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轨道交通施工20讲:盾构施工的安全问题

时间:2023-08-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:建立健全安全生产保障体系和规章制度,对施工人员进行安全教育和培训。施工前,应对作业人员进行安全技术交底。盾构施工中应建立健全机械设备管理制度,定期对设备进行安全检查、维护。

轨道交通施工20讲:盾构施工的安全问题

1.盾构施工作业应考虑下列主要危险源及危害因素

(1)吊装作业钢丝绳断裂、吊钩脱落、限位器失灵。

(2)始发或接收盾构工作井端头地层未加固。

(3)掘进参数选择错误,开挖面失稳,地表下沉。

(4)通过浅覆土地层、小净距、小半径曲线、大坡度、江河及下穿既有建(构)筑物、地下管线、障碍物等特殊地段。

(5)刀具、刀盘、主轴承等失效。

(6)带压换刀。

(7)施工运输指挥不当、信号和制动失灵、超速、超载及机械故障等。

(8)未配备消防器材或消防器材失效。

2.盾构施工安全一般规定

(1)为了防止设计资料与实际工况条件不符,施工前应进行工程环境的调查与实地踏勘,对地层、地下管线、地下及地面建(构)筑物及障碍物进行详细调查。

(2)盾构在特殊地段施工与在一般地段施工不同,其掘进难度大、控制沉降要求严、安全风险高,因此必须编制、审查专项施工方案和应急救援预案。建立健全安全生产保障体系和规章制度,对施工人员进行安全教育和培训。盾构作业人员必须经过专业培训考核合格并取得相应操作证后持证上岗。

(3)盾构施工各工序作业前,应编制安全作业规程和作业指导书关键工序还应编制专项安全技术措施,经监理单位审批后实施。施工前,应对作业人员进行安全技术交底。

(4)盾构施工中应建立健全机械设备管理制度,定期对设备进行安全检查、维护。盾构设备的保养与维修必须坚持“预防为主、状态检测、强制保养、按需维修、养修并重”的原则,并应由专业人员进行保养和维修。

(5)盾构施工中应结合工程施工环境、地质水文条件编制完善的施工监控量测方案。当出现变形异常情况必须加强监测频率。建设单位应选择具有专业资质的第三方进行量测复核工作。监控量测方案除包括在一般情况下的方案外,还应包括可能因变形引发安全事故时应采取的方案,以便满足对突发异常变形或抢险等对监控量测的需要。

(6)盾构设备大件吊装作业必须由具有资质的专业队伍实施。

3.施工准备

(1)盾构施工前,应根据工程的水文地质条件、盾构类型、工作井围护形式、周围环境等因素,对盾构工作井端头地基进行合理加固,防止盾构始发引起端头地层发生过大变形、坍陷、涌砂或涌水。掘进前,应检测加固体的强度、抗渗性能,合格后方可始发掘进。

(2)盾构设备吊装应符合下列规定:

1)应根据盾构设备部件的最大重量和尺寸选用吊装设备,吊装设备必须选择符合安全要求并具备相应资质的专业厂家生产的产品;

2)起吊前,应确定合理的吊装方式,对吊具和钢丝绳的强度、地基吊装承载力、盾构工作井结构、地下管线等应进行验算校核,并根据验算结果采取相应的加固措施;

3)吊装作业时,各大型部件应选择合理的吊点吊运,吊装应平稳,严禁起吊速度过快和吊件长时间在空中停留;

4)吊装作业应由专人负责指挥。

(3)盾构是集机、电、液、控为一体的复杂大型设备,若在掘进中发生问题,处理十分困难且易导致地层坍塌。因此,在现场组装后,必须首先对各个系统进行空载调试,使其满足设计功能要求。然后,必须进行整机联动调试,使得盾构处于正常状态,以确保盾构始发掘进的安全进行。

(4)盾构后配套设备包括运输设备、电力设备、通风设备、照明设备、壁后注浆设备、泥水处理设备与设施。盾构后配套设备选型应满足隧道长度转弯半径、坡度、列车编组荷载等指标的安全要求。采用泥水平衡盾构时,管道运输系统应满足出渣和掘进速度的要求。

