广州轨道交通建设监理有限公司
摘要：随着我国经济的发展，有条件的城市都在考虑进行地铁建设，地铁是解决城市交通运行的有效途径。地铁隧道建设的方法有明挖法、矿山法、盾构施工法等，目前盾构法施工得到广泛应用。盾构法的主要设备是盾构机，盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国，近年来，我国发展很快。盾构法施工提高了效能，也具有一定的安全性，但是地质、环境、设备等因素复杂，盾构施工法同样存在很多事故隐患，甚至很严重，引起同行及国家的重视。在这里浅谈地铁盾构法施工过程的安全管理，抛砖引玉，希望对我国盾构施工安全管理有促进作用。
关键词：盾构机；安全管理；隐患；施工；有限空间；控制
一、盾构法施工及盾构机工作原理
盾构法施工是我国目前地铁建设的常用工法，盾构机开始由进口转为的国产，使我国大规模地铁建设成为可能。所谓盾构法施工是指地铁隧道施工的主要机械设备是盾构机。它是将盾构机在地层中推进，通过盾构外壳和管片支撑隧道围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置对土体进行切削开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
盾构机是一种带有护罩的专用设备。利用尾部已装好的管片衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。
盾构机既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。
其工作原理是：
（1）盾构机的掘进：液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。
（2）掘进中控制排土量与排土速度：当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流入泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。
（3）管片拼装：盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。
二、盾构法施工的优缺点
1、优点：用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。对于过江、过海长隧道的施工具有明显的优势。
2、缺点：盾构法施工对断面多变区段适应能力差，对地质的认识不足会造成很大风险，如地下水、流沙、孤石、软硬地层、溶洞、有毒气体，有限空间作业等会造成事故隐患，因此对安全管理提出了很高的要求。
三、盾构法施工的安全管理
根据盾构机的工作原理，盾构法施工安全管理具有一般的工程建设安全管理特点，又具有特殊的要求，因为盾构机是在地下有限空间作业，一般埋深十几米到几十米不等，地下地质复杂，各种土层、岩石、地下水、流沙、溶洞、孤石、软硬地层、有毒气体等难以探明及控制；地下压力大，过江、过河、过重要建筑等存在很多不安全因素，风险大，其安全管理是个复杂而艰巨的任务。因此盾构法施工的安全管理非常重要，安全管理不到位，有可能发生重特大事故，对人员的生命造成巨大威胁，财产损失大，对社会影响大，是国家和政府重点关注的行业。因此地铁盾构法施工首先要满足国家的安全生产管理要求，符合法律法规、规章制度、标准、勘察设计、施工合同等的要求，执行当地政府对地铁建设的要求，科学化、精细化、信息化施工，从源头上预防事故的发生，确保工程安全顺利进行。
（一）工程自身风险的管理
工程自身风险是指在工程施工过程中因工法不合理、施工工艺不合理、操作不当或违反操作规程、施工流程错误以及受较复杂的工程地质条件影响，造成在施工过程中发生的设备损坏、人员伤亡、结构倒塌、土体坍塌等施工风险。主要包括如下各项：
1、盾构吊装、吊拆；
2、盾构始发、接收；
3、洞门破除；
4、盾尾刷更换；
5、刀盘维修、刀具更换；
6、电瓶列车脱轨；
7、螺旋机喷涌；
8、盾构机非正常停机；
9、盾构过软硬不均地层；
10、盾尾密封装置泄漏；
11、遇到地下障碍物；
12、矿山法暗挖联络通道施工；
13、施工监测；
14、管线保护；
15、盾构下穿立交桥、过江、过河；
16、盾构下穿建筑物、构筑物；
17、防洪、防台风；
18、物体打击；
19、高处坠落。
（二）对工程自身风险，应编制相关施工方案，下面是对重要方案的审查要点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
