过湖隧道盾构法施工全过程安全管控

摘 要：在过湖隧道盾构工程施工中，由于施工岩土水文较为复杂，施工难度大、施工安全风险高，可能出现盾构机吊装坠落、塌方、支撑体系失稳等风险，由此会引发严重施工安全事故。本文结合污水管过石门湖工程项目，深入研究了工程施工安全管理难点问题，并从基坑施工、盾构施工等方面阐述了安全管控要点，以期为同类工程盾构施工安全管理提供参考。

关键词：下穿湖泊；盾构施工；污水管道；安全管理文章编号：2095-4085（2024）03-0209-03

0 引言

过湖隧道工程中，岩土水文条件异常复杂，给隧道工程施工造成了较大困难。受多方面因素影响，过湖隧道工程各技术环节施工安全风险源较多，一旦出现问题就可能造成严重施工安全事故。为确保过湖隧道工程施工的安全性，施工单位必须高度重视施工安全管理，并对过湖隧道工程实施全面的施工全过程安全管控。本文结合污水管过石门湖工程项目，深入研究过湖隧道盾构法施工安全管理难点和全过程安全管理要点，以期为同类工程施工提供有益参考。

1 工程概况

污水管过石门湖工程横跨石门湖东西，沿直线下穿石门湖布设。东接接收井，西连始发工作井，过湖段长度为2 165m，过湖段采用盾构法施工。隧道外径6.2m，内径5.5m，环宽1.5m，采用通用楔形钢筋混凝土管片。盾构始发井距石门湖40m，始发端长度27.8m，宽度15.2m；标准段长度76.4m，宽11.4m。始发端基坑开挖采用明挖法施工，基坑开挖面积1 200m2，基坑开挖深度24.3m。始发井支护采用1 200@1 600mm钻孔灌注桩146根，桩间采用800mm三重管高压旋喷止水帷幕。

盾构始发井和接收井之间过湖段隧道采用盾构工艺下穿石门湖，全长2.165km，断面内径5.5m，管片外径6.2m，隧道顶部覆土最浅处约6.2m，航道处隧道顶距湖底最小处约10.6m。隧道地质以粉质黏土为主。盾构机采用土压平衡盾构，外径6.48m。盾构结构衬砌采用双面楔形通用衬砌管片结构，混凝土强度等级C50，厚度350mm，抗渗等级P12。

2 工程施工技术难点问题分析

结合该工程地质水文和工程设计情况，施工单位组织专家组运用AHP分析法对过湖段施工安全风险进行全面梳理，结合安全风险发生几率、危害程度和风险致因确定工程施工难点问题，并根据安全风险制定处置方案。

2.1 盾构机吊装

始发井和接收井场地覆盖层土层为杂填土、耕土等，并且回填土与临湖侧无边坡防护、支护措施，导致盾构机吊装及进入、吊出安全风险大。为确保盾构机吊装安全，施工单位在始发井和接收井端头部位采用旋喷桩止水帷幕加固表层土，从而确保盾构机吊装安全。

2.2 基坑开挖难度大

工程中，基坑开挖难度大，安全风险较高。主要体现在：（1）始发井和接收井基坑开挖深度范围内主要为耕植土、强风化岩层、中风化岩层等，冠梁以下逐渐进入强风化、中风化岩层，基岩较多，开挖难度大，施工安全风险较高。（2）基坑狭窄，最窄处净宽仅9.0m，大型挖掘机、炮锤施工受限，狭窄基坑施工安全风险高。（3）基坑最深处22.0m，基坑开挖时钢支撑竖向最大间距8.0m，基坑开挖施工难度大、风险高。

2.3 盾构长距离穿越

该工程过湖隧道段全部处于石门湖水域，中间无检修井，盾构施工面临一次穿越距离长、地质复杂多变的问题。由于过湖段为隧道最低点，隧道顶部距离现状湖底最小为6.4m，属于距离接近的重要设施。隧道施工范围内地质多为软塑淤泥，开挖断面需穿越3种地层，主要为卵石土层，土层中卵石占比达60%，透水性强，层间存在承压水，且施工期为石门湖丰水期，对盾构施工参数选择和安全措施落实要求很高。

2.4 盾构进出洞安全

工程中，过湖隧道进出洞安全风险较大，主要为过湖段隧道岩土性质差、透水性强，且隧道顶部距现状湖底距离小，且处于石门湖丰水期，受承压水和层间水影响，过湖隧道进出洞突水风险大。如进、出洞端头井防水处理不当，可能自端头井部位开始出现大面积渗水、突涌等问题，从而威胁盾构施工安全。同时，进出洞端头井岩土承载力差，受机械自重和施工荷载影响，可能出现盾构机下陷、倾斜等问题。

3 过湖隧道盾构施工全过程安全管控研究

为确保过湖隧道盾构施工安全，施工单位对过湖隧道盾构施工可能出现的施工安全风险进行梳理，成立了施工技术、安全质量攻关小组，编制了风险源清单、专项施工方案，并召开风险分析会，针对潜在的施工安全风险制定系统性、针对性安全管理措施，并加强技术交底和现场安全管理，从而确保过湖隧道盾构施工安全。

