地鐵盾構(gòu)坍塌事故中施工人員安全能力分析*

李啟明，王盼盼，鄧小鵬，吳偉巍

(東南大學(xué)建設(shè)與房地產(chǎn)研究所，江蘇南京210096)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，城鎮(zhèn)人口急劇增加，為了緩和城市交通擁擠的狀況，國內(nèi)很多大城市相繼修建了地鐵。迄今為止，已有10個(gè)城市開通了31條城市軌道交通線。據(jù)中國各城市軌道交通發(fā)展規(guī)劃圖顯示，至2016年我國將新建軌道交通線路89條，總建設(shè)里程為2 500 km，投資規(guī)模達(dá)9 937.3億元［1］。但是，由于地鐵項(xiàng)目施工過程具有隱蔽性、復(fù)雜性和技術(shù)難度高等突出的特點(diǎn)，近年來，國內(nèi)地鐵施工事故頻發(fā)，帶來了嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失以及環(huán)境破壞。施工人員是事故的直接接觸者，Heinrich等的多米諾骨牌事故致因理論第一次提出人的不安全行為是事故發(fā)生的原因，從此便開始了關(guān)于人的因素對于事故發(fā)生影響的研究，產(chǎn)生了多種事故致因理論，在施工事故根本原因方面也展開了研究。每一種行為都以某一種能力為前提，行為方式與能力因素之間有著必然的聯(lián)系，因此，施工人員不安全行為是安全能力匱乏的外在表現(xiàn)。分析施工人員安全能力在地鐵施工事故中的體現(xiàn)，對于提高施工人員安全能力，保障地鐵施工安全具有重要意義。

1 施工人員安全能力模型及形成機(jī)理

1.1 施工人員安全能力定義及模型

目前國內(nèi)已經(jīng)對施工人員安全能力進(jìn)行了一定研究，將施工人員安全能力定義為:在一個(gè)施工現(xiàn)場內(nèi)，施工人員利用與整合所擁有的知識、技能、態(tài)度、動(dòng)機(jī)、個(gè)人價(jià)值等內(nèi)在特質(zhì)，使完成某項(xiàng)施工工作過程中可能存在的危害控制在絕對的最低限度內(nèi)，或者至少使其保持在可容許范圍內(nèi)［2］。

施工人員安全完成某項(xiàng)施工工作，需要完成三個(gè)階段的心理活動(dòng)過程:感知——判斷——響應(yīng)。施工人員處于一個(gè)危險(xiǎn)不可避免的環(huán)境中，在危險(xiǎn)迫近時(shí)，任何一個(gè)階段的失誤，都能導(dǎo)致施工工作的不能完成，即發(fā)生事故。施工人員只有正確感知、正確判斷、正確響應(yīng)，才能安全地完成施工工作。根據(jù)施工人員安全能力與不安全行為及事故的關(guān)系，構(gòu)建施工人員安全能力模型如圖1所示。在構(gòu)建的模型中，清楚地揭示了施工人員安全能力的發(fā)揮過程，同時(shí)說明了施工人員安全能力的強(qiáng)弱直接影響到是否會(huì)發(fā)生安全事故，其中施工人員安全能力任務(wù)與內(nèi)在特質(zhì)之間是匹配關(guān)系，即若施工人員擁有進(jìn)行正確感知、正確判斷、正確響應(yīng)所需的知識、技能、態(tài)度等內(nèi)在特質(zhì)，則表現(xiàn)為安全行為，若不能擁有，則表現(xiàn)為不安全行為。

圖1 施工人員安全能力模型

1.2 施工人員安全能力形成機(jī)理

在危險(xiǎn)迫近時(shí)，施工人員只有正確感知危險(xiǎn)、正確判斷是否危險(xiǎn)以及采取正確的措施響應(yīng)危險(xiǎn)，才能安全地完成施工工作，即表現(xiàn)出相應(yīng)的安全能力，因此，施工人員安全能力可被分解為感知能力、判斷能力、響應(yīng)能力。

(1)感知能力

感知是施工人員行動(dòng)決策前對環(huán)境信息進(jìn)行接收和釋義的過程，包括感覺和知覺。施工過程中，施工環(huán)境無時(shí)無刻不給施工人員提供各種各樣的信息。我們只能感知到我們注意的事物，我們也只能注意到我們感知的事物。因此，在感知階段，施工人員能夠感知到的信息正是他們所注意到的信息。由于施工人員的生理缺陷、被感知信息強(qiáng)度不夠等原因，容易造成施工人員在感知階段出現(xiàn)失誤。

