巖溶區人工挖孔樁施工坍塌事故分析和控制

李愛軍++張亮

摘 要：結合巖溶地區樁基施工特點，對引發人工挖孔樁坍塌事故的五項要素進行分析，總結坍塌事故發生前的常見征兆現象和內在規律，提出預防和控制坍塌事故的安全對策。

關鍵詞：巖溶區；人工挖孔樁；坍塌；事故分析；控制

1 概述

中國鄂西南地區巖溶地貌發育，湖北恩來恩黔高速公路項目穿越這一地帶。在這一巖溶發育的地區進行橋梁樁基施工，由于基巖巖溶發育，形態復雜，如若處理不當，極易導致坍塌事故發生，如何安全地穿過溶洞順利成孔是施工的重點和難點。因此，施工前結合地質環境條件和施工工藝特點，全面分析各類危險危害因素，采取針對性的安全技術和管理措施，才能保證施工安全。

2 工程概況

本項目所在地是我國南方巖溶區之一，巖溶地貌發育。本區域內存在巖溶、滑坡、崩塌、落石等不良地質現象，局部地段存在軟土、紅黏土等特殊性巖土。區內廣布可溶性碳酸鹽巖，由于巖溶發育，地表徑流匱乏，地下徑流通道暢通，排泄條件較好。

湖北恩來恩黔高速公路項目2標段共有5座橋梁，即雷家坳大橋、忠建河大橋、康家河大橋、匠科大橋及大堰溝大橋，項目所在地地形陡峭，橋位基樁多位于陡坡上，大型樁基施工設備搬遷和就位困難。經方案比選，選用人工挖孔灌注樁施工方式，其施工作業面小，且成孔直觀，易于觀察地質變化情況，清底除渣徹底，易保證混凝土澆筑質量，安全和質量有一定保障。橋梁樁基總計挖孔樁413根，其中長度超過15米的樁基共有335根，其余均在10米到15米之間。

《恩來恩黔高速公路二標施工安全風險評估報告》中人工挖孔樁施工主要基于坍塌事故，采用作業事故可能性評估指標體系評分和項目安全管理評估指標體系評分的分析方法，估測結果為雷家坳大橋等5座橋梁的413根人工挖孔樁施工過程中發生事故的風險等級均為 Ⅲ 級（高度）。

3 坍塌事故分析

3.1 坍塌事故定義

坍塌事故指物體在外力和重力的作用下，超過自身極限強度的破壞成因，結構穩定失衡塌落而造成物高處墜落、物體打擊、擠壓傷害及窒息的事故。

3.2 坍塌事故的五要素分析

不安全狀態、不安全行為、起因物、致害物和傷害方式是引發生產安全事故的五個基本因素，簡稱“事故五要素”。對引發坍塌事故的五個基本因素進行分析如下：

3.2.1 不安全狀態

（1）按引發事故的類型（事故屬性）：引發坍塌事故的不安全狀態。

（2）按設置和工作狀態（狀態屬性）：a.支撐護壁模板承受荷載的不安全狀態；b.處理溶洞跟進鋼護筒的剛度和設置中的不安全狀態；c.護壁砼強度不夠的不安全狀態；d.上下段護壁的鉤拉鋼筋綁扎不牢固的不安全狀態；e.樁孔孔口邊堆載的不安全狀態；f.安全防護措施設置的不安全狀態；g.作業場所安全保障和監控措施設置的不安全狀態；h.施工措施執行中出現問題和障礙時所形成的不安全狀態。

（3）按施工場所的安全條件（場所屬性）：a.人工挖孔樁開挖場所的不安全狀態；b.現場周邊圍擋防護的不安全狀態；c.現場警戒區和警示牌設置的不安全狀態；d.孔樁下照明設置的不安全狀態；e.排水設施設置的不安全狀態；f.爆破作業安全警戒區域的不安全狀態；g.其他的場所不安全狀態。

（4）按施工作業（作業屬性）：a.立體交叉作業的不安全狀態；b.夜間作業的不安全狀態；c.雨期作業的不安全狀態；d.爆破、土石方挖掘作業的不安全狀態；e.降水、排水、堵漏、止流砂、加固溶洞作業的不安全狀態；f.孔樁支護作業的不安全狀態；g.下放鋼筋籠作業的不安全狀態；h.混凝土澆筑作業的不安全狀態；i.模板裝拆作業的不安全狀態；j.其他作業的不安全狀態。