3.1 明挖基坑施工安全管理

通过对始发井、接收井基坑施工安全风险进行梳理，施工单位针对安全风险高的设备、防火和防汛安全风险、负高空作业安全风险、钻孔桩钢筋笼吊装安全风险、钢支撑拼接安全风险、体系失稳风险、塌方风险和起重机操作风险等制定了一系列安全管控措施。（1）基坑开挖中充分考虑基坑地层、围护结构、支撑体系“时空效应”，对基坑开挖支撑稳定性进行验算，并制定基坑开挖专项方案和安全保障方案，以确保基坑开挖安全。基坑开挖至基岩面后，采用炮锤破碎基岩，由挖掘机规整碎石后借助码头吊机吊出基坑。（2）狭窄空间施工时，现场由专人统一指挥操作，严格控制挖掘机旋转角度和机械臂伸举高度，挖掘机作业范围内禁止非操作人员靠近。为防止现场施工时临时用电乱拉电缆埋下施工安全隐患，或挖掘机作业时挖断电缆，基坑狭窄空间电缆均在空间上方穿管敷设。（3）基坑基岩开挖施工时，采取信息化技术手段监测基坑钢支撑受力、位移和基坑顶部沉降情况，对位移、沉降倾向采取跟踪注浆、复加轴力等技术措施加固，以确保基坑开挖施工安全。

3.2 负高空作业安全管控措施

该工程基坑开挖深度大且开挖工作面狭窄，以基坑基底为基准，基坑开挖和基坑内部结构施工属于高空作业，依据《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ 80-2016）等相关要求，施工单位采取以下针对性高空作业安全管控措施：（1）基坑施工前编制基坑施工和安全管理专项方案，报总监理工程师审批后方可施工。（2）基坑施工区域安装1.2m防护围栏，围栏底部增设18cm高挡脚板，以防止基坑顶部人员、杂物坠落。（3）基坑上下直梯、挂梯或斜道均采取封闭围护措施，扶梯设置双道护栏，斜道增设防滑条，便桥两侧设置封闭护栏，防止施工人员通行时高空跌落。（4）高空作业区域范围内施工人员均配齐安全防护用品，现场加强安全检查监督。（5）悬空吊装作业人员采取有效防护措施，包括双安全绳、安全网、临空面防护拦挡等措施。（6）确保现场施工范围内和基坑内照明亮度。（7）基坑开挖和过湖隧道盾构施工中，禁止基坑顶部3.0m范围内堆放杂物，以防止杂物滚落造成物体打击伤害。

3.3 钢支撑拼接安装安全管控措施

工程中，始发井和接收井基坑采用型钢支撑作为冠梁，钢支撑结构拼接安装质量直接影响基坑边坡稳定性和安全性。为确保基坑支撑结构安全，施工单位对钢支撑拼接和安装加强管理，主要包括：（1）加强钢支撑型钢材料进场检验，检验合格后进行预拼装，经全面检查合格后方可使用。（2）钢支撑连接螺栓全部安装且紧固到位。（3）钢支撑吊装设备经详细验算，以确保吊装设备、钢丝绳选择符合吊装长度、吊装重量和吊装作业半径要求。（4）钢支撑吊装严格按专项安全技术方案和操作规程施工，吊装过程中加强现场指挥和信息化监控。（5）钢支撑与围檩结构要牢固焊接，防止钢支撑受碰撞脱落造成人身伤害事故。

3.4 基坑支撑体系失稳安全管控措施

基坑支撑体系是保障基坑开挖和盾构施工安全的关键措施，但由于该工程临近石门湖，岩土地质和水文条件较为复杂，受基坑开挖作业和岩土水文地质影响，基坑支撑体系可能出现失稳坍塌风险。为确保基坑支撑体系安全，施工单位采取了以下安全管控措施：（1）严格按基坑开挖施工方案顺序施工，分层分段开挖，分段开挖长度为6～10m，严禁超挖［1］。（2）基坑开挖施工中遵循“边挖边撑”原则，结构施工遵循“先撑后拆”原则，防止出现围护结构悬空现象，待基坑结构支撑混凝土强度达到设计强度后方可拆除临时钢管支撑。（3）基坑开挖施工过程中加强信息化监控，重点监测基坑开挖支撑应力、地面沉降、围护结构水平位移等情况，然后根据基坑支撑体系发展变化调整基坑施工参数和采取支撑加固措施，以确保基坑支撑体系结构安全。