(2)判斷能力

施工人員感知到信息以后，就會(huì)利用自己的技能、知識、經(jīng)驗(yàn)等，對感知到的信息進(jìn)行比較、推理、歸納、重構(gòu)、糾正等處理，判斷其是否危險(xiǎn)。如果被判斷為是危險(xiǎn)狀況，則會(huì)針對問題進(jìn)行決策，尋求解決辦法。這個(gè)階段是思維與問題解決階段，主要解決的問題是判斷是否危險(xiǎn)、如果被判斷為危險(xiǎn)，是否采取措施、采取什么樣的措施等問題。

(3)響應(yīng)能力

施工人員在判斷階段將情形判斷為危險(xiǎn)，做出采取措施的決策，并知道采取什么措施處理的情況下，就會(huì)采取具體的實(shí)際行動(dòng)。在響應(yīng)階段，施工人員根據(jù)判斷階段做出的綜合決策，發(fā)出相應(yīng)的行動(dòng)，主要解決怎樣采取措施以及檢驗(yàn)所采取的措施是否有效等問題。

2 地鐵施工事故原因分析及施工人員安全能力在事故發(fā)生中的體現(xiàn)

地鐵施工是在一定的環(huán)境條件下，通過組織作業(yè)人員利用所需的資源(材料、機(jī)器、設(shè)備、設(shè)施等)進(jìn)行作業(yè)的活動(dòng)。在一定環(huán)境條件下的施工過程中，物的不安全狀態(tài)以及信息的缺陷形成事故的隱患，若存在人的不安全行為觸發(fā)事故隱患，則會(huì)發(fā)生傷害事故。地鐵施工事故形成的4個(gè)條件可用集合公式表示為:事故={環(huán)境的不安全條件，材料/機(jī)械的不安全狀態(tài)，信息的缺陷，人的不安全行為}［3］。在人、材料/機(jī)械、環(huán)境、信息系統(tǒng)中，各因素之間的關(guān)系如圖2所示［4］。施工人員的不安全行為在整個(gè)事故的發(fā)生過程中，起到了觸發(fā)器的作用，地鐵施工過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜過程，隨時(shí)隨地都會(huì)產(chǎn)生可能的隱患，形成危險(xiǎn)源，如果監(jiān)管措施、治理措施不力，施工人員的不安全行為就會(huì)觸發(fā)由材料/機(jī)械的不安全狀態(tài)或環(huán)境的不安全條件或信息的缺陷或其中的兩個(gè)或三個(gè)并存的因素造成的危險(xiǎn)源，導(dǎo)致事故的發(fā)生。

如果施工人員不能對施工過程中存在的事故隱患進(jìn)行正確處理，就表現(xiàn)為觸發(fā)事故發(fā)生的不安全行為。同時(shí)，施工人員不安全行為是施工人員安全能力匱乏的外在表現(xiàn)，因此，施工人員不能對施工過程中出現(xiàn)的事故隱患進(jìn)行正確的感知、判斷、響應(yīng)的結(jié)果就是施工人員表現(xiàn)出不安全行為。地鐵施工人員安全能力的大小就體現(xiàn)在施工人員感覺到事故隱患，做出事故隱患危險(xiǎn)判斷，進(jìn)而對事故隱患進(jìn)行正確響應(yīng)的過程中。

圖2 地鐵施工過程中施工人員的不安全行為在事故中的作用關(guān)系圖

3 地鐵盾構(gòu)法施工坍塌事故事故隱患

由于事故隱患的存在，會(huì)誘發(fā)人員出現(xiàn)觸發(fā)事故發(fā)生的不安全行為，但是，安全能力高的人員已經(jīng)可以預(yù)測到事故的發(fā)生，因此可以取正確的方式處理事故隱患，取得防止事故發(fā)生的效果。因此，分析地鐵施工事故中體現(xiàn)的施工人員安全能力，需要對導(dǎo)致事故發(fā)生的事故隱患進(jìn)行分析。以盾構(gòu)坍塌事故為例，從環(huán)境、材料/機(jī)械、信息三個(gè)方面總結(jié)了22種能夠?qū)е率鹿拾l(fā)生的事故隱患［5－10］，如表1所示。

