隧道施工危险源辨识及防范措施分析

高传当

温州中合建设有限公司 浙江 温州 325000

危险源辨识是安全管理体系中的关键环节，可以系统地识别出工作环境中潜在的危险因素，有助于工程团队或企业管理层了解当前的安全状况，并提供针对性的风险管理策略，评估不同危险源的可能后果和发生的概率，可以将资源和注意力集中在那些可能造成最大损害的风险上，提高了防范措施的有效性，也提升了整体安全管理的效率，防止事故发生，减少潜在的法律责任，也是构建安全文化和提高员工安全意识的重要环节。

1 隧道施工的主要危险源

1.1 地质不稳定导致的风险

隧道施工中地质不稳定所引起的风险影响着项目的安全性和成功，地质不稳定性的问题主要源于三个方面：地层结构的不连续性、岩石的不均匀性以及地下水流的不确定性。地层结构的不连续性指的是地下岩层间存在的断裂、空洞或软弱地带，不连续性区域可能在施工过程中导致地层移动或沉降，对隧道的结构稳定性造成威胁，隧道挖掘时可能遇到未预料的空洞，造成地面坍塌或施工机械的意外下沉[1]。岩石的硬度、密度和抗压强度在不同地层之间可能差异巨大，其密度的不均匀性导致施工困难增加，特别是在需要进行爆破或使用重型机械的情况下。硬岩层与软岩层的交界处尤其难以处理，容易导致设备损坏或施工安全事故。地下水流的不确定性也不容忽视，地下水位的波动和流动可能导致施工区域突然水位上升，增加了洪水的风险，尤其是在深层隧道施工中，地下水也可能侵蚀地层，引起土壤和岩石的稳定性下降。

1.2 施工机械的安全隐患

施工机械的安全隐患主要源于两方面：操作错误和机械故障。操作错误通常由操作人员的不熟练、疏忽或不遵守安全规程引起，重型机械如掘进机、运输车辆和起重设备可能在狭窄、复杂的隧道施工环境中造成意外，导致严重伤害或财产损失。机械故障可能包括液压系统失效、电子控制故障或结构性损坏，在使用过程中突然发生，增加了施工过程中的不确定性和风险[2]。机械故障会直接威胁到操作人员和周围工人的安全，导致施工进度延误和成本增加。

1.3 电气安全问题

隧道施工环空间狭窄、湿润和通风不足，电线和电气设备容易受潮，增加了短路和触电的风险。隧道施工过程中，隧道施工的物理环境对电气设备和线路构成了额外的威胁。物理冲击如施工设备的撞击或落石，可能损坏电线和设备。机械磨损也是重要因素，尤其是在长期使用或在恶劣环境下操作的情况下。不当操作即电气设备的不正确安装或使用，也可能导致设备损坏或发生故障。

1.4 火灾和爆炸风险

隧道施工中的火灾和爆炸风险源于多种因素，包括易燃材料的使用、电气设备的故障、机械作业中的摩擦热以及化学品的不当存储或使用。隧道施工过程中，施工常用材料如润滑油、清洁剂、绝缘材料和柴油都属于易燃物质，如果在不适当的条件下使用或存储，如高温环境或靠近热源，极易引发火灾，施工现场的电气设备，如电缆、配电板和照明设备，在长时间运行或因维护不当时可能过热，引发火灾。隧道施工中还涉及到大量的机械作业，如钻孔、切割和焊接，作业过程中产生的高温火花或摩擦热是潜在的火灾源。尤其是在封闭的隧道环境中，这些火花可能迅速点燃周围的易燃物质。化学品的使用也是火灾和爆炸风险的重要因素。隧道施工中可能会使用到各种化学品，如爆破用的炸药、化学泡沫和树脂，如果不正确地处理或存储，可能引发化学反应，导致火灾或爆炸。

1.5 工人健康和安全问题

隧道施工通常在地下进行，工人需要在封闭、通风不良的环境中长时间工作，而地下施工条件较为恶劣，空气质量差，增加工人暴露于有害尘埃、化学蒸汽和其他污染物的风险。长期暴露于这样的环境中可能导致呼吸道疾病，如肺炎和慢性阻塞性肺病。隧道施工常伴随着重型机械的使用和大量的物理劳动，增加了工人遭受物理伤害的风险，在狭窄、不均匀的地形上工作，增加了跌倒和滑倒的风险。隧道施工常常涉及到长时间的工作，导致工人出现过劳症状，如疲劳、注意力不集中和反应迟钝，增加工作中出错的概率，增加事故发生的风险。

