地铁盾构隧道施工安全管理及成本控制

2020-04-13申艳平

工程技术研究 2020年2期

申艳平

（长沙市轨道交通集团有限公司，湖南长沙 410000）

随着轨道交通的发展，地铁交通已经成为未来城市的重要公共交通设施之一。相较于其他的市政道路工程，地铁工程本身投资巨大，在施工过程中涉及的学科较多，施工环境也更为复杂，不仅存在较多的风险因素，而且一旦管理不善，势必给工程造成巨大的经济损失，导致地铁施工的成本增加。因此，研究分析地铁盾构隧道施工安全管理及成本控制具有重要的现实意义。

1 地铁盾构隧道施工的概述

地铁工程在施工过程中，通常采用两种隧道施工方式，一种是矿山法，对隧道进行暗挖施工，另外一种是盾构法，此施工过程中都在地下进行。对于一些大中型城市而言，地铁线路在规划过程中，势必经过商业的繁华区域以及人口的居住密集区域，如果采用矿山法进行施工，会给民众的出行带来极大的不便，而且增加了地铁隧道施工的成本。相较于矿山法，盾构法的核心是采用构造复杂的盾构机来完成隧道作业，实现了地铁大部分施工是地下施工，有效降低了施工对城市的影响，是当前应用最为广泛的施工方式。盾构法施工作业示意图如图1 所示。

图1 盾构法施工作业示意图

2 地铁盾构隧道施工的安全管理特点

采用盾构法施工，因为工序复杂、施工周期长以及地下施工的隐蔽性，存在诸多的安全隐患，这也使得盾构隧道施工的安全管理工作难度加大。

（1）对施工人员的专业素养要求较高。盾构施工本身的机械科技含量较高，且具有隐蔽施工的特点，对相关施工人员的个人素质能力提出了更高的要求，不仅需要他们熟练掌握盾构机的施工要点，而且还要具有安全管理意识，善于发现施工过程中存在的安全风险，将安全隐患消除在萌芽状态，避免安全事故的发生。

（2）安全隐患多。在盾构隧道施工阶段，任何施工环节都可能发生安全隐患，涉及的内容和范围都比较繁杂，对施工企业的安全管理提出了更高的要求。

（3）风险概率高。地铁施工的周期都比较长，均超过了2 年，长时间的作业也导致施工现场存在较多的安全隐患，经常会因为一些意外情况发生安全事故。

（4）风险损失的关联性高。盾构隧道施工往往涉及多个企业，这些企业的分项工程施工存在较为紧密的联系。一旦安全事故发生，可能会对多个企业造成不可挽回的损害，不利于地铁施工顺利进行的同时，也导致整体成本的增加。

（5）安全管理具有动态性：盾构隧道施工是不断往前掘进的过程，因此所存在的安全风险也是动态变化的，不同的施工区域，存在的安全风险类型也不尽相同。例如在高楼地下施工时，要格外注意对高层建筑的影响。

3 实例分析地铁盾构隧道施工的安全管理及成本控制

某地铁三号线工程，是该市批复建设的最长的一条轨道交通线路，全长50.5km，共设置车站30 个。本地铁工程的一期工程设计长度约为39km，需要完成车站建设26 个，其中地下部分车站19 个，地上车站7 个。本工程在建设过程中，为了保障施工的安全性，降低整个工程成本支出，采取了以下管理措施。

3.1 施工的安全风险识别

通过对本地铁一期工程进行全面的分析研究，发现工程施工阶段存在以下风险，结合风险类型，计划制定相对应的风险管理措施，如表1 所示。

表1 隧道施工潜在的安全风险

3.2 盾构法隧道施工的机械安全管理

（1）盾构选型。在本工程施工过程中，机械设备的选择尤为关键。相关施工单位必须结合施工现场的实际情况，对可能存在的各种安全风险加以识别，并以此为依据，选择最佳的盾构配置，包括盾构的主轴承等关键部件，以提高施工效率，减少设备的故障频次，降低设备维护费用支出，保障施工的安全。

