土压平衡式盾构机使用各环节的安全技术管理要点

　　摘要：文章对土压平衡式盾构施工重要环节的安全技术管理进行了系统总结，对其中的重点问题，提出了针对性的对策。

　　关键词：土压平衡； 盾构施工； 安全技术管理；

　　土压平衡式盾构机是以渣土为主要介质平衡隧道开挖面地层压力、通过螺旋输送机出渣的盾构机，在城市地铁施工中得到了广泛应用，但施工过程中安全技术管理不到位引发的生产安全事故时有发生。下面对土压平衡式盾构施工重要环节的安全技术管理的重点及对策总结如下，不足之处，请同行斧正。

　　1. 前期工程施工

　　盾构施工一般由施工单位成立的项目部下设的盾构分部完成，盾构机进场前的前期工程施工一般由土建分部完成，但盾构分部人员应提前进场参与施工，如水电线路敷设、门机轨道基础施工、门机安装等，为后续盾构施工创造便利条件。

　　1.1 水电线路敷设

　　土建分部施工用水一般较少，盾构施工用水量却较大，为此土建分部敷设管路时应选用满足后期盾构施工使用的较大管径。一些项目前期敷设的管子管径小，导致盾构施工时水量不足，此时若再敷设大管径管道，往往因需要再次穿越车流量大的国道等原因而无法实施，不得已只能在本来已狭窄的现场另设一个存水箱，且因供水量不足导致盾构机自带冷却系统无法正常工作，导致高温期洞内局部必须采用购买冰块降温，增加了施工成本。因此应优先考虑用基坑渗水作为盾构施工用水，成本低。

　　前期土建分部用电量也较小，向供电局申报用电容量时，务必按后期盾构施工所需容量（一台盾构机约1 500 k VA）申报，一次设好现场环网柜，避免盾构机进场施工时再申请增容，影响工期且花费大。

　　1.2 门机轨道基础施工

　　前期土建分部因始发井施工一般也需要安装门机，且盾构施工装的门机（一般选用16 t及45 t各一台）也能满足土建分部需求，这就要求土建分部按盾构施工选用的门机设计基础，有闲置设备时，可提前安装让土建分部使用，移交工作面后，可减少门机拆除及盾构施工需二次安装门机及检验费用，加快施工进度。

　　门机轨道基础一般是钢筋混凝土结构，43标准铁轨下需要设12 mm厚钢垫板，垫板和预埋螺栓固定在基础钢筋笼上，保证同一截面内两平行轨道的垫板顶面高差不大于5 mm,预埋螺栓间距均匀（60 cm左右）。禁止混凝土浇筑完成后通过打膨胀螺栓或在浇筑混凝土时随意插钢筋等方式固定轨道，以避免使用过程中发生门机倾覆事故。

　　1.3 门机安装

　　通常根据最重三个管片的总重量选择较小门机的额定起重量，一般选择16 t起重量即可，同时根据管片车的卸车位置布置门机的悬臂方向和悬出长度；根据渣斗装渣后的最大总重量选择较大门机的额定起重量，一般选择45 t门机即可。有的工程地质条件好，掘进循环时间短时，可考虑"高配",即配2台45 t门机，加快推进速度。

　　门机轨道安装时，应根据使用期当地最大温差及轨道长度，计算轨道接头间隙，保证间隙均匀；轨道接头错开距离应不小于1.5 m,且应避开孔洞位置，必要时通过局部采用短轨道（如6.25 m），跨孔洞位置用12.5 m长轨道避开孔洞；接头高差不应大于1 mm,轨道纵横方向的倾斜度及轨距偏差不应大于0.1%;应使用标准压板（厚10 mm×100 mm×65 mm）采用双螺母固定钢轨，比用弹簧垫固定防松效果好。

　　2. 盾构机吊装

　　盾构机最大件一般都在100 t以上，一般采用履带吊现场吊装，吊装前需编制专项施工方案且需要专家论证。同时应对吊耳焊接质量委托第三方检测合格，吊装使用的钢丝绳绳头尽量选用工厂化压制的，如采用编结钢丝绳，编结长度务必符合不小于20 d的规范要求。另外需复核履带下地基承载力（一般采用重型动力触探），吊装过程中设备、技术及安全部门安排专人现场监督专项施工方案的实施。