(5)隧道内各个后配套系统必须布置合理,机车运输系统、人行系统、配套管线在隧道断面上布置必须保持必要安全间距,严禁发生交叉。机车车辆距隧道壁、人行通道栏杆及隧道内其他设施不得小于20cm,人行走道宽度不得小于70cm。

4.始发

(1)盾构始发前必须验算盾构反力架及其支撑的刚度和强度,反力架必须牢固地支撑在始发井结构上。盾构反力架的整体倾斜度应与盾构基座的安装坡度一致,以防止反力架偏心受力。

(2)盾构始发前必须对刀盘不能直接破除的洞门围护结构进行拆除。拆除前应确认始发工作井端头地基加固与止水效果良好。拆除时,应将洞门围护结构分成多个小块,从上往下逐个依次拆除,拆除作业应迅速连续。

(3)洞门围护结构拆除后,盾构刀盘应及时靠上开挖面。

(4)由于洞口与盾构存在建筑空隙,易造成泥水流失,从而引起地表沉降,因此,盾构始发时必须在洞口安装密封装置,并确保密封止水效果。盾尾通过洞口后,应立即进行二次补充注浆,尽早稳定洞口。

(5)盾构始发时,由于盾构周围无摩擦力,盾构易扭转,盾构始发时必须采取措施防止盾构扭转和稳定始发基座。应加强盾构姿态的测量,如发现盾构有较大转角,可以采用大刀盘正反转的措施进行调整。

(6)盾构始发时,千斤顶顶进应均匀,防止反力架受力不均而倾覆。

(7)负环脱出盾尾后,应立即对管片环向进行加固防止变形。

5.掘进

(1)盾构应在起始段50~100m进行试掘进,掌握盾构掘进的适应性能和施工规律。

(2)盾构掘进应根据不同的地质情况、施工监测结果、试掘进经验等因素选用合适的掘进参数。

(3)土压平衡盾构掘进时,应使开挖土体充满土仓,排土量与开挖量相平衡,以控制地表变形和确保开挖面的稳定。

(4)泥水平衡盾构掘进时,应保持泥浆压力与开挖面的水土压力相平衡及排土量与开挖量相平衡,以控制地表变形和确保开挖面的稳定。

(5)复合盾构应根据地质条件和周边环境条件选择适当的掘进模式掘进。当复合盾构采用土压平衡模式掘进时,应使开挖土体充满土仓,排土量与开挖量相平衡,以控制地表变形和确保开挖面的稳定。掘进模式的转换采用局部气压模式(半敞开模式)作为过渡模式,并在地质条件较好的地层中完成。

(6)土压平衡和复合盾构改良开挖土体流塑状态时,应采取合适的添加剂,保证开挖面的稳定。掘进过程中,应采取措施防止螺旋输送机发生喷涌。根据盾构穿越的地层条件,可有选择地向土仓内适当注入泥浆或水、泡沫剂、聚合物等材料,以改良仓内土质,使其保持开挖面的稳定。

(7)盾构掘进时应控制姿态,推进轴线应与隧道轴线保持一致,减少纠偏,以免造成地层扰动。实施纠偏应逐环、少量纠偏,严禁过量纠偏扰动周围地层。由于盾构自重大,长时间停机可能会造成盾构下沉,因此应防止盾构长时间停机。

(8)盾构壁后注浆应符合下列规定:

1)应根据工程地质条件、地表沉降状态、环境要求和设备情况等选择注浆方式和注浆参数;

2)同步注浆和即时注浆必须与盾构掘进同步进行,同步注浆的注浆速度应根据注浆量和掘进速度确定;

3)注浆压力应根据地质条件、注浆方式、管片强度、设备性能、浆液特征和隧道埋深等综合因素确定;

4)同步注浆和即时注浆的注浆填充系数应根据地层条件、施工状态和环境要求确定;

5)根据隧道稳定状态和环境保护要求,可进行二次补强注浆,二次补强注浆的注浆量和注浆速度应根据环境条件和沉降监测结果等确定;

