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摘要： 我国城市化进程越来越快，城市交通成了制约城市发展的重要问题，很多大中型城市都选择了轨道交通的手段，来有效解决城市交通拥堵的问题。轨道交通地下部分根据其特点，绝大多数选择盾构法修建隧道来实现，目前我国拥有盾构机的数量可谓是首屈一指，相伴而来的盾构法施工安全事故总量也全面上升，本文全面梳理盾构施工阶段的安全控制要点，为以后类似项目的安全控制提供经验参照。
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.
關键词： 盾构法；安全；控制；要点
Key words： shield；safety；control；essential
中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）22-0131-04
1 概述
根据GB/T《生产过程危险和危害因素分类与代码》盾构施工主要危险、危害因素有：设备、设施缺陷；防护缺陷；运动物危害；作业环境不良；信号缺失；标志缺陷；易燃易爆性物质；负荷超限；辨识能力缺陷；指挥错误；操作错误等。根据GB6441《企业职工伤亡事故分类标准》盾构施工主要安全事故有：坍塌、透水、起重伤害、车辆伤害、物体打击、瓦斯爆炸、火灾、其他等。
1.1 依托项目情况
本文主要依托郑州地铁一号线碧沙岗站～郑州大学站盾构区间，郑州地铁二号线紫金山站～农业路站盾构区间；北京地铁七号线广渠门内站～广渠门外站盾构区间；石家庄地铁一号线火车东站～东杜庄站盾构区间；沈阳地铁十号线柳条湖站～北大营街站盾构区间；成都地铁三号线驷马桥站～驷马桥北站盾构区间等不同城市的施工情况，来研究与盾构法施工相关的安全控制要点。
1.2 盾构法施工基本原理
盾构机主要有五部分组成：壳体、排土系统、推土系统、衬砌拼装系统和辅助注浆系统。 盾构机的壳体由切口环、支撑环和盾尾三部分组成，并与外壳钢板连成一体； 排土系统主要是由切削土体的刀盘、泥土仓、螺旋出土器、皮带传送机、泥土运输电瓶车等部分组成。
主轴承密封失效，主轴承就会先损坏。合适的多道耐磨密封形式、功能完善可靠的润滑和冷却系统是降低主轴承密封风险的重要因素。
在设置铰接装置的盾构中，铰接密封是否可靠，关系到砂水是否涌进盾构机内，在高水压软弱地层显得特别重要。铰接装置及其密封设计必须适应盾构机在曲线隧道掘进要求。
盾尾密封是否可靠，亦关系到砂水是否涌进盾构机内，同时亦确保盾尾同步注浆及管片环二次注浆质量及浆液是否涌入盾构机内。多道密封形式设计应合理，密封刷应耐磨工作可靠，使其有助于更换密封刷。
2 各阶段安全控制要点
2.1 地质补勘与风险源调查
采用四种调查方案相结合的方式进行调查：现有图纸调查、实地地面调查、物理探测调查及人工探槽调查。配备防爆手电，主要用于进入检查井内调查时，防止存在易爆气体；配备安全带，进入较深的检查井内时，调查人需佩戴安全带等防护用品，防止高空坠落、踩空等安全事故；有毒有害气体检测仪，打开检查井盖或深入井内调查时，需先进行有毒有害气体检测，确认安全后，方可进行下一步工作。
2.2 盾构选型
盾构是根据工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等特征来“量身定做”的特殊设备。盾构选型是盾构法隧道能否安全、快捷、经济的关键工作之一。盾构施工的成功率，主要取决于盾构的选型 ，据统计盾构施工事故多数原于盾构选型失误。
盾构选型的基本原则如下： ①安全可靠（适应性）；②技术先进（掘进效率）；③经济性（设备经济）。总目标还是为了综合效益，安全是保障、技术是关键、效益是目标。
盾构选型依据：盾构选型应以工程地质、水文地质为主要依据，综合考虑周边环境、隧道埋深、设计线形、工期、始发与接收井等。选型依据的重要工程与水文地质参数如下：
