隧道洞口段施工安全事故统计与风险因素分析

高爱民

(京沈铁路客运专线京冀有限公司 工程管理部，北京 100071)

1 隧道施工安全概述

铁路、公路工程具有流动性大、临时设施多、施工环境艰苦等特点，加之目前安全管理人员数量、施工作业人员专业素质等问题，使铁路工程施工具有较高的安全风险。在路基、桥涵、隧道等各大专业中，隧道工程因作业环境差(如有害气体、潮湿、黑暗、半密闭空间等)、技术复杂、标准要求高、安全风险高(如存在坍塌风险、中毒风险、瓦斯爆炸风险、突涌水风险等)，以及隧道施工空间狭窄、多工序多工种联合作业，施工安全风险高，是安全事故频发的领域。结合相关文献[1-9]，以及从国家安全生产监督管理总局网站、各地方安全生产监督管理局网站等收集统计2005年至2016年间铁路、公路隧道安全事故案例，在所统计的事故案例中，塌方事故占总数的60.9%，可见，由于隧道工程的地质特性和工艺特性，塌方是隧道(尤其是洞口段)最容易发生的事故[10]。

在隧道施工中，洞口段施工是其中最薄弱的环节之一。隧道施工的洞口地段，是指隧道进口(或出口)附近对隧道施工有影响的地段，该地段通常因地质地形复杂需要进行特殊处理。作为隧道工程的咽喉，洞口地段的地形地貌特征和地质特点均对隧道的施工作业安全不利。从施工安全的角度来看，隧道洞口工程具有以下特点。

(1)洞口地段埋深都比较浅，接近于地表，其地层一般比较破碎，多属堆积、坡积、严重风化或节理裂隙发育的松软岩层，稳定性较差，极易造成冒顶事故。

(2)如果出现岩层层面坡度与洞门主墙开挖坡度一致的情况，容易产生纵向推滑力，造成洞门坍塌事故。

(3)由于洞口地段埋深多数比较浅，一旦塌方可能塌穿到地表面，形成塌穿型塌方，不仅危及施工人员安全，而且危及隧道上方及邻近区域的地表建(构)筑物安全。

(4)当隧道位于沟谷一侧或傍山时，往往由于偏压而产生侧向压力，容易导致隧道侧向超量变形甚至坍塌。这些特点使隧道洞口地段的施工风险很高，加之隧道进洞施工往往是在隧道施工的初期，参建各方还处在施工前期，对隧道施工中的风险易存在认识上的误区和不足，这进一步加大了风险发生的概率，加重了事故损失程度。

经分析筛选，在统计的隧道施工安全事故案例中，属于洞口段的事故占所调查隧道施工安全事故总数的52.2%，可见洞口段是隧道施工中的特别重大危险源。在此，以隧道洞口段施工安全为主题，分析近年铁路、公路隧道工程洞口段安全事故特点，提出精准管理思路，以期对我国隧道工程建设安全管理提供参考。

2 隧道洞口段施工安全事故及因素分析

2.1 施工安全事故影响因素分析

基于事故致因与系统安全理论，可以将导致隧道洞口段工程施工安全事故的因素分为5类：地质因素、水文气象因素、工艺与技术方案因素、施工组织因素和其他因素。

(1)地质因素。地质因素主要指：①不良地质和特殊岩土特征，主要包括岩溶、风积沙层、含水砂层、富水软弱破碎围岩、膨胀性围岩、挤压性围岩、瓦斯、岩爆、黄土、高原冻土，这一类不良地质和特殊岩土，容易造成隧道塌方、冒顶片帮、突水突泥、瓦斯爆炸等；②地形陡峻的地表，这一类特征容易发生崩塌落石事故、高处坠落伤害、物体打击伤害等；③顺层边坡等特征，这一类特征的存在容易导致隧道边仰坡滑坡灾害事故，如果采用钻爆法进行隧道施工，还可能因爆破振动而增加滑坡的风险。

(2)水文气象因素。水文气象因素是指气温、风、霜、雨、雪、地表径流、地下径流等。不良的地质特征是导致事故灾害的根本因素，而水文气象因素的变化会导致灾害的发生，如降水引发滑坡、地表径流引发泥石流、气温变化使冻土隧道围岩从稳定状态变为不稳定状态等。

(3)工艺与技术方案因素。工艺与技术方案因素主要包括所采用工艺流程的科学性、所执行安全专项方案的合理性、所获取超前地质预测预报结果的准确性、监控量测的精准性与实时性等。当采用的工艺与技术方案存在缺陷，易导致各类重大安全事故甚至地质灾害。

