大型管道安装中的安全风险评估及控制措施研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 02 日 作者简介：何万兵（1976），男，汉族，山东德州人，中级职称，大学本科，中国电建市政建设集团有限公司，中级职称，研究方向为水利工程施工与管理。-125-大型管道安装中的安全风险评估及控制措施研究 何万兵 中国电建市政建设集团有限公司，天津 300384 摘要：摘要：以珠江三角洲水资源配置工程为依托，针对 LG10#LG12#盾构区间引水隧洞衬砌钢管安装，为揭示深埋盾构方式后的钢内衬安装安全风险,通过对大型钢管从吊装风险、安装风险及环境风险 3 个方面风险影响因素,构建安全风险评估指标体系和层次结构。依托在役调水工程,结合现有内衬钢管的深基坑吊装方法、运调一体设备施工工艺和钢内衬区间密闭空间施工，论述金属结构安装工程等危险性较大的分部分项工程的预防措施，以达到安全生产的目的。关键词：关键词：大型钢管；运输；安装；风险；工程；安全 中图分类号：中图分类号：TU974 0 引言 珠江三角洲地区水资源虽然丰富，流量仅次于长江，但水资源分布和使用极不平衡，东江水资源开发利用率远高于西江，致使东江流域生态环境受到威胁，急需对全流域水资源进行空间优化配置。珠三角工程输水线路穿越珠三角核心城市群，为了实现“少征地、少拆迁、少扰民”的目标，打造新时代生态智慧水利工程，该工程采用深埋盾构的方式，在纵深 40 米至 60 米的地下建造。1 危险源辨识分析 1.1 工程概况 LG10#LG12#盾构区间是输水干线鲤鱼洲取水口至高新沙水库段的一部分。双线输水，设计输水流量80m/s，长约 7.79km，包括输水隧洞和三座工作井。工作井为 1 级建筑物，圆形结构，结构设计合理使用年限为100年。外直径 35.9m，内直径上部 31.1m，下部 30.5m，深度分别约为 53m（LG10#）、50m（LG11#）、47m（LG12#）。双线输水隧洞均为盾构隧洞，最大坡度为 1.25，最小转弯半径 494m，采用标准的盾构隧洞尺寸，外衬采用 C55 的预制钢筋混凝土管片，抗渗等级 W12。管片外径 6m，内径 5.4m，厚 0.3m，环宽 1.5m，管片通过不锈钢螺栓连接。隧洞内衬采用壁厚 18mm、内径 4.8m的内衬钢管，钢管材质为 Q355C，内衬钢管外侧设置加劲环。内衬钢管与盾构管片之间填充高性能自密实混凝土，混凝土强度等级为 C30；通过钢管顶部预留的灌浆孔对自密实混凝土进行回填灌浆。在衬砌管片内侧隧洞上部 240沿隧洞方向铺设新型复合排水板形成隔离排水层。钢管底部浇筑宽度为 2.5m 的行车道混凝土，混凝土强度等级为 C35。输水断面示意图见 1。图 1 输水隧洞断面示意图 1.2 危险因素辨识 危险源主要体现在人的不安全行为、物的不安全状态和管理缺陷三个方面，总的来说危险源是可能导致事故发生的潜在的不安全隐患。施工生产过程中的不安全因素种类繁多，它们在导致事故发生、造成人员伤害和财产损失方面所起的作用各不相同，尽管危险源表现形式不同，但从事故发生的本质讲，均可归结为能量的意外释放或有毒有害物质侵入人体。结合施工实际，大型钢管安装过程中的危险源如下表：1.3 风险评价（1）工作面空间狭小。在内径 5400mm 的隧洞内安装一条最大外径 5076mm 的钢管，无法采用吊机设备中国科技期刊数据库 工业 A-126-辅助安装，只能通过专用运输安装台车运输安装；（2）吊装作业繁复难度大。