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(zé)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(zé)任還是由項目的承包商和分包商自己管理和承擔(dān)。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(jìn)行了統(tǒng)計（數(shù)據(jù)來自于日本厚生勞動?。?。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(dǎo)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(jìn)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(fù)荷大。幾位日本學(xué)者提出的幾個應(yīng)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(jìn)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(yīng)盡快將初始噴層噴射到開挖面，以此作為臨時支護(hù)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(yīng)考慮遠(yuǎn)程的開挖和噴混凝土方式?！眹娀炷梁箝_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(yīng)該研判特定環(huán)境后決定，掘進(jìn)過程中以上錨桿參數(shù)存在巨大差異?！睒?biāo)準(zhǔn)中提到的巖石錨桿包括臨時錨桿和永遠(yuǎn)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(yīng)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(hù)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(yīng)在工人安裝炸藥和安裝拱架時進(jìn)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(dá)到100勒克斯，應(yīng)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(yù)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(fēng)險具有重要意義。

英國隧道開挖嚴(yán)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(rèn)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(yīng)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(yán)重的隧道施工安全事故（事件），稱這些事故（事件）危害嚴(yán)重、教訓(xùn)深刻?？梢姡覈淼腊踩a(chǎn)形勢仍然十分嚴(yán)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(xì)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(dá)173人，受傷人數(shù)至少達(dá)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(zé)任事故，充分說明隧道施工是一件高風(fēng)險行業(yè)，必須嚴(yán)格按照安全規(guī)范進(jìn)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(xué)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(yuǎn)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(yīng)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(yán)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(biāo)準(zhǔn)和施工方法深受日本影響，但此刻應(yīng)放眼全球，吸收更優(yōu)化的施工方法。