王勇

(方大集團股份有限公司，廣東 深圳 518000)

在隧道、地鐵建設蓬勃發(fā)展的今天，盾構法以施工速度快、工程質(zhì)量高以及施工安全等優(yōu)點成為其主要施工方法之一。在盾構隧道工程中，由于刀盤、刀具磨損嚴重等問題，通常需組織人員進倉作業(yè)。進倉作業(yè)(包括帶壓作業(yè))在生產(chǎn)實踐中已積累不少經(jīng)驗，前人針對各種不同地質(zhì)條件、不同設備狀況如何實現(xiàn)快速作業(yè)方面已作了較深的研究，但這些研究基本是從工程技術角度進行分析研究的，對作業(yè)中存在的嚴重影響作業(yè)進度的重大安全問題涉及較少或者分析不全面。隨著政府對安全生產(chǎn)問題的重視以及人們對作業(yè)安全要求的日益提高，進倉作業(yè)作為盾構隧道施工中危險性很高的一項作業(yè)，對其存在的危險有害因素進行具體全面的分析研究具有十分重大意義。本文以廣深港客專獅子洋隧道SDⅢ標工程為依托，引入模糊綜合評價法對進倉作業(yè)的危險性進行分析與評價。

1 工程概況

獅子洋隧道位于廣深港鐵路客運專線東涌站——虎門站區(qū)間，全長10.8 km。該隧道是目前世界上速度目標值最高的水下隧道。SDⅢ標段位于獅子洋隧道的東莞側，該工程盾構段左線長4 450 m，右線長4 750 m，采用 2臺直徑11.18 m的氣墊式泥水盾構掘進。

盾構段隧道洞身經(jīng)過淤泥層、淤泥質(zhì)土層、沖積形成的粘性土層及砂層、巖石弱風化層等復雜地層;局部地段存在軟硬不均工作面，巖石強度變化較大。復雜的地質(zhì)條件加上大直徑、長距離掘進對刀盤和刀具磨損異常嚴重。

2 進倉作業(yè)危險性分析

進倉作業(yè)的危險、有害因素基本可歸結為人與物質(zhì)或物體(包括人暴露于有害作業(yè)環(huán)境中)接觸造成的，這些因素通常是引發(fā)事故的直接原因。根據(jù)《企業(yè)職工傷亡事故分類》(GB 6441—1986)和《生產(chǎn)過程危險和有害因素分類與代碼》(GB/T 13861—1992)列出作業(yè)過程中可能發(fā)生的各類事故，分析導致事故的危險、有害因素，最后結合工程特點詳細分析造成高處墜落傷亡事故的原因及帶壓進倉的危險性。

2.1 機械傷害

機械傷害是進倉作業(yè)過程中比較常見的一類事故，容易在換刀作業(yè)和刀盤維修過程中發(fā)生，包括砸傷、割傷、刺傷及人體與工具、加工件等物體不正常接觸所造成的其他傷害。導致此類事故主要原因有:一是搬運刀具過程中，刀體滑落、刀體與吊耳連接不牢固等導致砸傷、壓傷;二是更換刀具時，刀具松動掉落或安裝位置選擇不當引起的砸傷、碰傷等;三是在刀盤維修過程中，各種加工件(耐磨板、攪拌臂面板等)導致的割傷、劃傷等傷害。

2.2 觸電

觸電通常是發(fā)生于作業(yè)人員對倉內(nèi)焊接等作業(yè)用電使用不當，作業(yè)過程中缺乏必要的防護及漏電的情況下。

2.3 燙傷、灼傷

這類傷害包括火焰的燒傷、灼傷，高溫物體燙傷等。在更換刀具過程中，部分滾刀因刀架嚴重變形難以取出，通常要用氧炔焰割才能取出。在氣割或焊接的過程中，作業(yè)人員作業(yè)方法不當、自我防護意識不夠等都容易引發(fā)燙傷、灼傷。

2.4 高溫、高濕等不良作業(yè)環(huán)境引起的傷害

泥水盾構掘進時通過泥水倉里加壓的泥漿來平衡掌子面的土壓和水壓，開倉后倉內(nèi)的濕度、溫度都要明顯高于倉外，對換刀這樣高強度的作業(yè)非常不利，嚴重影響了作業(yè)人員連續(xù)作業(yè)時間和作業(yè)效率。此外，長時間處于這種環(huán)境下對作業(yè)人員身體也有一定程度的危害。這主要受地層、隧道埋深和通風情況的影響。

