盾构施工安全管理(胡兰初)

盾构施工安全管理城轨分公司胡兰初2012年12月23日目录第一部分盾构施工概述第二部分盾构施工安全管理的重要性第三部分盾构施工的风险识别第四部分盾构施工风险因素的预防第五部分盾构施工常见的安全控制及事故防范第六部分盾构施工的安全事故案例第七部分盾构施工安全管理的手段第八部分结束语•第一部分盾构施工概述•我国地铁施工的历史已经有40多年，随着国内地铁项目的增多，面临复杂的地质和外部环境情况，加之经验不足，管理不到位，在建设中存在一些不容忽视的问题和不安全隐患，对潜在技术风险缺乏必要的分析和论证，随之而来的是施工事故的增多，在上海、北京、广州、天津等地都出现过不同程度的地铁工程安全事故，造成了重大经济和人员损失。近年来，随着盾构法施工(我国从1956年开始引进盾构施工技术，从20世纪80年代开始得到了快速发展，它具有掘进速度快、质量优、对周围环境影响小等特点)的普及，出于安全性与可靠性的考虑，非常需要归纳总结盾构施工过程中的事故，进行系统和全面分析，以备后续建设项目借鉴，杜绝类似事故的发生。•第二部分盾构法施工安全管理的重要性•由于地铁工程的隐蔽性、施工复杂性、地层条件和周围环境的不确定性突出，加大了施工技术的难度和建设的风险性，从而易导致事故的发生。事故主要是由于施工技术、机械和安全防护不当原因等造成。根据北京、广州地铁施工的资料分析，在上百起事故中，由于施工技术原因有30多起，机械相关事故41起，安全防护原因有4起，造成人员伤亡的情况见表1、表2。•盾构施工人机交错的特征十分明显，起重伤害、电瓶车伤人、机械伤害、高处坠落等多种事故发生的可能，始终贯穿着施工的全过程。施工周期短、机械设备高频率运转等客观因素注定了安全管理监控具有较高的难度。盾构施工工艺的分部分项工序流程达到十几个，覆盖面相当的广，其中有多个部位被列为安全重点部位。表1北京轨道交通施工安全事故统计（1988~2006年）分类机械事故地表坍塌喷涌电力事故其他次数28143127伤亡/人213043分类机械事故地表坍塌喷涌电力事故其他次数159475伤亡/人160052表2广州市地铁公司施工事故统计（2001~2007年）•盾构进出洞都存在相当大的危险性。人机交错、立体施工的特性十分显著。整个施工作业环境处于一个整体的动态之中，蕴藏着土体坍塌、起重伤害、高处坠落、物体打击等多种事故发生的可能。•盾构施工过程中，发生事故多与施工方案不合适、掘进参数不合理等密切相关，要注意施工方法与盾构机性能的结合，采取科学合理的掘进方式和掘进参数，不断进行优化处理，选择适合于某一种地质条件的最好的掘进参数和方式。另外，选择合适的盾构机，在盾构选型上要给予高度的重视，要选用与该盾构机相适应的施工方法；施工中要杜绝不合理工期、不切实际的进度、不合理的造价等，这些都是造成安全事故的罪魁祸首和最直接原因，只有采取科学的态度和施工手段，才可以最大限度的避免施工事故的发生。•第三部分盾构施工的风险识别•城市中的地铁一般沿线地质条件复杂、周围建筑密集、地下管线错综复杂、与已建隧道交叠频繁、跨越江河段冲刷严重等原因。使得盾构法隧道建设实施过程必然而临众多风险，盾构法隧道施工风险分为客观风险及技术风险两类。当隧道选址及盾构机械选型确定的情况下，施工环境（如地质条件、河势条件、气候条件等），以及设备条件决定的固有不可抗拒风险为客观风险；技术风险是由于施工过程中的技术方案、操作管理过程中的失误等引起的风险，对这类风险的评估是对施工能否顺利完成及完成过程中可能产生的各种事故进行评估，有利于将来施工中采取措施规避人为风险，提高施工技术及工程风险管理水平。经过对国内外工程实例及已有技术及设备条件的调查分析，盾构法隧道的主要施工风险见下图3.1。••3.1盾构法隧道的主要施工风险盾构法隧道施工中的风险因素人为的行为机械设备环境原材料质量施工技术•（1）人员的行为•人的不安全行为是导致事故的直接原因。