tbm施工危险源分析及安全管控措施

青海水力发电4/2019

671　引言

近年来，随着科技快速发展，TBM施工已经成

为国内外隧道工程施工的一大趋势，相比传统的钻爆

法开挖施工其优越性更加鲜明，具有自动化操作程度

高、施工环境较为安全、施工进度快、一次性成型等

优势。但TBM隧洞开挖有施工占线长、作业点面与

工序多、作业空间相对狭小、设备本身结构的复杂性

等因素，一旦人员操作不当容易发生安全事故，给施

工过程安全管理工作带来极大的考验和挑战。因此对

各个施工工序存在的风险因素和危险源进行分析，有

针对性的制定安全管控措施，从而有效降低了安全事

故发生的风险。2　工程概况

兰州市水源地建设工程将刘家峡水库作为引水

水源地，向兰州市供水。兰州市水源地二标段TBM1

进洞支洞位于永靖县刘家峡水库旁边，施工任务主要

是输水隧洞双护盾TBM开挖与衬砌。该标段TBM施

工控制段长度12.226km，隧洞设计内径4.6m，外径

5.48m，断面为圆形，采用C50和C60混凝土管片衬

砌，5+1片管片组成一环，管片与围岩之间的空隙用

豆砾石充填并进行回填灌浆。本标段所采用的双护盾

TBM设备总长度达415m，结构复杂，精密度高。为

了保证TBM施工安全，特对各作业工序进行风险因

素及危险源分析，制订切实、可靠的安全管理措施，为TBM作业安全提供保障。3　TBM施工危险源分析

3.1　管片吊运作业

在TBM1#、2#台车上各有2组管片卸载器，机车

编组推顶管片车行驶至1#、2#台车时，每辆管片车与

管片卸载器对位，卸载器提升爪位于最低端，提升油

缸活塞杆回收带动导向套，导向套延导向柱向上提升，

当管片提升到位，底部与管片车顶面相离，管片车即

可用机车拉出，在此过程有可能发生机械伤害安全事

故。

在TBM掘进完一个行程后，使用管片吊机开始

从1#、2#台车位置经过设备连接桥向喂片机部位吊运

管片。管片吊机原设计是采用尼龙材质的齿条滑轨和

电缆滑线槽，吊机在行走过程中容易卡阻，电缆滑线

接头容易损坏；布置在管吊机左侧配电箱与台车立柱

间距仅5cm，在吊运管片过程中产生晃动，配电箱易

与立柱发生碰撞，可能发生触电事故。

在设备连接桥位置有底管片勾缝作业人员，与管

片吊运形成了交叉作业。由于设备桥双轨梁前低后高，

收稿日期： 2019-11-10作者简介： 王军强　男　（1989-）　工程师　中国水电四局兰州市 水源地建设工程项目部 梁国辉　男　（1975-）　高级工程师　中国水电四局兰 州市水源地建设工程项目部 周永永　男　（1987-）　工程师　中国水电四局兰州市

