孔凡強

摘要： 我國城市化進程越來越快，城市交通成了制約城市發(fā)展的重要問題，很多大中型城市都選擇了軌道交通的手段，來有效解決城市交通擁堵的問題。軌道交通地下部分根據(jù)其特點，絕大多數(shù)選擇盾構(gòu)法修建隧道來實現(xiàn)，目前我國擁有盾構(gòu)機的數(shù)量可謂是首屈一指，相伴而來的盾構(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，為以后類似項目的安全控制提供經(jīng)驗參照。

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

Key words： shield；safety；control；essential

中圖分類號：U455.43 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）22-0131-04

1 概述

根據(jù)GB/T《生產(chǎn)過程危險和危害因素分類與代碼》盾構(gòu)施工主要危險、危害因素有：設(shè)備、設(shè)施缺陷；防護缺陷；運動物危害；作業(yè)環(huán)境不良；信號缺失；標(biāo)志缺陷；易燃易爆性物質(zhì)；負荷超限；辨識能力缺陷；指揮錯誤；操作錯誤等。根據(jù)GB6441《企業(yè)職工傷亡事故分類標(biāo)準(zhǔn)》盾構(gòu)施工主要安全事故有：坍塌、透水、起重傷害、車輛傷害、物體打擊、瓦斯爆炸、火災(zāi)、其他等。

1.1 依托項目情況

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

1.2 盾構(gòu)法施工基本原理

盾構(gòu)機主要有五部分組成：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、泥土倉、螺旋出土器、皮帶傳送機、泥土運輸電瓶車等部分組成。

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

在設(shè)置鉸接裝置的盾構(gòu)中，鉸接密封是否可靠，關(guān)系到砂水是否涌進盾構(gòu)機內(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)計必須適應(yīng)盾構(gòu)機在曲線隧道掘進要求。

盾尾密封是否可靠，亦關(guān)系到砂水是否涌進盾構(gòu)機內(nèi)，同時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)機內(nèi)。多道密封形式設(shè)計應(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

2.1 地質(zhì)補勘與風(fēng)險源調(diào)查

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

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“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（掘進效率）；③經(jīng)濟性（設(shè)備經(jīng)濟）?？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%的碴土改良相對簡單）。

②單軸抗壓強度（對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，若選擇土壓平衡盾構(gòu)，應(yīng)對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時可選擇土壓平衡盾構(gòu)，當(dāng)滲透系數(shù)大于10-4m/s時應(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)定及國家相關(guān)規(guī)范要求，與盾構(gòu)法施工專項方案編制主要如下：吊裝安全專項施工方案、始發(fā)與接收安全專項施工方案、端頭加固專項方案、盾構(gòu)穿越風(fēng)險源安全專項施工方案、降水專項方案、運輸專項安全方案、管片生產(chǎn)專項方案、始發(fā)條件驗收、接收條件驗收。

依據(jù)《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》（建質(zhì)【2009】87號文），安全專項方案應(yīng)包括以下內(nèi)容：①工程概況：危險性較大的分部分項工程概況、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（國標(biāo)圖集）、施工組織設(shè)計等。③施工計劃：施工進度計劃、材料與設(shè)備計劃。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)測監(jiān)控等。⑥勞動力計劃：專職安全生產(chǎn)管理人員、特種作業(yè)人員等。計算書及相關(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，也就印證了整個盾構(gòu)施工階段，始發(fā)與接收最為危險。事故發(fā)生后，影響面較大，對企業(yè)造成了不良的經(jīng)濟及社會影響，故需采取針對性的防范措施。

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。

對注漿類端頭加固土體驗收檢驗通過后方可鑿除洞門，用風(fēng)鉆鉆9個“米”字型觀測孔，孔徑100mm，鉆孔深度3m，取芯檢驗盾構(gòu)出洞正前方土體加固情況（設(shè)計圖紙給定參數(shù)）：加固后的土體具有良好的均勻性和自立穩(wěn)定性；加固土體無側(cè)限抗壓強度達到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)計圖紙給定）：凍結(jié)壁厚度為2m，凍土平均溫度取-10℃，凍土強度指標(biāo)取抗壓強度3.5MPa，抗拉強度2.1MPa，抗剪強度1.8MPa。

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

通過對盾構(gòu)始發(fā)施工進行總結(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。

①盾構(gòu)機密封刷處應(yīng)涂滿密封油脂。

②盾構(gòu)機始發(fā)時應(yīng)緩慢推進。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，同時注意各部分油脂的有效使用。掘進總推力控制在反力架承受能力以下（700t），同時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，避免刀盤上刀頭損害洞門密封裝置。始發(fā)前在始發(fā)架上涂抹油，減少盾構(gòu)機推進阻力。

