過湖隧道盾構法施工全過程安全管控

摘 要：在過湖隧道盾構工程施工中，由于施工巖土水文較為復雜，施工難度大、施工安全風險高，可能出現盾構機吊裝墜落、塌方、支撐體系失穩等風險，由此會引發嚴重施工安全事故。本文結合污水管過石門湖工程項目，深入研究了工程施工安全管理難點問題，并從基坑施工、盾構施工等方面闡述了安全管控要點，以期為同類工程盾構施工安全管理提供參考。

關鍵詞：下穿湖泊；盾構施工；污水管道；安全管理文章編號：2095-4085（2024）03-0209-03

0 引言

過湖隧道工程中，巖土水文條件異常復雜，給隧道工程施工造成了較大困難。受多方面因素影響，過湖隧道工程各技術環節施工安全風險源較多，一旦出現問題就可能造成嚴重施工安全事故。為確保過湖隧道工程施工的安全性，施工單位必須高度重視施工安全管理，并對過湖隧道工程實施全面的施工全過程安全管控。本文結合污水管過石門湖工程項目，深入研究過湖隧道盾構法施工安全管理難點和全過程安全管理要點，以期為同類工程施工提供有益參考。

1 工程概況

污水管過石門湖工程橫跨石門湖東西，沿直線下穿石門湖布設。東接接收井，西連始發工作井，過湖段長度為2 165m，過湖段采用盾構法施工。隧道外徑6.2m，內徑5.5m，環寬1.5m，采用通用楔形鋼筋混凝土管片。盾構始發井距石門湖40m，始發端長度27.8m，寬度15.2m；標準段長度76.4m，寬11.4m。始發端基坑開挖采用明挖法施工，基坑開挖面積1 200m2，基坑開挖深度24.3m。始發井支護采用1 200@1 600mm鉆孔灌注樁146根，樁間采用800mm三重管高壓旋噴止水帷幕。

盾構始發井和接收井之間過湖段隧道采用盾構工藝下穿石門湖，全長2.165km，斷面內徑5.5m，管片外徑6.2m，隧道頂部覆土最淺處約6.2m，航道處隧道頂距湖底最小處約10.6m。隧道地質以粉質黏土為主。盾構機采用土壓平衡盾構，外徑6.48m。盾構結構襯砌采用雙面楔形通用襯砌管片結構，混凝土強度等級C50，厚度350mm，抗滲等級P12。

2 工程施工技術難點問題分析

結合該工程地質水文和工程設計情況，施工單位組織專家組運用AHP分析法對過湖段施工安全風險進行全面梳理，結合安全風險發生幾率、危害程度和風險致因確定工程施工難點問題，并根據安全風險制定處置方案。

2.1 盾構機吊裝

始發井和接收井場地覆蓋層土層為雜填土、耕土等，并且回填土與臨湖側無邊坡防護、支護措施，導致盾構機吊裝及進入、吊出安全風險大。為確保盾構機吊裝安全，施工單位在始發井和接收井端頭部位采用旋噴樁止水帷幕加固表層土，從而確保盾構機吊裝安全。

2.2 基坑開挖難度大

工程中，基坑開挖難度大，安全風險較高。主要體現在：（1）始發井和接收井基坑開挖深度范圍內主要為耕植土、強風化巖層、中風化巖層等，冠梁以下逐漸進入強風化、中風化巖層，基巖較多，開挖難度大，施工安全風險較高。（2）基坑狹窄，最窄處凈寬僅9.0m，大型挖掘機、炮錘施工受限，狹窄基坑施工安全風險高。（3）基坑最深處22.0m，基坑開挖時鋼支撐豎向最大間距8.0m，基坑開挖施工難度大、風險高。

2.3 盾構長距離穿越

該工程過湖隧道段全部處于石門湖水域，中間無檢修井，盾構施工面臨一次穿越距離長、地質復雜多變的問題。由于過湖段為隧道最低點，隧道頂部距離現狀湖底最小為6.4m，屬于距離接近的重要設施。隧道施工范圍內地質多為軟塑淤泥，開挖斷面需穿越3種地層，主要為卵石土層，土層中卵石占比達60%，透水性強，層間存在承壓水，且施工期為石門湖豐水期，對盾構施工參數選擇和安全措施落實要求很高。

2.4 盾構進出洞安全

工程中，過湖隧道進出洞安全風險較大，主要為過湖段隧道巖土性質差、透水性強，且隧道頂部距現狀湖底距離小，且處于石門湖豐水期，受承壓水和層間水影響，過湖隧道進出洞突水風險大。如進、出洞端頭井防水處理不當，可能自端頭井部位開始出現大面積滲水、突涌等問題，從而威脅盾構施工安全。同時，進出洞端頭井巖土承載力差，受機械自重和施工荷載影響，可能出現盾構機下陷、傾斜等問題。

3 過湖隧道盾構施工全過程安全管控研究

為確保過湖隧道盾構施工安全，施工單位對過湖隧道盾構施工可能出現的施工安全風險進行梳理，成立了施工技術、安全質量攻關小組，編制了風險源清單、專項施工方案，并召開風險分析會，針對潛在的施工安全風險制定系統性、針對性安全管理措施，并加強技術交底和現場安全管理，從而確保過湖隧道盾構施工安全。