水源地建设工程项目部 TBM施工危险源分析及安全管控措施

王军强 梁国辉 周永永

（中国水利水电第四工程局有限公司兰州市水源地建设工程项目部 青海西宁 810007）

内容提要 TBM施工安全管理的水平直接影响着工程项目的整体稳定和效益，本文结合兰州市水源地建设

工程项目TBM施工安全管理实践，分析了TBM施工存在风险因素和危险源，有针对性的总结了安全管控措施，

可为今后TBM施工提供借鉴。青海水力发电4/2019

68再加上空间狭小，管片吊机操作不当或出现故障时容

易发生溜车或管片脱落，容易引发管片伤人风险。

3.2　管片拼装作业

管片拼装机原设计管片抓举头外弧面与管片内

弧面弧度不相符，在抓卡管片时两抓举销插入管片灌

浆孔的深度过浅，在拼装过程中存在管片坠落的安全

风险。在管片拼装过程中，由于拼装作业区域空间狭

小，在管片拼装孔孔距不符合要求或拼装机出现故障

时，拼装机抓卡不稳而管片坠落，易发生管片坠落伤

人事故。安装管片过程中伸推油缸时，油缸推力过猛

可造成单片管片失稳或破坏管片，易产生管片破损块

掉落伤人。

3.3　豆砾石回填灌浆作业

豆砾石回填是双护盾TBM在管片安装成型后，

为防止隧洞围岩变形，使管片与被开挖围岩形成整

体受力，减少管片在自重及内部荷载下变形以及管片

间错动失稳的情况，需要给开挖过的隧洞和管片外径

之间的环形空隙及时进行豆砾石充填。豆砾石回填是

使用高压风通过管片灌浆孔将豆砾石吹入管片背侧空

腔，由于豆砾石充填喷头在管片上卡扣不牢或管路磨

损严重，有可能发生喷头崩开或爆管现象，致使豆砾

石飞溅伤人。

在注浆过程中，出现注浆管路接头不牢、堵管、

管路老化、压力表失效等问题时，可能造成管路爆

裂，对作业人员造成伤害；TBM在遇到特殊情况长

时间停机，注浆过程中浆液外漏、清洗制浆机与管路

的浆液流至台车底部，如果未及时清理而长时间凝固，

粘结台车行走轮，在TBM拖动台车时可能拉断台车，

发生设备损坏和机械伤人安全风险。

3.4　刀具检查、更换作业

刀头工在维保期间进行TBM刀盘检查，清理依

附在刀具刃口岩土，检查刀盘、刀具及铲斗刮板的磨

损程度。TBM刀具更换需要刀头工在刀盘进行操作，

所需更换的刀具不在刀头工检查、更换所希望的位置

时，需要在换刀控制面板上操作将刀盘旋转至所希望

的位置。如果旋转刀盘时，刀头工未离开刀盘，将

会发生机械伤害安全事故。个别刀具拆卸困难，需要

刀头工需到刀盘前方掌子面位置拆卸刀具，如果掌子

面岩体不稳定，有可能发生塌方伤人安全风险。TBM在渗水段掘进作业时，刀仓内将会有大量积水，刀头

工将在水中进行检查刀具，如果使用非安全电压照明，

有可能引发触电安全事故。

3.5　TBM通过不良地质带

TBM通过不良地质带段时可能发生顶部或掌子

面塌方、卡机、涌水及溢出有毒有害气体的情况，对

设备和作业人员危害较大。由于断层破碎带是为松散

结构岩体，属碎裂结构岩体，围岩开挖时易产生掌子

面及顶部坍塌、剥落，刀盘会旋转困难，双护盾模式

掘进时易造成TBM撑靴打滑，不能够提供足够反支

撑力，甚至出现卡机。

3.6　TBM卡机处理

TBM通过不良地质段时易造成卡机，如何安全、

快速、高效地处理卡机对TBM掘进起着至关重要的

作用。在处理卡机过程中的导洞开挖与支护的方式、

有限空间的照明、材料与工器具的选用、有毒有害气

体及围岩变形的监测等安全问题至关重要，有可能在

开挖导洞的过程中造成再次塌方，对作业人员的安全

造成威胁。4　TBM作业安全管控措施

4.1　管片吊运作业

（1）安全技术保障措施

为了追求设备本质安全，根据现场实际情况对

管片吊机进行改造。将原设计的尼龙材质的齿条滑轨

和电缆滑线槽改进成金属材质；将配电箱调整至吊机

顶部，使用角铁制作防护罩进行防护，避免配电箱被

撞、吊机时常被卡及滑线接头损坏的风险。

卸载器卸载区域张贴安全警示牌，在卸载管片

时机车信号员做好现场安全监督。当管片吊机的警报

器损坏、吊钩出现裂纹、严重磨损或变形、链条磨损

超过10%，应及时查找原因，予以更换。根据现场作

业条件制定设备连接桥区段作业人员安全管理制度，

在吊运管片过程中，严禁人员在设备连接桥位置逗留，

底管片勾缝人员必须从设备桥两侧爬梯到设备桥两侧

