浅谈盾构机开舱与刀具更换的安全管理

浅谈盾构机开舱与刀具更换的安全管理

邓科珍

中铁广州工程局集团城轨工程有限公司

【摘要】由于盾构机开舱换刀是盾构法隧道施工过程中一项相对较危险的作业工序，本文结合盾构施工的特点，对盾构机开舱与刀具更换中的安全管理进行分析。

【关键词】地铁 盾构 开舱换刀

前言

随着地质条件的变化，盾构掘进过程中刀具会具有不同程度的磨损，当磨损达到一定程度时需要对刀具进行更换。刀盘内更换刀具也是盾构法隧道施工过程中一项相对较危险的作业工序，所以在更换刀具前要将换刀所需的工具、设备、简易药箱等应急物品准备齐全，对土舱内的气体进行检测，在保证无有毒气体的情况下才可进行刀具更换。另外在土舱内必须提供充足的照明，但刀盘内潮湿、水气大，随着温度的升高会产生雾化现象，对电器、电线绝缘性能要求高，需选用24V以下的安全电压，包括行灯等局部照明工具。

一、刀具检查与更换安全要点

刀具的检查与更换必须在确保安全的前提下进行。刀具更换是一项较复杂的工序，首先除去压力舱中的泥水、残土，清除刀具上黏附的泥沙，确认要更换的刀具，运入工具，设置脚手架，然后拆去旧刀具，换上新刀具。更换刀具停机时间比较长，容易造成盾构整体沉降，从而引起地层及地表沉降，损坏地表及埋设建（构）筑物，危机工程安全。为此，更换前应做好准备工作，尽量减少停机时间。更换作业尽量选择在中间竖井或地质条件较好、地层较稳定地段进行。如必须在地质条件较差的地层进行时，必须带压更换或对地层进行预加固，确保开挖工作面及基地的稳定。

刀具更换时必须确保作业人员的安全。更换刀具的人员必须系安全带，刀具的吊装和定位必须使用吊装工具。尤其是在更换滚刀时要使用抓紧钳和吊装工具。所有用于吊装刀具的吊具和工具都必须经过严格的检验，以确保人员和设备的安全。需转动刀盘时，必须使进舱人员撤离至安全区域，由专人操作，任何人不得擅自启动。

换刀前要制定详细的换刀方案、步骤和要求，并做好技术交底和人员培训。同时，还要制定详细的应急预案。刀具更换必须实行土木工程师和机电工程师值班制度；带压进舱作业人员要有严格的进舱方案；带压进舱作业要制定安全措施，并进行交底；刀具更换机具使用按照相关机具操作规程进行；刀具运输和更换注意安全做到自防、互防和联防；刀具更换所使用的废弃物应该统一回收，避免造成环境污染；更换刀具时必须做好更换记录，更换记录只要包括刀具编号、原刀具类型、刀具磨损量、修复刀具的运行记录、更换原因、更换刀具类型、更换时间和作业人员姓名等。

二、常压换刀

在地质条件比较稳定的情况下，一般采取常压换刀。在更换刀具之前要选择合适的地点并预先对地层进行加固处理。开舱过程应在开舱点垂直上方和重要建（构）筑物四周设置监测点，严密注视它们的位移和沉降情况。在开舱之前，首先要观察土压的变化情况，待情况稳定后再进入舱内进行刀具更换。作业人员进入土仓前要系上安全绳，在舱门口外还应至少挂有一把斧头，以备发生紧急情况时在人员撤离后能及时砍断入舱的电线电缆等障碍物并关上舱门。更换刀具时，土舱内的照明工具，包括行灯等局部照明工具，必须是24V以下的安全电压，且应设置应急灯，在断电时可以应急照明，保障作业人员安全撤离。作业面要保持通风，及时排泄废气，防止二氧化碳等有害气体急剧在下方造成作业人员不适，同时也可以降温，改善作业面的环境等。

在开舱之前，必须准备好开舱需要的设备工具和刀具等，还需准备好担架和配有应急药品的简易药箱等，并且要求电瓶车在最后一节台车后面应急备用，如发生作业人员受伤等意外情况，可乘电瓶车将其快速运出。拆装刀具时应尽量借助机械装置，可合理运用葫芦等起重装置和滑移等移动装置，以及支架等固定装置，吊运过程中千斤顶位要铺设走道板，防止砸坏千斤顶油缸。刀盘非期望转动伤人在盾构施工过程中屡有发生，因此重新启动盾构机时一定要再三确认土仓内没有操作人员，且工具材料已全部回收。

三、带压换刀

在盾构机前方或上方的土体不能自稳的情况下需进行气压换刀。除了与常压换刀一样需要对土体进行加固、加强监测、选派体格强壮且有经验的人员参加换刀外，加压舱在使用前必须认真检查所有的阀门、管路是否有堵塞和漏气现象，压力表是否准确，通信装置、照明设备是否正常，舱门开关是否灵便，所需的工具、器材是否完备和加压系统、供氧系统等辅助系统是否准备齐全，必要时需对加压舱进行耐压和泄露实验。在正式进行气压换刀之前，还应进行无人压力实验，作业人员进入时，操作人员应掌握好升压的速度。

