天津地铁2号线突泥涌水导致盾构机被埋事故
一、事故情况简述
2011年 5月6日凌晨7时30分许，天津地铁2号线建国道—天津站区间，左线掘进289.2m +0.2m、右线掘进247.2m+0.6m时，右线盾构机因螺旋机被水泥土固结块卡死无法运转，在开启观察孔进行处理时，发生螺旋机观察孔突沙涌水事件。由于该地段的地质异常复杂，突泥及涌水较大，导致地面塌陷，且左线掘进快于右线35环，左线线路高程高于右线，致使左右线隧道均发生局部管片变形破损开裂，最终左右线隧道均封堵回填，两台盾构机埋于地下，建天区间左右线重新改线施工，构成责任事故（无人员伤亡）。 事故发生时，两台盾构机平面位置如下图所示。
二、工程概况及水文地质情况
（一）工程概况 天津地铁2号线是天津市快速轨道交通中的东西骨干线。工程西起西青区曹庄站，东至东丽区李明庄站，线路总长为22.564km。天津地铁2号线第17合同段，合同工期为2007.9.20至2011.6.20，工程标价：264152638 元。工程包括两站两区间：东南角站、建国道站、东南角站－建国道站区间、建国道站－天津站车站区间（以下简称建－天区间）。建国道站车站主体位于建国道与民族路交叉路口附近，呈西南―东北向横跨建国道。车站标准段选用12m站台双柱三层三跨矩形框架结构型式，本车站计算站台中心位置顶部覆土约为2.5m。基坑标准段开挖深度23m，盾构井处开挖深度24.6m。建国道站分设3个出入口和2个风亭。
建国道站两端区间均为盾构法施工，建－天区间线路长度为584米，最大纵坡为20‰，盾构隧道净间距最小为0.98m，最小曲线半径为3000m，区间隧道覆土厚度约为16米。最小覆土厚度约为5m。区间隧道外径6.2m，内径5.5m，环宽1.2m，管片拼装衬砌为单洞圆形隧道，采用错缝拼装。 建－天区间隧道沿线经过地面建筑物较多，主要有天津铁路分局乘务员大楼（6层）、天津铁路分局材料科，机务段招待所等；京山铁路三线等铁路，现正在施工的五经路地道，地道地面至盾构隧道顶面距离为4m；京津城际铁路、天津站－天津西站地下直径线。
（二）水文地质情况
建－天区间左右线隧道穿越范围内主要有⑥2粉土、⑦2粉土层、⑥1⑦1粉质粘土、下部⑦4粉砂层，下部粉砂层厚度约10m左右。隧道在五经路地道附近局部进入⑦2粉土层、⑦4粉砂层，下部粉砂层厚度约10m左右。
三、事件经过及应急处置
（一）事件经过 2011年5月5日19时至5月6日8时，右线盾构掘进施工由盾构队长兼盾构司机带领机修人员进行夜班施工。当盾构掘进至206环位置时，机修人员发现盾构机的螺旋输送机运转不正常，进行了全面检查，在正反转过程中，听到螺旋输送机前下方观察孔附近有异常的磨擦声。 凌晨4时左右，螺旋输送机被彻底卡住。现场值班人员根据查阅施工图及地质勘察报告而初步判断：刀盘已进入五经路地道下部旋喷桩加固区域，螺旋输送机中有异物卡住了螺旋输送杆，导致渣土被堵。考虑到盾构机处在五经路地道下部不宜停机过久、故决定拆开螺旋输送机前下方观察孔（尺寸约为350mm×500mm）盖板取出异物及时恢复掘进的处理方案。为了进一步确保安全，在拆开观察孔前注入聚氨酯防水封闭掌子面处理，并配备绵纱、绵被、方木及型钢等应急物品。在注入了10桶聚氨酯防水封闭掌子面后，通过检查加泥孔阀门，发现土仓里无水安全后拆除观察口盖板。