最长隧道长达 3380m，每节钢管长度为 12m，重达 29.5 吨。因此钢管出入口的龙门吊以及吊装作业存在安全隐患；（3）通风要求高。洞内钢管焊接均采用二氧化碳混合气体保护焊，施工时将产生大量二氧化碳及惰性气体，通风要求较高。表 1 大型钢管安装过程中的危险源 序号 名称 风险等级 危险源级别 1 起重吊装作业（龙门吊钢管吊装）重大风险 重大危险源 2 现场临时用电 重大风险 重大危险源 3 超标准洪水施工 重大风险 重大危险源 4 高处作业 较大风险 一般危险源 5 金属结构安装(内衬钢管安装)较大风险 一般危险源 6 机械设备操作（洞内操作平台、搅拌站等）一般风险 一般危险源 7 动火作业及消防安全 一般风险 一般危险源 8 运输作业 一般风险 一般危险源 2 预控措施 2.1 钢管的起重吊装 2.1.1 吊装方式 隧洞内衬采用壁厚 18mm、内径 4.8m 外径 5.076m的内衬钢管，钢管材质为 Q355C。单根长度为 12m；单根重量约 29.5 吨。使用工作井 45t 龙门吊垂直吊装下井，平衡梁上部采用两个吊点，每个吊点一根 16m 钢丝绳对折使用（或每个吊点两根 8m 钢丝绳并用）。平衡梁下部兜底钢管的吊带为 25t*21m 型号吊带。钢管吊装示意图见图 2。图 2 钢管吊装 2.1.2 井口吊装安全技术措施（1）钢管运输到工作井龙门吊吊装范围内，将钢管吊装到地面上。调整钢管中心，使钢管上下中心偏差处于规范允许范围内，并使用方木垫好，防止钢管滚动。（2）钢丝绳选用公称抗拉强度 1770MPa，636WS+IWR-42mm 的 16m（或 8m）长纤维芯钢丝绳，钢丝绳水平夹角控制在 60内。根据国家标准重要用途钢丝绳（GB8918-2006）可知直径 42mm 最小钢丝绳破断拉力为 1030kN。钢管吊装时吊点间距约为6000mm。起吊时先试吊，保证钢管平衡，吊带位于加劲 环 间，可 防 止 滑 脱。单 条 吊 带 最 大 拉 力 为 295KN/4=73.75KN，安 全 系 数 按6计 算，Sp=Snax*n=73.75*6=442.5KN=44.25吨，选 择 25t*21m 型号吊带，可满足工作要求。吊带将钢管吊起先进行试吊，距离地面约 200mm，静置约 1 分钟，然后平稳移动到钢管下井位置下井。（3）禁止斜吊。斜吊会造成超负荷及钢丝绳出槽，甚至造成拉断绳索和翻车事故。斜吊还会使重物在脱离地面后发生快速摆动，可能碰伤人或其他物体。（4）绑扎构件的吊索须经过计算（安全系数 6）,所有起重工具，应定期进行检查,对损坏者作出鉴定，绑扎方法应正确牢固,以防吊装中吊索破断或从构件上滑脱，使起重机失重而倾翻。（5）禁止在六级风的情况下进行吊装作业。（6）指挥人员应使用统一指挥信号，信号要鲜明、准确。起重机驾驶人员应听从指挥。2.2 钢管的运输和安装 2.2.1 运输和安装方式 经查证，目前国内对隧洞内大直径钢管运输与安装多采用吊车、管道平板拖车、手动葫芦龙门架、管道临时支架等设备将管道从材料堆场运到隧洞内指定位置。但珠江三角洲水资源配置工程内衬钢管与盾构管片的间隙仅 162mm，最长区间 3382m，最小转弯半径R=494m，考虑到管片安装误差、钢管自身变形等因素，空间更小，隧洞内钢管运输和安装难度大。固在隧洞内有限空间作业常规运输方案不可行。