王勇

(方大集團(tuán)股份有限公司，廣東 深圳 518000)

在隧道、地鐵建設(shè)蓬勃發(fā)展的今天，盾構(gòu)法以施工速度快、工程質(zhì)量高以及施工安全等優(yōu)點(diǎn)成為其主要施工方法之一。在盾構(gòu)隧道工程中，由于刀盤、刀具磨損嚴(yán)重等問題，通常需組織人員進(jìn)倉作業(yè)。進(jìn)倉作業(yè)(包括帶壓作業(yè))在生產(chǎn)實(shí)踐中已積累不少經(jīng)驗(yàn)，前人針對(duì)各種不同地質(zhì)條件、不同設(shè)備狀況如何實(shí)現(xiàn)快速作業(yè)方面已作了較深的研究，但這些研究基本是從工程技術(shù)角度進(jìn)行分析研究的，對(duì)作業(yè)中存在的嚴(yán)重影響作業(yè)進(jìn)度的重大安全問題涉及較少或者分析不全面。隨著政府對(duì)安全生產(chǎn)問題的重視以及人們對(duì)作業(yè)安全要求的日益提高，進(jìn)倉作業(yè)作為盾構(gòu)隧道施工中危險(xiǎn)性很高的一項(xiàng)作業(yè)，對(duì)其存在的危險(xiǎn)有害因素進(jìn)行具體全面的分析研究具有十分重大意義。本文以廣深港客專獅子洋隧道SDⅢ標(biāo)工程為依托，引入模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)進(jìn)倉作業(yè)的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

1 工程概況

獅子洋隧道位于廣深港鐵路客運(yùn)專線東涌站——虎門站區(qū)間，全長10.8 km。該隧道是目前世界上速度目標(biāo)值最高的水下隧道。SDⅢ標(biāo)段位于獅子洋隧道的東莞側(cè)，該工程盾構(gòu)段左線長4 450 m，右線長4 750 m，采用 2臺(tái)直徑11.18 m的氣墊式泥水盾構(gòu)掘進(jìn)。

盾構(gòu)段隧道洞身經(jīng)過淤泥層、淤泥質(zhì)土層、沖積形成的粘性土層及砂層、巖石弱風(fēng)化層等復(fù)雜地層;局部地段存在軟硬不均工作面，巖石強(qiáng)度變化較大。復(fù)雜的地質(zhì)條件加上大直徑、長距離掘進(jìn)對(duì)刀盤和刀具磨損異常嚴(yán)重。

2 進(jìn)倉作業(yè)危險(xiǎn)性分析

進(jìn)倉作業(yè)的危險(xiǎn)、有害因素基本可歸結(jié)為人與物質(zhì)或物體(包括人暴露于有害作業(yè)環(huán)境中)接觸造成的，這些因素通常是引發(fā)事故的直接原因。根據(jù)《企業(yè)職工傷亡事故分類》(GB 6441—1986)和《生產(chǎn)過程危險(xiǎn)和有害因素分類與代碼》(GB/T 13861—1992)列出作業(yè)過程中可能發(fā)生的各類事故，分析導(dǎo)致事故的危險(xiǎn)、有害因素，最后結(jié)合工程特點(diǎn)詳細(xì)分析造成高處墜落傷亡事故的原因及帶壓進(jìn)倉的危險(xiǎn)性。

2.1 機(jī)械傷害

機(jī)械傷害是進(jìn)倉作業(yè)過程中比較常見的一類事故，容易在換刀作業(yè)和刀盤維修過程中發(fā)生，包括砸傷、割傷、刺傷及人體與工具、加工件等物體不正常接觸所造成的其他傷害。導(dǎo)致此類事故主要原因有:一是搬運(yùn)刀具過程中，刀體滑落、刀體與吊耳連接不牢固等導(dǎo)致砸傷、壓傷;二是更換刀具時(shí)，刀具松動(dòng)掉落或安裝位置選擇不當(dāng)引起的砸傷、碰傷等;三是在刀盤維修過程中，各種加工件(耐磨板、攪拌臂面板等)導(dǎo)致的割傷、劃傷等傷害。

2.2 觸電

觸電通常是發(fā)生于作業(yè)人員對(duì)倉內(nèi)焊接等作業(yè)用電使用不當(dāng)，作業(yè)過程中缺乏必要的防護(hù)及漏電的情況下。