2 隧道施工危险源辨识方法

2.1 现场调查与风险评估

现场调查是风险评估的第一步，其目的是全面了解施工现场的特点和潜在的危险因素，包括对地质结构、施工环境、使用的材料和设备以及作业流程的详细审查。风险评估则是在现场调查的基础上进行的，包括对已识别危险源可能导致的事故后果的评估，以及事故发生的概率分析[3]。评估过程中，通常会采用定量或定性的方法，如故障树分析（FTA）或事件树分析（ETA），以系统地分析事故发生的可能路径和其潜在的后果。风险评估的目的是确定哪些危险源需要优先控制，以及应采取何种措施来减少这些风险到可接受的水平。

2.2 历史数据分析

隧道施工危险源辨识方法中的历史数据分析种基于以往经验和案例研究的系统性方法，旨在识别和评估潜在的风险，收集和分析历史上类似隧道工程中发生的事故、故障及其原因，为当前的隧道施工提供有价值的参考和指导。历史数据的分析包括事故报告、案例研究、以往工程的安全记录以及相关研究论文。通过对历史数据的详尽分析，揭示隧道施工中常见的风险模式和故障原因，理解特定类型风险的发生频率和严重程度，提供关于事故预防和风险控制措施的实践经验。历史数据分析还涉及对数据进行统计学处理，以识别风险发生的概率和趋势，包括应用概率分布、回归分析和其他统计方法来量化风险，准确地预测和评估潜在的风险，制定更有效的风险管理策略。值得注意的是，历史数据分析的有效性依赖于数据的质量和完整性。因此，确保数据的准确性和代表性是此方法的关键，虽然历史数据提供了重要的参考信息，但随着技术的发展和施工方法的改进，过去的经验可能需要结合当前的施工环境和技术条件进行适当的调整。

2.3 专家咨询与意见

专家咨询是邀请具有深厚专业知识和丰富经验的专家，对隧道施工项目的潜在危险进行评估和分析，以便于识别和预防可能的风险。专家组通常由地质学家、工程师、施工安全专家和其他相关领域的专业人士组成，利用自身的专业知识和实践经验，对隧道施工的各个方面进行深入的分析和评估。专家咨询的过程包括对隧道施工计划的全面审查，评估设计方案的可行性、施工方法的安全性以及使用的技术和材料是否符合行业标准，对地质报告进行评估，分析地质结构的稳定性、地下水情况以及其他可能影响施工安全的地质因素。评估过程中，专家们会特别关注那些可能被项目团队忽视的潜在风险如非常规的地质问题、施工方法中的隐患以及施工现场的特定环境风险。专家咨询不仅限于项目开始阶段，而是应该贯穿于整个施工过程。随着施工进展，新的风险可能会出现，原有风险的性质也可能发生变化。因此，专家的持续参与和定期评估对于及时识别和应对新出现的风险至关重要。

2.4 监测设备的应用

监测设备用于实时监控施工环境和工程状态，提前识别和预防潜在的风险。监测设备的应用范围包括地质监测、结构监测、环境监测和机械设备状态监测，为工程师和项目管理者提供了准确、实时信息以支持风险评估和决策过程。地质监测设备，如地下雷达、应力/应变计和倾斜计，用于评估隧道周围地层的稳定性和动态变化，检测地层移动、裂缝发展和地下水流动，预警可能的地质灾害，如塌方或水突破。结构监测设备如裂缝计和振动传感器，则用于评估隧道结构的完整性和安全性，监测隧道衬砌的裂缝发展、变形和振动情况，为评估结构稳定性和确定维修需求提供数据支持[4]。环境监测设备包括空气质量传感器、噪音和灰尘测量仪器，用于监控施工现场的环境条件，保护工人健康，监测有害气体、粉尘和噪音水平，确保施工环境符合安全标准。此外，机械设备状态监测设备，如温度传感器和振动分析仪，用于监控施工机械的运行状况，通过实时监测设备的关键参数，预防机械故障和维护工作的及时性，降低设备故障带来的风险。

3 隧道施工危险源防范措施分析

3.1 地质风险预防

地质风险的预防，必须以深入的地质勘探作为基础，使用先进的地质探测技术，如地震反射法、钻探和地下雷达探测，以准确评估施工区域的地质条件，包括岩石类型、地层结构、断层分布及地下水情况，地质模型的构建和分析对于理解地质条件的复杂性和动态变化同样重要。基于详尽的地质勘探结果，工程设计应考虑到地质条件的特点和挑战，采用适应性强的施工技术和方法，软弱地层或高地下水位区域采用盾构法或冻结法等特殊施工技术，施工过程中的地质监测也是预防地质风险的关键环节，包括实时监测地面沉降、岩石应力和地下水位的变化，以及对隧道衬砌的稳定性进行连续监控。地质风险管理还应包括应急预案的制定和执行，在施工计划中应预先考虑可能的地质异常情况，如突水、坍塌或岩爆，并制定相应的应急响应措施[5]。此外，工作人员应接受专业培训，以增强对地质风险的认识和应对能力。

