隧道施工安全的探索

文/图 浙江省交通规划设计研究院 郭霄

图1 建筑从业人员十万人死亡率对比图

从英国出台“建筑（设计和管理）法规”说起

图1是一张建筑从业人员十万人死亡率对比图，从图中可以看出，相比于英国，日本的死亡率高很多。原因之一是英国于2007年出台了“建筑（设计和管理）法规”，将工人的健康和安全责任与项目业主关联，项目业主需要花费时间和金钱确保工人的健康和安全。而这时候，日本建筑业工人的健康和安全责任还是由项目的承包商和分包商自己管理和承担。因此，在激烈的市场竞争中，承包商会倾向于削减工人健康和安全费用以提供更具竞争力的报价，事故的发生往往就和这方面经费的减少相关。

项目业主与工人的健康和安全直接相关的好处是，项目业主必须考虑经费和时间，协调设计、承包商和安全协调员等各方合作解决存在的安全问题。这是英国用于减少事故率和死亡率的宏观措施。[建筑（设计和管理）法规要求对于工期大于30天或每天用工500人的项目，均需要聘请安全协调员，安全协调员为业主提供从规划到设计到施工全过程中涉及安全的问题的咨询。]

图2是日本1972年至2012年期间，建筑业事故死亡人数和隧道事故在其中所占的比例。在1978年引入新奥法施工之前，日本每年隧道施工事故死亡人数超过50人。在此之后逐步降低，到1987年以后，事故死亡人数维持在10至20人之间，与建筑业总的死亡人数之比维持在2%左右。

图2 1972年至2012年日本建筑行业和隧道行业从业人员死亡人数

日本大部分伤亡发生在隧道内

此外，还需关注隧道施工事故造成的伤亡人数的规律和趋势。图3是隧道施工行业2008年至2012年事故伤亡人数，并对每年的伤亡人数按施工方法进行了统计（数据来自于日本厚生劳动省）。图3的左幅是新奥法施工中的伤亡人数；右幅是盾构、顶管盾构、明挖暗埋和沉管等其他类型隧道的伤亡人数。新奥法施工的伤亡人数最多，但采用新奥法施工的隧道数量也最多。

图4是以新奥法为主的山岭隧道的伤亡人数与发生事故地点之间的关系。值得注意的是，大部分伤亡事故发生在隧道掌子面前和隧道内部（除掌子面以外其他位置）。竖框里不同颜色表示触发事故的不同原因，这些原因包括移动设备、脚手架、材料和环境等。几乎所有的伤亡事故都发生在隧道内。移动设备和环境导致伤亡人数最多，移动设备包括用挖掘机拖吊旋转或后退时击中工人的情况。这里的环境包括隧道落石（包括塌方），大部分落石事故发生在掌子面前。

落石引起的事故和围岩级别有什么关系？图5是不同围岩级别与落石引起的伤亡人数之间关系。图中的44个样本来自于日本隧道分包商协会在2000年至2010年期间，向各会员调查获得的。图中DI&DII、CII等与我国的围岩等级类似。由图可见，在软岩发生落石造成伤亡的人数较多，但在硬岩中也会发生。

图3 2008年至2012年日本隧道事故伤亡人数

日本隧道落石的防治

图6是落石发生时正在进行的工序。其中，钢拱架安装和起爆安装是造成伤亡最多的，原因是两个工序最靠近掌子面，作业时间长，特别是安装钢拱架劳动负荷大。几位日本学者提出的几个应对山岭隧道落石的防治措施：

喷射混凝土。在爆破开挖或机械开挖后，对掌子面在内的开挖面进行喷混凝土很重要。英国规范（BS6164：2011）在“建筑行业隧道健康和安全操作规范”中规定：“开挖后应尽快将初始喷层喷射到开挖面，以此作为临时支护的快速手段，用以阻止地表变形加剧，确保松散碎石不至于掉落，尽量降低对地层自稳能力的削弱。应考虑远程的开挖和喷混凝土方式。”喷混凝土后开挖面都变成了混凝土颜色，裂缝会容易察觉，这有助于发现地层变形。然而即使完成了喷混凝土，在喷混凝土厚度不足以提供临时支撑，或地下水的渗透弱化了喷混凝土的强度时，落石造成的伤亡仍会发生。因此，需要确保喷混凝土的厚度，并且把渗水排出。

图4 日本隧道事故发生地点与诱因与伤亡人数之间关系

图5 日本隧道事故发生地点与诱因与伤亡人数之间的关系

图6 日本落石引发的事故伤亡人员从事的施工工序

锚杆。英国规范（BS6164∶2011）写到：“锚杆可用于束缚易于掉落的松散岩块，但更本质的作用是阻止岩体在节理、裂隙和层理面等不连续结构面上分离，以保持岩体的完整性。锚杆的形式、直径和长度应该研判特定环境后决定，掘进过程中以上锚杆参数存在巨大差异。”标准中提到的岩石锚杆包括临时锚杆和永远锚杆，临时开挖面也存在设置锚杆的需求。锚杆和喷混凝土一起使用是有效的。

