地铁土压平衡式盾构隧道施工安全评价模式研究

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摘要： 为了能够确保各地下铁道工程能够保质保量的完成施工任务，本文首先对土压平衡盾构法隧道施工系统进行介绍，并在介绍危险源辨别方法的基础上，对其施工安全评价模式的构建进行探讨，以此来为日后地下铁道工程的安全施工提供一定的参考依据。

关键词： 隧道工程；土压平衡式盾构；安全评价

0 引言

近年来，随着城市化进程的不断加快，地下铁道的建设也逐渐被城建部门给予了高度重视。如何保质保量，安全顺利地完成工程建设任务也成为了工程建设单位所面临的一项重大课题。就目前地下铁道的建设现状来看，其安全隐患的产生来自于多个方面，比如说施工环境、施工工艺、人员素质等。鉴于此，为了进一步确保工程安全施工需求，构建健全的安全评价模式，对施工的安全系数和危险等级进行有效评价，从而采取针对性的安全对策，确保工程建设任务顺利完成是不容忽视的。

1 土压平衡盾构法隧道施工系统

通常情况下，在开展盾构施工的时候，为了能够更好地完成盾构的安装就位，竖井和基坑的设置是必不可少的，结合工程的实际情况，应该将二者设置在隧道两端，施工过程中，盾构沿着实现设计好的轴线，从隧道一端向另一端进行推进。土压平衡盾构机是当前地下铁道工程施工中常用的一种掘土设备，该设备主要由四个部分组成，即盾构外壳、推进系统、出土系统和拼装系统。该设备的优势主要体现在掘进速度快，受环境约束小，掘进效果显著等多个方面。正因为如此，该设备目前在地下铁道工程建设中得到了广泛应用。在实际应用过程中，该设备主要是利用安装在盾构前面的切削刀盘，对土体进行切削之后贮留在密封舱内，并在此基础上促使舱内的压力和开挖面水土压力平衡，以此来达到控制地表沉降的目的。就当前地下铁道施工所采用的土压平衡盾构隧道施工系统来看，其大致可分为盾构施工准备系统、盾构施工系统、盾构拆除系统和相关辅助工程系统。其中，施工准备系统主要包括盾构竖井修建、盾构安装、通风设备安装和人员准备等；盾构施工主要包括盾构推进、防水工程以及管片拼装及堆放；而相关辅助工程则主要包括盾构机械、隧道运输、施工用电以及通风等工作。

2 施工过程中的危险源辨识

在隧道工程施工中，每一项安全事故的发生都有其特定的危险源，施工单位若想要从根本上避免施工事故的发生，就必须对危险源进行准确辨识。在工程建设过程中，任何一种事故的发生都是围绕三个因素展开的，这三个因素分别为人、设备和施工环境，对于危险源的辨识也应该从以上三个要素着手。根据事故发生因素和事件类型不同，其所导致的事故结果也有所不同。一般来说，由于人为因素而引起的事故，主要有以下几种：①盾构在地层中没有严格按照事先设计好的轴线进行推进；②在对盾构进行安装和拆除操作的时候，存在操作不当问题，致使工作井被损坏；③对隧道衬砌强度的安全系数核算错误；④在隧道空隙的衬背灌浆不够充分；⑤衬砌拼装不规范。以上事故一旦发生，均会导致隧道发生不规则沉降。其次，开挖面不稳定，在土仓内违规用火也是由于人为因素而导致的安全事故，前者会出现物体打击，后者则会发生触电或火灾。由于设备而引起的安全事故，主要有以下几种：①盾构千斤顶推力不均匀；②刀具更换时刀盘非期望旋转；③对于施工中的设备没有进行及时更换。第一种会导致隧道沉降；第二种会导致机械伤害；第三种则会导致物体打击。最后，由于施工环境所引起的安全事故也是极为常见的，比如说隧道上方重力过大、地层含水量过大、盾构掘进时岩土的扰动以及开挖面围岩的凹陷和扰动等，这些事件的发生都会导致隧道出现不规则沉降。施工人员只有对这些危险源充分了解与掌握，才能够做到有效辨识，从而在此基础上采取针对性的安全施工措施，确保工程施工的安全性。

3 土压平衡式盾构隧道施工安全评价模式的构建

3.1 评价模式结构 如果我们将隧道工程视为一个整个体系，那么施工中所涉及的各个工序便可视为该系统的子系统。施工单位若想得知该系统的危险程度，就必须分析各个子系统的危险程度，但是，不同施工环节所适用的安全评价方法也必然有所不同，因此，我们可以以LEC法为基础，结合泛函理论来对目标层的危险等级进行分析。如果我们将盾构法隧道施工系统分为目标层B、目标层Bi和目标层Bij，那么其评价模式则如图1所示。

3.2 泛函理论确定权重

3.2.1 指标空间的标准化 对于指标权重的确定，本文主要运用泛函理论来完成，并在此基础上建立相应的评价模型，并将评价指标体系空间化。一般来说，指标层中主要包括了14项基本指标，若我们以每一项指标为主建立一个与之相应的十四维希尔伯特指标空间H14，在该空间中，每一项评价指标都存在一维空间与之对应。如果我们假设i={i1，i2，…，i14}是H14的一组标准正交基，那么就可以得出指标向量Z是原始指标在H14上的分布，向量T是考虑各指标权重后的空间。

3.2.2 准则层因子权重的确定 准则层主要由四个部分组成，即盾构施工准备、盾构施工、盾构拆除和施工过程公用工程。对于以上准则层因子的确定，可以采用如下方法：将一个地铁土压平衡盾构隧道施工安全状况的判别归结为四个准则层指标，其中，准则层类型，即施工阶段的值一般取1-4，分贝对应的是盾构施工准备、盾构施工、盾构拆除和施工过程公用工程。施工阶段的施工级别数可以用j来表示，j的取值同样为1-4，分别对应的是特大事故、重大事故、大事故和一般事故。

3.2.3 指标层因子权重的确定 指标层因子权重的确定主要依据事故发生之后所造成的经济损失率为主，该权重的确定主要涉及了目标层的权重、施工阶段事故经济损失量以及施工阶段的经济总投入量等因素。

4 评价方法改进

评价方法的改进主要包括两个部分，首先是作业条件危险性评价法的改进，该方法的应用主要适用于一般作业、施工作业、检修和维修等，但并不适用整个系统的安全评价。因此，对于作业条件危险性评价法的改进，可以根据当前工程的施工特点，扩大其应用范围，使其满足整个系统的安全评价。其次是安全检查表划分危险等级的改进，评价指标体系中使用安全检查表法进行评价的内容是以检查得分来确定危险等级的，可以安全检查表法得分划分危险等级，如91-100为很安全，71-90为较安全，60-70为临界危险，50-59为较危险，49及以下为很危险。

5 结语

综上所述，随着我国社会经济的飞速发展，相关部门对地下铁道工程的建设也给予了高度重视，除了要达到相应的标准之外，更要注重工程的安全施工。从本文的分析能够看出，在盾构隧道施工过程中，造成安全事故的原因有很多，为了能够进一步实现工程的安全施工，工程建设单位必须构建相应的施工安全评价模式，并确保其能够得到切实落实。只有这样，才能够确保工程的安全施工，促进我国社会经济的可持续发展。

参考文献：

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