地铁盾构隧道施工安全及事故分析地铁盾构隧道旋工安坌及事故分析田华军宋艺宏王泽武摘要:通过分析北京,广州等城市地铁盾构施工过程中发生的安全事故,总结事故发生的规律和特点,充分吸取教训,据此制定防范技术手段和相应的安全管理措施,确保盾构隧道的施工安全.关键词:地铁;盾构隧道;施工安全;事故分析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,在建设中存在着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,越来越多的地铁项目采用盾构法进行施工,盾构基本成为地铁施工的首选,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,进行系统和全面的分析,以备后续建设项目借鉴,杜绝类似事故的发生.1盾构施工事故的分类及特点在盾构隧道施工中,按照事故的发生特点,主要分为机械事故和施工技术事故两大类.1.1机械事故一般的盾构项目,机械使用较多,相对应的事故也较多,大约占一半以上,主要有龙门吊事故,盾构机事故,管片安装机事故等.1.1.1管片吊机事故上海地铁4号线6标段施工中,盾构管片安装机起吊密封突然失效,导致管片脱落,砸伤下部安装工人2名,原因:由于密封失效,没有及时发现,管片失去吸力而突然下落.防范措施:严格设备维护检查制度,尤其要重视管片安装机的可靠性检查,例如密封胶圈有无损坏,起吊绳具是否可靠等,消除安全隐患,同时,管片拼装过程中,安装机下部严禁有人工作.1.1-2电器事故施工过程中,由于盾构掘进中功率大,能耗高,容易出现电力安全事故,必须给予重视.某现场盾构的10kV高压电缆,由于安装接头保护不当,突然击穿,造成火灾,并导致盾构掘进停止l0h,因此,要重视施工动力线的安全保护措施,严格执行电力高压进洞的安装与施工田华军:郑州市轨道交通有限公司,高级工程师,郑州450000图1击穿后的高压电接头规范,做到安全第一,万无一失.1.1.3运输设施的安全施工与盾构配套的有轨运输设备,要注意电瓶车的溜车防撞(包括管片车,砂浆车等),以及轨道道岔的安全运营等.武汉地铁施工中就曾经出现电瓶车刹车失灵,导致列车溜车撞坏盾构机的严重事故(图2),损失200多万元,停工近1个月.因此,对运输轨道车辆的刹车性能检测,轨道,道岔设备的安全性能检测等应给予足够的重视.图2电瓶车溜车事故l贝代懂市轨唱交幢5/2009MODERNURBANTRANSIT01.1.4盾构脱困的形成原因以及处理措施长时间停止掘进,或者转弯,泥饼形成,不明物质困住等,都会导致盾构掌子面坍塌,使盾构无法驱动.措施:制定严格正确的操作掘进方法,随时根据实际情况,调整掘进参数和施工工艺.透过许多事故的现象,可以发现,对于机械事故来讲,原因多与不规范,不正确的违章操作有直接关系,所以严格操作规范,是避免事故的必要条件;同时,人员的责任心非常重要,要抓好岗前培训,特别是一些特种设备要严格持证上岗.由于盾构机是一个集液压,电子,机械等多学科综合为一体的现代化施工机械,配套设备多,施工牵涉的方面较多,所以,事故的隐患也多,这就要求现场必须重视机械设备的正常保养维护,加强对盾构机的熟悉和了解,要定人定岗,不轻易更换操作人员.1.2施工技术事故主要是指由于施工工艺不当导致的技术事故.这类事故多为恶性事故,往往造成些人员伤亡或造成一定经济损失.1.2.1地面沉降导致的安全事故地面沉降一般可分为3类.第l类:非正常沉降,主要是施工中盾构操作失误而引起的,如盾构操作过程中各类参数设置错误,超挖,注浆不及时;第2类:灾害性沉降,主要指施工中盾构开挖面有突发性急剧流动,甚至暴发性崩塌,使地面塌陷.主要原因是遇到地下水压大或透水性强的颗粒状土体不良地质条件.如,广州地铁l号线在中山四路段采用盾构法施工,由于铸铁供水图3广州地铁1号线在中山四路路面塌陷管漏水,硬路面下的土体部分流失,形成空洞,盾构通过时,小的地层变形造成供水管断裂,大量水土流失,导致路面塌陷(图3);第3类:盾构的选型不合适或出现较大失误,如成都地铁由于选型失误,多次造成掘进过程中的地表沉陷事故,无法正常施工.1.2.2盾构隧道的防洪排水设施不具备或能力不足导致的安全事故武汉过江公路隧道,重庆嘉陵江排污隧道等盾构隧道施工过程中,均出现过水从洞外倒排进隧道的事故(图4),造成较大的损失.因此,施工中要做好防灾预案安排.图4洞外水倒排进隧道1-2_3管片拼装事故拼装过程中,管片挤损或破裂,导致涌水,使施工面临较大的技术风险(图5).所以,必须重视管片的安装工艺和技术方法,注意掘进参数的控制,采用相应的技术手段,控制姿态的调整,科学进行管片的安装顺序和安装步骤.