3.5 盾构施工安全管控措施

过湖盾构施工中，为确保盾构施工安全，施工单位对盾构进出洞施工、盾构机吊装和盾构推进施工等环节加强安全管理。

3.5.1 盾构进出洞安全管控措施

为确保盾构进出洞施工安全，施工单位详细编制了盾构进出洞安全技术方案，协调审核进出洞安全技术方案细节。技术方案经审核审批通过后，落实技术方案交底，以确保安全技术方案落实到位。同时，针对可能出现的施工安全风险，施工单位采取以下安全管控措施：（1）盾构进出洞区域搭设钢管脚手架支撑，脚手架由专业人员搭设，搭设完成经验收合格后方可使用，以确保脚手架安全、稳定。（2）盾构施工期间要每日检查脚手架垂直度、联接件和安全设施状态，及时发现和消除安全隐患。（3）盾构井周围增设安全防护栏，防止杂物坠落造成人身伤害。（4）起吊设备操作前由专人检查限位保险装置，防止机械设备带病、超负荷工作。（5）隧道进出洞端头井防水处理时，采用具有一定弹性的高强度帘布橡胶板临时封堵防水，并在管片背后回填注浆处理。隧道段变形缝加强处理时，在变形缝部位相邻环向弹性密封垫基础上增设一层3mm厚缓膨胀型遇水膨胀止水片。盾构隧道与端头井接头防水处理时，临时接头主要由帘布橡胶圈及其压紧装置构成，辅以井圈注浆堵水。永久接头为钢筋混凝土接头，与井壁、管片的接缝由多道遇水膨胀止水条进行密封。端头井采用旋喷桩+搅拌桩加固，必要时采取地面注浆补充处理［2］。

3.5.2 盾构吊装施工安全管控措施

结合该工程盾构机重量大、长度大、施工安全风险高等特点，施工单位采取以下安全管控措施：（1）盾构机吊装前先进行试吊，试吊高度0.6～1.0m，待试吊2次且正常无误后方可吊装入基坑。（2）盾构机吊装现场由专人指挥，禁止违章违规操作。（3）大型设备设施分段翻身起吊前，需经试吊检查吊点受力和焊缝质量无误后方可起吊。（4）吊装前要清理吊装物上未固定物品，以防止吊运过程中坠落造成物体打击。（5）吊装钢丝绳受力经验算并预留足够保险系数，钢丝绳使用前检查有无断丝断股等问题，以确保钢丝绳吊装性能符合吊装安全要求。（6）吊装时缓慢起吊和下放，避免空中长时间停留。

3.5.3 盾构推进安全管控措施

盾构施工中，针对该工程过湖隧道岩土水文情况较为复杂、施工安全风险较高的问题，施工单位加强了以下施工过程安全管控：（1）盾构施工现场设置专职安全员全过程跟踪、管理盾构施工，详细记录安全监控记录，协调现场安全管理和技术管理，当现场施工与安全管理冲突时，优先服从安全管理。（2）加强技术交底和安全教育培训，提高现场施工人员安全意识和安全施工能力。要确保现场施工人员严格按行车、盾构机操作规程操作，以规避违章施工安全风险。盾构司机在操作中要严格控制盾构机姿态，防止超挖。（3）在更换刀片常压换刀焊接时，要提前编制切实可行的专项方案，经过专家论证后严格按方案实施。盾构机采用复合刀盘，并根据区段长度和地质情况初步确定换刀次数，长距离掘进中间隔300～500m常压开仓检查刀盘、刀具，并对磨损严重的刀具进行更换。同时，优化换刀地点，尽量选择地层相对稳定的地段进行换刀。该工程计划在始发段100m处风化砾岩掘进完成进入淤泥质粉质粘土层前开仓换刀，在粉质黏土层中正常掘进至进入航道正下方前换刀；接收段由粉质黏土层进入风化砾岩层前开仓检查，要确保刀盘、刀具状态良好，以防止因刀具磨损严重影响盾构姿态控制，从而保证换刀安全。（4）焊接施工时，氧气、乙炔等易燃易爆物品要定点放置，由专业人员持证上岗焊接施工。现场建立三级防火领导小组和消防网络体系，并配齐消防设施和消防人员，隧道内间隔50m配置灭火器，以防范消防安全风险扩大。（5）加强过湖段盾构地层检测和控制，严格控制出土量并加大注浆量。穿越淤泥质段时，采用早强水泥浆注浆加固隧道底部100°范围内地层，以确保隧道稳定性。

4 结语

工程中，通过全面识别、梳理过湖隧道盾构施工安全风险，提前制定系统性安全管控措施，从而有效预防和控制施工安全风险的发生，保障了该工程基坑和盾构施工安全。直至隧道盾构施工完成和基坑回填，该工程现场施工过程中未发生人身伤害、物体打击、气体中毒或消防火灾等施工安全事故，表明该工程施工安全管理措施效果良好，达到了预期安全管理目标。

参考文献：

［1］彭涌泉，肖新华.地铁隧道盾构施工安全风险因素及控制措施［J］.科技与创新，2023（8）：124-126.

［2］李强，李子阳，许林军，等.引水隧洞盾构法施工风险源辨识与分析［J］.人民黄河，2023，45（4）：121-125.