TBM施工风险分析及管控措施——以磐安抽水蓄能电站自流排水洞为例

温 剑,王鹏宇,张 鑫

(1.中国水利水电第五工程局有限公司,成都 610066;2.浙江磐安抽水蓄能有限公司,浙江 金华 322304)

0 引言

全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,以下简称TBM)是目前最为常见的岩质隧道施工方式之一,它利用刀盘借助推力作用切割岩面,掘进的同时进行支护、出渣等施工工序并进行连续作业,是系统集成的一体化隧道施工设备。相对于传统的开挖掘进方式,TBM施工具有掘进速度快、安全性高、综合效益明显等优点[1],因此越来越受到工程建设方的青睐。

然而,TBM施工过程中也存在着很多风险,如机械故障、人员伤害、管理失效、地质条件复杂、隧道内部环境恶劣等,这些风险可能会对施工进度和工程质量产生重大影响。因此,对TBM施工中的风险进行分析管控,提出预控措施,对提高施工安全、效率,保证工程质量具有重要意义。

浙江磐安抽水蓄能电站工程建设过程中,在自流排水洞施工中采用了TBM掘进设备,现以该工程为例,采用LEC法对施工过程中的风险进行评估,针对评估结果提出管控措施,为工程安全管理提供参考。

1 工程概况

磐安抽水蓄能电站位于浙江省金华市磐安县大盘镇境内,电站为Ⅰ等大(1)型工程。主要由上下水库、引水系统、尾水系统、地下厂房系统、地面开关站等建筑物组成,电站为日调节纯抽水蓄能电站,装机容量1200 MW(4×300 MW)。电站自流排水洞及下层排水廊道总长约4 675 m,其中自流排水洞长4 215 m,下层排水廊道长约460 m,线路最大纵坡为1.53 %,最小转弯半径30m。自流排水洞围岩主要为新鲜的含砾晶屑(玻屑)熔结凝灰岩,岩质坚硬,岩体较完整～完整,围岩类别Ⅱ～Ⅲ类,断层破碎带为Ⅳ类,围岩基本稳定,局部稳定性差,工程地质条件较好,成洞条件好。自流排水洞沿线主要为基岩裂隙水,施工时沿断层及裂隙有渗、滴水现象,局部存在较大涌水量的可能,并有一定的承压水头,渗水量随时间逐渐减小、并趋于稳定,但不致于产生危害性涌水,须采取抽排水措施。

TBM主要包括液压系统、电气系统、机械系统、导向系统、供排水系统、润滑系统、通风除尘系统等,可实现0.6～1.8 m/h的掘进速度。TBM始发完后进行试掘进,目的是检验TBM各个系统之间的协调情况,进一步调整后使其具备正式快速掘进的能力[2]。

2 风险识别

2.1 风险识别方法

风险识别方法的选用,要综合考虑分析对象和分析人员来确定。常用的风险识别方法主要有头脑风暴法、专家调查法、流程图法等。

(1)头脑风暴法。将与会者召集起来,明确目标,在目标框架内想法不设限制、畅所欲言、禁止批评和评论,通过彼此的沟通交流,提出大量新观点。

(2)专家调查法。邀请相关领域专家,针对某一问题进行反复讨论,征询专家的意见和看法,依靠专家的经验和知识,对研究的问题做出判断和评估。

(3)流程图法。首先,明确一项工作的整个工作流程,涵盖各个分支细节;再分析流程过程中的各个阶段;最后,通过与实际情况做对比,发现可能遇到的各种危险,识别风险因素。

2.2 TBM施工风险识别

在TBM施工中,由于涉及到大量的机械设备和作业人员,因此存在许多潜在的风险。只有准确地识别出风险,才能对其进行评估,最终形成分析报告,提出管控措施。

本项目根据地勘报告、设计文件等资料,了解地质构造,同时根据现场踏勘,规划总体布置,参考周边工程经验,地质灾害发生情况等,总结出磐安抽蓄TBM风险源。主要有:TBM机车安拆作业、主机运行检修作业、油路安拆作业、起重吊装作业、车辆运输作业、电气焊作业、有限空间作业等。TBM施工风险识别如表1。

表1 TBM施工风险识别

3 风险评估

3.1 风险评估方法

TBM施工风险评估是指对TBM施工过程中可能发生的不确定事件进行分析、评估、预测和控制的过程,旨在减少施工风险,提高施工安全性和效率。常用的风险评估方法包括定性分析、定量分析和半定量分析。

(1)定性分析

定性分析是一种基于专家经验和判断进行的分析方法。通过对施工过程中可能存在的危险因素进行分析和评估,确定其可能带来的影响和后果,然后制定相应的风险控制措施。虽然定性分析方法简单易行,但其结果的可靠性和精度较低,对于复杂的施工环境和较高的安全要求不够适用。

(2)定量分析

定量分析是一种基于统计学原理的分析方法。主要以概率论、数理统计学为理论基础,通过对施工过程中的风险因素进行统计分析和计算,确定其概率和可能的后果,从而制定相应的风险控制措施。定量分析方法具有较高的可靠性和精度,但其缺点是需要大量的数据和专业技术支持,对于数据不充分或者技术条件较差的情况不够适用。