①颗粒分析：290mm及以上为超粒径，80mm以上为大粒径，0.075mm以下为粉粒或粘粒（一般粉粒或粘粒含量在30%～40%的碴土改良相对简单）。
②单轴抗压强度（对岩石或超粒径卵石应考虑，40MPa以下为软岩、150MPa 以上为特硬岩）。
③含水率：影响碴土改良的配合比。
④液塑限：影响泥饼的形成。
⑤标惯系数N值：影响磨损和掌子面自稳。
⑥粘聚力c值：影响泥饼和掌子面自稳。
⑦内摩擦角？准值：影响磨损和掌子面自稳。
⑧容重γ值：作为按重量控制出碴的依据。
⑨孔隙率：作为按体积控制出碴的依据，松散系数。
⑩孔隙水压力：当水压力大于0.3MPa时，若选择土压平衡盾构，应对螺旋的喷涌有特殊要求。
{11}渗透系数：当渗透系数小于10-7m/s时可选择土压平衡盾构，当渗透系数大于10-4m/s时应选择泥水盾构。
2.3 盾构吊装
根据各城市地铁业主规定及国家相关规范要求，与盾构法施工专项方案编制主要如下：吊装安全专项施工方案、始发与接收安全专项施工方案、端头加固专项方案、盾构穿越风险源安全专项施工方案、降水专项方案、運输专项安全方案、管片生产专项方案、始发条件验收、接收条件验收。
依据《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质【2009】87号文），安全专项方案应包括以下内容：①工程概况：危险性较大的分部分项工程概况、施工平面布置、施工要求和技术保证条件。②编制依据：相关法律、法规、规范性文件、标准、规范及图纸（国标图集）、施工组织设计等。③施工计划：施工进度计划、材料与设备计划。④施工工艺技术：技术参数、工艺流程、施工方法、检查验收等。⑤施工安全保证措施：组织保障、技术措施、应急预案、监测监控等。⑥劳动力计划：专职安全生产管理人员、特种作业人员等。计算书及相关图纸。
2.4 盾构始发与接收
据各种渠道了解，城市地铁施工中，盾构始发与接收阶段事故率居高不下，反复发生，也就印证了整个盾构施工阶段，始发与接收最为危险。事故发生后，影响面较大，对企业造成了不良的经济及社会影响，故需采取针对性的防范措施。
端头加固常用方法与效果检查如下：
端头加固的主要工法：降水法、注浆法、置换法、高压旋喷法、深层搅拌法、冻结法、高压旋喷+深层搅拌法。
对注浆类端头加固土体验收检验通过后方可凿除洞门，用风钻钻9个“米”字型观测孔，孔径100mm，钻孔深度3m，取芯检验盾构出洞正前方土体加固情况（设计图纸给定参数）：加固后的土体具有良好的均匀性和自立稳定性；加固土体无侧限抗压强度达到0.8MPa以上；渗透系数≤1.0×10-7cm/sce。
冷冻加固，冻结物理参数（设计图纸给定）：冻结壁厚度为2m，冻土平均温度取-10℃，冻土强度指标取抗压强度3.5MPa，抗拉强度2.1MPa，抗剪强度1.8MPa。
盾构始发时，根据盾构的具体尺寸计算出转刀盘及出土的里程，并标注在盾体上。
通过对盾构始发施工进行总结，我们发现，盾构隧道小半径曲线始发施工应注意以下几点。
①盾构机密封刷处应涂满密封油脂。
②盾构机始发时应缓慢推进。始发阶段由于设备处于磨合阶段，注意推力、扭距的控制，同时注意各部分油脂的有效使用。掘进总推力控制在反力架承受能力以下（700t），同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发架提供的扭矩。
③始发前在刀头和密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损害洞门密封装置。始发前在始发架上涂抹油，减少盾构机推进阻力。
④始发架导轨必须顺直，严格控制标高，间距及中心轴线，基准环的端面与线路中线垂直。盾构机安装后对盾构机的姿态复测，复测无误后才开始掘进。
⑤盾构刚进洞时，掘进速度宜缓慢，同时加强后盾支撑观测，尽量完善后盾钢支撑。
