盾构法隧道施工过程中的安全控制措施

1、摘 要近年来盾构法隧道施工逐渐成为城市地下铁道施工的主流方法， 其特有的施工安全管理问题也引起了广泛关注。 文章结合深圳地铁二期工程 2 号线 2222 标侨香站香蜜站香梅北站两区间的施工实践，对土压平衡式盾构法隧道施工的安全生产进行了研究，并提出了对城市地铁及地下工程施工的安全控制措施。关键词盾构法 隧道施工 安全控制 1前言 隧道盾构法施工主要是利用盾构防止围岩的土砂坍塌，进行开挖、推进，并在盾尾进行衬砌作业从而修建隧道的方法，它具有掘进速度快、质量优、对周围环境影响小等特点。但随着我国加入国际标准化组织和世界贸易组织以后，全球经济趋于一体化，安全管理工作也在我国得到了日益重视， 迫切要求

2、缩小安全生产管理水平与世界先进安全管理水平的差距。生产经营企业，尤其建筑施工企业的安全管理工作已成为和生产管理并列的一项企业管理的重要内容。 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，目前，盾构法施工作为建筑施工企业的高端技术施工方法，在上海、广州、深圳等大城市的地下铁道施工中被广泛应用，其特有的安全施工管理问题引起了高度关注。 文章结合盾构法施工实践， 对盾构法隧道施工及其附属工程施工过程中安全控制措施进行了探讨。 希望通过安全控制措施的实施引导施工现场的安全管理，从而更好地预防事故的发生。 2起重吊装作业 在盾构法施工过程中，起重吊装作业贯穿了盾构

3、法隧道施工的全过程（图1）。 在施工最初阶段，必须利用移动式起重机将盾构机及其附属设备吊下盾构井内进行组装， 在盾构机转场或者施工完成盾构机进洞以后，也必须将其从井下吊至地面；在盾构法开挖阶段，也需利用固定式的龙门吊等起重机垂直吊装管片、轨枕、轨道等附属材料和吊取碴土；在一些大型设施如拌浆站的拆除和负环管片拆除都必须要有汽车吊、履带吊等移动式起重机的协助作业。在吊装作业进行之前，吊装司机必须检查：指示仪表是否齐全精准，各限位和警示设施是否有效，起重设备的燃油、润滑油、液压油及冷却水是否添加充足，吊索、吊具及其连接部位是否符合规定等事项。 此外，还必须从以下几个方面加强起重吊装作业过程中的施工安

4、全管理。 （1）参加起重吊装作业人员，包括司机、信号指挥、电焊工等均应属特种作业人员，必须是经专业培训、考核取得合格证，并经体验确认可进行高处作业的人员。 （2）大型起重吊装作业前应详细勘察现场，按照工程特点及作业环境编制专项方案， 并经企业技术负责人审批后方可实施，且必须安排相关安全管理人员现场旁站监督。 （3）在周边临空状态下进行高空作业时应有牢靠的立足处，并视作业条件设置防护栏杆、张挂安全网、佩带安全带等安全措施。起重吊装作业时不宜上下在同一垂直方向上交叉施工，下层作业的位置，宜处于上层高度可能坠落半径范围以外， 当不能满足要求时，必须设置安全防护层。 （4）在吊装过程中，有时移动式起重

5、机需带载行走时，载荷不得超过允许起重量的 70%，行走道路应坚实平整，重物应在起重机正前方向，重物离地面不得大于0.5 m，并应拴好拉绳，缓慢行驶。 严禁长距离带载行驶。起重机地面松软不平时，起吊禁止同时进行两个动作。 （5）在吊装盾体时，有时需要用两台或多台起重机同时吊运，在吊运过程中钢丝绳应保持垂直，各台起重机的升降、运行应保持同步，各台起重机所承受的载荷均不得超过各机的额定起重能力， 如达不到上述要求时，应降低额定起重能力至 80%。 3施工用电 触电事故是建筑施工过程中五大伤害之一，可见建筑施工现场中临时用电也是一种重大危险源，而恰恰好多施工现场就是在“安全用电”上存在薄弱环节，从而引

