基于盾构隧道施工安全防范讨论
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摘要：近年来，随着国内盾构施工技术水平和盾构国产化率的不断提高,特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下,地铁工程盾构法隧道施工越来越受到重视和青睐。关于盾构法施工过程中的安全问题,国内从事盾构施工人员进行了大量的研究,并找到了相关的安全防护措施。本文笔者的探讨以下。
关键词：盾构；隧道施工；安全防范
1、盾构隧道施工有害气体爆燃的防范措施
一般来讲密闭式盾构施工正常施工过程中,地层中量少且压力不大的有害气体较难进入已安装了管片的隧道空间内,因此整机采用防爆的盾构机在国内外还未见实例。而有害气体对盾构施工的最大威胁来自开仓过程,其次为土压平衡盾构施工的螺旋输送机出料口的泄漏;而对于泥水平衡盾构由于其掘进的废料是通过管道输送到地表开阔的环境中,因此其危害不大。
鉴于我国城市盾构隧道的修建数量大、范围广,因此对于需要开仓作业的盾构隧道工程,需吸取经验教训,采取必要的防范措施,防止事故的发生,保障人民的生命与财产安全是很有必要的。笔者认为采用盾构修建城市隧道,应立即采取如下防范措施:
1)盾构隧道施工所使用的盾构机,其人仓中的电器设备必须采用防爆设备,如通讯电话、照明灯具等;同时除盾构机本身配备的隧道环境气体(CH4)监控仪外,施工中还应配备便携式气体检测仪进行巡回检测。
2)在进行盾构开仓作业前,应强制进行仓内有害气体的检测。如在适当的防护下,通过压力仓壁隔板上的开孔,对仓内气体进行抽样检测。
3)若在仓内检测到有害气体,首先应进行仓内气体置换,如通过泡沫、高压水和压缩空气的注入管路压入空气,并通过土仓隔板上的预留孔连接排气管路,将有害气体排至盾构机拖车后部适当地位置,利用隧道正常施工通风将其稀释到无危害浓度。
4)只有当检测到排出口的有害气体浓度满足《地下铁道工程施工及验收规范》及《化学矿山工业卫生管理规定》的相关要求,才能进行开仓作业。
5)在开仓后进行仓内的作业过程中,必须不间断地进行空气质量检测,保障通风。如在合适的隧道环境中,设置鼓风机将合格的空气送入仓内,保持仓内良好的气体循环,确保仓内作业环境的空气质量。
2、地质灾害与工程环境灾害
笔者结合多年在盾构工程领域工作的经验与工程实例,在此提出盾构隧道的工程环境灾害问题,这是一个有别于我们通常所强调与重视的地质灾害问题。
2.1地质灾害
地质灾害是指包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害;而在工程界主要是指工程建设引发的与地质作用有关的灾害;地质灾害危害程度是指地质灾害造成的人员伤亡、经济损失与生态环境破坏的程度。很显然地质灾害关注的是如暴雨、地震等自然因素或人类在地质体中的建设(如修建隧道、地下室、水库或采矿)活动诱发地质体发生空间的变位,从而造成生态环境的破坏或对人民生命伤害与财产的损失。我国在建设工程和规划中高度重视其可能形成的地质灾害,国家专门颁发了《地质灾害防治条例》,并规范全国建设工程和规划区地质灾害危险性评估工作,特制定了《地质灾害危险性评估技术要求》。尤其是在城市隧道及地下空间开发工程中,隧道界一直非常重视隧道工程建设可能造成的环境破坏与环境保护问题。
2.2工程环境灾害
工程环境灾害是指工程环境因素引发的危害隧道及地下工程建设的人民生命和财产安全的设备损坏、隧道坍塌与变形等工程灾害。这里特别强调的是与工程相关的环境因素引发的灾害,但同时这些因素又是容易被忽略或隐性的。
由于盾构施工的人员很少能够直接面对隧道岩土层,对隧道所处环境的变化不能有亲临其境的直接认知,而引发盾构隧道工程环境灾害的因素很多,其处置也比较困难,因此对盾构隧道工程环境灾害的处置应以“预防为主,提前处理、综合治理”为原则。
盾构隧道的工程环境灾害归结起来可分为以下四个方面:
1)地面工程环境;如水塘、江河海水以及地表的危险建筑物。水的作用对盾构隧道建设影响很大,尤其是对于土压平衡盾构施工,稍不注意就可能产生喷涌或倒灌导致水淹隧道。
2)地中工程环境。主要有地层中可能存在的已经破损的地下管线、地下化粪池和油库、不明地下构筑物、历史造成的地中危险物等等。比如在某隧道施工中,在盾构隧道贯通后发现盾构泥水仓内有多发炮弹,所幸在施工过程中未发生爆炸,否则后果不堪设想。
3)地质工程环境。主要有地层中储藏或壁后注浆材料产生的有害气体、超限软硬不均地层、特大高强孤石、难以探明的空洞等等。如国内已有多例因隧道断面内地层强度差异性很大,导致盾构刀盘损坏而不得不另建辅助工程进行刀盘修复与更换;国内外也出现了因进入仓内进行刀盘、刀具处理而造成人员伤亡的事故案例。这一因素对隧道建设工期的影响是巨大的,目前国内对此认识还不到位。
4)盾构隧道结构对周边地层环境的敏感性。盾构隧道结构大部分是由拼装式管片构成的,由于其形成稳定结构主要依靠管片环外周水土压力,一旦其外周压力发生变化,就可能形成灾难性的破坏。
3、结论与建议
(1)工程环境灾害与地质灾害是两个不同范畴的概念。在地下工程界,前者关注的是环境因素对地下工程建设时的人员、设备的损坏;后者关注的是工程建设活动因地质作用而发生的人员、设备及环境损坏。而工程环境灾害具有偶然性、隐蔽性、突发性等特性,在城市修建盾构隧道工程,如何防范工程环境灾害的发生必须引起建设管理部门重视。
(2)建议对现行的相关盾构隧道规范进行修改,在有关盾构隧道章节应增加工程环境灾害方面的相关条款,提出相应的强制性条文;同时建议在盾构隧道的风险分析中要进行工程环境灾害的分析与评估,以促进盾构隧道的规划、设计与施工各阶段分别采取不同的措施予以规避或减轻可能的工程环境灾害。
(3)如采用密闭式盾构修建城市隧道工程,盾构机宜配置隧道环境有害气体检测仪器和报警系统外,还必须配备便携式气体检测仪,并应进行开仓前仓内有害气体检测;对于明确储藏有害气体的地层应进行包括提前释放、隧道环境气体质量评估、特殊通风措施、人员与设备防护等。
(4)鉴于盾构隧道结构的环境敏感性,建议进一步加强对其使用寿命、隧道保护方式方法的研究。
参考文献：
[1]GB50299―1999地下铁道工程施工及验收规范.
[2]张敏,朱彩云,刘国华等,高危险作业有害因素控制水平预警模型.中国安全科学与技术,2009.
[3]竺维彬,鞠世健等,地铁盾构施工风险源及典型事故的研究.广州：暨南大学出版社,2009.
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