3.1 明挖基坑施工安全管理

通過對始發井、接收井基坑施工安全風險進行梳理，施工單位針對安全風險高的設備、防火和防汛安全風險、負高空作業安全風險、鉆孔樁鋼筋籠吊裝安全風險、鋼支撐拼接安全風險、體系失穩風險、塌方風險和起重機操作風險等制定了一系列安全管控措施。（1）基坑開挖中充分考慮基坑地層、圍護結構、支撐體系“時空效應”，對基坑開挖支撐穩定性進行驗算，并制定基坑開挖專項方案和安全保障方案，以確?；娱_挖安全?；娱_挖至基巖面后，采用炮錘破碎基巖，由挖掘機規整碎石后借助碼頭吊機吊出基坑。（2）狹窄空間施工時，現場由專人統一指揮操作，嚴格控制挖掘機旋轉角度和機械臂伸舉高度，挖掘機作業范圍內禁止非操作人員靠近。為防止現場施工時臨時用電亂拉電纜埋下施工安全隱患，或挖掘機作業時挖斷電纜，基坑狹窄空間電纜均在空間上方穿管敷設。（3）基坑基巖開挖施工時，采取信息化技術手段監測基坑鋼支撐受力、位移和基坑頂部沉降情況，對位移、沉降傾向采取跟蹤注漿、復加軸力等技術措施加固，以確保基坑開挖施工安全。

3.2 負高空作業安全管控措施

該工程基坑開挖深度大且開挖工作面狹窄，以基坑基底為基準，基坑開挖和基坑內部結構施工屬于高空作業，依據《建筑施工高處作業安全技術規范》（JGJ 80-2016）等相關要求，施工單位采取以下針對性高空作業安全管控措施：（1）基坑施工前編制基坑施工和安全管理專項方案，報總監理工程師審批后方可施工。（2）基坑施工區域安裝1.2m防護圍欄，圍欄底部增設18cm高擋腳板，以防止基坑頂部人員、雜物墜落。（3）基坑上下直梯、掛梯或斜道均采取封閉圍護措施，扶梯設置雙道護欄，斜道增設防滑條，便橋兩側設置封閉護欄，防止施工人員通行時高空跌落。（4）高空作業區域范圍內施工人員均配齊安全防護用品，現場加強安全檢查監督。（5）懸空吊裝作業人員采取有效防護措施，包括雙安全繩、安全網、臨空面防護攔擋等措施。（6）確?，F場施工范圍內和基坑內照明亮度。（7）基坑開挖和過湖隧道盾構施工中，禁止基坑頂部3.0m范圍內堆放雜物，以防止雜物滾落造成物體打擊傷害。

3.3 鋼支撐拼接安裝安全管控措施

工程中，始發井和接收井基坑采用型鋼支撐作為冠梁，鋼支撐結構拼接安裝質量直接影響基坑邊坡穩定性和安全性。為確保基坑支撐結構安全，施工單位對鋼支撐拼接和安裝加強管理，主要包括：（1）加強鋼支撐型鋼材料進場檢驗，檢驗合格后進行預拼裝，經全面檢查合格后方可使用。（2）鋼支撐連接螺栓全部安裝且緊固到位。（3）鋼支撐吊裝設備經詳細驗算，以確保吊裝設備、鋼絲繩選擇符合吊裝長度、吊裝重量和吊裝作業半徑要求。（4）鋼支撐吊裝嚴格按專項安全技術方案和操作規程施工，吊裝過程中加強現場指揮和信息化監控。（5）鋼支撐與圍檁結構要牢固焊接，防止鋼支撐受碰撞脫落造成人身傷害事故。

3.4 基坑支撐體系失穩安全管控措施

基坑支撐體系是保障基坑開挖和盾構施工安全的關鍵措施，但由于該工程臨近石門湖，巖土地質和水文條件較為復雜，受基坑開挖作業和巖土水文地質影響，基坑支撐體系可能出現失穩坍塌風險。為確保基坑支撐體系安全，施工單位采取了以下安全管控措施：（1）嚴格按基坑開挖施工方案順序施工，分層分段開挖，分段開挖長度為6～10m，嚴禁超挖［1］。（2）基坑開挖施工中遵循“邊挖邊撐”原則，結構施工遵循“先撐后拆”原則，防止出現圍護結構懸空現象，待基坑結構支撐混凝土強度達到設計強度后方可拆除臨時鋼管支撐。（3）基坑開挖施工過程中加強信息化監控，重點監測基坑開挖支撐應力、地面沉降、圍護結構水平位移等情況，然后根據基坑支撐體系發展變化調整基坑施工參數和采取支撐加固措施，以確?；又误w系結構安全。

