地質(zhì)、水文地質(zhì)為主要依據(jù)，綜合考慮周邊環(huán)境、隧道埋深、設(shè)計(jì)線形、工期、始發(fā)與接收井等。選型依據(jù)的重要工程與水文地質(zhì)參數(shù)如下：

①顆粒分析：290mm及以上為超粒徑，80mm以上為大粒徑，0.075mm以下為粉?；蛘沉＃ㄒ话惴哿；蛘沉：吭?0%～40%的碴土改良相對(duì)簡(jiǎn)單）。

②單軸抗壓強(qiáng)度（對(duì)巖石或超粒徑卵石應(yīng)考慮，40MPa以下為軟巖、150MPa 以上為特硬巖）。

③含水率：影響碴土改良的配合比。

④液塑限：影響泥餅的形成。

⑤標(biāo)慣系數(shù)N值：影響磨損和掌子面自穩(wěn)。

⑥粘聚力c值：影響泥餅和掌子面自穩(wěn)。

⑦內(nèi)摩擦角？準(zhǔn)值：影響磨損和掌子面自穩(wěn)。

⑧容重γ值：作為按重量控制出碴的依據(jù)。

⑨孔隙率：作為按體積控制出碴的依據(jù)，松散系數(shù)。

⑩孔隙水壓力：當(dāng)水壓力大于0.3MPa時(shí)，若選擇土壓平衡盾構(gòu)，應(yīng)對(duì)螺旋的噴涌有特殊要求。

{11}滲透系數(shù)：當(dāng)滲透系數(shù)小于10-7m/s時(shí)可選擇土壓平衡盾構(gòu)，當(dāng)滲透系數(shù)大于10-4m/s時(shí)應(yīng)選擇泥水盾構(gòu)。

2.3 盾構(gòu)吊裝

根據(jù)各城市地鐵業(yè)主規(guī)定及國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求，與盾構(gòu)法施工專(zhuān)項(xiàng)方案編制主要如下：吊裝安全專(zhuān)項(xiàng)施工方案、始發(fā)與接收安全專(zhuān)項(xiàng)施工方案、端頭加固專(zhuān)項(xiàng)方案、盾構(gòu)穿越風(fēng)險(xiǎn)源安全專(zhuān)項(xiàng)施工方案、降水專(zhuān)項(xiàng)方案、運(yùn)輸專(zhuān)項(xiàng)安全方案、管片生產(chǎn)專(zhuān)項(xiàng)方案、始發(fā)條件驗(yàn)收、接收條件驗(yàn)收。

依據(jù)《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》（建質(zhì)【2009】87號(hào)文），安全專(zhuān)項(xiàng)方案應(yīng)包括以下內(nèi)容：①工程概況：危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程概況、施工平面布置、施工要求和技術(shù)保證條件。②編制依據(jù)：相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)范性文件、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及圖紙（國(guó)標(biāo)圖集）、施工組織設(shè)計(jì)等。③施工計(jì)劃：施工進(jìn)度計(jì)劃、材料與設(shè)備計(jì)劃。④施工工藝技術(shù)：技術(shù)參數(shù)、工藝流程、施工方法、檢查驗(yàn)收等。⑤施工安全保證措施：組織保障、技術(shù)措施、應(yīng)急預(yù)案、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等。⑥勞動(dòng)力計(jì)劃：專(zhuān)職安全生產(chǎn)管理人員、特種作業(yè)人員等。計(jì)算書(shū)及相關(guān)圖紙。

2.4 盾構(gòu)始發(fā)與接收

據(jù)各種渠道了解，城市地鐵施工中，盾構(gòu)始發(fā)與接收階段事故率居高不下，反復(fù)發(fā)生，也就印證了整個(gè)盾構(gòu)施工階段，始發(fā)與接收最為危險(xiǎn)。事故發(fā)生后，影響面較大，對(duì)企業(yè)造成了不良的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)影響，故需采取針對(duì)性的防范措施。

端頭加固常用方法與效果檢查如下：

端頭加固的主要工法：降水法、注漿法、置換法、高壓旋噴法、深層攪拌法、凍結(jié)法、高壓旋噴+深層攪拌法。

對(duì)注漿類(lèi)端頭加固土體驗(yàn)收檢驗(yàn)通過(guò)后方可鑿除洞門(mén)，用風(fēng)鉆鉆9個(gè)“米”字型觀測(cè)孔，孔徑100mm，鉆孔深度3m，取芯檢驗(yàn)盾構(gòu)出洞正前方土體加固情況（設(shè)計(jì)圖紙給定參數(shù)）：加固后的土體具有良好的均勻性和自立穩(wěn)定性；加固土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.8MPa以上；滲透系數(shù)≤1.0×10-7cm/sce。

