隧道施工安全的探索

文/圖 浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院 郭霄

圖1 建筑從業(yè)人員十萬人死亡率對比圖

從英國出臺“建筑（設(shè)計和管理）法規(guī)”說起

圖1是一張建筑從業(yè)人員十萬人死亡率對比圖，從圖中可以看出，相比于英國，日本的死亡率高很多。原因之一是英國于2007年出臺了“建筑（設(shè)計和管理）法規(guī)”，將工人的健康和安全責任與項目業(yè)主關(guān)聯(lián)，項目業(yè)主需要花費時間和金錢確保工人的健康和安全。而這時候，日本建筑業(yè)工人的健康和安全責任還是由項目的承包商和分包商自己管理和承擔。因此，在激烈的市場競爭中，承包商會傾向于削減工人健康和安全費用以提供更具競爭力的報價，事故的發(fā)生往往就和這方面經(jīng)費的減少相關(guān)。

項目業(yè)主與工人的健康和安全直接相關(guān)的好處是，項目業(yè)主必須考慮經(jīng)費和時間，協(xié)調(diào)設(shè)計、承包商和安全協(xié)調(diào)員等各方合作解決存在的安全問題。這是英國用于減少事故率和死亡率的宏觀措施。[建筑（設(shè)計和管理）法規(guī)要求對于工期大于30天或每天用工500人的項目，均需要聘請安全協(xié)調(diào)員，安全協(xié)調(diào)員為業(yè)主提供從規(guī)劃到設(shè)計到施工全過程中涉及安全的問題的咨詢。]

圖2是日本1972年至2012年期間，建筑業(yè)事故死亡人數(shù)和隧道事故在其中所占的比例。在1978年引入新奧法施工之前，日本每年隧道施工事故死亡人數(shù)超過50人。在此之后逐步降低，到1987年以后，事故死亡人數(shù)維持在10至20人之間，與建筑業(yè)總的死亡人數(shù)之比維持在2%左右。

圖2 1972年至2012年日本建筑行業(yè)和隧道行業(yè)從業(yè)人員死亡人數(shù)

日本大部分傷亡發(fā)生在隧道內(nèi)

此外，還需關(guān)注隧道施工事故造成的傷亡人數(shù)的規(guī)律和趨勢。圖3是隧道施工行業(yè)2008年至2012年事故傷亡人數(shù)，并對每年的傷亡人數(shù)按施工方法進行了統(tǒng)計（數(shù)據(jù)來自于日本厚生勞動省）。圖3的左幅是新奧法施工中的傷亡人數(shù)；右幅是盾構(gòu)、頂管盾構(gòu)、明挖暗埋和沉管等其他類型隧道的傷亡人數(shù)。新奧法施工的傷亡人數(shù)最多，但采用新奧法施工的隧道數(shù)量也最多。

圖4是以新奧法為主的山嶺隧道的傷亡人數(shù)與發(fā)生事故地點之間的關(guān)系。值得注意的是，大部分傷亡事故發(fā)生在隧道掌子面前和隧道內(nèi)部（除掌子面以外其他位置）。豎框里不同顏色表示觸發(fā)事故的不同原因，這些原因包括移動設(shè)備、腳手架、材料和環(huán)境等。幾乎所有的傷亡事故都發(fā)生在隧道內(nèi)。移動設(shè)備和環(huán)境導致傷亡人數(shù)最多，移動設(shè)備包括用挖掘機拖吊旋轉(zhuǎn)或后退時擊中工人的情況。這里的環(huán)境包括隧道落石（包括塌方），大部分落石事故發(fā)生在掌子面前。

落石引起的事故和圍巖級別有什么關(guān)系？圖5是不同圍巖級別與落石引起的傷亡人數(shù)之間關(guān)系。圖中的44個樣本來自于日本隧道分包商協(xié)會在2000年至2010年期間，向各會員調(diào)查獲得的。圖中DI&DII、CII等與我國的圍巖等級類似。由圖可見，在軟巖發(fā)生落石造成傷亡的人數(shù)較多，但在硬巖中也會發(fā)生。

圖3 2008年至2012年日本隧道事故傷亡人數(shù)