(3)LEC法是一种半定量分析方法。其思路主要是通过对施工过程中潜在的风险因素进行评估和计算,确定其可能的损失和后果,从而制定相应的风险控制措施。具体计算方法如下[3]:

D=L×E×C

式中,D为风险值;L表示事故发生的概率;E表示暴露于危险环境的频率;C表示事故发生的后果。D值越大,说明危险性越大,需要采取措施调整事件的相应参数(概率、频率、后果),直至调整到允许范围内。

在TBM施工风险评估中,本文参照《水利水电工程施工重大危险源辨识及评价导则》(DL/T 5274-2012,后简称导则),相关条文规定的LEC法进行综合评估,从而更加准确地评估和管控风险,提高施工的安全性和效率。其中事故发生的概率L值参照导则5.4.3条款取值;暴露于危险环境的频率E值参照导则5.4.4条款取值;事故发生的后果C值参照导则5.4.5条款取值;危险性等级划分标准D值参照导则5.4.6条款取值。

3.2 TBM施工风险评估

风险因素识别及评价方法确定后,组织安全管理人员、工程技术人员、勘察设计人员及外部专家等对识别出的风险因素进行打分。专家打分充分考虑各方意见,最后形成统一结果,将分数大于等于70分作为重大风险进行管控。

根据LEC法打分结果,把设备吊装作业、设备装机高处作业、TBM设备掘进作业、不良地质地段支护作业和有限空间作业五项作为重大风险进行管控(见表2)。

表2 风险值评估结果

4 重大风险管控措施

4.1 设备吊装作业

(1)吊装作业必须选择资质满足要求的施工单位,严格按照吊装方案作业,吊车司机、指挥人员必须持证上岗。

(2)吊装作业时,设置警戒区域,拉警戒线,有专职人员旁站监督,人员离吊物保持3～5 m安全距离。

(4)TBM机械吊装前必须对各个部位进行安全检查,将吊装时易掉落部件捆绑牢固防止位移,避免在进行吊装作业时,发生落物伤人事故。

(5)组装作业前,对作业人员进行安全技术交底,明确安全注意事项及技术要求。

4.2 设备装机高处作业

(1)高处作业、设备临边作业时必须正确佩戴安全带等安全劳动防护用品。

(2)使用的梯子、作业平台必须焊接牢固,避免滑落造成人员受伤。

(3)高处作业时严禁随意抛掷材料、机具且工器具做好尾巴绳。

(4)高处作业时必须人工或使用绳子将材料机具捆绑牢固后传递。

同志们，宪法的根基在于人民发自内心的拥护，宪法的伟力在于人民出自真诚的信仰。我们要按照中央部署要求和省委工作安排，深入推进科学立法、严格执法、公正司法、全民守法，坚持有法可依、有法必依、执法必严、违法必究，推动宪法实施真正成为全体人民的自觉行动，更好发挥宪法作为国家根本法的引领、规范、推动、保障作用，为新时代推进全面依法治国、建设社会主义法治国家作出积极贡献。

4.3 TBM设备掘进作业

(1)操作人员需经过培训并合格后上岗,非操作人员严禁操作TBM。

(2)车辆连接处必须安装防溜车措施。

(3)在TBM掘进过程中,操作手随时注意巡检TBM的各种设备状态,根据导向系统提示调整TBM姿态。

(4)操作手必须严格按照要求记录掘进过程中的各种数据及异常,熟悉故障应急处理方法。

4.4 不良地质地段支护作业

(1)在施工前进行充分的地质勘探,了解地质情况,确定合理的施工方案。

(2)加强地质监测,结合隧道的长度、截面形状等因素,及时监测隧道周围环境,如地下水、变形、收敛情况,及时发现地质变化,采取相应的应对措施。

(3)掘进机司机要控制好TBM姿态、掘进速度针对不同地层及变形反馈的信息,及时调整设备。

(4)作业前必须认真检查仪器、仪表,确保设备处于良好工作状态。严禁随意更改设备参数,避免发生设备损坏和人身事故。

4.5 有限空间作业

(1)必须做到“先通风、再检测、后作业”,严禁违规作业[4]。

(2)作业前必须进行安全技术交底,确保作业人员知晓有限空间作业程序,清楚存在的有害因素,掌握应急逃生技能。

(3)进入有限空间时应佩戴有效的通讯工具,系安全绳,佩戴防护面具口罩。

(4)确保作业现场通风措施到位,当有限空间作业因故中断复工前,应再次进行通风、检测确保安全后再进行作业。

(5)进入有限空间时,应佩戴通讯工具,配备监护员和应急救援人员。

5 结论与建议

TBM施工风险分析与管控措施是保障施工安全和顺利进行的关键。只有充分认识风险,并采取有效的管控措施,才能确保TBM施工的顺利进行,对此提出如下建议:

(1)加强TBM设备的维护和保养,提高设备的可靠性和稳定性。

(2)加强TBM施工前的地质勘探和预测,制定合理的建设方案和施工计划。

(3)强化现场安全监督和控制,加强施工人员的安全培训和管理。

(4)综合运用多种手段,包括技术手段、管理手段和人员培训等,加强施工风险管控。

(5)建立完善的TBM施工风险管理制度,对施工过程中的风险进行全面的评估和管控,确保施工的安全和顺利进行。