表1 導(dǎo)致盾構(gòu)法坍塌事故發(fā)生的事故隱患

4 施工人員安全能力在盾構(gòu)施工事故中的體現(xiàn)案例分析

由前面分析可知，地鐵施工人員安全能力的大小就體現(xiàn)在施工人員感知到盾構(gòu)坍塌事故隱患、做出坍塌事故隱患危險(xiǎn)判斷進(jìn)而對其進(jìn)行正確響應(yīng)的過程中。下面以一個(gè)實(shí)際發(fā)生的盾構(gòu)法施工坍塌事故為例［11－12］，分析施工人員在處理事故隱患的過程中體現(xiàn)的安全能力。

事故描述:廣州地鐵三號線大塘站到瀝滘站圓型盾構(gòu)隧道區(qū)間，隧道內(nèi)徑5 400 mm，采用2臺(tái)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)分左右線掘進(jìn)施工，隧道襯砌采用直徑6 m的預(yù)制鋼筋混凝土管片。盾構(gòu)施工過程中，當(dāng)左線盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)到180環(huán)，掘進(jìn)速度極其緩慢，基本上維持在2～8 mm/min，出土量非常大，3 d后完成該環(huán)推進(jìn)后，發(fā)生地表塌陷事故，沉陷范圍大約長5 m、寬5 m及深0.6 m。盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中，盡管掘進(jìn)速度非常緩慢，但是盾構(gòu)機(jī)刀盤仍然處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，刀盤扭矩沒有減小，而且千斤頂推力在該環(huán)推進(jìn)中推力明顯偏大，開挖面坍塌前幾環(huán)掘進(jìn)中千斤頂推力及刀盤扭矩?cái)?shù)據(jù)如表2所示，180環(huán)掘進(jìn)中壓力倉土壓力大小數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

表3 掘進(jìn)180環(huán)時(shí)壓力艙土壓力大小MPa

事故發(fā)生后，對開挖面前方3 m進(jìn)行地層補(bǔ)充鉆探，鉆孔芯樣機(jī)初探地質(zhì)報(bào)告及現(xiàn)場渣土土質(zhì)分析，推測盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)在砂層、全風(fēng)化泥巖及強(qiáng)風(fēng)化泥巖多層地基中掘進(jìn)。

事故原因分析:由于開挖面下部存在硬質(zhì)土層，使得盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)困難，推進(jìn)速度緩慢。在開挖面支護(hù)壓力不足情況下，開挖面上部軟弱土層不斷進(jìn)入壓力倉并經(jīng)排土器排出，隨著螺旋排土器的不斷工作，破壞從隧道頂部往地表發(fā)展，并最終表現(xiàn)為地表坍塌，這是發(fā)生開挖面失穩(wěn)坍塌的一個(gè)主要因素，同時(shí)，隨著地下水的大量排出，更加劇了開挖面上部土層的不穩(wěn)定。因此，開挖面發(fā)生坍塌原因歸結(jié)為:①開挖面上部軟土地層受到開挖面支護(hù)壓力不足是發(fā)生開挖面失穩(wěn)的主要原因;②由掘進(jìn)速度及千斤頂推力可知，開挖面底部硬質(zhì)土層為開挖帶來困難，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度緩慢，為局部失穩(wěn)后地層變形的不斷發(fā)展創(chuàng)造了條件。