因而，在安全工作中研究和探索不安全行为的发生原因和预防措施，具有十分重要的意义。•盾构法主要施工风险的产生和人的不安全行为有密切的关系，由不安全行为直接产生不安全的条件（不安全的条件从直接讲是指：施工现场的安全设施、机械设备的安全装置、不符合标准的劳动防护条件、不健全的规章的制度、不正确的工艺方案、不符合正常规律的施工生产进度等等），进而导致施工的事故风险。主要的风险来自人员的意识与技能，如：•a进场安装行车的大型起重机械等未经过验收合格（不具备安全使用证）、操作人员不能做到有效持证作业。其他特种作业人员也无证作业（电工、电焊工、起重挂钩指挥工）。•b现场的施工作业人员不使用劳动保护用品，电工未能使用绝缘用品。焊工未能穿着隔热工作服，使用面罩。起重指挥人员不使用专用指挥旗和指挥口哨。•c在高空作业中，施工人员不带安全带，在高空无保护设施的情况下，随意在高处走动。•d施工作业人员不严格执行规范，如在隧道的井口上方交错施工，对井下作业人员构成的危险。工作井的临边随意堆放零星材料，留下高空坠物的事故隐患。•e施工作业人员不严格执行方案，如对行车设备多块部件整体吊装，增大了行车安装的风险。•f施工作业人员在脚手架上部作业，在临边无保护措施的情况下，不使用安全带，直接在脚手架的横杆和立杆上攀登。•（2）机械设备•盾构法施工中机械设备引起的施工风险主要包括盾构机械的选型制造与机械设备的维护使用两方面。•①盾构机械选型与制造不当可能引起的风险主要有：•a大刀盘、刀头磨损：长距离施工导致大刀盘、刀头磨损较大、无法正常推进；•b泥浆泵及管路磨损、堵塞：排出泥浆中砂石成分对泥浆泵及排送管路的磨损，致使刀盘切削的土体无法正常排出；•c主轴承磨损，密封件防水失效：由于长距离推进导致主轴承磨损，密封件防水失效，密封舱内泥浆向盾构机内渗漏，不能保持工作面泥土压力；•d盾尾密封：盾尾密封系统不可靠或长时间磨损，导致周边水土流失，盾构机内涌水或沉陷；•e刀具更换装置失效：刀具更换装置故障或失效，增加刀具更换难度和风险，导致盾构掘进效率降低或无法掘进；•f大轴承断裂：由于长距离掘进磨损或受到较大的偏心力矩致使大轴承断裂，盾构机无法工作。•②机械设备的维护使用不当可能引起的风险主要有：•a起重机械设备垂直运输是指从行车安装开始到合格验收、整个施工过程的吊运。期间，在安装过程中会发生行车倒塌伤人、人员的高处坠落事故。盾构掘进过程中发生的吊运土箱、管片、物件坠落伤人的事故；•b水平运输是盾构施工风险部位控制的重中之重，历年来为事故发生最高的部位，和垂直运输一样，由于施工频率高，势必造成盾构施工人机交错概率的提高。•c管片拼装是盾构施工的重要工序之一，由于拼装机械的不安全状态可能导致管片从高处坠落伤人、人员从拼装平台上坠落、人员受到千斤顶的挤压伤害的事故。•d井底作业是盾构施工重要工序之一，风险极高，涉及到交错作业施工，并汇集于电机车运行、行车垂直吊运、起重指挥作业、材料堆码及机加工操作等多项密集化施工于一体，如不加强对该部位的安全控制，势必会发生人员伤亡及重大设备损坏等事故。•（3）环境•环境的风险因素主要包括灾害性地质引起的施工风险与施工引起的不利环境因素•①灾害性地质引起的施工风险•a障碍物：工作面出现障碍物,如旧桥台、大石块、钢筋混凝土桩、废钢材、沉船、哑炮弹等，容易造成盾构机较大磨损甚至无法正常推进，并且排除障碍物具有很大的风险；•b全断面流沙：工作面发生全断面流沙，致使工作面失稳以及盾构机沉陷甚至被掩埋；•c地层空洞：工作面前方出现地层空洞（气囊、透镜体等），根据其方位不同将产生盾构机突然沉陷、轴线偏移以及隧道冒顶等严重事故；•d可燃气体：掘进过程中遇到沼气、甲烷等可燃气体包，将导致地层空洞及隧道内发生爆炸等恶性事故；•e河床突然变化：河床突然变化，将导致通透、冒顶、江水回灌等严重事故；•f承压水：承压水引起突然涌水回灌，盾构正面大面积塌方，致使盾构机被淹。