清理危岩。在喷射混凝土之前应采用诸如镐头机等设备清除已分离的岩石。

表1 新奥法施工流程和防护措施

钻孔排水。这个措施包括找出水脉并将水引排。喷混凝土在渗水的开挖面上粘结困难。因此尽可能合理排水。

监控隧道掌子面位移并且密切关注。这项措施涉及通过激光位移传感器等测量手段监控掌子面位移。为了观察掌子面产生新的裂缝和变形，安排专人监测掌子面非常必要。专人监控开挖面应在工人安装炸药和安装拱架时进行，另外，为了获得肉眼无法获得的微小变形，建议采用激光位移传感器监控。

具备充足的照明。英国规范（BS6164∶2011）规定，照明的照度要达到100勒克斯，应来自于两个分开的光源，以避免开挖面形成重影。

总结工作流程中预防落石的主要措施（如表1所示），将这些措施纳入工作流程中并不困难，这些措施的结合对降低落石的风险具有重要意义。

英国隧道开挖严密监控掌子面位移

英国隧道施工时，掌子面充足的灯光照明。

图7 2014年至2017年中国隧道施工事故数和死亡人数

图8 2014年至2017年中国事故（事件）原因与伤亡人数关系

图9 2014年至2017年中国事故（事件）原因与伤亡人数关系

（作者声明：上图及文中数据来自于作者经过分析比对后认为可靠的数据。每一起事故的数据均有据可查。有关的观点和论述不构成对具体项目的设计和施工建议。）

我国隧道施工安全现状

2017年10月23日，国家安全监督总局国家安全生产应急救援指挥中心发布的一份通报（矿山〔2017〕41号文），列数了今年以来，由塌方、瓦斯爆炸、不安全操作等原因引起的4起严重的隧道施工安全事故（事件），称这些事故（事件）危害严重、教训深刻。可见，我国隧道安全生产形势仍然十分严峻。

国家安全监督总局未发布全国范围内隧道施工行业的事故数和伤亡人数的详细数据。搜索国家安全监督局网站和其他相关网站发现，2014年至2017年12月19日，隧道（包括公路、铁路和轨道交通）安全事故（事件）起数至少有73起，死亡人数至少达173人，受伤人数至少达114人。不完全统计的数据已经接近日本隧道死亡人数的3倍。我国隧道安全生产改善空间巨大。

据2014年至2017年的隧道施工事故伤亡人数统计，2014年是我国隧道施工事故数及伤亡人数最多的一年，同年9月，国家安全监督总局发布了《隧道施工安全九条规定》。2015年隧道施工安全有了很大改观，但2016年和2017年有所反弹。图8、图9分别是事故（事件）死亡人数与致死原因之间的关系和事故致死原因的死亡人数占全部死亡人数的比例。从调查的73起事故（事件）看，隧道塌方、落石是造成伤亡最多的直接原因，占51%，机械吊装占25%，这一点与日本情况类似。根据调查报告，这些事故极大多属于责任事故，充分说明隧道施工是一件高风险行业，必须严格按照安全规范进行操作，切不能存侥幸心理。

建议

建议我国安全监督部门在隧道行业建立起覆盖全国的伤亡人数统计和事故调查分析，为隧道施工和管理提供更多有效的参考。

落石或塌方是中、日、英等国隧道施工安全共同面对的问题，日本学者结合英国规范提出的防治措施虽然是针对于日本的施工现状，但对我国隧道施工安全也具有很高的参考价值。

文中提及的落石防治措施中，大部分的工序都要求机械化施工，要尽可能使工人远离掌子面。这在英国和日本的隧道施工中是最基本考虑，但在我国却是隧道施工的短板。因此，真正落实山岭隧道机械化施工可以大幅改善我国隧道安全现状。

日本和英国都强调喷混凝土和锚杆对保证隧道施工安全的重要作用。这些理念在我国隧道设计中都有充分的体现，但在保证施工的质量和落实施工规范上与日、英国等国还存在很大差距。提高施工质量也是保证隧道施工安全的关键环节。

掌子面前应有充足的照明。这一点对隧道施工安全非常重要，但在我国除非有业主特别强调，否则大多数隧道开挖掌子面前的照明都严重不足。

日本数据表明，落石引起的事故中，工人安装钢拱架所占比例最大。日本通常采用重型工字钢拱架，原以为能够有效保障安全，却成为最危险的工序，这两者之间的矛盾说明：工字钢拱架可能并不是最佳选择。我国也大量采用工字钢拱架。事实上，针对软弱围岩，不同国家确实存在不同选择：欧美惯用三肢筋格栅拱架，重量轻，便于安装；挪威等国不用拱架，只用钢筋加强喷混凝土，但用纤维喷混凝土。我国新奥法隧道标准和施工方法深受日本影响，但此刻应放眼全球，吸收更优化的施工方法。