2.5 中毒和窒息

對于泥水倉和氣墊倉這樣相對密閉的空間來說，由于缺氧和有毒有害物質(zhì)的存在，易造成作業(yè)人員中毒、窒息。倉里的有毒有害物質(zhì)包括有毒有害氣體、腐蝕性物質(zhì)等，這里主要是前者，指CH4、CO2、CO、H2S、SO2等超標的情況或存在不明氣體。在倉內(nèi)通風不暢以及氣體檢測工作不到位等情況下，作業(yè)人員貿(mào)然進倉作業(yè)易造成此類事故。

2.6 帶壓進倉作業(yè)的危險性

2.6.1 盾構帶壓進倉技術介紹

帶壓進倉技術常用于盾構在特殊環(huán)境下的換刀作業(yè)與緊急情況下的維修作業(yè)，其基本原理是盾構在氣墊模式下，借助壓縮空氣的壓力來平衡一定的地下水壓和土壓，以控制掌子面地下水的滲入量，維持掌子面的穩(wěn)定，為作業(yè)人員安全進入泥水倉作業(yè)提供條件［1］。這里的特殊環(huán)境主要是指常壓下不能實現(xiàn)長時間自穩(wěn)、坍塌可能性較大的地層，如全斷面的淤泥質(zhì)土層、粘性土層、軟硬不均地層等，以及掌子面裂隙發(fā)育、常壓下倉里液位不容易控制的情況。

該項目盾構機配備的是并列式雙室人倉，由應急倉(也稱準備倉)和主倉組成，兩倉橫向連接，之間由壓力門隔開，主倉通過壓力門與氣墊倉相連。

帶壓進倉技術的主要作業(yè)程序:前期準備、檢查工作→人員進入主倉→主倉升壓→進入泥水倉作業(yè)→人員撤出泥水倉→主倉降壓→后期處理工作。

2.6.2 帶壓作業(yè)的危險性

帶壓進倉作業(yè)時，人員處于高壓、高溫、高濕的特殊環(huán)境下作業(yè)，在這種環(huán)境下，對作業(yè)人員的身體素質(zhì)有了更高的要求，同時，對人倉管理員操作的準確性以及SAMSON保壓系統(tǒng)的可靠性、靈敏度要求更嚴格。在這種條件下，可能對作業(yè)人員造成的傷害有:(1)主倉升壓速度過快，造成人員身體不適;(2)作業(yè)過程中，由于倉里照明不足，作業(yè)人員體力不支、高壓下注意力不集中等引起碰傷、流血;(3)作業(yè)期間，倉內(nèi)出現(xiàn)缺氧或有毒有害氣體，引發(fā)身體不適;(4)作業(yè)過程中，由于突發(fā)性停電或者保壓系統(tǒng)故障導致倉內(nèi)壓力泄漏，造成的一系列事故;(5)主倉減壓期間未嚴格執(zhí)行減壓方案，從壓力狀態(tài)到常壓狀態(tài)轉變周期過短，而造成的壓縮空氣病(也稱減壓病、沉箱病)。減壓病是由于壓力降低太快，體內(nèi)氣體無法隨血液循環(huán)排出體外造成氣泡充塞于人體組織內(nèi)形成氣體栓塞而引發(fā)的身體不適應或急性障礙，其癥狀表現(xiàn)為:輕者皮膚發(fā)癢、紅疹、關節(jié)肌肉疼痛，重者言語障礙、視覺模糊、四肢麻木、胸悶胸痛、失明、休克甚至死亡［1］。

2.7 高處墜落

在該項目中，盾構機氣墊倉與泥水倉相連的方形壓力門距泥水倉底部 8 m左右，換刀及維修刀盤等作業(yè)一般處于方形門這一水平區(qū)域附近，因此，進倉作業(yè)屬于特殊環(huán)境下的高空作業(yè)。高空作業(yè)易發(fā)生墜落事故，這通常是進倉作業(yè)最為常見的事故，這里采用事故樹分析法(FTA)進行分析，如圖1所示。

圖1 進倉作業(yè)高處墜落事故樹

最小割集與最小徑集 最小割集是引起頂上事件發(fā)生所必須的最低限度基本事件的集合。每個最小割集都是頂上事件發(fā)生的一種可能，最小割集越多，系統(tǒng)越危險;從最小割集能比較直觀、概略地看出，哪些基本事件發(fā)生最危險，哪些是次要的，以及如何采取措施，降低頂事件發(fā)生的概率。某些基本事件不發(fā)生時，頂上事件就不發(fā)生，這些使頂上事件不發(fā)生的最低限度基本事件的集合就是最小徑集。求出最小徑集，就可以知道頂上事件不發(fā)生的各種可能方案，從而為控制事故提供依據(jù)，事故樹中最小徑集越多，系統(tǒng)越安全。

通過布爾代數(shù)運算可得出圖1事故樹中的最小徑集:

為防止事故不發(fā)生需從以上4種方案入手。由于各基本事件發(fā)生的可能性大小不一，這4個最小徑集的結構重要度也不同，結構重要度越大者，則應優(yōu)先考慮。生產(chǎn)實踐過程中，各基本事件概率相對大小一般是可以確定的。因為第一個集合一般是我們不易控制的，可不作考慮;第三個集合提到的安全防護問題，受作業(yè)條件限制，掛安全網(wǎng)、系安全帶等措施一般難以落實，這個方面只能靠提高作業(yè)人員自身安全意識來實現(xiàn);第四個集合里提到的作業(yè)問題目前來說是難以避免的，只能從其余兩方面來考慮，其中有關作業(yè)人員的身心問題常常容易被忽視。因此，重點控制的就是第三個集合反映的作業(yè)輔助設施的問題，確保倉內(nèi)照明，同時保證爬梯、作業(yè)平臺等符合作業(yè)要求即可。

除上述危險外，還可能有地層不穩(wěn)發(fā)生坍塌引起傷亡的危險，以及長期從事這類作業(yè)造成“進倉作業(yè)職業(yè)病”等一些慢性危害。

3 進倉作業(yè)危險性評價

為有效地減小作業(yè)過程中的事故與職業(yè)危害，系統(tǒng)地進行安全管理，需選擇合適的評價方法對作業(yè)系統(tǒng)的危險性進行評價。在生產(chǎn)實踐中比較常用的安全評價方法有安全檢查表法、作業(yè)條件危險性評價、事故樹分析法等，這些方法基本都偏向于定性分析，定量成分比較少，但在實際操作中，通常需知道評價對象的量化結果。作者認為模糊綜合評價法能比較好地解決這一矛盾，作為一種簡單易行的系統(tǒng)評價方法，在實踐中其可操作性強，易于現(xiàn)場安全技術人員掌握。

3.1 模糊綜合評價方法和步驟

3.1.1 模糊綜合評價法

模糊綜合評價是通過構造等級模糊子集把反映被評事物的模糊指標進行量化(即確定隸屬度)，然后利用模糊變換原理對各指標綜合［2］。

3.1.2 評價步驟

1)建立評價指標集

本文評價對象涉及7個指標，設U=(u1，u2，…，u7)，相應的權重集E=(e1，e2，…，e7)，其中這里不對一級以下指標作計算分析。

2)確定評語等級

設有n個評語等級，則評語集 V=(v1，v2，…，vn)。每個評語等級可對應一個模糊子集。

3)建立模糊關系矩陣

在構造等級模糊子集后，可確定評價對象從單個指標層面對等級模糊子集的隸屬度(R| ui)［3］，進而得到模糊關系矩陣 R:

4)合成模糊綜合評價結果向量

利用算法將E與評價對象的R進行合成，得到各評價對象的模糊綜合評價結果向量A。即

式(2)中ai表示評價對象從整體上看對vi評語等級的隸屬程度。

5)對模糊綜合評價結果向量進行分析

常用的分析方法有最大隸屬度法和加權平均法，由于前者在有些情況下?lián)p失信息較多，甚至得出不合理結果［4］，因此，這里選用加權平均法計算出結果向量，與評語集合成后可得到評價值。

3.2 進倉作業(yè)模糊綜合評價

以前面分析的危險性因素作為評價指標對進倉作業(yè)進行綜合評價。步驟如下:

3.2.1 指標權重與隸屬矩陣的確定

為使評價結果與生產(chǎn)實際相符，通過調(diào)查問卷、談話等方式，同時結合安質(zhì)部相關事故統(tǒng)計資料收集數(shù)據(jù)。將評價設計成問卷，采用分層抽樣法，隨機分發(fā)給被調(diào)查人，被調(diào)查對象包括生產(chǎn)經(jīng)理、分管領導、值班技術人員、作業(yè)人員等，實際發(fā)出問卷53份，回收52份，有效問卷50份，有效率94.3%。問卷主要從各危險性因素對作業(yè)中事故發(fā)生的影響程度及各指標可能導致事故的嚴重度兩方面設計的。

1)確定評價指標集與權重集

作業(yè)危險性評價指標集U=(機械傷害，觸電，燙傷、灼傷，高溫等不良作業(yè)環(huán)境，中毒、窒息，帶壓作業(yè)，高處墜落)。

指標權重由各指標危險性大小來確定，主要考慮發(fā)生概率和造成事故的嚴重程度兩個方面。計算得到權重集 E =(0.17，0.10，0.07，0.14，0.12，0.18，0.22)。