6、发了触电等生产安全事故。盾构法隧道施工中除一般机械设备用电和生活用电等常规用电之外，盾构掘进动力系统的供电电压高达 10 kV。 可以说盾构法施工临时用电安全管理是最重要的部分之一。3.1一般用电 一般是临时用电，首先要从材料上把关，电缆线必须是三相五线电缆，漏电保护器必须有效，配电箱内设置的隔离开关、接线端子等必须符合要求，还需从以下几个方面进行重点管理。 （1）专项临时用电施工组织设计要由电气专业技术人员进行编制，并经单位技术负责人审核、审批后方可施工。 临时用电系统在施工完成后要经过编制人、项目经理、审批人及专职电工共同验收合格后方可投入使用。 （2）电工必须持证上岗，定期对用电设备、供

7、电线路、设施等的绝缘进行检测并做好记录，不能满足安全使用要求的立即停止使用，进行维修或更换。大风、雨雪前后对整个施工现场的供电系统及用电设备进行检查，确保无安全隐患后再投入使用。 （3）两级漏电保护器的参数相匹配，可按如下方法选择：分配电箱可选 100200 mA,但不得超过30 mA·s 的限值，开关箱处不大于 30 mA，额定漏电动作时间应小于0.1s， 用于潮湿的漏电保护器其额定漏电动作电流应不大于15 mA， 额定漏电动作时间应小于0.1 s。 （4）保护零线(PE 线)必须由工作接地线 、配电室(总配电箱)或总漏电保护器电源侧引出 ，同一供电系统内不得同时采用接零保护和接地

8、保护两种方式，所有电气设备的金属外壳、 配电箱柜的金属框架、门，以及人体可能接触到的金属支撑、底座、架体，电气保护管及其配件等均应与保护零线做牢固电气连接， 箱内开关应贴上标有用电设备编号及名称的标签且箱内接线端子应牢固压接，严禁虚接。 （5）施工现场要配备足够的配电箱和开关箱，箱体要求固定、稳定，箱腿与平台木板用螺丝固定，配电箱内门上有接线系统图， 配电箱外门上设有编号及负责人，固定式开关箱与所控设备必须实行“一机”、“一闸”、“一箱”、“一漏”的控制方法，严禁一个开关直接控制二台及以上用电设备。 （6）电工作业时带好安全帽， 穿戴好电工劳保用品，严禁带电操作；设备维修时必须按照要求将电源开

9、关关闭，并且悬挂“有人工作，禁止合闸”警示标志牌或者派人现场监督。3.2高压用电 盾构机动力系统掘进用电一般是采用双回路专供的电缆路专供的电缆，但电缆从变电站接到盾构机上面一般采用埋地敷设，高压电缆埋地深度不小于0.7 m，电缆周围需铺 50 mm 厚的细砂，上面盖红砖保护，然后回填夯实，并醒目位置设置警示标志牌。 盾构掘进的隧道内一般环境潮湿，且随着盾构向前不断推进，高压电缆也要经过多次连接，接头一定要选用优质的专用接驳器。 在隧道内电缆固定时悬挂高度要合适，至少要比轨道运输车辆高，防止运输车辆脱轨后倾翻击断电缆造成严重后果。 4盾构刀具更换 随着地质条件的变化， 隧道掘进过程中刀具会有不同

10、程度的磨损，当磨损达到一定程度时需要对刀具进行更换。 刀盘内更换刀具也是盾构法隧道施工过程中一项相对较危险的作业工序，所以在更换刀具之前要将换刀所需的工具、设备、简易药箱等应急物品准备齐全，对土舱内的气体进行检测，在保证无有毒气体的情况下才进行刀具更换。另外在土舱必须提供充足的照明，但刀盘内潮湿、水气大，随着温度的升高会产生雾化现象，对电器、电线绝缘性能要求高，需选用24 V 以下的安全电压，包括行灯等局部照明工具。4.1常压换刀 在地质条件比较稳定的情况下， 一般采取常压换刀（图 2）。 在更换刀具之前要选择合适的地点并预先对地层进行加固处理。 开舱过程应在开舱点垂直上方和重要建(构)筑物四