（2）压气作业。盾构设备均配备的压气系统，通过注入无油空气来提高盾构刀盘组件的压力，确保其与施工阶段外侧土层的压力保持一致。该操作过程中，受到施工作业空间以及空气中杂质的影响，存在一定的安全问题。因此在本工程压气作业过程中，首先，应当结合地质环境的变化，来合理进行刀盘的更换，降低压气作业的难度；其次，要求相关操作人员必须具有较高的身体素质，且每天的压气作业时间不超过240min；最后，做好相关的应急措施，配备必要的流动医疗舱，应对潜在的安全风险。

（3）盾构刀具更换。在刀具进行更换过程中，首先，需要关注更换作业时所处的地质环境情况，采取必要的加固措施，避免出现岩石脱落、坠物等问题，导致作业人员失稳被滚刀伤害；其次，需要做好必要的安全措施，通过搭设稳定的支架和作业平台，提供充足的照明灯，确保更换作业的顺利进行；最后，为避免刀盘非期望转动导致人员出现伤害，在启动盾构设备之前，必须确认现场是否存在人员逗留或者不应存在的工具设备。

3.3 施工工艺的安全管理要点

（1）注浆作业。注浆过程中，经常会因为泥沙导致注浆管堵塞，需要进行清理，此过程中必须对管道出口采用编织物绑扎牢固，并缓慢增加压力，杜绝急剧加压，导致浆液突然从管内爆出，给作业人员造成伤害。

（2）临时轨道运输。本工程作业过程中，需要通过轨道运输系统将土渣运输至隧道之外。在此过程中，首先，必须确保临时轨道安装的稳定性，避免出现车辆脱轨，威胁到行人的安全，应设置专人时刻检查轨距、弧度、螺栓稳定性等重要节点；其次，严禁任何人乘坐管片车，遇到较长的隧道施工时，可以设计专门的人员运输轨道线路，避免出现挤压人员的安全事故。

（3）盾构安装与拆卸。盾构设备本身在安装和拆卸过程中，需要进行吊装施工。此过程中需要编制详细的施工方案，并对现场环境进行全面的仔细的勘查，确保万无一失，方能进行吊装施工，避免出现意外情况，导致安全事故发生。

3.4 环境安全管理

（1）构筑物影响。在地铁施工过程中，不可避免会遇到一些地下构筑物、管线等。这些设施可能年代久远，已经出现了不同程度的损坏。因此，在遇到这些障碍物时，必须采取必要的措施对其进行加固处理，必要时可以采取超前注浆加固的方式，避免出现坍塌、物品掉落等问题。

（2）特殊地质结构。隧道施工过程中，可能会穿越一些地下水水位较低，或者大量砂土的地层。这种特殊环境下，可能会导致盾构设备堵塞，无法正常掘进，增大了施工的费用。为此，在作业到该区域时，应提前增加泡沫系统，来降低土体颗粒的摩擦力，增加土体之间的黏结力，确保可以正常的进行掘进作业。

（3）作业环境。盾构机施工过程中，遇到一些较高硬度的岩石层时，可能会导致设备内部的温度短时间内快速升高，再加上工程所在南区域，夏季施工高温天气的影响，隧道内的环境长期处于高温、高湿状态下，即便是采取了通风措施，环境状态仍然十分恶劣，极易导致作业人员疲劳、懈怠，出现安全事故。因此本工程管理过程中，应当采取8h 轮换制，同时加强隧道内的空气对流，改善空气质量，营造良好的作业环境。

3.5 成本控制

（1）人员成本控制。人员成本是本工程的控制重点，人员配置采用两班轮流制，每个班组的人员不超过45 人。同时结合施工实际情况，明确各岗位的工作职责，并培养施工人员养成对盾构机及隧道的清洁习惯，减少不必要的人工费用支出。

（2）材料成本控制。在盾构施工过程中，一方面对于走道板、支架、轨枕等材料，选用一些可以重复使用的材料，虽然一次性投入较高，但通过重复使用可以有效避免资源浪费。另外一方面在施工过程中，一旦接近结束，要及时对走道板、螺栓等材料及时进行清洁和回收处理，提高物资回收效率，避免不必要的损耗量，降低材料成本支出。

（3）设备维护费用。本工程施工过程中，主要的设备使用和维护费用支出包括电力、润滑油以及配件的消耗，为了有效降低盾构机及相关设备的维修频次，本工程重点加强了设备的维修和保养效率，确保设备处于最佳工况，来降低设备电力、润滑油以及配件的成本支出。