施工人員安全能力分析:通過上述對事故描述以及事故原因分析，可以看出，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，由于工程地質(zhì)資料中沒有披露相關(guān)信息或者是在不同地質(zhì)變異情況的界面處進(jìn)行施工等原因，造成施工過程中存在著環(huán)境方面的事故隱患，即開挖面存在上軟下硬的互層地基(事故發(fā)生后通過補(bǔ)充鉆探得到了證實(shí))，沒有在施工前被發(fā)現(xiàn)。在存在事故隱患的情況下，施工人員沒有完成正確處理事故隱患，即完成安全能力任務(wù)的三個(gè)心理活動(dòng)過程:感知階段雖然注意到了掘進(jìn)速度極其緩慢、出土量非常大、千斤頂推力明顯偏大等盾構(gòu)施工參數(shù)，但在判斷階段，施工人員沒有對所感知到的不正常施工參數(shù)進(jìn)行正確的分析判斷，即不認(rèn)為這些不正常施工參數(shù)代表的是危險(xiǎn)狀況，或者知道是危險(xiǎn)的，但是不能明確是什么原因?qū)е铝硕軜?gòu)不正常施工參數(shù)的出現(xiàn)，因此不能采取正確的響應(yīng)措施，導(dǎo)致了事故的發(fā)生。根據(jù)前面分析的施工人員安全能力與不安全行為及事故的關(guān)系可知，施工人員沒有對所感知到的不正常施工參數(shù)進(jìn)行正確的分析判斷，說明施工人員不具備判斷及分析該情況是否危險(xiǎn)的知識、技能以及態(tài)度，或者施工人員所擁有的知識、技能以及態(tài)度與正確判斷事故隱患是否危險(xiǎn)不匹配。施工人員安全能力匱乏外在表現(xiàn)為在盾構(gòu)參數(shù)不正常的情況下，沒有及時(shí)正確地分析其原因，而是繼續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)施工，從而導(dǎo)致開挖面失穩(wěn)事故的發(fā)生。綜上所述，結(jié)合圖1所分析的施工人員安全能力模型，可得此盾構(gòu)坍塌案例中施工人員的安全能力如圖3所示。

圖3 盾構(gòu)坍塌事故中施工人員安全能力分析

5 結(jié)論

伴隨著地鐵項(xiàng)目的建設(shè)，地鐵施工事故頻發(fā)。施工人員是事故的直接接觸者，同時(shí)也是事故發(fā)生時(shí)傷亡最為嚴(yán)重的群體。施工人員的不安全行為是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接因素，是安全能力匱乏的外在表現(xiàn)。通過分析地鐵施工事故原因，得知地鐵施工人員安全能力的大小就體現(xiàn)在施工人員感覺到事故隱患，做出事故隱患危險(xiǎn)判斷，進(jìn)而對事故隱患進(jìn)行正確響應(yīng)的過程中，并對導(dǎo)致盾構(gòu)法坍塌事故的事故隱患進(jìn)行了分析。同時(shí)，以一個(gè)實(shí)際發(fā)生的盾構(gòu)法施工坍塌事故為例，分析了施工人員安全能力在事故發(fā)生過程中的體現(xiàn)，準(zhǔn)確確定了施工人員出現(xiàn)失誤的階段，這對于今后提高施工人員安全能力，保障地鐵施工安全具有重要意義。

［1］孔德彬，嚴(yán)冰．國務(wù)院批復(fù)22城市地鐵建設(shè)規(guī)劃，總投資8820億［EB/OL］．［2009－12－09］．http://news．sohu．com/20091209/n268796675.shtml．

［2］王盼盼，李啟明，鄧小鵬．施工人員安全能力模型研究［J］．中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，19(8):40－45．

［3］王春源．行為決策失誤事故及預(yù)防控制對策研究［D］．濟(jì)南:山東科技大學(xué)，2006．

［4］姚衛(wèi)峰．城市地鐵施工安全預(yù)警的研究［D］．天津:天津理工大學(xué)，2005．

［5］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．GB50446－2008盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008．

［6］張海波．地鐵隧道盾構(gòu)法施工對周圍環(huán)境影響的數(shù)值模擬［D］．南京:河海大學(xué)，2005．

［7］梁睿．北京地鐵隧道施工引起的地表沉降統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)測［D］．北京:北京交通大學(xué)，2007．

［8］劉紹偉，王夢恕，董新平．地鐵隧道盾構(gòu)法施工引起的地表沉降分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(8):1297－1301．

［9］叢恩偉．北京地鐵盾構(gòu)法施工引起地表沉降的分析與預(yù)測研究［D］．天津:天津大學(xué)，2004．

［10］魏廣文．北京地鐵盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降及建(構(gòu))筑物的變形控制標(biāo)準(zhǔn)研究［D］．北京:北京交通大學(xué)，2008．

［11］秦建設(shè)．盾構(gòu)隧道施工中開挖面失穩(wěn)事故分析［J］．浙江建筑，2005，22(S0):48－54．

［12］王殿春，可洪有．大－瀝區(qū)間盾構(gòu)隧道施工中地面沉陷原因分析［J］．西部探礦工程，2004，95(4):94－95．