6)应根据注浆要求进行注浆材料的试验和选择,可按地质条件、隧道条件和工程环境合理选用注浆材料。

(9)为防止刀盘过度磨损失去掘进功能而报废,盾构掘进过程中,应及时检查刀具和刀盘,发现过度磨损必须及时更换刀具和维修刀盘。

(10)盾构刀具检查和更换地点应选择在地质条件好、地层较稳定的地段进行。在不稳定的地层更换刀具时,必须采取地层加固或气压等措施,开挖面稳定后方可进仓作业。带压进仓换刀作业必须符合气压作业相关标准的规定。

(11)在盾构掘进过程中需要对刀盘进行维修时,应对刀盘前方土体采取可靠的加固措施或施作竖井。

(12)对盾构设备进行维修时应符合下列规定:

1)盾构及后配套设备的保养和检修工作应在机器停止操作时进行;

2)液压系统进行维修作业前,必须关闭相关阀门降压,必须防止液压油缸的缩回和液压电动机的意外运转;

3)电气系统维修前,必须将系统关闭,并防止意外重启;

4)对空气和供水系统进行维修作业时,应关闭相应阀门并降压;(www.xing528.com)

5)在刀盘、拼装机等旋转设备部件区域进行维修作业前,设备必须停止运转;

6)现场应配备完善的消防设备,使用明火、电焊进行维修作业时,应有专人监控,附近不应有可燃物;当不能避开可燃物时,必须使用阻燃物覆盖。

6.管片制作及拼装

(1)管片制作应符合相关安全规定,在预制场内使用行车转运管片,吊具应安全可靠,管片应放置稳当。

(2)管片贮存场地必须坚实平整。每层管片之间应正确设置垫木,堆码高度应经计算确定,防止管片倒塌。管片堆码高度需要结合存放场地的地基承载力、管片出模强度和管片承压强度等相关因素验算后确定。

(3)管片拼装中,应指定专门的拼装作业人员,技术人员必须对拼装作业进行全程监控,确保拼装安全。

(4)管片拼装时,举重臂与管片连接必须使用专用保险销子并拧紧,管片拼装和吊运范围内不得有人和障碍物。每块管片拼装完成后,相应区域的千斤顶应及时伸出固定管片。

7.接收

(1)盾构到达前应拆除洞门围护结构,拆除前应确认接收工作井端头地基加固与止水效果良好,拆除时应控制凿除深度。确保接收工作井端头地基加固效果和洞门密封效果,并控制围护结构破除过程,防止盾构到达掘进扰动引起端头地层发生过大变形、坍陷、涌砂或涌水。

(2)盾构到达前,必须在洞口安装密封装置,并确保密封止水效果。

(3)为防止由于盾构推力过大以及盾构切口正面土体挤压而损坏工作井洞门结构,必须控制掘进参数和出土量。盾构距到达接收工作井15m内,应调整掘进速度、开挖压力等参数,减少推力、降低推进速度和刀盘转速,控制出土量并监视土仓内压力。

(4)隧道贯通前10环管片应设置管片纵向拉紧装置。贯通后,应快速顶推并迅速拼装管片及注浆,防止洞口水土流失

(5)隧道贯通前10环管片应加强同步注浆和即时注浆,盾尾通过洞口后,应及时密封管片环与洞门间隙,确保密封止水效果。

8.过站、调头及解体

(1)盾构过站、调头及解体时应确保过站、调头的托架或小车有足够的强度和刚度。避免在移动过程中托架或小车受损破坏。

(2)盾构过站、调头应由专人指挥,专人观察盾构转向或移动状态。应控制好盾构调头速度,并随时观察托架或小车是否有变形、焊缝开裂等情况。

(3)在举升盾构机前,应保证液压千斤顶可靠,千斤顶举升应保持同步,举升平稳。由于盾构重量大、体积大,因此应加强牵引和顶推的安全管理。

(4)牵引平移盾构应缓慢平稳,工作范围严禁人员进入,钢丝绳应安全可靠。

(5)盾构解体前,必须关闭各个系统,并对液压空气和供水系统释放压力。

(6)盾构解体时,各个部件应支撑牢固。高处作业应有可靠的安全保护措施。

9.洞门、联络通道施工

(1)洞口负环拆除前,应对洞口采取二次注浆等措施,确保洞口周围土体强度和止水性能。

(2)联络通道施工应符合下列规定:

1)施工前,必须对联络通道开挖范围及上方地层进行有效的加固;

2)拆除联络通道交叉口管片前,必须对管片壁后土体和联络通道处管片进行加固;

3)隧道内施工平台在断面布置上应与机车运输系统保持必要的安全间距,严禁发生交叉;

4)联络通道的施工应按相关规定执行。

10.特殊地段施工

(1)盾构在特殊地质条件和施工环境条件下掘进时,应制定完善的监控量测方案,加密监控量测点和提高量测频率,并应根据反馈的监控量测结果及时调整掘进参数。

(2)盾构在浅覆土地段掘进前,应根据地质、水文条件与施工环境等判定其对环境的安全影响,并根据实际情况采取地基加固、设置抗浮板或加盖板等处理措施。由于覆土荷载减小,盾构抗浮能力降低,必须加强抗浮措施。

(3)相邻净距小的隧道施工前,应采取加固隧道间土体、对先建隧道管片壁后注浆、先建隧道内支设钢支撑等辅助措施,控制地层和隧道结构变形。后续隧道的施工与先行隧道相互影响,会产生结构变形、地表下沉等不良现象,因此,后建隧道施工时,应控制掘进速度、土仓压力、出渣量、注浆压力等,减少对先建隧道的影响。

(4)小半径曲线段隧道施工时,应制定防止盾构后配套台车和编组列车脱轨或倾覆的措施。

(5)如果通过调整盾构掘进参数和注浆参数不能满足对地面建(构)筑物的保护要求,可对建(构)筑物的基础或结构进行加固或托换。盾构下穿或近距离通过既有建(构)筑物、地下管线前,应符合下列规定:

1)应对该地段进行详细调查并评估施工对既有建(构)筑物、地下管线安全的影响;

2)应根据实际情况对受盾构掘进影响的既有建(构)筑物、地下管线的地基或基础进行加固处理;

3)应控制掘进参数,减少施工对既有建(构)筑物、地下管线的影响;

4)应加强既有建(构)筑物的沉降、倾斜观测。当发现有沉降、倾斜趋势时,应及时加固处理。

(6)大坡度地段施工时,机车和盾构后配套台车必须制定防溜措施。

(7)江河地段盾构施工应符合下列规定:

1)应详细查明工程地质和水文地质条件和河床状况,设定适当的开挖面压力,加强开挖面管理与掘进参数控制,防止冒浆和地层坍塌;

2)应采用快凝早强注浆材料,加强壁后同步注浆和二次注浆;

3)下穿江河前,应对盾构密封系统进行全面检查和处理;

4)长距离下穿江河时,应根据地层条件预测刀具和盾尾密封的磨损,制定更换方案;

5)应采取措施防止对堤岸的影响。

11.施工运输

(1)盾构施工运输应制定安全操作规程,运输操作人员应经专业培训考核合格并取得特种作业操作证后持证上岗。

(2)机车应经特种设备检测机构验收合格后方可投入使用。

(3)皮带输送机机架应坚固,平、正、直。启动皮带输送机前,应发出声光警示。空载启动后,应检查各部位的运转和皮带的松弛度,如无异常,在达到额定转速后,方可均匀装料。应设专人检查皮带的跑偏情况并及时调整。

(4)机车行驶时应符合下列规定:

l)机车必须有完整的安全装置,司机在开车前必须检查连接器、制动器及部件的完好性;

2)机车行驶速度不得大于10km/h;经过转弯处或接近岔道时,应限速5km/h;在靠近工作面100m距离内应限速3km/h,并打铃警示;车尾接近盾构机台车时,限速3km/h并减速慢行;下坡时应带制动;

3)机车在启动和行驶过程中,必须启动警铃、电喇叭等警示装置,同时,应注意机车行驶中的动态

4)开车前应前后检查,各类物件必须放置稳妥,捆绑安全,运输不得超载、超宽和超长;

5)轨道养护应有专人负责,轨道必须平顺,钢轨与轨枕间必须固定牢靠,轨枕和轨距拉杆必须符合安装规定。

(5)工作竖井内必须规定垂直运输的作业范围,在该范围内严禁任何非作业人员进入。

(6)钢丝绳、吊带等吊具应定期检查、更换。

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