(4)施工组织因素。施工组织的主体是人，对于人所存在的不安全行为与不安全状态的风险，如果不及时加以消除，可能导致各类事故。编制得再好的施工组织设计也需要参建各方的严格执行，否则给安全留下事故隐患。施工组织因素主要包括：①安全组织体系，如果安全组织体系不完善[11]、所制定的安全制度有漏洞、安全文化建设不到位，可能使安全管理人员不具备安全工作精细化管理的意识与思想，容易因安全管理工作存在漏洞而使隧道施工安全风险失控；②安全交底，是沟通安全管理人员和安全作业人员之间的桥梁[12]，如果安全交底内容不通俗或书面交底未做当面沟通交流，则可能因作业人员不懂得安全知识、不掌握安全技能而发生隧道施工安全事故；③安全教育，如果安全教育不到位、安全技能培训工作缺失[13]，可能导致工人个体存在不安全的行为，如没有高处作业系好安全带的习惯、缺乏隧道坍塌逃生避险意识等；④监理风险，安全监理是监理工作的一项基本内容[14]，如果监理人员在安全意识、安全知识和安全技能方面有所缺失，则监督工作失效，导致隧道施工安全监管处于真空状态。

(5)其他因素。除上述因素之外，还有一些可能导致隧道施工安全事故的因素，如作业人员家庭变故、亲人离世、身体疾病、心理疾病等，以及地震灾害、机械设备意外性故障(不包括带病作业)、千年一遇洪灾等。

2.2 洞口段安全事故统计分析

2.2.1 分因素安全事故统计

按照地质因素、水文气象因素、工艺与技术方案因素、施工组织因素及其他因素对洞口段事故案例进行统计(在该项统计中，对事故因素的统计为重复性统计)，统计结果如表1所示。

表1 分因素安全事故统计

从表1可以看出，地质因素占事故案例总数的64.6%，说明客观存在的各种复杂地质情况是导致事故发生的主要因素。水文气象因素占事故案例总数的10.4%，而地质因素常通过水文气象因素起作用，如边仰坡坍塌往往与降雨有关。工艺与技术方案因素占事故案例总数的14.6%，说明部分事故也源于采用了不合理的工艺和技术方案。施工组织因素占事故案例总数的52.1%，说明施工组织与安全管理工作不到位，没有做细做实，发生安全事故概率就高。

2.2.2 分类型安全事故统计

按照边仰坡坍塌、洞口段洞内坍塌、爆炸、高处坠落及其他事故对洞口段事故案例进行统计，详细数据如表2所示。

表2 分类型安全事故统计

从表2可以看出，在隧道洞口段安全事故案例中，边仰坡坍塌占比最高，为43.8%，坍塌与地表岩土松散破碎、岩石节理发育、地形陡峻及人类施工活动影响等因素密切相关；进洞后在隧道洞口段坍塌(包括冒顶片帮)占总事故案例的31.3%，坍塌与洞口段埋深浅、地表岩土松散破碎、岩石节理发育、偏压等因素密切相关；各类坍塌事故合计占事故案例总数的75.1%，则在洞口段施工中，预防各类坍塌事故是安全工作的重中之重。爆炸事故占总事故案例的8.2%，发生这类事故的原因一般与安全管理工作不细、《爆破安全规程》执行不严等相关。高处坠落事故占总事故案例的6.3%，这与作业人员未严格遵循高处作业相关安全规定相关。其他事故占总事故案例的10.4%，防止这类事故更需要安全管理人员将安全工作做细做实。

2.2.3 分阶段安全事故统计

按照进洞前施工准备阶段、进洞后洞内施工阶段、出口阶段对洞口段事故案例进行统计，详细数据如表3所示。

表3 分阶段安全事故统计

从表3可以看出，尽管进洞前的准备阶段时间不长，工程量不很大，但该阶段事故占案例总数的22.9%，说明准备阶段的事故率较高，而且该阶段极易发生边仰坡坍塌，事故损失也较大，这就要求施工单位重点关注，以降低边仰坡坍塌等事故的发生概率。进洞后洞内施工阶段事故占总案例数的35.4%，该阶段所发生的事故多与施工人员的安全意识不强、对洞口段存在的风险认识不足有关。出口阶段安全事故占案例总数的41.7%，说明出口段的风险也不容忽视。总体而言，进口段(包括进洞前准备阶段、进洞后施工阶段)较出口段的安全事故例数高40%，出口段施工安全事故占比有所降低，这与施工人员的安全知识、安全技能等有所提高相关。