2)評語等級確定

評語等級根據(jù)作業(yè)中發(fā)生事故的可能性、人員作業(yè)時間長短及事故后果的嚴重性等綜合確定，評語集V=(災難性的，高度危險的，危險的，一般危險的，稍有危險的)。在對評語等級進行量化時，考慮到所統(tǒng)計的事故的嚴重程度分布特點，同時為便于計算，依次賦值為 V＇=(100，80，50，30，10)。所設計的綜合評價定量分級標準如表1所示。

表1 危險性等級劃分標準

3)評價指標隸屬矩陣的確定

通過對收集數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，得到各評價指標對評語等級的隸屬矩陣R。

3.2.2 進倉作業(yè)模糊評價結果向量

1)綜合評價向量

由式(2)可得到模糊綜合評價結果向量A，即進倉作業(yè)的整體危險性對評語集V的隸屬向量。

2)模糊綜合評價結果向量分析

設進倉作業(yè)整體性得分為T，則由賦值評語集V＇，根據(jù)T=A×(V＇)T可得到:

從上述計算結果可知，對照表1的等級劃分標準得到進倉作業(yè)整體危險性評價結果為“危險的”，屬于Ⅲ級。

4 預防措施

能量轉移理論能較好地解釋上述事故，該理論認為傷害是由外界施加了超過人體局部或全身性傷閥限的能量或者環(huán)境影響了人體局部或全身性能量交換引起的［5］?；谶@一理論，為降低作業(yè)危險性應盡量保持能量的正常流通、交換，同時在人與環(huán)境之間對作業(yè)人員采取一定的保護措施，主要有三項預防措施:

4.1 改善作業(yè)環(huán)境:主要包括加強作業(yè)時倉內(nèi)通風和保證倉內(nèi)充足照明。良好的通風除可以保證作業(yè)時所需的空氣需求外，更重要的是能有效降低倉內(nèi)濕度、溫度，降低中毒的危險性，為作業(yè)提供較好的作業(yè)環(huán)境;充足的照明是作業(yè)所必需的，能有效減少傷害發(fā)生的可能性。

4.2 加強作業(yè)現(xiàn)場安全管理:包括:①各部門值班人員密切配合，嚴格按技術交底落實開倉前的各項準備工作，其中，檢查作業(yè)人員是否有任何不適的情況是非常重要的一項;②開倉后必須嚴格按相關程序進行各項檢查工作，如掌子面穩(wěn)定性、滲水情況、倉內(nèi)有毒有害氣體情況等;③作業(yè)過程中，合理安排各項作業(yè)，盡量避免交叉作業(yè);④整個作業(yè)過程中，必須有安全人員在倉內(nèi)值班。

4.3 加強對相關人員的安全培訓:包括對作業(yè)人員和現(xiàn)場值班技術人員的培訓，使其具備必要的安全技能和應急處理能力。

5 結論

進倉作業(yè)作為盾構法施工中極其重要的環(huán)節(jié)，保證其順利進行對工程本身、對企業(yè)、對社會都有十分重要的意義，但由于其作業(yè)的特殊性和危險性，事故屢有發(fā)生。本文通過對其危險性進行研究得出以下結論:1)對作業(yè)危險因素進行全面分析，明確了事故預防控制重點，對保證作業(yè)安全順利完成有一定的指導性;2)通過對作業(yè)系統(tǒng)的量化定級評價得出確切的分級評價結果，對生產(chǎn)企業(yè)加強安全管理，保障作業(yè)人員人身安全、減少企業(yè)財產(chǎn)損失有重要意義;3)在分析評價基礎上提出的預防性建議，對盾構施工中頻繁開倉作業(yè)的工程具有一定的參考意義。

目前在施工安全領域有關評價問題多采用定性或半定量評價方法進行評價，具有一定的局限性，為進一步提高生產(chǎn)企業(yè)安全管理、減少生產(chǎn)安全事故，選用合適的方法進行量化定級評價是很必要的。本文采用模糊綜合評價法進行評價，得到了較合理的結論，但由于這種分級還沒有較規(guī)范統(tǒng)一的標準，在實際操作中有一定的主觀性，這有待在今后的工作實踐中進一步完善。

模糊綜合評價法在進倉作業(yè)中的應用效果較好，求解簡便，在生產(chǎn)安全的其他方面也有較好的應用前景和價值。

［1］ 陳饋，洪開榮，吳學松.盾構施工技術［M］.北京:人民交通出版社，2009.106－109.

［2］ 王新洲.模糊空間信息處理［M］.武漢:武漢大學出版社，2003.130－131.

［3］ 孫維豐，陳立文，劉廣平，等.地下工程施工風險分析應用研究［J］.河北工業(yè)大學學報，2008(6):79－83.

［4］ 汪清梅.公路工程施工項目風險評價方法的分析與運用［J］.企業(yè)技術開發(fā)，2008(8):96－98.

［5］ 隋鵬程，陳寶智.安全原理［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2005.35－40.