减压期间必须释放溶解在体内的气体。减压期间必须按照减压方案减压，这样体内的气体就会通过血液和肺排出来。如果压力降低太快，会在人体液体和组织内形成气泡（二氧化碳-水反应），气体栓塞就是带压作业后最容易出现的组织病症根源。另外，释放的气体会造成暂时性或者永久性组织损伤。从压力状态下到常压下的转变周期过短，就会造成严重的压缩空气病症，经常会在减压期间或者几小时后出现。压缩空气病症主要体现为：肌肉和/或关节痛；皮肤瘙痒和/或红蓝颜色；中央神经系统紊乱：眩晕、耳鸣、听力僵硬、呼吸困难、视力和语言紊乱、中风/麻痹、痉挛；手指和脚趾麻木等。因此在减压时应注意：舱管理员必须认真履行带压作业人员的减压程序，并做好时间记录，坚决杜绝减少减压时间的现象与跳期减压的现象；为保证舱内作业人员的安全，减压过程中确保舱内通风量；在减压舱内的工作人员必须穿上干燥衣服，避免因冷感冒或者发抖，避免浅/轻呼吸，禁止非自然姿势；定期站立，移动胳臂/退关节；如果有人出现压缩空气病症或其他病症，必须立即停止减压，维持目前的压力状况，直到病症消失。几分钟以后，如果病症没有消失，就要将舱内压力升至原来的位置，同时人舱管理员必须通知值班医生，并仔细对病人减压。工作人员出舱后应禁止剧烈运动，注意多休息，禁止长时间热水浴，多饮水，加压后至少24小时才能乘坐飞机，带压作业后应随身携带应急工作卡，如果出现关节痛以及其他突发病症时按照应急卡片联系负责医生，及时医治。

在压力舱内作业时，舱内的照明要求也很高，必须是经得起压力的防爆灯；通信方面也需更加精准，外面值守人员必须不间断地与压力舱内的人员保持联络，了解其情况；应急措施也需更加充分，除了一般的应急药品外，还需要相关专业的医生在外面值守，以便采取抢救措施，有条件的最好配备专用的流动医疗舱，以便在送往医院的过程中保持伤员所受体外压力差基本一致。

四、升压和带压作业过程中的安全注意事项

（1）舱内禁止存放可燃气体和氧气瓶。患有感冒或流感的人不能带压进入人舱，否则可能有耳膜破裂的危险。

（2）进舱人员要带些干燥的衣服，以备减压时穿，防止感冒。

（3）不要将可能膨胀的饮品或者事物带入空气舱。

（4）人舱在压力下工作时由于安全原因准备舱一般是没有压力的，准备舱的两个门都是关闭的；为了空气舱内人员的健康必须逐渐升高气舱的压力，将压力缓慢上升到操作压力值。

（5）定期检查流速计以确保人员舱通风；随时监测空气舱人员的健康状况；一旦空气舱人员出现任何不适现象时，要立即中断压缩空气并降压让不适人员离开空气舱。

（6）因在升压和带压作业过程中，压力舱/土舱内温度较高，因此在此期间要多饮水；否则，脱水会立即导致压缩空气病症，但加压前/加压期间禁止引用二氧化碳饮料。

（7）由于压力越高人体吸入的气体越多，尤其是氮气首先就会在人体液体内溶解，然后溶解在人体组织中，其饱和程度取决于压力、维持的时间以及人体组织吸收氮气的能力，胖的人体组织特别容易吸收，因此，肥胖人员一般不允许在有压下进舱。

（8）在带压作业过程中，为确保作业人员安全，舱内压力要随时保持基本恒定，其波动值要控制在50KPa以内。

（9）在带压作业过程中，体能消耗要远远高于常压下作业，因此用力要实度，并注意做好自身的身体防护，尽量避免碰伤皮肤或发生身体扭伤现象。

（10）由于在需带压作业地段，地层稳定性较差，虽然采取了一系列封堵加固措施和通过压缩空气来平衡掌子面的水土压力，但仍存在许多不定因素，当界面条件发生变化时，掌子面仍存在有部分失稳或出现涌、漏水的可能，所以在检查刀盘和带压作业时仍具有一定的危险性，因此在这一过程中必须一直密切关注掌子面的稳定情况和涌水量的变化；出现异常情况时，应立即停止带压作业。

结论

盾构施工中，开仓进行作业将使作业人员脱离盾构壳体的保护，受工程地质的影响，施工环境中将存在地层坍塌、涌砂等危险。因此，应紧密结合工程地质条件，地面环境条件等有计划的进行刀具管理，进而有计划的进行开仓管理。同时，在开仓过程中还存在一系列不确定因素的影响，因此也应该在开仓过程中加强程序控制，确保每一环节的安全。

参考资料：

[1] 陈健. 盾构隧道刀具更换技术 上海科学技术出版社

[2] 陈馈． 盾构施工技术 人民交通出版社

2