为解决隧道内衬钢管安装过程中运输和拼装施工工艺难度大、效率低、对接拼装精度差和预铺设轨道等问题，结合现有内衬钢管运输方法、拼装施工工艺中国科技期刊数据库 工业 A-127-和珠江三角洲水资源配置工程特点，联合设计出内衬钢管运输安装一体台车可以免除铺设轨道，具有拆装方便、施工效率高、完全自动化和拼装施工工艺简单等优点。对关键部件和走行机构的动力系统进行系统分析，优化其内部结构和设计方案，确保台车整体结构合理，运行安全稳定。钢管运输安装一体台车建模见图 3.图 3 钢管运输安装一体台车建模 钢管运输安装一体台车踏步进钢管内部，轮胎在钢管内部前进踏步出钢管后，使用液压顶升装置将钢管顶起悬空，启动台车将钢管运输到安装位置。在钢管运输过程中，严密监控钢管上下、左右四面距离管片的位置，防止触碰到隧洞衬片。钢管运输安装一体台车应用实况见图 4.图 4 钢管运输安装一体台车应用实况 2.2.2 钢管运输安装安全技术措施（1）钢管运输安装一体台车使用磷酸铁锂电池提供动力，有效保证有限空间内若使用燃油供能的火灾消防安全隐患。（2）钢管运输安装一体台车轮胎成八字形设置，采用实心橡胶行走胎便于更好的贴合隧洞衬片，提高运行时的安全性。八字轮和辅助腿均可独立控制。车架主体为钢结构箱型承载梁，保证架体刚度和强度的同时减轻整装质量，从而提高各连接部件及橡胶胎的使用寿命，提升钢管隧洞内运输的行走速度增加运输安装的施工效率。（3）专用台车运输，前后均为驱动轮，洞内运输过程如遇险情，可随时驻车；安装时采用全液压调整管口进行安装，仅需人工操作遥控器，安全系数较高。（4）台车出发前对电池电量及车辆状况进行一次全面检查，确保洞内运行期间车辆状态良好。在整个行驶过程中车辆前后各配置一名观察员，对于路径上的障碍物及时清除。（5）运输台车具有行车制动和驻车制动两种功能；制动系统采用空气制动方式，制动桥上配置车辆的行车制动，由制动系统产生的制动力进行行车和驻车制动。同时行走减速机中配置有湿式多片制动器，车辆停止时，轮边减速机中的制动器同时进行驻车制动。（6）钢管运输台车配置了多处自动调整纠偏装置，提高了钢管运输过程中的灵活性，实现了大直径钢管在隧洞曲段处安全、快速推进；（7）增加整车应急系统，当电机和主泵出现故障时，应急系统可打开减速机制动器、升降车辆高度、恢复转向轮位及调整管道姿态，转向油缸恢复到直行状态。2.3 钢管安装过程中交叉作业风险 钢管的长区间运输安装过程中，其他施工工序均有序衔接。衬砌管片内侧隧洞上部 240沿隧洞方向铺设新型复合排水板，形成隔离排水层；内衬钢管与盾构管片之间填充强度等级为 C30 的高性能自密实混凝土；钢管通过运输安装一体台车对接到位后进行对接焊，主要为接缝的打磨、焊接和防腐施工；一类焊缝及浇筑孔封堵板焊缝采用 100%的超声波探伤；输水隧洞内设有 C35 现浇混凝土行车道，涉及钢筋运输、焊接安装、模板支护、回填灌浆、灌浆孔封堵及焊接等；大型钢管内衬安装的工作井外直径 35.9m，内直径上部 31.1m，下部 30.5m，深度在 4753 米，而项目所在地处 为此交叉作业中的作业风险必不可少，为此需对各项工序进行风险评价。2.3.2 钢管焊接安全技术措施 中国科技期刊数据库 工业 A-128-2.3.2.1 防火：（1）为保证工作面消防安全，市政管网供水引入至工作面。从工区消防栓单独线路沿井壁延伸至洞门墙顶部，经洞门墙顶部延伸至隧洞侧面。见图 5。