11、周设置监测点 ，严密注视它们的位移和沉降情况。 在开舱之前首先要观察土压的变化情况， 待情况稳定后再进入舱内进行刀具更换。作业人员进入土舱前要系上安全绳，在舱口外还应至少挂有一把斧头， 以备发生紧急情况时在人员撤离后能及时砍断入舱的电线电缆等障碍物并关上舱门。 更换刀具时，土舱内的照明工具，包括行灯等局部照明工具， 必须是 24 V 以下的安全电压，且应设置应急灯， 在断电时可以应急照明作业人员安全撤离。 作业面要保持通风，及时排净废气，防止二氧化碳等有害气体积聚在下方造成作业人员不适，同时也可以降温，改善作业面的环境等。 在开舱之前， 必须准备好开舱需要的设备工具和刀具等，还需准备好担架和配

12、有应急药品的简易药箱等， 并且要求电瓶车在最后一节台车后面应急备用，如发生作业人员受伤等意外情况，可乘电瓶车将其快速运出。拆装刀具时应尽量借助机械装置，可合理运用葫芦等起重装置和滑轨等移动装置， 以及支架等固定装置， 吊运过程中千斤顶位要铺设走道板，防止砸坏千斤顶油缸。刀盘非期望转动伤人在盾构施工过程中屡有发生，因此重新启动盾构机时一定要再三确认土舱内没有操作人员， 且工具材料已全部回收。4.2气压换刀 在盾构机前方或上方的土体不能自稳的情况下，需进行气压换刀。 除了与常压换刀一样需要对土体进行加固、加强监测、选派体格强壮且有经验的人员参加换刀外， 加压舱在使用前必须认真检查所有的阀门、管路是

13、否有堵塞和漏气现象，压力表是否准确，通讯装置、照明设备是否正常，舱门开关是否灵便，所需的工具、器材是否完备和加压系统、供氧系统等辅助设备是否准备齐全， 必要时需对加压舱进行耐压和泄漏试验。在正式进行气压换刀之前，还应进行无人压力试验， 作业人员进入时操作人员应掌握好升压的速度， 若舱内有人感到升压过快要马上停止升压或适当降低压力， 待机体适应后再适当增加升压的速度。 在压力舱内作业时，舱内的照明要求也更高，必须是经得起压力的防爆灯；通讯方面也需更加精准，外面值守人员必须无间断地与压力舱内的人员保持联络了解其情况；应急措施也需更加充分，除了准备一般的应急药品外， 还需有相关专业的医生在外面值守，

14、以便采取抢救措施，有条件的最好配备专用的流动医疗舱， 以便在送往医院的过程中保持伤员所受体外压力差基本一致。 5管片拼装作业 在盾构机掘进达到一环的距离时， 需进行管片的拼装作业。 拼装管片就是拼装机利用举重臂将管片拼装成环的过程。拼装机刚开始作业时，必须保证其旋转时警报蜂鸣器响，警示灯闪烁，警示作业人员不得在拼装机旋转范围内，因为拼装、开装架及拼装辊等回转物体有夹住人体的危险。 管片起吊时吊销必须全插到位，以免旋转中销子脱出，管片落下伤人；另外在插入管片吊销时，销子和管片起吊金属件之间有夹住手指的危险，操作人员必须明确信号、确认操作人员安全后再操作。拼装管片时，拼装工必须站在安全可靠的位置，

15、严禁将手、脚放在环缝和千斤顶的顶部，以防受到意外伤害。 组装管片，拼装机和推进油缸的操作手也必须在收到作业人员安全的明确信号后才能动作，以防夹住作业人员的手脚。 6隧道内轨道运输 盾构隧道施工必须有电机车等临时轨道运输工具水平运送管片、轨道、 轨枕等材料和出碴土 （图3）。 由于管片底部为圆弧形， 对轨枕的稳定性有一定影响，运输车辆容易脱轨，有可能碰到行走在走道板上的行人或者盾构机专用高压电缆时， 那后果是不堪设想的。所以对轨距、轨道高差、弧度、接缝等重要参数要严格按规范执行，轨枕要保证足够的刚度，并和管片上的螺栓保持固定或焊接，避免滑动变形。另外电机车司机在电机车起步、 转弯或者比较黑暗处必