早晨8时许,盖板拆除完毕。在拆卸观察口盖板过程中，观察孔四周无异样，只有少许渣土掉出。通过观察，发现螺旋输送杆叶片之间夹着一个水泥土混合物固结块并取出，该碎块外观尺寸：长约20余cm、直径约10余cm。同时发现螺旋机下部叶片之间还夹有异物存在,即处理第二块异物，在处理过程中忽然从观察孔发生突泥涌水现象，洞内人员立即在观察孔堵塞棉纱、棉被，并用方木及型钢进行支撑、封堵观察口盖板。由于水土压力大，未能得到有效封堵，其间仍有泥沙流出。
项目经理接到通知后，马上到现场查看情况。当项目经理到达现场进入掌子面后，发现漏水相当严重，现场流出大量泥沙，当时条件下已无法安装观察孔盖板，便紧急在现场安排启动项目应急预案，并交代现场人员注意安全后向上级公司进行了汇报，同时也向业主、监理单位进行了汇报。
参与事故处置的相关人员工作内容如下表：
（二）应急处置
2011年5月6日上午启动应急抢险系统后，应急抢险作业主要分为三个抢险作业面实施应急抢险，分别为建国道站左右线盾构隧道内、五经路地道和铁路三角地。
1、建国道站左右线盾构隧道 右线抢险实施情况：应急抢险系统启动后，增加作业人员和应急物资加大力度对出水口采用注聚氨酯、填水泥袋等措施进行封堵，同时增加水泵对右线隧道内积水进行抽排,以便抢险作业。堵漏及填压工作一直持续进行到晚上23点左右，漏水仍未堵住，随即由天津地铁集团、天津城投集团、天津市建交委及各专家组成的抢险指挥小组下令浇筑混凝土坝体封堵右线隧道并注水回灌。最终于2011年5月8日凌晨2点左右完成混凝土坝体浇筑工作，于2011年5月9日凌晨0点左右开始注水之后通过加强观测，坝体稳定性及坝体渗漏水情况均稳定。
左线抢险实施情况：应急抢险系统启动后，从9:30开始安排专人对左线隧道变形加强观测，同时停止左线掘进施工，开始从左线向右线注浆。至2011年5月7日凌晨0点左右，因隧道变形较大，指挥部下令左线作业人员全部撤离，并对左线隧道浇筑混凝土坝体封堵后注水回灌。最终于2011年5月9日上午8点左右完成混凝土浇筑工作，随后进行注排水和隧道内水压监测。
2、五经路地道
出现险情后，从2011年5月6日9点左右开始对五经路地道加强监测，同时测定右线盾构机的具体位置。上午10:30左右，因五经路地道根据监测结果沉降变化较大，经协调，立即封闭五经路地道，组织钻机、注浆机、水泥、水玻璃等应急物资到场，在右线盾构机的正前方及两侧、左线隧道两侧实施注浆，直至2011年5月18日五经路地道沉降及左右线隧道漏水变形稳定后停止注浆加固，于2011年5月19日恢复通车，之后监测继续进行，无明显变化情况。
3、铁路三角地
出现险情后， 2011年5月6日9点左右开始对三角地进行实时监测，同时从地面精确测定标出右线盾构机的具体位置及线路走向。2011年5月7日凌晨因铁路三角区根据监测结果显示沉降变化较大，立即组织钻机、注浆机、水泥、水玻璃等应急物资到场，于下午13:00左右开始对左右线隧道两侧实施注浆，至2011年5月14日铁路三角地沉降及左右线隧道漏水变形稳定后停止注浆加固。
从2011年5月11日开始，天津市建委组织专家组进行建天区间改造方案的讨论。通过历时三个月的方案讨论和比选，2011年8月30日天津轨道交通指挥部决定对既有建国道站进行改造，对建天区间进行改线处理，最终导致两台盾构机被埋。目前改造工程已顺利完工，在2013年8月28日天津地铁二号线已经顺利通车。
四、原因分析
（一）直接原因
1、盾构队长违规操作。由于地质条件复杂，造成螺旋机被水泥土混合物固结块卡住，无法运转，盾构队长鲁某在严重违背《盾构机操作说明书》中的相关规定和不了解打开观察孔盖板将出现涌水隐患的情况下，擅自安排现场作业人员打开螺旋机观察孔，导致发生地下水喷涌。