•②施工引起的不利环境因素•a隧道施工通风条件差，如未根据隧道内直径的大小进行风管敷设，盾构工作面的来按施工要求加设轴流风机及小风管机，各类机具未加设通风散热设施，运行的机械可能会因发热而损坏；•b焊烧割作业留遗下的有害气体，同时焊烧作业点的烟雾气弥漫，（特别是沿线电机车司机视线受阻）易导致事故发生；•c现场“三废”（废水、废泥及废浆）及噪声等；•d可能因施工导致地下不明管线意外破裂事故，如突发性管线破裂，破裂后的管道可能会溢出有害的各类污染物质，导致施工环境受到污染；•e地面沉降对周围建筑物及景观的影响，如未加强对地面沉降的科学处理措施，可能会导致地面各建筑物的地基出现下陷或裂缝，对景观及建筑物的紧固程度造成影响。•(4)原材料质量•盾构法施工中原材料质量引起的施工风险主要有：•a管片质量：管片强度、精度不够，抗渗漏级别不够，将导致盾构机推进过程中管片破损、断裂以及隧道渗漏水；•b螺栓质量：螺栓的强度、弯压不合格，将在管片接缝处产生较大的变形甚至开裂；•c注浆材料：注浆材料不合格，将导致注浆设备损坏，盾构及隧道上浮，也可能产生较大的地面沉降。•(5)施工技术•盾构法施工一般包括：进出工作井、区间隧道施工、联络通道等阶段，各阶段因施工技术方法不当引起的风险主要有：•①进出工作井•a．地基处理：盾构出洞前方地基处理不当、失效，将产生正面突然涌水、涌砂，大幅度地表沉降，甚至导致工作井坍塌，盾构机掩埋；•b．盾构机座变形：在盾构进出洞过程中，盾构基座发生变形，使盾构掘进轴线偏离设计轴线；•c．凿除封门涌土：在拆除洞封门过程中，洞门前方土体从封门间隙内涌入工作井(接收井）内，造成洞口外侧地面大量沉降；•d．后靠稳定：盾构出洞时，由于后靠及支撑无法承受盾构推进所须的后坐力，因而导致支撑系统破坏，基坑失稳；•e．盾构姿态突变：盾构进洞后，最后几环管片往往与前几环管片存在明显的高差，影响了隧道的有效净尺寸；•f．轴线偏离设计：盾构出洞推进段的推进轴线上浮，偏离隧道设计轴线较大，待推进一段距离后盾构推进轴线才能控制在隧道轴线的偏差范围内。•②区间隧道施工•a．盾构机推进•工作面的稳定：盾构推进过程中，正面压力不平衡，导致地面隆起或者沉降过大，可能导致通透、冒顶、江水回灌，泥水冒溢等严重安全事故。•碍物的处理：工作面出现障碍物，如旧桥台、大石块、钢筋混凝土桩、废钢材、沉船、哑炮弹等，容易造成盾构机较大破损甚至无法正常推进；•刀具的检查和换刀：长距离施工导致大刀盘、刀头磨损较大无法正常推进，需要对刀具进行定期和不定期的检查和调换；•b．注浆施工•浆液质量不符标准：在盾构推进过程中，由于注浆浆液质量不好，使注浆效果不佳，引起地面和隧道的沉降。•注浆量或压力不适当：可能导致地层变形量过量，引起地面建筑物及地下管线损坏。•注浆浆管堵塞：浆管堵塞，无法注浆，甚至发生浆管爆裂的情况，严重影响施工质量和进度。•c．管片拼装•由于管片环面不平整、环面与隧道设计轴线不垂直、纵缝质量不符合要求等原因，可能导致管片破碎或者拼装不严，影响结构强度，产生渗漏，导致安全事故。•d．隧道渗漏水•管片压浆孔或者接缝处渗漏，导致压浆孔周围混凝土有钙化斑点，并使地下水从缝隙中渗漏进入隧道。•e．其它安全风险•③联络通道•a冻结法：•钻孔：遇有承压水的流沙土地层，如不安装防喷装置，将引起大量冒沙；•冻结管：长度、角度误差超标，使冻结状况存在薄弱处；•隧道洞口打开：如果冻土强度达不到，可能引起泥沙涌入，导致严重工程事故；•冻胀和融沉：使土体结构被破坏，引起结构物理不均匀沉降，造成破坏；•其它安全风险：应对开挖过程中土体异常迹象进行及时发现和分析。•b顶管法：•洞门打开：水土涌入，危及人员、设备安全，地层沉降坍塌；•顶管机方向：偏差过大，机头不能正常工作，危及设备、人员安全；•后靠变形过大：导致隧道不能满足要求，管片变形破坏等；•地层变形过大：顶管顶进时，由于施工参数控制不好，造成变形过大，影响周边环境建筑；•洞口密封：顶管机进洞后，洞门圈和钢管节间必然有建筑空隙，这极易造成水土流失，危及工程安全。•第四部分盾构施工风险