王勇

(方大集团股份有限公司，广东 深圳 518000)

在隧道、地铁建设蓬勃发展的今天，盾构法以施工速度快、工程质量高以及施工安全等优点成为其主要施工方法之一。在盾构隧道工程中，由于刀盘、刀具磨损严重等问题，通常需组织人员进仓作业。进仓作业(包括带压作业)在生产实践中已积累不少经验，前人针对各种不同地质条件、不同设备状况如何实现快速作业方面已作了较深的研究，但这些研究基本是从工程技术角度进行分析研究的，对作业中存在的严重影响作业进度的重大安全问题涉及较少或者分析不全面。随着政府对安全生产问题的重视以及人们对作业安全要求的日益提高，进仓作业作为盾构隧道施工中危险性很高的一项作业，对其存在的危险有害因素进行具体全面的分析研究具有十分重大意义。本文以广深港客专狮子洋隧道SDⅢ标工程为依托，引入模糊综合评价法对进仓作业的危险性进行分析与评价。

1 工程概况

狮子洋隧道位于广深港铁路客运专线东涌站——虎门站区间，全长10.8 km。该隧道是目前世界上速度目标值最高的水下隧道。SDⅢ标段位于狮子洋隧道的东莞侧，该工程盾构段左线长4 450 m，右线长4 750 m，采用 2台直径11.18 m的气垫式泥水盾构掘进。

盾构段隧道洞身经过淤泥层、淤泥质土层、冲积形成的粘性土层及砂层、岩石弱风化层等复杂地层;局部地段存在软硬不均工作面，岩石强度变化较大。复杂的地质条件加上大直径、长距离掘进对刀盘和刀具磨损异常严重。

2 进仓作业危险性分析

进仓作业的危险、有害因素基本可归结为人与物质或物体(包括人暴露于有害作业环境中)接触造成的，这些因素通常是引发事故的直接原因。根据《企业职工伤亡事故分类》(GB 6441—1986)和《生产过程危险和有害因素分类与代码》(GB/T 13861—1992)列出作业过程中可能发生的各类事故，分析导致事故的危险、有害因素，最后结合工程特点详细分析造成高处坠落伤亡事故的原因及带压进仓的危险性。

2.1 机械伤害

机械伤害是进仓作业过程中比较常见的一类事故，容易在换刀作业和刀盘维修过程中发生，包括砸伤、割伤、刺伤及人体与工具、加工件等物体不正常接触所造成的其他伤害。导致此类事故主要原因有:一是搬运刀具过程中，刀体滑落、刀体与吊耳连接不牢固等导致砸伤、压伤;二是更换刀具时，刀具松动掉落或安装位置选择不当引起的砸伤、碰伤等;三是在刀盘维修过程中，各种加工件(耐磨板、搅拌臂面板等)导致的割伤、划伤等伤害。

2.2 触电

触电通常是发生于作业人员对仓内焊接等作业用电使用不当，作业过程中缺乏必要的防护及漏电的情况下。

2.3 烫伤、灼伤

这类伤害包括火焰的烧伤、灼伤，高温物体烫伤等。在更换刀具过程中，部分滚刀因刀架严重变形难以取出，通常要用氧炔焰割才能取出。在气割或焊接的过程中，作业人员作业方法不当、自我防护意识不够等都容易引发烫伤、灼伤。

2.4 高温、高湿等不良作业环境引起的伤害

泥水盾构掘进时通过泥水仓里加压的泥浆来平衡掌子面的土压和水压，开仓后仓内的湿度、温度都要明显高于仓外，对换刀这样高强度的作业非常不利，严重影响了作业人员连续作业时间和作业效率。此外，长时间处于这种环境下对作业人员身体也有一定程度的危害。这主要受地层、隧道埋深和通风情况的影响。