2.3 燙傷、灼傷

這類傷害包括火焰的燒傷、灼傷，高溫物體燙傷等。在更換刀具過程中，部分滾刀因刀架嚴(yán)重變形難以取出，通常要用氧炔焰割才能取出。在氣割或焊接的過程中，作業(yè)人員作業(yè)方法不當(dāng)、自我防護(hù)意識(shí)不夠等都容易引發(fā)燙傷、灼傷。

2.4 高溫、高濕等不良作業(yè)環(huán)境引起的傷害

泥水盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)通過泥水倉里加壓的泥漿來平衡掌子面的土壓和水壓，開倉后倉內(nèi)的濕度、溫度都要明顯高于倉外，對(duì)換刀這樣高強(qiáng)度的作業(yè)非常不利，嚴(yán)重影響了作業(yè)人員連續(xù)作業(yè)時(shí)間和作業(yè)效率。此外，長時(shí)間處于這種環(huán)境下對(duì)作業(yè)人員身體也有一定程度的危害。這主要受地層、隧道埋深和通風(fēng)情況的影響。

2.5 中毒和窒息

對(duì)于泥水倉和氣墊倉這樣相對(duì)密閉的空間來說，由于缺氧和有毒有害物質(zhì)的存在，易造成作業(yè)人員中毒、窒息。倉里的有毒有害物質(zhì)包括有毒有害氣體、腐蝕性物質(zhì)等，這里主要是前者，指CH4、CO2、CO、H2S、SO2等超標(biāo)的情況或存在不明氣體。在倉內(nèi)通風(fēng)不暢以及氣體檢測工作不到位等情況下，作業(yè)人員貿(mào)然進(jìn)倉作業(yè)易造成此類事故。

2.6 帶壓進(jìn)倉作業(yè)的危險(xiǎn)性

2.6.1 盾構(gòu)帶壓進(jìn)倉技術(shù)介紹

帶壓進(jìn)倉技術(shù)常用于盾構(gòu)在特殊環(huán)境下的換刀作業(yè)與緊急情況下的維修作業(yè)，其基本原理是盾構(gòu)在氣墊模式下，借助壓縮空氣的壓力來平衡一定的地下水壓和土壓，以控制掌子面地下水的滲入量，維持掌子面的穩(wěn)定，為作業(yè)人員安全進(jìn)入泥水倉作業(yè)提供條件［1］。這里的特殊環(huán)境主要是指常壓下不能實(shí)現(xiàn)長時(shí)間自穩(wěn)、坍塌可能性較大的地層，如全斷面的淤泥質(zhì)土層、粘性土層、軟硬不均地層等，以及掌子面裂隙發(fā)育、常壓下倉里液位不容易控制的情況。

該項(xiàng)目盾構(gòu)機(jī)配備的是并列式雙室人倉，由應(yīng)急倉(也稱準(zhǔn)備倉)和主倉組成，兩倉橫向連接，之間由壓力門隔開，主倉通過壓力門與氣墊倉相連。

帶壓進(jìn)倉技術(shù)的主要作業(yè)程序:前期準(zhǔn)備、檢查工作→人員進(jìn)入主倉→主倉升壓→進(jìn)入泥水倉作業(yè)→人員撤出泥水倉→主倉降壓→后期處理工作。

2.6.2 帶壓作業(yè)的危險(xiǎn)性

帶壓進(jìn)倉作業(yè)時(shí)，人員處于高壓、高溫、高濕的特殊環(huán)境下作業(yè)，在這種環(huán)境下，對(duì)作業(yè)人員的身體素質(zhì)有了更高的要求，同時(shí)，對(duì)人倉管理員操作的準(zhǔn)確性以及SAMSON保壓系統(tǒng)的可靠性、靈敏度要求更嚴(yán)格。在這種條件下，可能對(duì)作業(yè)人員造成的傷害有:(1)主倉升壓速度過快，造成人員身體不適;(2)作業(yè)過程中，由于倉里照明不足，作業(yè)人員體力不支、高壓下注意力不集中等引起碰傷、流血;(3)作業(yè)期間，倉內(nèi)出現(xiàn)缺氧或有毒有害氣體，引發(fā)身體不適;(4)作業(yè)過程中，由于突發(fā)性停電或者保壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致倉內(nèi)壓力泄漏，造成的一系列事故;(5)主倉減壓期間未嚴(yán)格執(zhí)行減壓方案，從壓力狀態(tài)到常壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變周期過短，而造成的壓縮空氣病(也稱減壓病、沉箱病)。減壓病是由于壓力降低太快，體內(nèi)氣體無法隨血液循環(huán)排出體外造成氣泡充塞于人體組織內(nèi)形成氣體栓塞而引發(fā)的身體不適應(yīng)或急性障礙，其癥狀表現(xiàn)為:輕者皮膚發(fā)癢、紅疹、關(guān)節(jié)肌肉疼痛，重者言語障礙、視覺模糊、四肢麻木、胸悶胸痛、失明、休克甚至死亡［1］。