3.2 机械电气安全保护

机械设备安全保护措施的首要任务是确保所有机械设备符合安全标准，包括其设计、制造和维护，应定期进行维护和检查，以确保其处于良好的工作状态。此外，应实施有效的操作培训计划，确保所有操作人员熟悉机械设备的安全操作程序和应急响应措施。电气安全保护则涉及到一系列确保电气设备和系统安全运行的措施，所有电气系统和设备必须遵循严格的安全标准和法规。这包括使用合格的电气材料、正确的电线铺设和合适的绝缘措施。电气设备应定期接受检查和维护，以及在恶劣的环境条件下进行额外保护，例如在潮湿或尘埃环境中使用防水和防尘设备。

3.3 火灾爆炸防范

所有在隧道施工中使用的易燃易爆物质，如燃料、溶剂和化学品，必须进行严格的管理，保障易燃易爆炸物质的储存、运输和使用符合相关的安全标准和法规，采用防火和防爆的储存设施，并在施工现场设置明显的安全标识。施工操作方面，进行焊接、切割或其他可能产生火花的活动时，采用防火措施和设备。有效的应急预案对于应对火灾和爆炸事故至关重要，如详细的逃生路线规划、紧急疏散演练以及灭火和救援设备的配备。应急预案应定期更新和演练，确保在发生火灾或爆炸时，迅速有效地采取措施，以最大程度减少人员伤害和财产损失。

3.4 现场安全保护

工作人员应配备并正确使用必要的个人保护装备（PPE），如安全帽、防尘口罩、安全眼镜、耳塞、防护服和防滑鞋，对于预防因落石、粉尘、噪音和化学物质暴露等引发的伤害至关重要。现场安全管理应包括对施工现场的有效隔离和标识。设置明显的安全标志和警示，以及采取必要的隔离措施，以防止无关人员进入危险区域，确保工作人员了解现场的潜在风险。此外，应实施现场交通管理计划，包括车辆和行人的安全路线规划，以减少施工现场的交通事故。

4 隧道施工危险源辨识及防范案例分析

新建兰新铁路第二双线西宁至张掖段的小平羌隧道施工事故，凸显了复杂地质条件下隧道建设的困难。该隧道位于祁连山区，海拔高度介于3100米至3800米之间。2011年4月19日晚间至20日凌晨，发生了严重的坍塌事故，导致12名作业人员遇难，直接经济损失约908万元人民币。坍塌发生在DK349+035至DK349+050区段，坍塌体积约400立方米，塌腔高8至10米。事故地点地质构成包括石炭系灰岩夹页岩和泥灰岩，地层软硬相间，多个向斜、背斜相间的复式褶皱，地表覆盖风化残积土层较厚。此外，冻土融化导致的地表水下渗，降低了围岩的抗剪强度，是事故发生的潜在因素。这一事故突显了在高风险地质环境中进行隧道施工的挑战，以及深入分析地质条件和风险评估的重要性。分析小平羌隧道施工事故的案例，可以提出一系列的危险源辨识方法和防范措施，使用先进的地质探测技术，如地震波探测、岩心钻探等，来深入了解地层构造、岩性和断层分布，并分析类似地质条件下的历史施工案例和事故记录，以了解可能的危险源，还需安装地表和地下的传感器，监测地表位移、裂缝发展、地下水位变化等指标。该案例应采取的防范措施包括：加强初期支护，使用加固的钢筋拱架和厚度更大的喷射混凝土层，以增强隧道的初期稳定性；水文地质管理，实施地下水排水系统和防渗措施，减少水对地层的软化作用。

5 结语

隧道施工中的危险源辨识及防范工作是系统性的过程，涉及多方面考量。通过对地质、机械电气、火灾爆炸和现场安全等风险的深入分析，以及对应的预防策略的实施，可以有效地提高隧道施工的安全性，还需要工程团队的专业知识、经验和对安全的持续承诺。随着技术的进步和安全意识的提高，隧道施工的安全管理将更加高效和系统化，保护工作人员的安全，确保工程项目的成功。