2、现场抢救措施不到位。观察孔盖板打开后，长达80余分钟的时间内，现场未采取有效的控制措施，致使土仓内的水和泥沙流失过多，造成土仓压力失衡发生喷涌事故。
3、地质原因。盾构机掘进部位地层地质条件复杂，处于微承压水层，并局部地段夹有粉砂薄层，其富水性、渗透性相应增大，存在较大隐患；同时，盾构机处于五经路地道旋喷桩加固地层，旋喷加固强度较高且加固不均匀，致使盾构掘进施工困难，易出现设备故障，进一步加大施工安全隐患，最终引发事故。
（二）间接原因
1、对建立的盾构机管理制度、作业流程和岗位责任制度未得到严格的落实，尤其是特殊地层及异常情况下的管理及处置对策落实不到位。
2、盾构机司机对地质情况不了解，对特殊地层作业存在的风险隐患认识不足，盲目掘进，擅自作业，且未认真执行掌子面地层情况交接班制度。
3、日常管理交底落实不到位，上下沟通汇报脱节，应急准备工作不足。
4、施工组织不合理，左线隧道线路高程高于右线隧道，却安排左线隧道先进行施工，致使右线隧道发生险情后，直接影响到左线隧道的安全，导致损失的扩大。
五、事故防范措施
此次事故暴露出现场作业人员安全意识淡薄，自我防范意识差，现场安全管理存在诸多问题和漏洞。为深刻吸取“5.6”天津地铁2号线突泥涌水事故教训，防止类似事故再次发生，措施如下：
（一）强化安全质量责任制的执行力度，认真落实安全生产“党政同责、一岗双责、岗岗有责”，使安全质量责任能切实做到“纵向到底（底涉每个作业层）、横向到边（边至各层的职能部门）”，只有狠抓项目部的安全质量责任制的落实，方能有效预防和遏制盾构事故的发生。
（二）加强现场管理，严格执行盾构施工操作规程及有关技术规定，项目部现场作业人员在开启螺旋机观察孔等关键程序时，必须严格执行相关规定；盾构机作业过程中，严格执行项目领导现场值班制。
（三）加强项目安全教育与技术培训，在各项工序开始前，项目技术负责人应对所有作业人员进行施工技术交底和安全技术交底，组织所有员工认真学习交底内容，并落实到每一名员工，使每个作业人员均清楚自己所负责的岗位及操作方法。
（四）盾构施工作业前，项目部应按要求编制好盾构施工应急预案，报建设、监理等单位进行审核、批准，并按要求对现场作业人员进行培训及现场演练，确保一旦发生险情，现场作业人员能处置得当，切实提升现场作业人员应对突发事件的能力。
（五）项目部负责人应组织项目部管理人员进行定期、不定期安全大检查，及时发现事故隐患，按照定整改责任人、定整改措施、定整改期限、定资金、定复查验证责任人的“五定”原则，狠抓隐患治理工作，把事故消灭在萌芽阶段。 （六）严格执行国家规范、行业标准及建设单位的规章制度，在盾构机穿越进入特殊地段（如：覆土厚度不大于盾构直径的浅覆土层地段、地下障碍物地段、建筑物地段、构筑物地段、粉土层地段、粉砂层地段等）时，必须采取相应的控制掘进参数，控制盾构姿态，补充地质勘探，盾构掘进过程中应匀速、连续、均衡等施工措施，确保施工安全。
（七）对项目部盾构设施应加强监管力度，明确规范设备维修保养力度，确保盾构机作业顺畅。 （八）建立具体的、具有针对性的盾构机掘进故障管理制度和盾构掘进过程中分区段风险源辨识、评价、对策管理制度，切实通过培训、教育、考核落实到每个作业人员，确保在出现相应问题时，现场作业人员通过停机、保压等措施确保盾构机安全、稳定时，及时向相关负责人汇报，通过讨论、论证确定具体措施后，方可进行进一步实施。