3.2.2 不安全行為

（1）違反上崗身體條件規定：未經過嚴格的身體檢查，有職業禁忌的疾病；超齡作業；疲勞或帶病作業。

（2）違反上崗規定：a.無證人員從事需證崗位作業；b.非定機、定崗人員擅自操作；c.單人在無人輪換和監護情況下進行挖孔樁等不安全作業。

（3）不按規定使用安全防護品：a.不戴安全帽；b.孔樁臨邊不佩掛安全帶或掛置不可靠；c.樁孔下作業不系安全繩；d.處理含水溶洞不穿救生衣。

（4）違章指揮：a.在護壁砼強度未達10MPa以上的情況下指揮拆模施工；b.特殊天氣、特殊時段不按上級下的停工要求繼續組織施工；c.對查出的安全隱患未整改落實或發現坍塌事故征兆的情況下，強令作業人員繼續作業；d.在施工設備、安全防護設施檢查不合格、作業人員安全防護不到位的情況下，強行組織和指揮施工；e.私自改變安全施工工藝和作業程序、違反施工方案和技術措施的指揮；f.對施工異常情況處置不當，可能使事態擴大或導致出現事故；g.在作業人員發現不安全因素時，未予處置，強令冒險作業的指揮施工。

（5）違章作業：a.進入施工現場不戴安全帽、高空作業不系安全帶和不正確使用個人防護用品；b.違反人工挖孔樁工序規定的作業；c.違反支護、排水、堵漏等操作規程的作業；d.違反安全監護規定的作業；e.違反防爆規定的作業；f.違反溶洞處理方案的作業；g.擅自動用施工設備或拆改挪動安全設施進行作業；h.在發現有坍塌事故征兆或隱患未排除的情況下，搶進度、盲目蠻干、冒險作業。

（6）缺乏自保、互保、聯保安全意識的行為：誤入存在坍塌危險的孔洞口的行為；在作業區嬉笑打鬧、僥幸逞強、亂摸亂碰的行為；在出現異常和險情時不及時上報和通知他人的行為。

3.2.3 坍塌事故的起因物、致害物和傷害方式

3.3 坍塌事故的征兆

事故的征兆是指生產安全事故發生前所顯示出的即將或可能要出事故的跡象，通常出現在事故的起因物開始起動到事故發生的這段孕育和發展的時段內。

坍塌事故一般都或長或短地存在著相應的孕育和發展過程，顯現出事故征兆。雖然，由于水文地質條件、溶洞分布大小及填充情況和施工質量控制等情況的千差萬別，使其事故征兆及其顯示程度有所不同，但對事故征兆的認識和研究，有利于及早發現異常并采取應對措施，減少人員傷亡和事故損失。人工挖孔樁坍塌事故發生前的常見征兆見表2。

3.4 坍塌事故發生的內在規律（如圖1）

4 預防和控制坍塌事故的安全對策

4.1 坍塌事故前中晚期預防和控制過程（如圖2）

圖注：“四消除一保護”——消除不安全狀態、消除不安全行為、消除起因物、消除致害物和針對傷害方式進行保護；“兩消除一制止”——消除存在的不安全狀態、消除存在的起因物和制止存在的不安全行為；“兩阻止一撤離”——阻止起因物繼續作用，阻止事態繼續發展和及時撤離人員。

4.2預防和控制巖溶區坍塌事故起因物的安全技術措施

在預防和控制巖溶區坍塌事故安全措施中，消除起因物和阻止起因物繼續作用貫穿整個預防和控制過程。對于巖溶地區人工挖孔樁施工，溶洞是樁孔產生坍塌的起因物。根據勘察和施工中揭示的溶洞大小及充填情況等地質條件，采取對溶洞進行預處理、在施工中利用護筒跟進等施工技術措施，是防范坍塌事故的重要控制環節。

4.2.1 灌砂壓漿法

一般適用于6～10m無填充溶洞的處理，主要通過灌砂、壓漿處理在溶洞中形成砂漿固結體，堵塞溶洞，以防樁孔塌孔。處理前應根據超前鉆等地質勘察資料探明的溶洞位置、大小等，確定灌砂壓漿部位。施工的灌漿孔，孔深要進入灌填段最深處溶洞底部。灌砂應分多次灌填，每次高度不宜過高，要保證注漿管能夠插入所灌入的砂中一定深度，待壓入的漿液初凝后再進行下一次灌砂、壓漿。反復進行灌砂、壓漿工序，直至灌至最上部的溶洞頂板以上1m左右。灌填結束后若發現漏失還應及時補灌，將溶洞灌實。

4.2.2 壓注雙液漿法

一般適用于10m以下半充填或全充填溶洞的處理，通過壓漿加固溶洞充填物和充填巖溶洞隙，以達到阻斷巖溶通道、穩固樁孔孔壁的目的。應根據橋墩臺樁基布置和溶洞分布情況布置壓漿孔，孔深需達到處理段的最深溶洞底部，采用雙液壓漿系統自下而上分段壓漿。注漿過程中若出現大量跑漿時，應采用間歇式注漿措施，少量多次、反復進行。注漿前宜進行注漿試驗，以確定適宜的注漿材料、漿液配比、注漿壓力，掌握注漿的凝固時間。

4.2.3 灌低標號混凝土法

適用于較大的半充填或無充填的溶洞處理。既可在樁基施工前進行預處理，也可在樁孔開挖過程中進行實時處理。當揭穿溶洞頂板時，可先填片塊石將溶洞填至基本飽滿，再灌填低標號混凝土，待混凝土達到一定強度、樁孔孔壁穩固后再繼續施工。