日本隧道落石的防治

圖6是落石發(fā)生時正在進行的工序。其中，鋼拱架安裝和起爆安裝是造成傷亡最多的，原因是兩個工序最靠近掌子面，作業(yè)時間長，特別是安裝鋼拱架勞動負荷大。幾位日本學者提出的幾個應對山嶺隧道落石的防治措施：

噴射混凝土。在爆破開挖或機械開挖后，對掌子面在內(nèi)的開挖面進行噴混凝土很重要。英國規(guī)范（BS6164：2011）在“建筑行業(yè)隧道健康和安全操作規(guī)范”中規(guī)定：“開挖后應盡快將初始噴層噴射到開挖面，以此作為臨時支護的快速手段，用以阻止地表變形加劇，確保松散碎石不至于掉落，盡量降低對地層自穩(wěn)能力的削弱。應考慮遠程的開挖和噴混凝土方式。”噴混凝土后開挖面都變成了混凝土顏色，裂縫會容易察覺，這有助于發(fā)現(xiàn)地層變形。然而即使完成了噴混凝土，在噴混凝土厚度不足以提供臨時支撐，或地下水的滲透弱化了噴混凝土的強度時，落石造成的傷亡仍會發(fā)生。因此，需要確保噴混凝土的厚度，并且把滲水排出。

圖4 日本隧道事故發(fā)生地點與誘因與傷亡人數(shù)之間關(guān)系

圖5 日本隧道事故發(fā)生地點與誘因與傷亡人數(shù)之間的關(guān)系

圖6 日本落石引發(fā)的事故傷亡人員從事的施工工序

錨桿。英國規(guī)范（BS6164∶2011）寫到：“錨桿可用于束縛易于掉落的松散巖塊，但更本質(zhì)的作用是阻止巖體在節(jié)理、裂隙和層理面等不連續(xù)結(jié)構(gòu)面上分離，以保持巖體的完整性。錨桿的形式、直徑和長度應該研判特定環(huán)境后決定，掘進過程中以上錨桿參數(shù)存在巨大差異。”標準中提到的巖石錨桿包括臨時錨桿和永遠錨桿，臨時開挖面也存在設(shè)置錨桿的需求。錨桿和噴混凝土一起使用是有效的。

清理危巖。在噴射混凝土之前應采用諸如鎬頭機等設(shè)備清除已分離的巖石。

表1 新奧法施工流程和防護措施

鉆孔排水。這個措施包括找出水脈并將水引排。噴混凝土在滲水的開挖面上粘結(jié)困難。因此盡可能合理排水。

監(jiān)控隧道掌子面位移并且密切關(guān)注。這項措施涉及通過激光位移傳感器等測量手段監(jiān)控掌子面位移。為了觀察掌子面產(chǎn)生新的裂縫和變形，安排專人監(jiān)測掌子面非常必要。專人監(jiān)控開挖面應在工人安裝炸藥和安裝拱架時進行，另外，為了獲得肉眼無法獲得的微小變形，建議采用激光位移傳感器監(jiān)控。

具備充足的照明。英國規(guī)范（BS6164∶2011）規(guī)定，照明的照度要達到100勒克斯，應來自于兩個分開的光源，以避免開挖面形成重影。

總結(jié)工作流程中預防落石的主要措施（如表1所示），將這些措施納入工作流程中并不困難，這些措施的結(jié)合對降低落石的風險具有重要意義。

英國隧道開挖嚴密監(jiān)控掌子面位移

英國隧道施工時，掌子面充足的燈光照明。

圖7 2014年至2017年中國隧道施工事故數(shù)和死亡人數(shù)

圖8 2014年至2017年中國事故（事件）原因與傷亡人數(shù)關(guān)系

圖9 2014年至2017年中國事故（事件）原因與傷亡人數(shù)關(guān)系

（作者聲明：上圖及文中數(shù)據(jù)來自于作者經(jīng)過分析比對后認為可靠的數(shù)據(jù)。每一起事故的數(shù)據(jù)均有據(jù)可查。有關(guān)的觀點和論述不構(gòu)成對具體項目的設(shè)計和施工建議。）