2.7 高處墜落

在該項(xiàng)目中，盾構(gòu)機(jī)氣墊倉與泥水倉相連的方形壓力門距泥水倉底部 8 m左右，換刀及維修刀盤等作業(yè)一般處于方形門這一水平區(qū)域附近，因此，進(jìn)倉作業(yè)屬于特殊環(huán)境下的高空作業(yè)。高空作業(yè)易發(fā)生墜落事故，這通常是進(jìn)倉作業(yè)最為常見的事故，這里采用事故樹分析法(FTA)進(jìn)行分析，如圖1所示。

圖1 進(jìn)倉作業(yè)高處墜落事故樹

最小割集與最小徑集 最小割集是引起頂上事件發(fā)生所必須的最低限度基本事件的集合。每個(gè)最小割集都是頂上事件發(fā)生的一種可能，最小割集越多，系統(tǒng)越危險(xiǎn);從最小割集能比較直觀、概略地看出，哪些基本事件發(fā)生最危險(xiǎn)，哪些是次要的，以及如何采取措施，降低頂事件發(fā)生的概率。某些基本事件不發(fā)生時(shí)，頂上事件就不發(fā)生，這些使頂上事件不發(fā)生的最低限度基本事件的集合就是最小徑集。求出最小徑集，就可以知道頂上事件不發(fā)生的各種可能方案，從而為控制事故提供依據(jù)，事故樹中最小徑集越多，系統(tǒng)越安全。

通過布爾代數(shù)運(yùn)算可得出圖1事故樹中的最小徑集:

為防止事故不發(fā)生需從以上4種方案入手。由于各基本事件發(fā)生的可能性大小不一，這4個(gè)最小徑集的結(jié)構(gòu)重要度也不同，結(jié)構(gòu)重要度越大者，則應(yīng)優(yōu)先考慮。生產(chǎn)實(shí)踐過程中，各基本事件概率相對(duì)大小一般是可以確定的。因?yàn)榈谝粋€(gè)集合一般是我們不易控制的，可不作考慮;第三個(gè)集合提到的安全防護(hù)問題，受作業(yè)條件限制，掛安全網(wǎng)、系安全帶等措施一般難以落實(shí)，這個(gè)方面只能靠提高作業(yè)人員自身安全意識(shí)來實(shí)現(xiàn);第四個(gè)集合里提到的作業(yè)問題目前來說是難以避免的，只能從其余兩方面來考慮，其中有關(guān)作業(yè)人員的身心問題常常容易被忽視。因此，重點(diǎn)控制的就是第三個(gè)集合反映的作業(yè)輔助設(shè)施的問題，確保倉內(nèi)照明，同時(shí)保證爬梯、作業(yè)平臺(tái)等符合作業(yè)要求即可。

除上述危險(xiǎn)外，還可能有地層不穩(wěn)發(fā)生坍塌引起傷亡的危險(xiǎn)，以及長期從事這類作業(yè)造成“進(jìn)倉作業(yè)職業(yè)病”等一些慢性危害。

3 進(jìn)倉作業(yè)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

為有效地減小作業(yè)過程中的事故與職業(yè)危害，系統(tǒng)地進(jìn)行安全管理，需選擇合適的評(píng)價(jià)方法對(duì)作業(yè)系統(tǒng)的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。在生產(chǎn)實(shí)踐中比較常用的安全評(píng)價(jià)方法有安全檢查表法、作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、事故樹分析法等，這些方法基本都偏向于定性分析，定量成分比較少，但在實(shí)際操作中，通常需知道評(píng)價(jià)對(duì)象的量化結(jié)果。作者認(rèn)為模糊綜合評(píng)價(jià)法能比較好地解決這一矛盾，作為一種簡單易行的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，在實(shí)踐中其可操作性強(qiáng)，易于現(xiàn)場安全技術(shù)人員掌握。