　　3. 盾构机始发

　　始发前应对托架、反力架受力进行验算，然后进行围护结构破除。破除前应对端头加固后土体进行探孔检测，探孔直径100 mm,洞门范围内至少探5个水平孔（通常周边4个、中心1个），深度根据端墙厚度和加固范围确定。

　　始发时手涂盾尾密封油脂很关键，通常将油脂用手揉成圆球，以方便塞进盾尾刷为原则，否则盾构机进洞后掘进过程中出现盾尾漏浆、泵送盾尾油脂用量增大问题时难以处理。

　　始发后用准20 mm钢丝绳将负环固定，及时观察负环受力变形情况，必要时对后背支撑及时进行加固。负环拆除的时间不宜太早，应根据地质条件进行计算（一般在始发掘进后100 m左右），必要时可结合现场试验确认负环不受力时进行。拆除负环时，务必将始发端前10环管片用14b槽钢连成一个整体，且沿成型隧道周边设置6道。

　　4. 盾构机掘进

　　盾尾密封刷进入洞门止水帘布后，应对洞门环与管片间隙及时进行封堵和填充注浆，注浆完成后方可掘进。掘进速度及推力应以保持土仓压力为目的，通常取25~45 mm/min,上部分布有建（构）筑物时，应匀速推进，减少盾构推进速度不均匀造成对土体的扰动。

　　盾构推进时进行同步注浆，采用注浆压力与注浆量双控标准，压力必须达设计值，注浆量作为参考；二次注浆应在管片脱出盾尾5~10环、浆液凝固后进行。二次注浆开孔前，应先安装好球阀，预防开孔过程中出现漏沙、漏水风险。两台盾构机同向掘进时，应根据不同地质错开50~100 m的安全距离，避免掘进过程中相互扰动。首推100环（试验段）后进行关键节点验收，总结优化推进参数。

　　5. 周边环境监测

　　掘进时应根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB 50911-2013）要求做好测点布置，地面和隧道内监测点宜在同一断面布设，并及时取得初始值，初始值从盾构掘进将影响该监测区域前10 d开始。穿越建（构）筑物时，刀盘到达建（构）筑物前10环至盾尾推出建（构）筑物后10环（穿越段）应加强监测和巡视。盾尾推出建（构）筑物10~20环后，根据沉降监测情况对穿越段管片进行二次注浆。另外，监测务必与现场巡查相结合，每天不少于一次。特殊情况，如出渣量出现异常，应增加监测频次与巡查次数。

　　6. 电瓶车使用安全

　　水平运输采用电瓶车，是盾构施工的重大风险之一，2019年市场监管总局《关于特种设备行政许可有关事项的公告》发布之前，电瓶车司机需取得特种设备操作证（N3），之后司机不需要持证，这也是电瓶车频繁发生事故的原因之一。当洞口设计坡度接近或大于3%,电瓶车在井口暂停进行更换电瓶、管片装车等作业时，极易发生溜车事故。溜车的主要原因一是没有及时安放防溜车铁靴（铁靴应放在距离车轮的距离不大于20 cm的明显位置）；二是未及时放下防溜车钩。行驶过程中发生溜车原因之一是刹车片和轮子间隙因振动等原因变大而导致刹车不灵，为此调节刹车片和轮子间隙的丝杠两端应分别用防松螺母固定。行驶过程中发生溜车原因之二是电瓶车牵引力不足，为此采用新型锂电池替换常用的铅酸蓄电池，在地下可实现快速充电，牵引力大且有效规避了蓄电池电量不足需频繁吊到地面进行充电的吊装风险。

　　另外，为预防脱轨，采用轨距拉杆或压板（设轨距拉杆无空间时）控制轨距（一般是900 mm）偏差在-4~+6 mm之间，在弯道处及时安装预防轨道离心移位的拉杆，轨枕（一般用12#槽钢加工而成）间距设置均匀，用标准43铁轨时轨枕间距一般为1 m,并用纵向螺纹钢筋将轨枕焊接成一体。