⑥在始发阶段，由于盾构机推力小、地层较软，调整盾构机姿态，使用下侧的千斤顶加朝上的力的同时一边向前推进，防止盾构机磕头。
⑦始发初始掘进时，盾构机位于始发架上，在始发架及盾构机上焊接相对的防扭转装置，为盾构机初始掘进提供反扭矩。
⑧盾构机始发在反力架和洞内正式管片之间安装负环管片，在外侧采取钢丝拉结和木楔加固措施，以保证在传递推力过程中管片不会浮动变位。
⑨盾构接收时，最后两环用全站仪实时守候对中心刀尖进行测设，防止盾构接收时“难产”而引发安全事故。
⑩采用钢护筒接收时，在端盖开启前，一定要进行压力检查并确保有效泄压，并松动推进油缸。
2.5 盾构穿越风险源
2.5.1 穿越障碍物需遵循以下原则：
①事先深入调查：应通过踏勘、询问、档案资料、物探等手段进行联合调查。
②采取规避措施：对有条件的地段，首先考虑采取平、纵断面的调整，最大限度的规避障碍物。
③提前进行处理：应对障碍物，根据设计要求提前进行隔离、加固、破除等预处理。
④实时加强监测：应对掘进参数、地表沉降、地下水位等实时加大监测频率。
⑤及时跟踪注浆：应根据监测数据，及时进行跟踪注浆，确保施工安全。
2.5.2 出土螺旋被锚索缠绕
预应力锚索属于柔性结构，无法通过盾构刀具的切割将其破坏。预应力钢绞线强度高达1860MPa，是普通钢筋强度的6～9倍，即便通过加固处理成刚性结构，也很难通过盾构刀具的切割将其破坏。
2.5.3 盾构下穿铁路时，提前加固
盾构下穿铁路时，应根据设计方案对既有铁路进行加固按专项方案预定的参数稳步掘进，并到相关部门办理手续，确保合法安全通过。
2.6 正常掘进阶段穿越不良地质控制要点
2.6.1 穿越不良地质需遵循以下原则：
①合理进行补勘：应通过对设计文件的分析、补勘等手段进行联合调查。
②严格渣土改良：应高度重视不良地质段的渣土改良工作，确保各项指标符合盾构施工原理。
③严控辅材质量：不良地质段，往往对盾构机伤害加大，应严格管控辅助材料的质量。
④实时加强监测：应对掘进参数、地表沉降、地下水位等实时加大监测频率。
⑤及时跟踪注浆：应根据监测数据，及时进行跟踪注浆，确保施工安全。
2.6.2 掘进过程中防尾刷损坏措施：
①逐环检查好管片的外弧面，不光滑的坚决不用；
②推进油缸的行程差不宜大于30mm，严控盾尾间隙；
③严控盾尾油脂的质量，每桶新开的油脂一定要观察颜色，粘度等；
④每次拼管片前一定要清理好泥砂，并用高压水冲洗，确保拼环处清洁；
⑤严控同步注浆压力，勤清注浆管，在确保注浆量的同时，压力不宜大于2.5bar（约为盾尾密封设计压力的80%），防止同步注浆液损坏尾刷；
⑥穿越高水位地段管理盾尾油脂耐壓试验，将油脂装入内径为5cm、深度为10cm的专用试验仪器内用氧气瓶提供击穿气压，在稳定压力2MPa情况下，油脂被击穿持续时间为5分25秒，在稳定压力1.6MPa情况下，油脂持续10分钟未被击穿，油脂高度降低1cm；
⑦盾尾油脂腔压力应均匀，说明书中是20bar，如发现压力异常应立即停机分析原因。
3 组织模式对施工安全的影响
根据调查结果显示，目前市场上盾构施工管理模式大体上可以归纳为以下四种：一是自有盾构+自有劳务模式（项目直管）；二是自有盾构+外包劳务模式（包工不包料）；三是外租盾构+自有劳务模式（项目直管劳务模式）；四是外租盾构+外包劳务模式（整体外包）。采用不同的组织模式，将对盾构法施工安全也存在一定的影响，主要体现在劳动纪律、作业层人员稳定情况、执行力及遵循施工程序等方面。
4 结束语
总之，安全管理是需要全员参与，全过程控制。采用持续改进的科学方法，经常开展QC活动。安全管理要有计划，定目标（目标要有科学性，也就是策划），采取何种方法来实现目标（方法论的问题），人员选择与资源配置（以人的素质为本，识才，用人，要用其所长，避其所短），适时进行调整和纠偏（动态控制）。及时总结（为以后决策提供依据）。
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