1、《盾构区间施工组织设计》：编制、审核、批准人员是否符合要求，经公司审查并经 单位技术负责人审查、盖公章；满足合同工质量、进度、安全指标要求；有工程重难点、重大风险及相应的应对措施；包括各主要分布、分项工程施工控制要点；质量保证措施、施工进度计划、施工平面布置以及施工 准备情况和主要技术经济指标；安全文明施工措施，包括安全人员设置、架构、饭钱方 法措施、应急救援等方面。
2、《盾构区间应急预案》：方案中应明确事故新闻发布人员，对外的一切信息，必须由专人对外发布；事故应急人员架构、职责、应急上报程序要明确，根据不同事故等级，明确事故上报流程及时效；应急救援物资、设备，日常维修保养、管理制度等；现场应急队伍、救援医疗人员、救援应急车辆；应急演练计划、数量、性质等。
3、《盾构区间专项安全方案》，安全管理组织架构，部门、人员职责；管理措施、管理办法。
4、《盾构区间临电施工组织设计》：编制人员为单位电器工程师、审查人员符合要求；现场施工大型设备、小型设备、辅助设备、照明、生活办公设备等要用表格计算用电量，根据总负荷和峰值电流 选择电源和备用电源，建议施工与生活用电单独设置；附临电布置图，图中标明电路铺设走向、位置、配电箱 位置等，高压线路的现场保护、隔离、安全距离等；现场配电线路形式，明确分级配电箱设置形式、技术参 数，电缆材质、规格（经过计算）、线路架空、埋设形式 等；日常管理部分，配电箱和线路系统图设置，巡查制度等；现场消防设施布设，防雷设置，接地体、网设置情况；备用电源情况，是否建立联动切换装置，要求发电机组 与外电线路电源连锁，但严禁并列运行。
5、《盾构区间水平垂直运输方案 》：电瓶车防溜车措施，包括本身配置和挡轨，特别是 1 号台车处；轨道限位器设置，间距与形式；隧道内轨 道设置位置与人行通道设置形式，是否实行人车分离，是否加装栏杆，以及栏杆形式、轨道固定形式、人行通道设 置形式等，建议配图；轨道巡检制度和防溜车措施巡检制度；电瓶车司机建议由公司级进行培训，颁发培训证书；明确日常驾驶室的管理和使用、停车后采取的防溜车措施等；明确龙门吊如何吊装管片、油脂桶、泥浆管等材料，选 用专用吊带、吊篮、钢丝绳等要明确，同时明确管片吊点，吊带检查制度，明确更换标准；龙门吊司机和指挥司索工必须有特种作业证，严禁无证 操作和指挥，指挥人员配备对讲设备；附龙门吊维修保养制度、防雷接地、防台风措施等。
6、《盾构施工监测方案 》：监测的目的、范围，布点的原则是否与图纸一致，监测 报警值与控制值设定，监测项目是否与图纸要求相符；监测点的埋设形式是否符合要求，初始值采集时间与次 数；监测基准点位置与数量；监测设备、鉴定、人员符合要求；针对特殊建构筑物、管线、江、河等监测点设置要明确。
7、《龙门吊安装、拆卸方案 》：安装、拆卸单位、龙门吊各项参数情况；结合现场施工条件，明确现场龙门吊安装、拆卸场地详 细位置以及配合汽车吊机停放位置，汽车吊机参数，建议 附吊装平面图；龙门吊安装、拆卸顺序要明确，支腿固定措施要明确；明确横梁与支腿连接时，人员高处作业采取的安全措施，包括安全带悬挂点等；龙门吊电缆卷盘和电缆铺设防护部分；龙门吊交工验收中要有防雷、接地设施和缆风绳等安全设施。
8、《盾构机适应性分析评估方案》：对盾构机选型依据，型式的确认，是否与承包合同一致，明确隧道设计参数，工程地质特点，周边环境特点等。对盾构机各部件技术参数，设计特点，刀盘结构、刀具配 置是否适合本地层，盾构机主轴承使用时间，三大密封有效时间，各部件、系统是否适合本区间及地层情况，要有自我结论性判断。对地质特点，针对不良地质制定盾构机针对性措施；对盾构机应急能力及配置情况描述。
9、《盾构机维修改造方案》：结合工程的特点，制定针对性的措施，从盾构机本身考虑，明确需要改进的部位和对盾构机缺陷、损坏部位、部件的维修、更换或增加新功能；盾构机自检情况及维修情况；厂家对就盾构机设备完好性和安全性评估报告；必要的测量和检测报告（刀盘磨损、探伤、油样检测）。
10、《盾构机吊装方案 》：对吊装场地平面布置图，回转半径示意，吊机站位地层情况、是否加固，距离井口安全距离、基坑支护形式、监测，是否需要吊重行走，地基承载力计算书（最好有设计复核）。各吊物重量列表，吊机型号、吊装单位，盾体如何翻身，是否需要辅助吊机，如采用履带吊副勾翻身要有受力核算。吊机主臂幅度和吊装跨度限制，与吊装井口平面位置关 系，尺寸标明，要核查吊机说明书不同幅度的吊装重量限 制，方案中要有计算和幅度限制列表。吊耳焊接、数量、质量检验要求；吊钩检查，钢丝绳验 算简图，钢丝绳吊装角度。各部件吊装顺序、连接桥的支撑方式。起吊前进行试吊，履带下是否需要垫钢板，钢板大小、厚度。吊装作业时警戒范围，方案中附特种作业人员证件，明 确吊装单位、设备型号等，以及应急物资储备。
