7.8 盾构
盾构（见图7-29）作业是一种机械化和自动化程度较高的隧道掘进施工方法，主要依靠盾构机来实现。基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进，对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即为护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。
图7-29 盾构及其结构示意图
1）盾构带压作业技术要求
盾构掘进过程中，由于刀具磨损、刀盘前形成泥饼造成掘进速度降低或碴温升高等异常现象，需要停机进入土仓内进行处理。但由于一些不可预见的因素，盾构掘进过程中有可能出现突发性开仓检修的情况，遇到软弱地层，且地面环境无条件进行土体加固和开挖竖井，必须选择带压进仓作业。
开仓条件确认分两步：当土仓（掘进操作系统）最上部的土压力传感器显示数据接近0，并基本上没有渣土输出时，打开人闸仓内出气闸阀，同时检测土仓内是否有有毒有害气体。
（1）压力要求。
在保压过程中记录每次空压机加载起动时间，然后计算前后两次补气起动的间隔时间。通过每次空压机补气时间间隔变化可以判断土仓是否有气体泄漏情况。如果保压试验过程中空压机每次补气间隔时间趋于一稳定值，则说明气体泄漏通道已全面贯通，土仓气压可基本保持平稳。记录保压期土仓内气压的变化情况，如果土仓内气压可保持一稳定值，则说明在空压机补气状态下可基本维持工作压力，达到进仓工作的压力要求。
（2）气体要求。
在地下工程施工时，土中可能存在可燃性气体（主要是甲烷气体）、缺氧空气、毒气（硫化氢、二氧化碳）等有害气体。土中有害气体造成的事故常有发生，如可燃性气体造成的爆炸事故、缺氧气体造成的缺氧事故，毒性气体造成的中毒事故。这类事故一旦发生，对作业人员的生命直接构成威胁。因此在土建工程盾构开仓前对土仓内易燃易爆有毒气体进行检测，确定开仓作业气体在如表7-9所示纯度限值内，可以确保盾构开仓施工的环境安全。
表7-9 开仓作业气体检测纯度限值
完成作业后，作业人员退回人闸仓，关仓，减压，其减压时间参照表7-10所示标准时间。
表7-10 减压时间标准表
（续表）
注：具体可参照潜水医学章节中的减压表进行操作。
其他注意事项：
（1）仓内排气及换气。
为了确保人员在仓内安全，无论有无缺氧的可能性，所准备的换气用排气管都必须能确保充分换气。如果采用传统的换气方法，即“打开排气阀排气，当管内气压下降时关闭排气阀，一直等到管内气压上升，重复该操作数次”，则管内的气压也会随操作次数而增减。因此，采用传统的换气方法容易产生空气倒流，必须采取“在规定的时间内一直打开排气阀”的方法来换气，根据压力表的数据反映情况，及时补充新鲜空气，其作用：①保持土仓内额定压力，预防仓内土体塌方、地下水涌出等不安全因素；②及时带走作业人员排放的二氧化碳、仓内废气以及高温，改善作业环境有利于作业人员体力的保持。
（2）个体防护。
加强个体防护，有利于在突发事件时，缓冲环境对作业人员的伤害，增加救援时间。
a.进仓人员穿上全棉的防护服，不准穿化纤织品及皮毛衣物，以防摩擦而产生静电火花。
b.进入仓内的人员，每人分别随身携带复合式防毒面具和定量氧立得。
c.每人携带安全带，当气仓和土仓打通后，首先进入土仓的作业人员戴好安全带，做到高挂低用，协助人员在气仓与土仓掌子面上做好监督保护。
d.由于仓内温度较高，作业人员出汗比较多，所以，配备些盐水放入仓内以备人员及时补充盐分。
（3）应急措施与应急预案。
针对在开仓过程中地面和仓内可能出现的安全问题，成立应急小组并制订应急措施和应急预案。
a.成立开仓作业应急领导小组。
b.开仓过程中可能出现地面塌陷、仓内火灾、作业人员身体不适等情况分别编制应急措施。
c.隧道掘进前对可能出现的应急事件组织应急演练，完善应急预案，让相关人员熟悉应急措施。
d.开仓前，联系两家有应急抢救能力的医院，做好抢救准备。(https://www.daowen.com)
每次进仓作业前，严格履行开仓审批手续，在各项准备工作到位后，符合开仓条件，由项目经理签字确认，提交项目总监审批，进行开仓。作业过程要求项目总工到场，监理全程旁站，对各项数据详细记录，作业结束后完成开仓程序确认表的闭合工作。
2）潜水技术的应用
一般来说，可以将盾构带压进仓的压力范围划分为三个等级：小于24 m，24～60 m和大于60 m。
对于盾构作业水深（或地下水头压力）小于24 m的低压作业，一般可选择身体健康、经过培训的专业技术工人（高气压工），按照CJJ 217—2014《盾构法开仓及气压作业技术规范》的要求，采用压缩空气为呼吸气，在基本干式环境下，通过人员平衡仓（人仓）承压进仓作业。