　　7. 门机使用安全

　　垂直运输采用门机，是盾构施工的另一重大风险，除严格执行"十不吊"外，门机易发生的事故之一是倾覆，尤其是沿海有台风地区，即使场地狭窄，也不能将现场办公室、监控室设在门机倾覆范围内。因大风蓝色预警在沿海地区很频繁，当预报大风蓝色预警（平均风力达6级以上）时，由于盾构掘进的连续性，不可能因此而经常停工，所以在吊装的过程中容易遭遇突然强阵风袭击，尤其是在门机四周空旷时。为此门机应加装断电自动夹轨器和风速报警器，遇到较强阵风报警时操作手能通过急停按钮实现快速夹轨。

　　门机易发生的事故之二是大钩冲顶，尤其是后半夜，司机容易疲劳，注意力难以长时间集中。为此应安装两个行程限位，一个按常规设在大钩起升靠近顶部处，另一个设在钢丝绳卷筒上，确保大钩不会冲顶导致吊装物掉落引发事故。当吊装作业突遇故障或停电时，应立即把所有控制器拨到零位，切断电源，并采取应急措施放下重物升起空钩。

　　8. 管片安装

　　管片首次安装前通常在预制场进行三环水平拼装及性能实验，合格后运往现场临时存放。增设的遇水膨胀橡胶片，表面应涂刷缓膨胀剂，12 h内不应进行管片拼装，且管片拼装前不应遇水，为此地面存放场需设防雨棚。

　　管片安装后务必严格执行三次紧固原则，即拼装时紧固一次；装下一环前紧固一次；脱出盾尾后紧固一次。三次紧固时机主要是根据不同时期管片受力不同提出的，且紧固螺栓一般是8.8级高强螺栓，禁止在其上进行焊接作业（如固定电瓶车轨枕等）。为避免管片拼装销疲劳破坏伤人，使用安装200环后应及时进行更换。

　　9. 带压开仓

　　遇不良的地质条件或因各种原因施工前无法进行深入补勘时，如：线路走向沿国道；车流量大不允许封路补勘；刀盘因不良地质不正常磨损问题突出，则需要进行带压开仓。带压开仓时，原则上用气动工具进行刀具更换，不得已采用明火进行刀具更换等作业时，要制定专项施工方案并经专家论证。作业人员应佩戴24 V充电式防爆头灯，且防爆头灯应满足土仓压力要求。

　　带压开仓最大的风险是突然停电，为此需准备应急柴油空压机，并将空压机在洞外检查调试好，管路提前连接好，一旦停电，在洞内能实现快速切换，及时为土仓提供压缩空气，保证掌子面稳定。同时为土仓内作业人员提供新鲜空气，保证作业人员能按《盾构法开仓及气压作业技术规范》（CJJ 217-2014）要求分阶段减压安全出仓。减压时，每个阶段的停留时间不同，且逐渐加长，人员有不适时应延长停留时间。

　　1 0. 盾构机接收

　　首先按设计要求进行端头加固，到达接收井前100环对照关键节点验收表进行自查，报请监理验收后方可推进；盾构切口与到达接收井距离小于10 m时，应控制开挖面压力、盾构推进速度及排土量，保证足够的推力压紧管片，并对最后10~15环管片设置纵向拉紧装置，保证管片间止水效果；隧道贯通后应及时按设计要求封堵洞门，确保密封止水效果，并对最后10~15环进行二次注浆加固封堵。

　　1 1. 应急处置

　　地铁施工多在省会和经济发达城市，人口密集，一旦发生地面沉降指数超标，须马上通知交警到现场协助封路，安排车辆绕行。根据具体情况也可采用先封一个车道的办法，同时在其他通行的车道上及时铺设长的厚钢板，要求通行车自然减速，可减少因此造成的事故损失。

　　1 2. 结束语

　　盾构施工从端头加固、盾构机吊装、围护结构破除、始发、负环管片拆除、穿越复杂环境、开仓换刀、接收等多项施工过程均需要编制专项施工方案且需要专家评审。安全风险不仅来自盾构作业本身，还有来自周边环境、不良地质及工程自身，施工过程中随时都可能发生险情，为此只有抓好施工过程重要环节的管控，才能减少或避免生产安全事故的发生。

　　参考文献

　　[1] 建办质[2020]27号城市轨道交通工程建设安全生产标准化管理技术指南[S].

　　[2] 建办质[2018]65号城市轨道交通工程土建施工质量标准化管理技术指南[S].

　　[3] GB 50446-2017盾构法隧道施工及验收规范[S].