图 5 消防水管线路设计示意图 消防水管进入隧洞内，布置在压力钢管腰部，如下图 5 所示在钢管壁腰部间隔 1 米粘贴挂钩，将引水管路固定在挂钩上并延伸至工作面。消防水管水压不得低于 0.1Mpa。（2）在洞内施工时应做好防火措施，灭火器每 100米挂设两只，由安全管理人员每月进行巡检；（3）钢管洞内环向焊缝两端各 1125mm 范围内采用阻燃型凸壳型排水板及阻燃型聚乙烯泡沫板，阻燃等级均不差于 B1。（4）焊接过程中，在焊缝两侧各 1m 范围内铺设挡焊渣布，防止喷溅的焊渣和火花等对防腐涂层造成损伤。（5）气体保护焊弧光强，工作人员必须穿白色工作服，戴皮手套和防护面罩。（6）焊接处 10 米以内不得有可燃物、易燃物。焊接作业处应把乙炔瓶和氧气安置在 10 米以外。2.3.2.2 通风（1）在出发井洞口和接受井设置对旋风机及风管，将新鲜空气引到工作面。因出发井和接收井两边洞口存在压差，总体排风方向为出发井进风、接收井出风。（2）在焊接工作面，采用小型鼓风机，将焊烟强制排至钢管安装方向的洞口。（3）洞内施工应采用低污染柴油机械，并配备废气净化设备，不应采用汽油机械。柴油机燃料中宜掺入添加剂，以减少有害气体排放量。（4）区间内设施有毒有害气体和粉尘浓度检测设备，每隔 2 小时进行检测登记，严禁浓度超标、违规施工作业，检测点设在工作地点的下风侧，远离出风口和可能产生涡流的区域。当工作面瓦斯浓度超过 1.0%，或二氧化碳浓度超过 1.5%时，必须停止作业，撤出施工人员，采取措施，进行处理。施工期隧洞内粉尘浓度和有害气体浓度应符合下表的规定。2.3.2.3 临时用电（1）洞内临时用电严格执行“三级配电、两级保护”，一级配电柜设置在井下洞门墙平台处，二级配电柜的动力回路与照明回路分路配电，三级开关箱必须“一机一闸一漏一箱”。二、三级箱在钢管壁上进行绝缘悬挂，采用 TN-S 接零保护系统，设置 PE 线接地。（2）高压停电送电，一级配电柜挪移，严格执行工作票制度，拉闸时必须两人，操作者应听取监护者发布逐条操作命令，操作人员再背读命令无误后再操作。（3）电工必须经过按国家现行标准考核合格后，持证上岗工作；所有配电箱、开关箱内漏电保护器每日进行巡检并登记。应每月进行维修一次。检查维修时必须按规定穿戴绝缘鞋、手套，必须使用电工绝缘工具。（4）所有配电箱门应配锁，配电箱和开关箱应由持证的电工负责使用管理，严禁非电工作业。所有配电箱均应标明其名称、用途、编号，并作出分路标识。（5）凡需用行灯照明时，必须采用安全电压 36V及以下，使用保险必须符合电业技术设计要求，严禁用不同规格，替用。区间照明采用 LED 节能柔性线路板灯带，沿管壁进行绝缘拉直悬挂，严禁出现打捆通电情况避免发热起火。（6）移动用电工具必须经过检查合格，并在有效期内使用。中国科技期刊数据库 工业 A-129-参考文献 1孔德顺,赵常,李泉,等.隧道内衬钢管运调一体机的优化设计J.隧道建设(中英文),2020,40(9):1368.2詹宇胜,杨远祥,梅松军,等.西江引水工程盾构隧道内衬大口径钢管的施工技术J.中国给水排水,2012,28(12):1.3周红波,倪志芳,高文杰,等.轨道交通建设安全风险评估与控制措施研究J.地下空间与工程学报,2008(10).4林江涛,吴海宏,李世增,石爱军,等.盾构隧洞内大直径钢管组对安装工艺研究J.广东水利水电,2023(11).5汪永剑,伍玉龙,李本辉,姚楚康,罗晶,许清,等.隧洞内衬混凝土高效泵送施工技术J.中国给水排水,2023(11).