冷凍加固，凍結(jié)物理參數(shù)（設(shè)計(jì)圖紙給定）：凍結(jié)壁厚度為2m，凍土平均溫度取-10℃，凍土強(qiáng)度指標(biāo)取抗壓強(qiáng)度3.5MPa，抗拉強(qiáng)度2.1MPa，抗剪強(qiáng)度1.8MPa。

盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，根據(jù)盾構(gòu)的具體尺寸計(jì)算出轉(zhuǎn)刀盤(pán)及出土的里程，并標(biāo)注在盾體上。

通過(guò)對(duì)盾構(gòu)始發(fā)施工進(jìn)行總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)隧道小半徑曲線始發(fā)施工應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①盾構(gòu)機(jī)密封刷處應(yīng)涂滿密封油脂。

②盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)應(yīng)緩慢推進(jìn)。始發(fā)階段由于設(shè)備處于磨合階段，注意推力、扭距的控制，同時(shí)注意各部分油脂的有效使用。掘進(jìn)總推力控制在反力架承受能力以下（700t），同時(shí)確保在此推力下刀具切入地層所產(chǎn)生的扭矩小于始發(fā)架提供的扭矩。

③始發(fā)前在刀頭和密封裝置上涂抹油脂，避免刀盤(pán)上刀頭損害洞門(mén)密封裝置。始發(fā)前在始發(fā)架上涂抹油，減少盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)阻力。

④始發(fā)架導(dǎo)軌必須順直，嚴(yán)格控制標(biāo)高，間距及中心軸線，基準(zhǔn)環(huán)的端面與線路中線垂直。盾構(gòu)機(jī)安裝后對(duì)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)無(wú)誤后才開(kāi)始掘進(jìn)。

⑤盾構(gòu)剛進(jìn)洞時(shí)，掘進(jìn)速度宜緩慢，同時(shí)加強(qiáng)后盾支撐觀測(cè)，盡量完善后盾鋼支撐。

⑥在始發(fā)階段，由于盾構(gòu)機(jī)推力小、地層較軟，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，使用下側(cè)的千斤頂加朝上的力的同時(shí)一邊向前推進(jìn)，防止盾構(gòu)機(jī)磕頭。

⑦始發(fā)初始掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)位于始發(fā)架上，在始發(fā)架及盾構(gòu)機(jī)上焊接相對(duì)的防扭轉(zhuǎn)裝置，為盾構(gòu)機(jī)初始掘進(jìn)提供反扭矩。

⑧盾構(gòu)機(jī)始發(fā)在反力架和洞內(nèi)正式管片之間安裝負(fù)環(huán)管片，在外側(cè)采取鋼絲拉結(jié)和木楔加固措施，以保證在傳遞推力過(guò)程中管片不會(huì)浮動(dòng)變位。

⑨盾構(gòu)接收時(shí)，最后兩環(huán)用全站儀實(shí)時(shí)守候?qū)χ行牡都膺M(jìn)行測(cè)設(shè)，防止盾構(gòu)接收時(shí)“難產(chǎn)”而引發(fā)安全事故。

⑩采用鋼護(hù)筒接收時(shí)，在端蓋開(kāi)啟前，一定要進(jìn)行壓力檢查并確保有效泄壓，并松動(dòng)推進(jìn)油缸。

2.5 盾構(gòu)穿越風(fēng)險(xiǎn)源

2.5.1 穿越障礙物需遵循以下原則：

①事先深入調(diào)查：應(yīng)通過(guò)踏勘、詢(xún)問(wèn)、檔案資料、物探等手段進(jìn)行聯(lián)合調(diào)查。

②采取規(guī)避措施：對(duì)有條件的地段，首先考慮采取平、縱斷面的調(diào)整，最大限度的規(guī)避障礙物。

③提前進(jìn)行處理：應(yīng)對(duì)障礙物，根據(jù)設(shè)計(jì)要求提前進(jìn)行隔離、加固、破除等預(yù)處理。

④實(shí)時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)：應(yīng)對(duì)掘進(jìn)參數(shù)、地表沉降、地下水位等實(shí)時(shí)加大監(jiān)測(cè)頻率。

⑤及時(shí)跟蹤注漿：應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿，確保施工安全。

2.5.2 出土螺旋被錨索纏繞

預(yù)應(yīng)力錨索屬于柔性結(jié)構(gòu)，無(wú)法通過(guò)盾構(gòu)刀具的切割將其破壞。預(yù)應(yīng)力鋼絞線強(qiáng)度高達(dá)1860MPa，是普通鋼筋強(qiáng)度的6～9倍，即便通過(guò)加固處理成剛性結(jié)構(gòu)，也很難通過(guò)盾構(gòu)刀具的切割將其破壞。

