盾構隧道施工安全隱患與風險源分析研究

摘要：由于隧道工程是涉水、涉土的隱蔽施工，工程危險性大，施工期的安全一直是工程建設管理的重中之重，對施工區域開展全方位、零死角的安全隱患排查，對存在重大安全風險施工部位加強監控，是盾構隧道施工安全管理的主要任務。本文根據現行國家規范、行業標準及國內外有關的研究成果，梳理了盾構隧道施工安全隱患與風險源，并根據隱患與風險源的特點，按照人員、設備、環境進行分類，形成安全隱患與風險源臺賬，為盾構隧道施工安全隱患提供基礎。

關鍵詞：盾構隧道""安全隱患""風險源臺賬""工程假設

中圖分類號：TU753

Analysis"and"Research"of"Safety"Hazards"and"Risk"Sources"in"Shield"Tunnel"Construction

SONG""Yazhou

Jiangsu"Easttrans"Intelligent"Control"Technology"Group"Co.，"Ltd.，"Nanjing，Jiangsu"Province，"210000"China

Abstract："Tunnel"engineering"involves"the"hidden"construction"of"water"and"soil，so"it"poses"high"risks."The"safety"of"the"construction"period"has"always"been"a"top"priority"of"engineering"construction"management，"and"conducting"all-round"and"flawless"safety"hazard"investigation"innbsp;the"construction"area"and"strengthening"the"monitoring"of"construction"areas"with"major"safety"risks"are"the"main"tasks"of"the"safety"management"of"shield"tunnel"construction."According"to"current"national"norms，"industry"standards"and"relevant"research"results"at"home"and"abroad，"this"article"combs"the"safety"hazards"and"risk"sources"of"shield"tunnel"construction，"and"based"on"their"characteristics，"classifies"them"according"to"personnel，"equipment"and"the"environment"to"form"their"ledgers，"so"as"to"provide"a"foundation"for"the"management"of"safety"hazards"in"shield"tunnel"construction.

Key"Words："Shield"tunnel;"Safety"hazard;"Risk"source"ledger;"Engineering"assumption

根據《長江干線過江通道布局規劃》要求，計劃用15年時間，建成240座過江通道，其中江蘇省就占41座過江通道，其中已明確采用隧道形式的有16座，而且過江隧道以盾構施工為主[1-2]。在隧道盾構技術方面，我國已經是世界上應用最多的國家，江蘇省作為我國經濟發展的重要區域，長江南北的溝通頻繁，交通量較大，因此隧道建設也已大直徑為主，直徑往往超過14m，已經超過大盾構的指標[3-4]。由于過江隧道工程建設涉水、涉土，工程安全隱患多、風險大，針對盾構隧道施工的安全特性進行分析，構建盾構隧道施工安全風險清單，已成為盾構隧道開工前的必要工作[5]。

1""隧道施工安全事故分析

據國家交通運輸部發布的《全國高速公路建設安全事故通報》統計，近五年期間，在公路施工現場安全事故發生的區域中，隧道發生施工安全事故的比例最高為35%。隧道工程在施工過程中受自然條件、物質資源等各類因素影響，施工難度較大，具有以下特點。

1.1機械設備多，多工種、多工序交叉作業

施工過程中涉及的專業工程較多，既要使用龍門吊等特種設備，還要使用切割機、鋼筋彎曲機、電焊機等常用小型機械。另外，流水施工過程中，多工序同時在施工，多工種交叉作業現象屬于常態，對施工安全影響較大。

1.2施工周期長，流動性大

施工周期長，流動性大，作業人員年齡大、素質不高，施工時間長。同時，工期、家庭因素等原因也造成人員流動性比較大，尤其一線作業工人經常變動，為管理也增加了難度。另外，經濟的快速發展，越來越多的年輕人不愿意從事高強度的體力勞動，勞務工人平均年齡近45歲，工人普遍文化水平不高、安全意識差。

1.3工程材料需求大、臨時工程多

由于工期長、施工困難、工程體量大等原因，工程材料需求量較大，一些項目地方管理要求不高，標準化程度還不達標，隨便堆放材料、臨時工程標準較低的現象普遍存在。

2""隧道施工安全影響因素分析

影響安全的因素是隧道工程施工過程中安全管理的主要對象，在施工過程中以各種各樣的形式存在。盾構隧道的工程安全施工影響因素很多，從人為因素、物質因素、環境因素等角度對盾構隧道工程施工事故進行分析。

2.1""人為因素對安全影響

隧道工程會遇到很多決策、管理和組織問題，從工程立項規劃開始，就會涉及到選擇的工程建設地址和技術方案是否合理，工程施工是否對對周圍環境產生較大的影響，工程建設能否創造經濟效益和社會效益等一系列問題，綜合的考慮各種風險和效益后才能確定每個問題的決策與執行。過江隧道工程安全施工事故的發生，主觀因素占了決定性的作用，一些事故都存在著人為因素的影響，因此要加強人員的安全生產意識，上至項目決策人員，中至管理人員，下至施工人員，建立健全項目安全保證體系，并進行有效運行。

2.2""物質因素對安全影響

物的不安全狀態是指能導致事故發生的物質條件，如機械設備或存在的不安全因素，包括機械的本身存在的缺陷、防護保險方面的缺陷等。在隧道工程施工中，設備間一旦碰撞、倒塌、傾覆危險性極大，不僅自身受到損傷，而且對現場人員、在建工程、相鄰建筑物構成安全威脅。如雙頭運輸車，其主要用于公路隧道的施工建設，該車主要是作為盾構機掘進施工過程的輔助設備，運輸的產品主要包括三類：盾構管片、箱涵和砂漿罐，主要任務是將上述產品從預制梁場運輸到隧道施工場地。但是隧道內空間狹小，視野受限，易出現碰撞事故。