④始發(fā)架導(dǎo)軌必須順直，嚴格控制標(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)機安裝后對盾構(gòu)機的姿態(tài)復(fù)測，復(fù)測無誤后才開始掘進。

⑤盾構(gòu)剛進洞時，掘進速度宜緩慢，同時加強后盾支撐觀測，盡量完善后盾鋼支撐。

⑥在始發(fā)階段，由于盾構(gòu)機推力小、地層較軟，調(diào)整盾構(gòu)機姿態(tài)，使用下側(cè)的千斤頂加朝上的力的同時一邊向前推進，防止盾構(gòu)機磕頭。

⑦始發(fā)初始掘進時，盾構(gòu)機位于始發(fā)架上，在始發(fā)架及盾構(gòu)機上焊接相對的防扭轉(zhuǎn)裝置，為盾構(gòu)機初始掘進提供反扭矩。

⑧盾構(gòu)機始發(fā)在反力架和洞內(nèi)正式管片之間安裝負環(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程中管片不會浮動變位。

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

⑩采用鋼護筒接收時，在端蓋開啟前，一定要進行壓力檢查并確保有效泄壓，并松動推進油缸。

2.5 盾構(gòu)穿越風(fēng)險源

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)通過踏勘、詢問、檔案資料、物探等手段進行聯(lián)合調(diào)查。

②采取規(guī)避措施：對有條件的地段，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提前進行處理：應(yīng)對障礙物，根據(jù)設(shè)計要求提前進行隔離、加固、破除等預(yù)處理。

④實時加強監(jiān)測：應(yīng)對掘進參數(shù)、地表沉降、地下水位等實時加大監(jiān)測頻率。

⑤及時跟蹤注漿：應(yīng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時進行跟蹤注漿，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)，無法通過盾構(gòu)刀具的切割將其破壞。預(yù)應(yīng)力鋼絞線強度高達1860MPa，是普通鋼筋強度的6～9倍，即便通過加固處理成剛性結(jié)構(gòu)，也很難通過盾構(gòu)刀具的切割將其破壞。

2.5.3 盾構(gòu)下穿鐵路時，提前加固

盾構(gòu)下穿鐵路時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計方案對既有鐵路進行加固按專項方案預(yù)定的參數(shù)穩(wěn)步掘進，并到相關(guān)部門辦理手續(xù)，確保合法安全通過。

2.6 正常掘進階段穿越不良地質(zhì)控制要點

2.6.1 穿越不良地質(zhì)需遵循以下原則：

①合理進行補勘：應(yīng)通過對設(shè)計文件的分析、補勘等手段進行聯(lián)合調(diào)查。

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

③嚴控輔材質(zhì)量：不良地質(zhì)段，往往對盾構(gòu)機傷害加大，應(yīng)嚴格管控輔助材料的質(zhì)量。

④實時加強監(jiān)測：應(yīng)對掘進參數(shù)、地表沉降、地下水位等實時加大監(jiān)測頻率。

⑤及時跟蹤注漿：應(yīng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時進行跟蹤注漿，確保施工安全。

2.6.2 掘進過程中防尾刷損壞措施：

①逐環(huán)檢查好管片的外弧面，不光滑的堅決不用；

②推進油缸的行程差不宜大于30mm，嚴控盾尾間隙；

③嚴控盾尾油脂的質(zhì)量，每桶新開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嚴控同步注漿壓力，勤清注漿管，在確保注漿量的同時，壓力不宜大于2.5bar（約為盾尾密封設(shè)計壓力的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，將油脂裝入內(nèi)徑為5cm、深度為10cm的專用試驗儀器內(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，說明書中是20bar，如發(fā)現(xiàn)壓力異常應(yīng)立即停機分析原因。

3 組織模式對施工安全的影響

根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，目前市場上盾構(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，將對盾構(gòu)法施工安全也存在一定的影響，主要體現(xiàn)在勞動紀(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

總之，安全管理是需要全員參與，全過程控制。采用持續(xù)改進的科學(xué)方法，經(jīng)常開展QC活動。安全管理要有計劃，定目標(biāo)（目標(biāo)要有科學(xué)性，也就是策劃），采取何種方法來實現(xiàn)目標(biāo)（方法論的問題），人員選擇與資源配置（以人的素質(zhì)為本，識才，用人，要用其所長，避其所短），適時進行調(diào)整和糾偏（動態(tài)控制）。及時總結(jié)（為以后決策提供依據(jù)）。

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