3.1 模糊綜合評(píng)價(jià)方法和步驟

3.1.1 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)是通過構(gòu)造等級(jí)模糊子集把反映被評(píng)事物的模糊指標(biāo)進(jìn)行量化(即確定隸屬度)，然后利用模糊變換原理對(duì)各指標(biāo)綜合［2］。

3.1.2 評(píng)價(jià)步驟

1)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)集

本文評(píng)價(jià)對(duì)象涉及7個(gè)指標(biāo)，設(shè)U=(u1，u2，…，u7)，相應(yīng)的權(quán)重集E=(e1，e2，…，e7)，其中這里不對(duì)一級(jí)以下指標(biāo)作計(jì)算分析。

2)確定評(píng)語等級(jí)

設(shè)有n個(gè)評(píng)語等級(jí)，則評(píng)語集 V=(v1，v2，…，vn)。每個(gè)評(píng)語等級(jí)可對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊子集。

3)建立模糊關(guān)系矩陣

在構(gòu)造等級(jí)模糊子集后，可確定評(píng)價(jià)對(duì)象從單個(gè)指標(biāo)層面對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬度(R| ui)［3］，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣 R:

4)合成模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量

利用算法將E與評(píng)價(jià)對(duì)象的R進(jìn)行合成，得到各評(píng)價(jià)對(duì)象的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量A。即

式(2)中ai表示評(píng)價(jià)對(duì)象從整體上看對(duì)vi評(píng)語等級(jí)的隸屬程度。

5)對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量進(jìn)行分析

常用的分析方法有最大隸屬度法和加權(quán)平均法，由于前者在有些情況下?lián)p失信息較多，甚至得出不合理結(jié)果［4］，因此，這里選用加權(quán)平均法計(jì)算出結(jié)果向量，與評(píng)語集合成后可得到評(píng)價(jià)值。

3.2 進(jìn)倉作業(yè)模糊綜合評(píng)價(jià)

以前面分析的危險(xiǎn)性因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)進(jìn)倉作業(yè)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。步驟如下:

3.2.1 指標(biāo)權(quán)重與隸屬矩陣的確定

為使評(píng)價(jià)結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際相符，通過調(diào)查問卷、談話等方式，同時(shí)結(jié)合安質(zhì)部相關(guān)事故統(tǒng)計(jì)資料收集數(shù)據(jù)。將評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)成問卷，采用分層抽樣法，隨機(jī)分發(fā)給被調(diào)查人，被調(diào)查對(duì)象包括生產(chǎn)經(jīng)理、分管領(lǐng)導(dǎo)、值班技術(shù)人員、作業(yè)人員等，實(shí)際發(fā)出問卷53份，回收52份，有效問卷50份，有效率94.3%。問卷主要從各危險(xiǎn)性因素對(duì)作業(yè)中事故發(fā)生的影響程度及各指標(biāo)可能導(dǎo)致事故的嚴(yán)重度兩方面設(shè)計(jì)的。

1)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)集與權(quán)重集

作業(yè)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)集U=(機(jī)械傷害，觸電，燙傷、灼傷，高溫等不良作業(yè)環(huán)境，中毒、窒息，帶壓作業(yè)，高處墜落)。

指標(biāo)權(quán)重由各指標(biāo)危險(xiǎn)性大小來確定，主要考慮發(fā)生概率和造成事故的嚴(yán)重程度兩個(gè)方面。計(jì)算得到權(quán)重集 E =(0.17，0.10，0.07，0.14，0.12，0.18，0.22)。

2)評(píng)語等級(jí)確定

評(píng)語等級(jí)根據(jù)作業(yè)中發(fā)生事故的可能性、人員作業(yè)時(shí)間長短及事故后果的嚴(yán)重性等綜合確定，評(píng)語集V=(災(zāi)難性的，高度危險(xiǎn)的，危險(xiǎn)的，一般危險(xiǎn)的，稍有危險(xiǎn)的)。在對(duì)評(píng)語等級(jí)進(jìn)行量化時(shí)，考慮到所統(tǒng)計(jì)的事故的嚴(yán)重程度分布特點(diǎn)，同時(shí)為便于計(jì)算，依次賦值為 V＇=(100，80，50，30，10)。所設(shè)計(jì)的綜合評(píng)價(jià)定量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 危險(xiǎn)性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

3)評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬矩陣的確定

通過對(duì)收集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)語等級(jí)的隸屬矩陣R。

3.2.2 進(jìn)倉作業(yè)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果向量

1)綜合評(píng)價(jià)向量

由式(2)可得到模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量A，即進(jìn)倉作業(yè)的整體危險(xiǎn)性對(duì)評(píng)語集V的隸屬向量。