11、《盾构始发方案 》：对端头加固及效果检测情况描述，洞门水平探孔深度、数 量及探孔情况是否符合要求；反力架、始发架是否合理，明确始发托架固定防滑移措 施、反力架与结构的连接措施，是否有防上浮措施，其中 反力架应有计算书；始发姿态控制是否合理，特别是曲线始发的定位方式和 姿态；盾体防滚动、防栽头、防管片椭变措施、管片松弛等措 施；负环管片安装位置是否正确、并附有纵剖面图；洞门密封系统设置是否合理，与图纸设置是否一致，附 图，有无压板防外翻措施；始发掘进参数控制是否合理，推力设置与反力架受力计 算是否吻合，速度是否适宜；始发运输方案是否合理：水平和垂直运输方式；钢套筒构造、连接、密封方式，以及预留注浆孔情况是否合理；洞门封堵形式是否合理；洞门破除方法、计划、顺序、人员安全、脚手架搭设、安全措施。
12、《盾构到达掘进方案 》：到达形式；端头加固及效果检测情况描述；洞门水平探孔深度、数 量及探孔情况是否符合要求；洞门密封系统设置是否合理，与图纸设置是否一致，附图，压板收紧措施到位；管片是否采取钢带连接措施或防变形稳固措施，或反力措施；盾构到达工艺流程及各关键点注意、处理事项，洞门封 堵形式是否合理；应急措施、物资、设备、人员情况。
13、《盾构掘进与管片拼装方案 》：对进度计划，针对地质、特殊地段制定合理施工计划，预留开仓换刀、特殊情况处理时间、附属施工、修补堵漏等时间，满足总施工计划要求；根据地层分部情况，制定相应的掘进措施，分段描述，给出不同的掘进参数控制和应对措施；质量保证措施，如，姿态、管片破损、开裂、渗漏、地 面沉降等的预防与处理，以及管片排版情况；掘进风险与控制措施，不同地层和地面环境选择相应的 掘进模式、掘进参数，有针对性预控；测量、监测部分、隧道纠偏方法、刀具选择、换刀地点 等其他重大风险点处理；特殊地段、建筑物、管线保护方法及掘进措施；掘进安全、应急措施等，以及未探明溶土洞、承压水、溶蚀槽等应对措施。
14、《盾构开仓换刀专项施工方案》：对开仓的目的、开仓的必要性，综合方案要有开仓频率，分常压开仓和被动开仓，以及主动开仓和被动开仓；明确主动开仓的位置、地质确认、地质剖面图、地面情况，被动开仓根据主动开仓位置和区间地质分段，初步预 测位置，制定必要的稳固措施；两种开仓方式分别叙述，均要有作业流程图，明确各个流程的注意事项；明确开仓时切口压力、覆土厚度、掌子面稳定措施，并明确带压开仓作业具体压力或经过计算得出带压开仓压 力，是否需要实施盾尾、盾体止水环，是否考虑盾体径向 孔辅助措施；掌子面闭气措施的实施过程描述、工艺流程、闭气效果 判断依据；根据规范要求明确人闸加压、减压、仓内工作时间限制 要求、加减压梯度；进仓前的第三方气体检测、活体试验、过程中持续气体 检测；进仓人员要求，现场配合操作人员、机电、安全、医疗 人员；应急措施，物资、设备，人员、医疗应急部分；常压开仓中对岩层裂隙水的处理。
15、《盾构开仓动火作业专项施工方案》：在开仓方案的基础上完善动火作业流程图；动火前掌子面稳定和闭气效果判断；仓内通风、换气、排烟措施，明确管路连接位置，空压 机型号、供气量，备用空压机形式，应急自发电空压机等 布置情况，供气量要经过计算，大于规范要求；带入仓内物品要求和禁止带入物品清单；仓内气体检测情况、压力、氧气含量控制等技术标准；仓内灭火消防设施，人员安全防护设施、劳保用品等；动火设备情况及进仓管理处理情况；仓内作业安全 注意事项、应急事项，以及仓外应急、医疗准备情况和仓 外粉尘排放措施。
四、结束语
盾构机施工是一项复杂的工作，安全管理极其重要，需要提前对各种风险源进行辨识，分析、预防和控制，做好日常的安全检查、应急演练，安全教育培训及宣传工作，对突发事件的应对措施，对风险源的动态管理，不但做好工程自身安全管理，还要注意工程周边的环境风险，各种地质风险，自然灾害等，需要政府、建设单位、施工单位、监理单位、勘察设计单位、监测单位、安监部门及相关部门的配合，尽可能把事故隐患降到最低点。
论文作者:覃仁捧
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/8
标签：盾构论文; 管片论文; 措施论文; 情况论文; 龙门吊论文; 人员论文; 作业论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;