对于盾构作业水深（或地下水头压力）在24～60 m的中压作业，应采用经过专业技能培训（如维修、换刀技能等）的空气潜水员进舱作业。利用常规空气潜水技术作业，工作人员在盾构内一般无需着潜水装具，作业效率较高。所需潜水设备也较简单，主要是人闸仓和移动式医疗加压仓。
通常，将水深大于60 m（0.60 MPa）的盾构施工视为高压作业（也有将0.68 MPa以上称为超高水压）。当空气潜水深度超过50 m后，在水下的适宜工作时间大大缩短，减压时间则大大增加，其作业周期内很难完成一次盾构刀具作业，且由于氮麻醉的影响，“次生事故”发生概率增加。因此，对于水深大于60 m的项目，应根据盾构工程的综合情况，采用混合气常规潜水或饱和潜水作业，并在作业地点配置相应的潜水减压舱或转运舱。
当然这也不是绝对的，应根据盾构作业的具体情况，灵活地选择潜水技术方案。同样环境条件下的带压进仓，可以通过不同的潜水手段来实现，技术方法具有一定的可重叠性。比如40～60 m水深（或0.40～0.60 MPa的水头压力）既可以采用空气潜水或混合气潜水，也可以选用饱和潜水。
3）案例分析
时间：2013年11月17日
地点：某隧道盾构维修潜水作业现场
事件简述：
地铁隧道盾构高压舱淤泥清理、盾构维修（盾构直径为11 m）
潜水装具：KMB-18型
减压方案：60 m 35 min
人员配置：潜水员2名、潜水监督1名
甲方要求：潜水员在加压舱内加压到4.8 MPa后进入气泡舱，打开气泡舱与液位舱门后进入泥水舱（里面正常时全部都有泥浆水，在潜水员进入加压舱之前将液位下降到9 m水深），在泥水舱下到盾构直径底部将泥水舱底部淤泥用高压水枪（水枪压力为350 MPa，类似洗车用的高压水枪，枪杆长为0.80 m左右，无缓冲）打到泥水循环舱内（在气泡舱正下方），将淤泥内的铁块和大的石块清理出水，修复损坏盾构（焊接工工作）使其能正常运转。
17日早上7∶00正常上班后，潜水员乘坐隧道运输车到达盾构作业现场，8∶00左右整理好后，3名潜水员进入加压舱开始加压。
8∶03左右加压完成，潜水员打开加压舱通往气泡密封门，在气泡舱内检验潜水头盔气路电路系统以及高压水枪，然后用气动扳手打开气泡舱和液位舱中间的密封门进入液位舱。8∶10左右潜水员着装完成后潜入液位舱底部开始用高压水枪把液位舱内的淤泥以及沙石往泥水循环舱内清理，在工作15 min左右时潜水员发现在泥水循环舱门（高为0.70 m，宽为1 m）边有一个大的铁块，被沉淀泥沙覆盖住了，不好整体清理，于是开始清理铁块周围的硬度较大泥沙，在高压水枪打到硬度较大的泥沙后在泥沙上打出一个洞，正常潜水员都是用水枪左右扫沙石，当时能见度为零，潜水员无法判断枪头与沙石之间的距离，一般都是靠感觉，水枪头抵到泥沙后才开始打枪，由于水枪在不使用的时候也产生了一定的高压，在潜水员一开始打枪时水枪就打出一个洞，使枪杆周围产生吸力，将潜水员手套吸住在泥沙和枪杆缝隙处，当时打出的泥洞直径在3 cm左右，潜水员感觉吸住手套后立马松开扳机，但是水枪由于高压停止产生后挫力，将潜水员左手食指末端关节打出一个长为3 cm左右，宽为1 cm左右的口子，潜水员电话通知潜水监督手指受伤，并迅速出水，潜水监督电话通知医生以及项目经理。
在8∶30左右，3名潜水员关闭完泥水舱和气泡舱密封门后返回过渡舱，关闭过渡舱和气泡舱之间的密封门后开始减压，潜水医生经过密封门窗口观察潜水员伤势后送进消毒水、纱布以及创可贴等一些应急外伤医护用品，按潜水员60 m/35 min减压方案开始减压，受伤潜水员在另外两名潜水员的帮助下简单清理了一下创口，杀菌、消毒以及包扎创口。
在10∶30左右，3名潜水员从过渡舱减压至12 m水深后转移至潜水减压舱。
12∶20左右潜水员出舱，在现场安全监督和项目经理的陪同下迅速到达最近医院进行治疗。
医生检查伤口后对高压水打伤的情况和治疗方案向项目经理简单地介绍后，项目经理决定转院，医生简单处理一下伤口后潜水员转院治疗。
16∶30左右潜水员在某医院开始做手术，手术时间为2 h左右，医生清理出被高压水打到手指头肉内的泥沙以及被高压水打坏的软组织，虽然骨头只是骨黏膜受损，但是潜水员手指神经、血管和软组织都有不同程度的损坏。
原因分析：
（1）作业现场水下能见度低。
（2）高压环境下由于氮麻醉作用导致潜水员行动迟缓，反应、判断力下降。
（3）潜水员本身对使用该高压水枪作业风险意识不足。
（4）该高压水枪不是水下专业设备，没有后缓冲阀装置。
教训及预防措施：
（1）水深到达一定程度应尽可能地采用混合气或者饱和潜水作业。
（2）使用专业的水下气穴式高压水枪。
（3）提高作业潜水员对高压水枪使用的风险意识程度。