2.3 隧道洞口段施工安全风险源分析

根据前述分析，应从隧道工程所处的地质状态、水文气象特征、施工组织管理、工艺与技术方案等方面进行分析，并进行精准管控，从而降低风险概率，将事故消灭在萌芽状态。

(1)从地质状态角度看，可能导致隧道安全事故的情况有：隧道所处为岩溶、风积沙层、含水砂层、富水软弱破碎围岩、膨胀性围岩、挤压性围岩、瓦斯、岩爆、黄土、高原冻土等不良地质和特殊岩土；隧道洞口地段地形陡峻、顺层边坡、有滑坡体等；隧道洞口段存在偏压的情况。

(2)从水文气象的角度看，可能导致隧道安全事故的情况主要包括：六级强风以上的天气；冰点气温变化的天气，冻-融天气；降雨降雪，久旱后降雨或持续多日降雨；隧道洞口段地表径流流量大；地下径流流量大，承压水。

(3)从施工组织管理的角度看，可能导致隧道安全事故主要包括：①施工前，未核对施工图与现场实际地质、毗邻建(构)筑物情况是否一致，不一致时未变更而直接处理；②洞口各项工程与洞口相邻工程、临时工程的统筹安排不当，临时工程对洞口岩体稳定造成影响；③对边仰坡坍塌、地表下沉、地基承载力不足、工作面崩塌、偏压、滑坡等情况未及时安排处理或加强防护；④边坡、仰坡上方的天沟未及时施作；⑤洞口开挖及支护前，未及时安排清理洞口上方及侧方可能滑坍的表土、灌木及山坡危石等；⑥土石方开挖违反作业顺序要求；⑦管棚钢管吊装违章作业；⑧洞门基础的地基不坚实，当地基承载力不能满足要求时，未采取加固措施；⑨洞门脚手架妨碍车辆通行；⑩洞门完工后，其周围边仰坡受破坏处处理不及时。

(4)从工艺与技术方案的角度看，可能导致隧道安全事故的情况有：①在爆破方案中，洞口采用深眼大爆破或集中药包爆破开挖，或者爆破对邻近建(构)筑物有影响时，未采取控制爆破技术并对其进行安全监测；②高陡边仰坡洞口施工方案中，未设安全棚、安全栅栏或安全网等；③打桩机施做抗滑桩的方案中，未确定加固和稳定重型机械的技术措施；④截排水设施设置方案不合理；⑤弃渣方案中，弃渣堵塞排水甚至沟谷河道，或者对山坡、桥梁墩台等造成偏压。

(5)其他可能导致隧道施工安全事故的情况包括：①施工机具失稳及安全性能缺失、下降；②高处作业台(支)架失稳、安全防护失效；③人工开挖抗滑桩挖孔时攀爬孔壁上下，无通风设备，无防坠物措施；④高处作业无施工脚手架和作业平台，或者脚手架和作业平台搭设不牢固、无扶手栏杆。

3 结论与建议

3.1 结论

通过对2005—2016年间铁路、公路隧道安全事故案例的统计，可以得出以下初步结论。

(1)隧道洞口段施工安全事故案例约占隧道施工全过程安全事故案例总数的一半，说明洞口段是整个隧道施工中的安全防控重点地段。

(2)地质因素和施工组织因素是影响隧道洞口段施工安全最为关键的2个因素，不良地形地貌和水文地质状态是隧道洞口段施工塌方事故的根本原因，当施工组织也存在缺陷时，隧道洞口段安全事故发生的概率将大大增加。

(3)在隧道洞口段施工过程中，塌方事故约占事故案例总数的七成多，说明洞口段防止坍塌工作形势依然严峻。

(4)隧道进口阶段的安全事故比隧道出口阶段安全事故多约一半，这与进洞前安全意识不强、安全知识缺乏、安全技能不高等有关。

3.2 建议

鉴于隧道洞口段安全风险高，存在诸多重大风险源，建议将风险分析贯穿于隧道设计和施工全过程；参建各方应根据工程地质、水文气象等环境特征及施工现场条件对隧道工程实施动态、有效的风险控制和跟踪处理[15]，施工单位应结合环境和地质条件、施工工艺、设备、施工水平、经验和工程特点等对施工阶段的风险进行评估，在施工期间对风险实时监测、定期反馈，根据风险监测结果调整风险处理措施；监理单位应参与制订和监督施工阶段风险评估与管理工作，并检查风险处理措施的落实情况。