我國隧道施工安全現(xiàn)狀

2017年10月23日，國家安全監(jiān)督總局國家安全生產(chǎn)應急救援指揮中心發(fā)布的一份通報（礦山〔2017〕41號文），列數(shù)了今年以來，由塌方、瓦斯爆炸、不安全操作等原因引起的4起嚴重的隧道施工安全事故（事件），稱這些事故（事件）危害嚴重、教訓深刻。可見，我國隧道安全生產(chǎn)形勢仍然十分嚴峻。

國家安全監(jiān)督總局未發(fā)布全國范圍內(nèi)隧道施工行業(yè)的事故數(shù)和傷亡人數(shù)的詳細數(shù)據(jù)。搜索國家安全監(jiān)督局網(wǎng)站和其他相關(guān)網(wǎng)站發(fā)現(xiàn)，2014年至2017年12月19日，隧道（包括公路、鐵路和軌道交通）安全事故（事件）起數(shù)至少有73起，死亡人數(shù)至少達173人，受傷人數(shù)至少達114人。不完全統(tǒng)計的數(shù)據(jù)已經(jīng)接近日本隧道死亡人數(shù)的3倍。我國隧道安全生產(chǎn)改善空間巨大。

據(jù)2014年至2017年的隧道施工事故傷亡人數(shù)統(tǒng)計，2014年是我國隧道施工事故數(shù)及傷亡人數(shù)最多的一年，同年9月，國家安全監(jiān)督總局發(fā)布了《隧道施工安全九條規(guī)定》。2015年隧道施工安全有了很大改觀，但2016年和2017年有所反彈。圖8、圖9分別是事故（事件）死亡人數(shù)與致死原因之間的關(guān)系和事故致死原因的死亡人數(shù)占全部死亡人數(shù)的比例。從調(diào)查的73起事故（事件）看，隧道塌方、落石是造成傷亡最多的直接原因，占51%，機械吊裝占25%，這一點與日本情況類似。根據(jù)調(diào)查報告，這些事故極大多屬于責任事故，充分說明隧道施工是一件高風險行業(yè)，必須嚴格按照安全規(guī)范進行操作，切不能存僥幸心理。

建議

建議我國安全監(jiān)督部門在隧道行業(yè)建立起覆蓋全國的傷亡人數(shù)統(tǒng)計和事故調(diào)查分析，為隧道施工和管理提供更多有效的參考。

落石或塌方是中、日、英等國隧道施工安全共同面對的問題，日本學者結(jié)合英國規(guī)范提出的防治措施雖然是針對于日本的施工現(xiàn)狀，但對我國隧道施工安全也具有很高的參考價值。

文中提及的落石防治措施中，大部分的工序都要求機械化施工，要盡可能使工人遠離掌子面。這在英國和日本的隧道施工中是最基本考慮，但在我國卻是隧道施工的短板。因此，真正落實山嶺隧道機械化施工可以大幅改善我國隧道安全現(xiàn)狀。

日本和英國都強調(diào)噴混凝土和錨桿對保證隧道施工安全的重要作用。這些理念在我國隧道設(shè)計中都有充分的體現(xiàn)，但在保證施工的質(zhì)量和落實施工規(guī)范上與日、英國等國還存在很大差距。提高施工質(zhì)量也是保證隧道施工安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

掌子面前應有充足的照明。這一點對隧道施工安全非常重要，但在我國除非有業(yè)主特別強調(diào)，否則大多數(shù)隧道開挖掌子面前的照明都嚴重不足。

日本數(shù)據(jù)表明，落石引起的事故中，工人安裝鋼拱架所占比例最大。日本通常采用重型工字鋼拱架，原以為能夠有效保障安全，卻成為最危險的工序，這兩者之間的矛盾說明：工字鋼拱架可能并不是最佳選擇。我國也大量采用工字鋼拱架。事實上，針對軟弱圍巖，不同國家確實存在不同選擇：歐美慣用三肢筋格柵拱架，重量輕，便于安裝；挪威等國不用拱架，只用鋼筋加強噴混凝土，但用纖維噴混凝土。我國新奧法隧道標準和施工方法深受日本影響，但此刻應放眼全球，吸收更優(yōu)化的施工方法。