2.5.3 盾構(gòu)下穿鐵路時(shí)，提前加固

盾構(gòu)下穿鐵路時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)方案對(duì)既有鐵路進(jìn)行加固按專(zhuān)項(xiàng)方案預(yù)定的參數(shù)穩(wěn)步掘進(jìn)，并到相關(guān)部門(mén)辦理手續(xù)，確保合法安全通過(guò)。

2.6 正常掘進(jìn)階段穿越不良地質(zhì)控制要點(diǎn)

2.6.1 穿越不良地質(zhì)需遵循以下原則：

①合理進(jìn)行補(bǔ)勘：應(yīng)通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)文件的分析、補(bǔ)勘等手段進(jìn)行聯(lián)合調(diào)查。

②嚴(yán)格渣土改良：應(yīng)高度重視不良地質(zhì)段的渣土改良工作，確保各項(xiàng)指標(biāo)符合盾構(gòu)施工原理。

③嚴(yán)控輔材質(zhì)量：不良地質(zhì)段，往往對(duì)盾構(gòu)機(jī)傷害加大，應(yīng)嚴(yán)格管控輔助材料的質(zhì)量。

④實(shí)時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)：應(yīng)對(duì)掘進(jìn)參數(shù)、地表沉降、地下水位等實(shí)時(shí)加大監(jiān)測(cè)頻率。

⑤及時(shí)跟蹤注漿：應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿，確保施工安全。

2.6.2 掘進(jìn)過(guò)程中防尾刷損壞措施：

①逐環(huán)檢查好管片的外弧面，不光滑的堅(jiān)決不用；

②推進(jìn)油缸的行程差不宜大于30mm，嚴(yán)控盾尾間隙；

③嚴(yán)控盾尾油脂的質(zhì)量，每桶新開(kāi)的油脂一定要觀察顏色，粘度等；

④每次拼管片前一定要清理好泥砂，并用高壓水沖洗，確保拼環(huán)處清潔；

⑤嚴(yán)控同步注漿壓力，勤清注漿管，在確保注漿量的同時(shí)，壓力不宜大于2.5bar（約為盾尾密封設(shè)計(jì)壓力的80%），防止同步注漿液損壞尾刷；

⑥穿越高水位地段管理盾尾油脂耐壓試驗(yàn)，將油脂裝入內(nèi)徑為5cm、深度為10cm的專(zhuān)用試驗(yàn)儀器內(nèi)用氧氣瓶提供擊穿氣壓，在穩(wěn)定壓力2MPa情況下，油脂被擊穿持續(xù)時(shí)間為5分25秒，在穩(wěn)定壓力1.6MPa情況下，油脂持續(xù)10分鐘未被擊穿，油脂高度降低1cm；

⑦盾尾油脂腔壓力應(yīng)均勻，說(shuō)明書(shū)中是20bar，如發(fā)現(xiàn)壓力異常應(yīng)立即停機(jī)分析原因。

3 組織模式對(duì)施工安全的影響

根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，目前市場(chǎng)上盾構(gòu)施工管理模式大體上可以歸納為以下四種：一是自有盾構(gòu)+自有勞務(wù)模式（項(xiàng)目直管）；二是自有盾構(gòu)+外包勞務(wù)模式（包工不包料）；三是外租盾構(gòu)+自有勞務(wù)模式（項(xiàng)目直管勞務(wù)模式）；四是外租盾構(gòu)+外包勞務(wù)模式（整體外包）。采用不同的組織模式，將對(duì)盾構(gòu)法施工安全也存在一定的影響，主要體現(xiàn)在勞動(dòng)紀(jì)律、作業(yè)層人員穩(wěn)定情況、執(zhí)行力及遵循施工程序等方面。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，安全管理是需要全員參與，全過(guò)程控制。采用持續(xù)改進(jìn)的科學(xué)方法，經(jīng)常開(kāi)展QC活動(dòng)。安全管理要有計(jì)劃，定目標(biāo)（目標(biāo)要有科學(xué)性，也就是策劃），采取何種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)（方法論的問(wèn)題），人員選擇與資源配置（以人的素質(zhì)為本，識(shí)才，用人，要用其所長(zhǎng)，避其所短），適時(shí)進(jìn)行調(diào)整和糾偏（動(dòng)態(tài)控制）。及時(shí)總結(jié)（為以后決策提供依據(jù)）。

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