2.5 中毒和窒息

对于泥水仓和气垫仓这样相对密闭的空间来说，由于缺氧和有毒有害物质的存在，易造成作业人员中毒、窒息。仓里的有毒有害物质包括有毒有害气体、腐蚀性物质等，这里主要是前者，指CH4、CO2、CO、H2S、SO2等超标的情况或存在不明气体。在仓内通风不畅以及气体检测工作不到位等情况下，作业人员贸然进仓作业易造成此类事故。

2.6 带压进仓作业的危险性

2.6.1 盾构带压进仓技术介绍

带压进仓技术常用于盾构在特殊环境下的换刀作业与紧急情况下的维修作业，其基本原理是盾构在气垫模式下，借助压缩空气的压力来平衡一定的地下水压和土压，以控制掌子面地下水的渗入量，维持掌子面的稳定，为作业人员安全进入泥水仓作业提供条件［1］。这里的特殊环境主要是指常压下不能实现长时间自稳、坍塌可能性较大的地层，如全断面的淤泥质土层、粘性土层、软硬不均地层等，以及掌子面裂隙发育、常压下仓里液位不容易控制的情况。

该项目盾构机配备的是并列式双室人仓，由应急仓(也称准备仓)和主仓组成，两仓横向连接，之间由压力门隔开，主仓通过压力门与气垫仓相连。

带压进仓技术的主要作业程序:前期准备、检查工作→人员进入主仓→主仓升压→进入泥水仓作业→人员撤出泥水仓→主仓降压→后期处理工作。

2.6.2 带压作业的危险性

带压进仓作业时，人员处于高压、高温、高湿的特殊环境下作业，在这种环境下，对作业人员的身体素质有了更高的要求，同时，对人仓管理员操作的准确性以及SAMSON保压系统的可靠性、灵敏度要求更严格。在这种条件下，可能对作业人员造成的伤害有:(1)主仓升压速度过快，造成人员身体不适;(2)作业过程中，由于仓里照明不足，作业人员体力不支、高压下注意力不集中等引起碰伤、流血;(3)作业期间，仓内出现缺氧或有毒有害气体，引发身体不适;(4)作业过程中，由于突发性停电或者保压系统故障导致仓内压力泄漏，造成的一系列事故;(5)主仓减压期间未严格执行减压方案，从压力状态到常压状态转变周期过短，而造成的压缩空气病(也称减压病、沉箱病)。减压病是由于压力降低太快，体内气体无法随血液循环排出体外造成气泡充塞于人体组织内形成气体栓塞而引发的身体不适应或急性障碍，其症状表现为:轻者皮肤发痒、红疹、关节肌肉疼痛，重者言语障碍、视觉模糊、四肢麻木、胸闷胸痛、失明、休克甚至死亡［1］。

2.7 高处坠落

在该项目中，盾构机气垫仓与泥水仓相连的方形压力门距泥水仓底部 8 m左右，换刀及维修刀盘等作业一般处于方形门这一水平区域附近，因此，进仓作业属于特殊环境下的高空作业。高空作业易发生坠落事故，这通常是进仓作业最为常见的事故，这里采用事故树分析法(FTA)进行分析，如图1所示。

图1 进仓作业高处坠落事故树

最小割集与最小径集 最小割集是引起顶上事件发生所必须的最低限度基本事件的集合。每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能，最小割集越多，系统越危险;从最小割集能比较直观、概略地看出，哪些基本事件发生最危险，哪些是次要的，以及如何采取措施，降低顶事件发生的概率。某些基本事件不发生时，顶上事件就不发生，这些使顶上事件不发生的最低限度基本事件的集合就是最小径集。求出最小径集，就可以知道顶上事件不发生的各种可能方案，从而为控制事故提供依据，事故树中最小径集越多，系统越安全。

通过布尔代数运算可得出图1事故树中的最小径集:

为防止事故不发生需从以上4种方案入手。由于各基本事件发生的可能性大小不一，这4个最小径集的结构重要度也不同，结构重要度越大者，则应优先考虑。生产实践过程中，各基本事件概率相对大小一般是可以确定的。因为第一个集合一般是我们不易控制的，可不作考虑;第三个集合提到的安全防护问题，受作业条件限制，挂安全网、系安全带等措施一般难以落实，这个方面只能靠提高作业人员自身安全意识来实现;第四个集合里提到的作业问题目前来说是难以避免的，只能从其余两方面来考虑，其中有关作业人员的身心问题常常容易被忽视。因此，重点控制的就是第三个集合反映的作业辅助设施的问题，确保仓内照明，同时保证爬梯、作业平台等符合作业要求即可。

除上述危险外，还可能有地层不稳发生坍塌引起伤亡的危险，以及长期从事这类作业造成“进仓作业职业病”等一些慢性危害。

3 进仓作业危险性评价

为有效地减小作业过程中的事故与职业危害，系统地进行安全管理，需选择合适的评价方法对作业系统的危险性进行评价。在生产实践中比较常用的安全评价方法有安全检查表法、作业条件危险性评价、事故树分析法等，这些方法基本都偏向于定性分析，定量成分比较少，但在实际操作中，通常需知道评价对象的量化结果。作者认为模糊综合评价法能比较好地解决这一矛盾，作为一种简单易行的系统评价方法，在实践中其可操作性强，易于现场安全技术人员掌握。

3.1 模糊综合评价方法和步骤

3.1.1 模糊综合评价法

模糊综合评价是通过构造等级模糊子集把反映被评事物的模糊指标进行量化(即确定隶属度)，然后利用模糊变换原理对各指标综合［2］。

3.1.2 评价步骤

1)建立评价指标集

本文评价对象涉及7个指标，设U=(u1，u2，…，u7)，相应的权重集E=(e1，e2，…，e7)，其中这里不对一级以下指标作计算分析。

2)确定评语等级

设有n个评语等级，则评语集 V=(v1，v2，…，vn)。每个评语等级可对应一个模糊子集。

3)建立模糊关系矩阵

在构造等级模糊子集后，可确定评价对象从单个指标层面对等级模糊子集的隶属度(R| ui)［3］，进而得到模糊关系矩阵 R:

4)合成模糊综合评价结果向量

利用算法将E与评价对象的R进行合成，得到各评价对象的模糊综合评价结果向量A。即

式(2)中ai表示评价对象从整体上看对vi评语等级的隶属程度。

5)对模糊综合评价结果向量进行分析

常用的分析方法有最大隶属度法和加权平均法，由于前者在有些情况下损失信息较多，甚至得出不合理结果［4］，因此，这里选用加权平均法计算出结果向量，与评语集合成后可得到评价值。

3.2 进仓作业模糊综合评价

以前面分析的危险性因素作为评价指标对进仓作业进行综合评价。步骤如下:

3.2.1 指标权重与隶属矩阵的确定

为使评价结果与生产实际相符，通过调查问卷、谈话等方式，同时结合安质部相关事故统计资料收集数据。将评价设计成问卷，采用分层抽样法，随机分发给被调查人，被调查对象包括生产经理、分管领导、值班技术人员、作业人员等，实际发出问卷53份，回收52份，有效问卷50份，有效率94.3%。问卷主要从各危险性因素对作业中事故发生的影响程度及各指标可能导致事故的严重度两方面设计的。

1)确定评价指标集与权重集

作业危险性评价指标集U=(机械伤害，触电，烫伤、灼伤，高温等不良作业环境，中毒、窒息，带压作业，高处坠落)。

指标权重由各指标危险性大小来确定，主要考虑发生概率和造成事故的严重程度两个方面。计算得到权重集 E =(0.17，0.10，0.07，0.14，0.12，0.18，0.22)。

2)评语等级确定

评语等级根据作业中发生事故的可能性、人员作业时间长短及事故后果的严重性等综合确定，评语集V=(灾难性的，高度危险的，危险的，一般危险的，稍有危险的)。在对评语等级进行量化时，考虑到所统计的事故的严重程度分布特点，同时为便于计算，依次赋值为 V＇=(100，80，50，30，10)。所设计的综合评价定量分级标准如表1所示。