同时注重管0MODERNURBANTRANSIT5/2009坝代堪市轨垣交厘图5管片挤损破裂片拼装的质量,防止漏水,防止管片破裂等;施工中管片的上浮是一般盾构施工中比较常见的问题,如果得不到有效的控制,会引起很大的麻烦,要采取相应的技术措施,严格控制管片上浮.1.2.4气体爆炸事故盾构施工中,需要采取相应的消防,通风措施以及灭火措施等.2008年5月,广州地铁6号线施工中发生的不明气体爆炸事故,造成3亡6伤的严重后果,所以,要加强自动报警与预防手段,消防,通风措施必须跟上,同时注意检测气体.1.2.5盾构机掘进参数导致的事故在操作上,注意调整盾构机掘进参数,尤其是在始发和到达阶段,要采取一定的技术手段,防止盾构机抬头或掉头,要均匀掘进,避免盾构机蛇形.对于泥水盾构而言,要防止掘进参数不当导致管片上浮的发生,还要注意当泥水仓的压力建立不当以及泥水仓压力不正确,导致的地面冒顶事故等.1.2.6土压平衡盾构喷涌事故广州和武汉等地均发生过多次施工喷涌事故,可以考虑在螺旋输送器出渣口(皮带输送机前端)安装保压泵渣设备,既能使土仓压力不会通过螺旋输送器卸压,同时能将含水量高的渣土运走,而防止喷涌的发生.土压平衡盾构机螺旋输送机保压泵碴系统,是补充增加的泥水加压出渣系统.该系统能在喷涌等难以保持土仓平衡的情况下,继续保持土仓压力并且保证碴土能顺利出至矿车,防止污染隧道,更有利于连续施工.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,在盾构选型上要给与高度的重视,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,才可以最大限度地避免施工事故的发生.总之,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,机械相关的事故41起,安全防护原因有4起,造成人员伤亡的情况见表l,2.2盾构隧道安全管理措施2.1加强盾构机设备管理水平要加强盾构机本身的设备管理水平,杜绝带病作业,注意维护与保养,发现问题及时解决.严格执行机械设备安全操作管理规章制度等,最大限度地减少机械事故的发生,确保整个盾构施工的顺利进行.2.2构建专家,中介机构服务平台积极构建专家参与的中介安全服务平台,充分发挥社会安表1北京轨道交通施工安全事故统计(1988-2006年)寨_0一机械暾表i孽麓拣曩耩他次数28143127伤亡/人213043表2广州市地铁公司施工事故统计(20012007年)务舞机鹄事鎏i蚴塌喷涌-电力事故次数159475伤亡/人全中介机构或专家的力量,按照建设部(危险性较大工程安全专项方案编制及专家论证审查办法,要求施工单位对暗挖工程重大危险源部位施工时编制专项施工方案,专家对方案进行咨询评估.制定地铁工程安全生产监理工作的要点,细化地铁工程监理的安全管理工作,强化监理第二道安全防线的作用.2.3制定地铁工程盾构施工安全技术标准尽早制定地铁工程盾构施工安全技术标准.鉴于当前尚无国家性的关于地铁暗挖工程施工安全技术标准,可借鉴北京,上海等地的地铁工程安全管理的有益做法,根据现场水文地质情况,建筑物的基础形式,沿线的地下管网分布情况以及明挖,暗挖施工工艺方法等,建立和完善地铁盾构工程施工安全的标准,确定相关盾构施工技术标准和技术规范,为施工安全管理提供技术保障.2.4成立地铁盾构工程施_安全专家组针对盾构工程施工专业性强,施工难度大,危险源隐蔽的特点,聘请在盾构设计,施工,监理领域有丰富经验的专家组成施工安全专家组,参加地铁盾构工程施工安全重大技术方案的会审和论证,参加地铁施工重大危险点源抽查和专项整治活动,进而起到地铁施工安全管理的l6U052智库作用.同时考虑制定地铁工程施工突发事故应急预案,成立常设的抢险专家组,并定期组织演练.这样一旦发生事故,可防止事故进一步扩大,最大限度地挽救生命和保证财产的安全.3结束语盾构隧道施工要以预防为主,有备无患,要坚决执行机械设备的使用,维护规范,要加强盾构施工中的监控测量工作,做到信息化施工.一般来说,地铁施工发生事故前总是有预兆的,如隧道支护结构变形过大,过快,或地面沉降发生突变,或隧道出现渗漏水现象等,如能及时发现和处理,使其始终保持在控制标准以内,事故是可以避免的.质量是施工的生命,安全是质量的前提,盾构隧道只有在确保安全的情况下,才能高效有序地进行.参建的每一个单位和个人都要建立大安全概念,利用一切可利用的技术,管理手段,依靠科学技术和技术创新,从每一环节入手,把风险降低至可控制程度.通过对各种安全影响因素进行风险分析和及时采取相应的防范措施,及时规避地铁隧道建设过程中存在的潜在风险,确保地铁建设的安全.收稿E:I期200810.27坝代堪市轫腽交蝮5/2009MODERNURBANTRANSIT0