16、须鸣笛示警，并且要严格控制好速度，且电机车进出隧道时严禁搭乘各类人员， 以防脱轨时电机车倾翻将人员压伤。另外在电机车停下时，后面拖车车轮必须用铁楔或木楔卡住车轮，严防溜车，特别是在盾构机位置，电机车与盾构机之间几乎没有空隙，稍不注意人员就可能挤卡在中间。7砂浆搅拌与注浆 盾构机在掘进过程中需要对管片外侧的环形空隙中注入浆液体，这就需要砂浆搅拌系统预制浆液体并进行输送。 进料工在进料时严禁将头或手伸入料斗与机架之间察看或探摸进料情况，运转中也不得用手或工具等物伸入搅拌筒内扒料出料，料斗升起时要时刻留意其下方是否有人在工作或穿行，清理料坑时必须将料用链条扣牢。送料工调节输送机的卸料高度时应在停车时

17、进行，调节好后应立即将连接螺母拧紧， 并插上保险销， 以防输送管掉落伤人。 当电源中断或其他原因突然停机时， 应立即切断电源，将输送带上的物料清除掉，待来电或排除故障后方可再接通电源启动运转。 清洗砂浆搅拌罐时必须有人在外面监视，以防有人突然接通电源使搅拌叶片发生非期望的旋转。 最后，输送浆液刚性管道堵塞时，还可能需要加大注浆泵的压力进行疏通，倘若加压管突然畅通时会导致管道内的砂浆等高速喷出，所以在出口处可用编织带或者帆布作防护，以防高速喷出物会对人员造成伤害，尤其是对眼部伤害。 8管片拆除 在盾构施工过程中，有负环管片、洞门管片和联络通道管片需要拆除。在拆除负环管片时，应按拆除技术方案规定的

18、顺序拆除， 不得一次将整环管片螺栓全部松懈或拆除，以免发生一次性大面积脱落。拆卸管片除螺栓时，应满足管片的自稳角，应先挂好吊钩，穿好吊销杆，拉紧绳索后再行拆除连结螺杆，以防管片滑移倾倒。 起吊前应确定连结螺杆无遗漏且起吊管片与其它管片、连结体完全脱离，并且一定要将周围的电缆管线等进行保护， 以防在拆除过程中管片突然塌落击穿电缆或其他设施设备；吊装时，吊装物下方及重心摆动方向禁止站人， 待作业人员撤离到安全有效距离位置时方可起吊。 拆除洞门管片一般需要电机车的配合（图4），电机车的牵引钢丝绳一定要相匹配， 以免钢丝绳崩断管片突然掉落伤人或者损坏路轨、电机等设施设备。在联络通道管片拆除之前，必须严

19、格按照要求对上方管片进行支撑，以防管片受力不均产生挤压变形等恶性影响。9联络通道施工 联络通道施工（图5）包括联络通道和废水泵房施工两部分，一般是采用人工开挖，与矿山法施工相似，但开挖的隧道长度较短。 联络通道施工过程中，遇软弱土层、透水砂层或者掌子面发生小量掉块等，一般是采取小导管注浆、增加锚杆长度和数量，或者挂网喷混凝土来加强临时支护； 若发现掌子面发生较大量的坍塌，应立即采用砂袋回填等措施，并喷混凝土充填满砂袋与拱顶部的空隙和坍塌部位；若遇局部透水砂层有涌水情况发生时， 需立即采用掺有大量速凝剂的喷混凝土封闭涌水面， 喷混凝土前预埋出水花管，然后增加小导管注浆，注浆时可采用水玻璃或其它速

20、凝剂的双液注浆， 以有效止水和稳固掌子面的效果。另外在施工作业期间需加强排水，以防土体长时间浸泡变软而发生坍塌引发恶性事故，也不得在电机车安全运行范围以内堆放各类物料，以免影响电机车出入。 要注意加强与盾构工区的工作联系和沟通， 相互之间不得彼此影响正常的施工安全生产。10盾构机组装与拆卸 盾构机在始发出洞之前必须进行盾构机的组装，当盾构机完成施工任务进洞后就必须对其进行拆卸并转场。盾构机在组装和拆卸时需要站在盾体上焊接吊耳、气割气刨等动火作业。动火作业区必须配备足够的消防器材，并且将易燃易爆物质移开至安全有效距离，以免发生火灾或者爆炸的危险。交流电焊机必须具备有效的二次侧降压漏电保护器。 在盾体上焊接吊耳属于高处