表1 危险性等级划分标准

3)评价指标隶属矩阵的确定

通过对收集数据统计计算，得到各评价指标对评语等级的隶属矩阵R。

3.2.2 进仓作业模糊评价结果向量

1)综合评价向量

由式(2)可得到模糊综合评价结果向量A，即进仓作业的整体危险性对评语集V的隶属向量。

2)模糊综合评价结果向量分析

设进仓作业整体性得分为T，则由赋值评语集V＇，根据T=A×(V＇)T可得到:

从上述计算结果可知，对照表1的等级划分标准得到进仓作业整体危险性评价结果为“危险的”，属于Ⅲ级。

4 预防措施

能量转移理论能较好地解释上述事故，该理论认为伤害是由外界施加了超过人体局部或全身性伤阀限的能量或者环境影响了人体局部或全身性能量交换引起的［5］。基于这一理论，为降低作业危险性应尽量保持能量的正常流通、交换，同时在人与环境之间对作业人员采取一定的保护措施，主要有三项预防措施:

4.1 改善作业环境:主要包括加强作业时仓内通风和保证仓内充足照明。良好的通风除可以保证作业时所需的空气需求外，更重要的是能有效降低仓内湿度、温度，降低中毒的危险性，为作业提供较好的作业环境;充足的照明是作业所必需的，能有效减少伤害发生的可能性。

4.2 加强作业现场安全管理:包括:①各部门值班人员密切配合，严格按技术交底落实开仓前的各项准备工作，其中，检查作业人员是否有任何不适的情况是非常重要的一项;②开仓后必须严格按相关程序进行各项检查工作，如掌子面稳定性、渗水情况、仓内有毒有害气体情况等;③作业过程中，合理安排各项作业，尽量避免交叉作业;④整个作业过程中，必须有安全人员在仓内值班。

4.3 加强对相关人员的安全培训:包括对作业人员和现场值班技术人员的培训，使其具备必要的安全技能和应急处理能力。

5 结论

进仓作业作为盾构法施工中极其重要的环节，保证其顺利进行对工程本身、对企业、对社会都有十分重要的意义，但由于其作业的特殊性和危险性，事故屡有发生。本文通过对其危险性进行研究得出以下结论:1)对作业危险因素进行全面分析，明确了事故预防控制重点，对保证作业安全顺利完成有一定的指导性;2)通过对作业系统的量化定级评价得出确切的分级评价结果，对生产企业加强安全管理，保障作业人员人身安全、减少企业财产损失有重要意义;3)在分析评价基础上提出的预防性建议，对盾构施工中频繁开仓作业的工程具有一定的参考意义。

目前在施工安全领域有关评价问题多采用定性或半定量评价方法进行评价，具有一定的局限性，为进一步提高生产企业安全管理、减少生产安全事故，选用合适的方法进行量化定级评价是很必要的。本文采用模糊综合评价法进行评价，得到了较合理的结论，但由于这种分级还没有较规范统一的标准，在实际操作中有一定的主观性，这有待在今后的工作实践中进一步完善。

模糊综合评价法在进仓作业中的应用效果较好，求解简便，在生产安全的其他方面也有较好的应用前景和价值。

［1］ 陈馈，洪开荣，吴学松.盾构施工技术［M］.北京:人民交通出版社，2009.106－109.

［2］ 王新洲.模糊空间信息处理［M］.武汉:武汉大学出版社，2003.130－131.

［3］ 孙维丰，陈立文，刘广平，等.地下工程施工风险分析应用研究［J］.河北工业大学学报，2008(6):79－83.

［4］ 汪清梅.公路工程施工项目风险评价方法的分析与运用［J］.企业技术开发，2008(8):96－98.

［5］ 隋鹏程，陈宝智.安全原理［M］.北京:化学工业出版社，2005.35－40.