2.3""環境因素對安全影響

環境因素即：（1）隧道工程項目所在地的水文、地質和氣象等自然因素；（2）施工現場的通風、照明、安全衛生防護設施等勞動作業環境；（3）由多單位、多專業交叉協同施工的管理關系、組織協調方式、質量控制系統、安全體系保障等構成的管理環境，這些環境條件直接影響隧道工程安全施工。一些隧道工程建設項目水文地質條件復雜、多為不良地質和特殊地質，不利于地下空間工程施工，在施工區域內隧道始發井、隧道圍巖支護結構變形大、變化快、事故具有突發性的特點，易發生土方（結構）坍塌、土體滑坡、管涌等事故。

3""隧道盾構施工風險源清單

由盾構法施工安全風險識別內容可知，盾構前準備及附屬設施施工階段、盾構機安裝階段、盾構機始發階段、盾構機掘進階段、盾構機到達階段、盾構機穿越特殊地段階段等六個階段的風險源，按照“人、物、環”可分為三大類，但目前在安全隱患識別方面仍以人工的巡查發現為主，在自動化、智能化方面存在不足，為了進一步運用科技和信息化等手段對存在重大安全隱患施工部位加強監控，本文在調研國內外研究現狀的基礎上，形成風險源清單及智能識別需求，見表1。

3.1人員風險源智能識別需求

針對人員行為的風險源智能識別，現有的基于人工智能與計算機視覺的施工現場監測系統僅僅應用目標檢測技術將待識別目標識別出來，并且識別目標單一，不能支持全方面的潛在危險源檢測，無法滿足施工現場這類復雜場景需求。同時，僅僅使用目標識別技術，計算機只能理解施工場景中簡單、單一的語義信息，無法理解施工場景中復雜、豐富的語義。因此，需要開展面向施工現場的人員不安全行為精細化智能識別系統的研究，利用深度學習與計算機視覺技術，支持施工現場場景的全方位施工人員行為分析，從源頭杜絕施工現場潛在的事故隱患。

3.2設備風險源智能識別需求

由表1中可看出，針對“物”的隧道盾構施工風險源清單中“龍門吊超載違規作業，龍門吊失衡；盾構掘進過程中，管片安裝機的起吊裝置失效；電瓶車駕駛人員違規操作，行駛前未拉警示鈴，發生碰撞。”對應的主要傷害為起重傷害和車輛碰撞，為施工現場中安全管理的重要工作，而“密封洞門拆除時機械故障、密封裝置密封性差；盾構臨近建筑物或河道時，注漿不密實、盾構機參數設置不合理。”涉及人員的規范操作與多專業檢測設備。因此，針對當前安全管理的迫切需求，以及現有智能化發展水平，針對危險性較大龍門架設備通過監控各項安全參數：吊重、行車行程、風速等，實現了對機械設備運轉情況的實時監測，異常狀態下進行報警，將無聲管理變成了“有聲管理”，大幅縮短報警處置時間，避免重大安全事故發生。針對施工期隧道狹小空間下雙頭運輸車的運行安全，運用雷達傳感器研究障礙物識別技術與運行車速監控技術，保障雙頭運輸車的施工安全

3.3環境風險源智能識別需求

由表1中可看出，針對“環”的風險中共有11類因素，其中，針對“基坑等附屬設施高處作業平臺搭設不完整；盾構機安裝時，高處操作平臺未設置不完善；護欄等防護措施不合格”等安全設施確實問題已有成熟的圖像識別監測技術。“基坑開挖時，遇見不良地質；盾構掘進過程中遇到不良地質處理不當”等地質安全問題，可采用地質超前預報進行監測。而針對“基坑支護變形、盾構機穿越管線、既有道路、地基承載力不足、溶水洞地質處理不當”等產生的變形，目前可采用測量機器人監測和人工，但是存在監測成本、監測精度、實施的難易程度等方面的問題。因此，針對盾構隧道涉及的結構物變形，利用機器視覺技術，將施工現場的視頻監測設備進行綜合應用，開展實時在線結構變形監測方法的研究，實現低成本、高精度的實時監測與預警。

4"結語

本文以盾構隧道施工安全風險作為研究對象，對盾構隧道施工安全特性進行分析，并以此為前提，結合近些年隧道的事故統計分析進行盾構隧道施工安全風險識別，構建盾構隧道施工安全風險清單。主要結論如下：

（1）盾構隧道施工具有建設周期長、施工技術復雜、隱蔽風險因素多以及對周邊環境影響大等安全特性。

（2）盾構隧道施工的風險主要存在于施工全過程，公路隧道在施工階段開展風險評估工作對指導施工具有重要作用。

（3）從“人、物、環”三方面，結合隧道盾構施工風險源清單，確定了當前階段施工風險智能識別技術的研發需求。

參考文獻

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[3] 唐少輝，張曉平，劉浩，等."復雜地層水下盾構隧道工程難點及關鍵技術研究與展望[J]."工程地質學報，2021，29（5）：1477-1487.

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[5] 彭涌泉，肖新華.地鐵隧道盾構施工安全風險因素及控制措施[J].科技與創新，"2023（8）：124-126.