平台，待管片吊运结束后才能进行勾缝作业，严禁同

时进行管片吊运和勾缝作业。

（2）安全监督管理措施

管片吊装操作手必须持证上岗，并定期组织进

行起重安全专项培训。每班作业前必须进行管片吊机青海水力发电4/2019

69检查工作，重点检查链条磨损程度、双轨梁轨齿、警

示灯及警报器的完好性，严禁设备带病运行。

4.2　管片拼装作业

（1）安全技术保障措施

为了追求设备本质安全，对拼装机抓举销进行

了加工改进，保证其弧面与管片内弧面一致，确保

拼装机抓举深度，降低管片坠落的安全风险。由于管

片安装作业区狭小、危险性较大，安全、技术管理部

门对管片拼装操作人员进行安全技术交底，操作人员

必须熟悉安全操作规程。在管片进场时做好拼装孔

径、孔距及完好性的验收工作，要求孔径不能小于

80mm，孔距控制在2mm范围以内，严禁使用孔距不

符合拼装条件的管片，对抓举销进行加工改进，使其

弧面与管片内弧面一致，保证了拼装机抓举深度。安

装管片过程中油缸推进时，一定要把推进油缸压力适

当减小，以避免在安装过程中推力过大而造成单片管

片失稳或破坏管片。

（2）安全监督管理措施

安装管片之前，应将盾尾污泥及相关杂物清理

干净，以防在操作过程中作业人员滑跌。管片拼装机

工作时，严禁管片拼装机下站人，严禁非工作人员进

入工作区。同时加强管片拼装机的日常维护保养，严

禁带病作业。

4.3　豆砾石回填灌浆作业

（1）安全技术保障措施

首先对豆砾石回填和注浆人员进行安全技术交

底，严格要求按照操作规程及豆砾石回填灌浆方案要

求进行作业。豆砾石填充后能有效的固定管片，为了

防止台车的重压及机车运输时的碾压、震动造成管片

移动，因此豆砾石回填应在1号台车前完成。豆砾石

吹填使用采用80mm耐磨高压钢丝风管与钢管，钢管

连接采用卡扣接连。在豆砾石吹填之前，吹填人员必

须检查管路的磨损情况，对管壁磨损超过2mm的喷

砂管严禁投入使用。输送至豆砾石区域在豆砾石吹填

过程中，豆砾石工要认真观察灌注情况，当管路气压

突然升高至0.35MPa，同时管道内没有豆砾石流动时

立即停止吹填。

（2）安全监督管理措施

豆砾石吹填人员必须佩戴完好的护目镜，在吹填过程中必须与豆砾石喷射枪头保持2米以上的安全

距离。在豆砾石吹填过程中时刻注意观察管路有无泄

漏，一旦爆管要立即停止吹填作业。吹填完成后，应

先停止豆砾石泵，待管内豆砾石基本清空后再停止供

风。每班作业前必须对豆砾石和注浆设备、管路及压

力表等进行检查维护，作业过程中安排专人对设备及

管路进行巡视。当注浆管路发生故障时，要快速处理，

若需较长时间要及时将管路冲洗干净，防止管路堵塞，

并及时清理溢流至台车底部的水泥浆液及淤泥。

4.4　刀具检查、更换作业

（1）安全技术保障措施

刀头工在检查刀具时，主控室刀盘旋转操作按

钮必须锁定，只能在主推油缸区域换刀控制面板进行

操作。当旋转刀盘时，任何人员不能在刀盘的危险区

域逗留，必须有二人配合作业，使用对讲机及时沟通，

一人操作换刀控制面板，一人紧盯刀盘旋转至希望的

位置。个别刀具拆卸困难需要进入刀盘前方进行操作

时，必须仔细检查掌子面或刀盘前面的拱顶是否有潜

在的落石存在，清除散放的物体，必要时进行支撑加

固。检查或更换刀具使用的照明必须是安全电压，在

渗水严重、特别潮湿的情况下使用12V安全照明灯。

（2）安全监督管理措施

在刀具运输过程以及旧刀具运出主机过程中，

必须检查吊具、钢丝绳网兜的质量，确保其安全性能

的前提下方能投入使用，以免在刀具运输过程中突然

断裂，导致刀具跌落，造成对人身的伤害和设备的损

坏。在刀具运输过程中严禁刀具碰撞设备，尤其是各

类仪表、接线盒、油缸活塞杆等易损部位。

4.5　TBM通过不良地质带

（1）安全技术保障措施

必须通过超前地质预报查明前方地质情况，TBM

掘进以“综合预报，先探后掘”的原则，提前做好相

关应急准备工作。为了确保TBM能够顺利通过地质

不良段带，掘进时以单护盾模式为主，掘进参数按照

“低转速、低推力、低贯入度、连续掘进”的原则，

刀盘驱动采用变频器模式，刀盘转速取2～3r/min，

同时减少撑靴油缸对围岩的扰动。针对某些含水地层

采取“以堵为主，堵排结合”的原则，及时采用灌浆

的方法进行堵水，并立即启动洞内应急排水系统。对