4.2.4 鋼護筒跟進法

鋼護筒跟進法是樁基施工過程中一種常用的護壁方法，對處理多層溶洞、高大溶洞效果良好，可有效保護樁孔孔壁穩定。鋼護筒厚度、長度可根據地質超前鉆孔探明的溶洞高度確定，一般采用厚度不薄于10mm 鋼板卷制，溶洞高度大則鋼護筒厚度也應相應增大，施工過程中應對揭露溶洞高度進行復核，鋼護筒長度在所需支護溶洞高度的基礎上進行適當加長，加長一般不小于3m。施工時將其振動下沉至發育溶洞段，以隔斷溶洞內流塑充填物或水的流動。護筒級數根據溶洞層數和頂底板厚度確定。多級護筒跟進法施工順序見圖3。

在巖溶地區進行樁基施工，施工前應對地質環境條件進行分析，結合成樁工藝，制定專項安全施工方案，向現場管理和作業人員進行詳細的安全技術交底。作業現場要加強應急管理措施，樁孔附近要配備有關應急設備，備足應急材料，現場管理和作業人員應熟悉應急處置程序；施工中要加強鉆孔地質檢查、復核，并密切注意觀察周圍地表沉降、滲水、水位變化、落渣和護壁砼等情況，防止異常情況發生。發現有坍塌事故發生前的早期征兆，要引起警覺和重視，及時采取安全措施。鉆穿或揭穿溶洞頂板時，宜根據溶洞情況采用上述幾種方法及時進行處理，預防和控制巖溶區樁基施工過程中的坍塌事故。

4.3 預防和控制坍塌事故的安全管理措施

4.3.1 消除不安全狀態的安全管理措施

根據3.2.1對坍塌事故不安全狀態的類型分為四個屬性進行的分析，四種劃分方法從四個不同的側面反映出坍塌事故不安全狀態的存在和表現形式。而針對施工項目管理，應建立項目負責人、技術和安全管理部門、現場和管理指揮人員三級排查管理組織體系，各級以主管工作的范圍為重點，協同配合、相互補充，全方位實施消除不安全狀態的安全管理工作。

4.3.2 消除不安全行為的安全管理措施

在施工過程中，不安全行為與項目安全工作環境氛圍有關，安全管理混亂或監管缺失，會導致不安全行為大量存在和不斷滋長。可從以下幾個方面著手減少和消除不安全行為：（1）領導重視，兌現安全承諾，落實領導帶班作業制；（2）建立健全管理制度，落實“一崗雙責”，簽訂安全責任狀，或實行風險抵押金；（3）選擇合格分包商和正規的施工隊伍，并考核其風險承擔能力和工程經驗；（4）杜絕違法轉包，對人員建立職業健康檔案，實行登記和動態管理；（5）設置專門安全管理機構，足額配備持證的安全管理人員，加強對作業人員的實時監管；（6）特種作業人員和特種設備操作人員必須持證上崗并經過實際操作考核，實行動態管理，并定機定崗；（7）按規定開展安全教育培訓和安全宣傳活動，確保學時和效果；（8）開展應急演練，提高各級人員應急處置能力等。

4.4 針對坍塌事故傷害方式的安全防護措施

根據（表1：坍塌事故的起因物、致害物和傷害方式）可知，人工挖孔樁施工中坍塌事故的傷害作用發生的方式有：碰撞、擊打、砸壓、掩埋、墜落、爆炸、窒息等。針對坍塌事故的傷害方式，從以下兩個方面落實安全防護措施：一方面使用安全可靠的勞動保護用品（安全帽、安全帶、保險繩、防護服、防滑鞋等），并監督作用人員正確佩帶；一方面對于那些沒有適用安全防護品的傷害方式，要加強安全預防和保護措施的落實，包括：樁孔設置圍擋、防墜落設施、安全警戒線、高出孔口地面0.3米的孔圈、上下樁孔專用爬梯、孔壁支護、半圓形防護板、圓形蓋板、樁孔內外通訊工具、潛水泵等。

5 結束語

本文對巖溶區人工挖孔樁施工過程中存在高度風險的坍塌事故，進行了細致而深入的分析，分析了其坍塌事故發生的內在規律，以及以各種形式存在不安全狀態、不安全行為和引發事故的起因物。結合分析結果，分前中晚三期制定了坍塌事故預防和控制過程圖，對巖溶區引發坍塌事故的起因物溶洞處理的安全技術措施進行了闡明，制定了有針對性、有邏輯層次性的消除和減少不安全狀態和不安全行為的安全管理措施，并且針對坍塌事故的傷害方式制定了有效的安全防護措施，以達到預防和控制坍塌事故以及降低人員傷害的目的。

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作者簡介：李愛軍（1974，08-），男，高級工程師，水工環專業，工作單位：湖北省地質局武漢水文地質工程地質大隊，從事巖土工程勘察、安全管理工作。

張亮（1986，04-），男，注冊安全工程師，安全工程專業，工作單位：中交第二航務工程局有限公司第五工程分公司，從事項目安全管理工作。