3.5 盾構施工安全管控措施

過湖盾構施工中，為確保盾構施工安全，施工單位對盾構進出洞施工、盾構機吊裝和盾構推進施工等環節加強安全管理。

3.5.1 盾構進出洞安全管控措施

為確保盾構進出洞施工安全，施工單位詳細編制了盾構進出洞安全技術方案，協調審核進出洞安全技術方案細節。技術方案經審核審批通過后，落實技術方案交底，以確保安全技術方案落實到位。同時，針對可能出現的施工安全風險，施工單位采取以下安全管控措施：（1）盾構進出洞區域搭設鋼管腳手架支撐，腳手架由專業人員搭設，搭設完成經驗收合格后方可使用，以確保腳手架安全、穩定。（2）盾構施工期間要每日檢查腳手架垂直度、聯接件和安全設施狀態，及時發現和消除安全隱患。（3）盾構井周圍增設安全防護欄，防止雜物墜落造成人身傷害。（4）起吊設備操作前由專人檢查限位保險裝置，防止機械設備帶病、超負荷工作。（5）隧道進出洞端頭井防水處理時，采用具有一定彈性的高強度簾布橡膠板臨時封堵防水，并在管片背后回填注漿處理。隧道段變形縫加強處理時，在變形縫部位相鄰環向彈性密封墊基礎上增設一層3mm厚緩膨脹型遇水膨脹止水片。盾構隧道與端頭井接頭防水處理時，臨時接頭主要由簾布橡膠圈及其壓緊裝置構成，輔以井圈注漿堵水。永久接頭為鋼筋混凝土接頭，與井壁、管片的接縫由多道遇水膨脹止水條進行密封。端頭井采用旋噴樁+攪拌樁加固，必要時采取地面注漿補充處理［2］。

3.5.2 盾構吊裝施工安全管控措施

結合該工程盾構機重量大、長度大、施工安全風險高等特點，施工單位采取以下安全管控措施：（1）盾構機吊裝前先進行試吊，試吊高度0.6～1.0m，待試吊2次且正常無誤后方可吊裝入基坑。（2）盾構機吊裝現場由專人指揮，禁止違章違規操作。（3）大型設備設施分段翻身起吊前，需經試吊檢查吊點受力和焊縫質量無誤后方可起吊。（4）吊裝前要清理吊裝物上未固定物品，以防止吊運過程中墜落造成物體打擊。（5）吊裝鋼絲繩受力經驗算并預留足夠保險系數，鋼絲繩使用前檢查有無斷絲斷股等問題，以確保鋼絲繩吊裝性能符合吊裝安全要求。（6）吊裝時緩慢起吊和下放，避免空中長時間停留。

3.5.3 盾構推進安全管控措施

盾構施工中，針對該工程過湖隧道巖土水文情況較為復雜、施工安全風險較高的問題，施工單位加強了以下施工過程安全管控：（1）盾構施工現場設置專職安全員全過程跟蹤、管理盾構施工，詳細記錄安全監控記錄，協調現場安全管理和技術管理，當現場施工與安全管理沖突時，優先服從安全管理。（2）加強技術交底和安全教育培訓，提高現場施工人員安全意識和安全施工能力。要確?，F場施工人員嚴格按行車、盾構機操作規程操作，以規避違章施工安全風險。盾構司機在操作中要嚴格控制盾構機姿態，防止超挖。（3）在更換刀片常壓換刀焊接時，要提前編制切實可行的專項方案，經過專家論證后嚴格按方案實施。盾構機采用復合刀盤，并根據區段長度和地質情況初步確定換刀次數，長距離掘進中間隔300～500m常壓開倉檢查刀盤、刀具，并對磨損嚴重的刀具進行更換。同時，優化換刀地點，盡量選擇地層相對穩定的地段進行換刀。該工程計劃在始發段100m處風化礫巖掘進完成進入淤泥質粉質粘土層前開倉換刀，在粉質黏土層中正常掘進至進入航道正下方前換刀；接收段由粉質黏土層進入風化礫巖層前開倉檢查，要確保刀盤、刀具狀態良好，以防止因刀具磨損嚴重影響盾構姿態控制，從而保證換刀安全。（4）焊接施工時，氧氣、乙炔等易燃易爆物品要定點放置，由專業人員持證上崗焊接施工?，F場建立三級防火領導小組和消防網絡體系，并配齊消防設施和消防人員，隧道內間隔50m配置滅火器，以防范消防安全風險擴大。（5）加強過湖段盾構地層檢測和控制，嚴格控制出土量并加大注漿量。穿越淤泥質段時，采用早強水泥漿注漿加固隧道底部100°范圍內地層，以確保隧道穩定性。

4 結語

工程中，通過全面識別、梳理過湖隧道盾構施工安全風險，提前制定系統性安全管控措施，從而有效預防和控制施工安全風險的發生，保障了該工程基坑和盾構施工安全。直至隧道盾構施工完成和基坑回填，該工程現場施工過程中未發生人身傷害、物體打擊、氣體中毒或消防火災等施工安全事故，表明該工程施工安全管理措施效果良好，達到了預期安全管理目標。

參考文獻：

［1］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.

［2］李強，李子陽，許林軍，等.引水隧洞盾構法施工風險源辨識與分析［J］.人民黃河，2023，45（4）：121-125.