2)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量分析

設(shè)進(jìn)倉作業(yè)整體性得分為T，則由賦值評(píng)語集V＇，根據(jù)T=A×(V＇)T可得到:

從上述計(jì)算結(jié)果可知，對(duì)照表1的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)得到進(jìn)倉作業(yè)整體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果為“危險(xiǎn)的”，屬于Ⅲ級(jí)。

4 預(yù)防措施

能量轉(zhuǎn)移理論能較好地解釋上述事故，該理論認(rèn)為傷害是由外界施加了超過人體局部或全身性傷閥限的能量或者環(huán)境影響了人體局部或全身性能量交換引起的［5］。基于這一理論，為降低作業(yè)危險(xiǎn)性應(yīng)盡量保持能量的正常流通、交換，同時(shí)在人與環(huán)境之間對(duì)作業(yè)人員采取一定的保護(hù)措施，主要有三項(xiàng)預(yù)防措施:

4.1 改善作業(yè)環(huán)境:主要包括加強(qiáng)作業(yè)時(shí)倉內(nèi)通風(fēng)和保證倉內(nèi)充足照明。良好的通風(fēng)除可以保證作業(yè)時(shí)所需的空氣需求外，更重要的是能有效降低倉內(nèi)濕度、溫度，降低中毒的危險(xiǎn)性，為作業(yè)提供較好的作業(yè)環(huán)境;充足的照明是作業(yè)所必需的，能有效減少傷害發(fā)生的可能性。

4.2 加強(qiáng)作業(yè)現(xiàn)場安全管理:包括:①各部門值班人員密切配合，嚴(yán)格按技術(shù)交底落實(shí)開倉前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，其中，檢查作業(yè)人員是否有任何不適的情況是非常重要的一項(xiàng);②開倉后必須嚴(yán)格按相關(guān)程序進(jìn)行各項(xiàng)檢查工作，如掌子面穩(wěn)定性、滲水情況、倉內(nèi)有毒有害氣體情況等;③作業(yè)過程中，合理安排各項(xiàng)作業(yè)，盡量避免交叉作業(yè);④整個(gè)作業(yè)過程中，必須有安全人員在倉內(nèi)值班。

4.3 加強(qiáng)對(duì)相關(guān)人員的安全培訓(xùn):包括對(duì)作業(yè)人員和現(xiàn)場值班技術(shù)人員的培訓(xùn)，使其具備必要的安全技能和應(yīng)急處理能力。

5 結(jié)論

進(jìn)倉作業(yè)作為盾構(gòu)法施工中極其重要的環(huán)節(jié)，保證其順利進(jìn)行對(duì)工程本身、對(duì)企業(yè)、對(duì)社會(huì)都有十分重要的意義，但由于其作業(yè)的特殊性和危險(xiǎn)性，事故屢有發(fā)生。本文通過對(duì)其危險(xiǎn)性進(jìn)行研究得出以下結(jié)論:1)對(duì)作業(yè)危險(xiǎn)因素進(jìn)行全面分析，明確了事故預(yù)防控制重點(diǎn)，對(duì)保證作業(yè)安全順利完成有一定的指導(dǎo)性;2)通過對(duì)作業(yè)系統(tǒng)的量化定級(jí)評(píng)價(jià)得出確切的分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)安全管理，保障作業(yè)人員人身安全、減少企業(yè)財(cái)產(chǎn)損失有重要意義;3)在分析評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上提出的預(yù)防性建議，對(duì)盾構(gòu)施工中頻繁開倉作業(yè)的工程具有一定的參考意義。

目前在施工安全領(lǐng)域有關(guān)評(píng)價(jià)問題多采用定性或半定量評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有一定的局限性，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)企業(yè)安全管理、減少生產(chǎn)安全事故，選用合適的方法進(jìn)行量化定級(jí)評(píng)價(jià)是很必要的。本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到了較合理的結(jié)論，但由于這種分級(jí)還沒有較規(guī)范統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際操作中有一定的主觀性，這有待在今后的工作實(shí)踐中進(jìn)一步完善。

模糊綜合評(píng)價(jià)法在進(jìn)倉作業(yè)中的應(yīng)用效果較好，求解簡便，在生產(chǎn)安全的其他方面也有較好的應(yīng)用前景和價(jià)值。

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