地鐵盾構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

(東南大學建設與房地產研究所，江蘇南京210096)

0 引言

隨著我國經濟的持續(xù)快速發(fā)展，城市化進程的不斷加快，城鎮(zhèn)人口急劇增加，為了緩和城市交通擁擠的狀況，國內很多大城市相繼修建了地鐵。迄今為止，已有10個城市開通了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，總建設里程為2 500 km，投資規(guī)模達9 937.3億元［1］。但是，由于地鐵項目施工過程具有隱蔽性、復雜性和技術難度高等突出的特點，近年來，國內地鐵施工事故頻發(fā)，帶來了嚴重的人員傷亡、財產損失以及環(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，從此便開始了關于人的因素對于事故發(fā)生影響的研究，產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理

1.1 施工人員安全能力定義及模型

目前國內已經對施工人員安全能力進行了一定研究，將施工人員安全能力定義為:在一個施工現(xiàn)場內，施工人員利用與整合所擁有的知識、技能、態(tài)度、動機、個人價值等內在特質，使完成某項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，或者至少使其保持在可容許范圍內［2］。

施工人員安全完成某項施工工作，需要完成三個階段的心理活動過程:感知——判斷——響應。施工人員處于一個危險不可避免的環(huán)境中，在危險迫近時，任何一個階段的失誤，都能導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，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系，構建施工人員安全能力模型如圖1所示。在構建的模型中，清楚地揭示了施工人員安全能力的發(fā)揮過程，同時說明了施工人員安全能力的強弱直接影響到是否會發(fā)生安全事故，其中施工人員安全能力任務與內在特質之間是匹配關系，即若施工人員擁有進行正確感知、正確判斷、正確響應所需的知識、技能、態(tài)度等內在特質，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理

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

(1)感知能力

感知是施工人員行動決策前對環(huán)境信息進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，就會利用自己的技能、知識、經驗等，對感知到的信息進行比較、推理、歸納、重構、糾正等處理，判斷其是否危險。如果被判斷為是危險狀況，則會針對問題進行決策，尋求解決辦法。這個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、如果被判斷為危險，是否采取措施、采取什么樣的措施等問題。

(3)響應能力

施工人員在判斷階段將情形判斷為危險，做出采取措施的決策，并知道采取什么措施處理的情況下，就會采取具體的實際行動。在響應階段，施工人員根據(jù)判斷階段做出的綜合決策，發(fā)出相應的行動，主要解決怎樣采取措施以及檢驗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、機器、設備、設施等)進行作業(yè)的活動。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，則會發(fā)生傷害事故。地鐵施工事故形成的4個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/機械、環(huán)境、信息系統(tǒng)中，各因素之間的關系如圖2所示［4］。施工人員的不安全行為在整個事故的發(fā)生過程中，起到了觸發(fā)器的作用，地鐵施工過程是一個動態(tài)變化的復雜過程，隨時隨地都會產生可能的隱患，形成危險源，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觸發(fā)由材料/機械的不安全狀態(tài)或環(huán)境的不安全條件或信息的缺陷或其中的兩個或三個并存的因素造成的危險源，導致事故的發(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，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)的事故隱患進行正確的感知、判斷、響應的結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，做出事故隱患危險判斷，進而對事故隱患進行正確響應的過程中。

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系圖

3 地鐵盾構法施工坍塌事故事故隱患

由于事故隱患的存在，會誘發(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可以預測到事故的發(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，需要對導致事故發(fā)生的事故隱患進行分析。以盾構坍塌事故為例，從環(huán)境、材料/機械、信息三個方面總結了22種能夠導致事故發(fā)生的事故隱患［5－10］，如表1所示。

表1 導致盾構法坍塌事故發(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坍塌事故隱患、做出坍塌事故隱患危險判斷進而對其進行正確響應的過程中。下面以一個實際發(fā)生的盾構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隧道區(qū)間，隧道內徑5 400 mm，采用2臺土壓平衡式盾構機分左右線掘進施工，隧道襯砌采用直徑6 m的預制鋼筋混凝土管片。盾構施工過程中，當左線盾構機掘進到180環(huán)，掘進速度極其緩慢，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。盾構機推進過程中，盡管掘進速度非常緩慢，但是盾構機刀盤仍然處于轉動狀態(tài)，刀盤扭矩沒有減小，而且千斤頂推力在該環(huán)推進中推力明顯偏大，開挖面坍塌前幾環(huán)掘進中千斤頂推力及刀盤扭矩數(shù)據(jù)如表2所示，180環(huán)掘進中壓力倉土壓力大小數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 盾構掘進參數(shù)

表3 掘進180環(huán)時壓力艙土壓力大小MPa

事故發(fā)生后，對開挖面前方3 m進行地層補充鉆探，鉆孔芯樣機初探地質報告及現(xiàn)場渣土土質分析，推測盾構機已經在砂層、全風化泥巖及強風化泥巖多層地基中掘進。

事故原因分析:由于開挖面下部存在硬質土層，使得盾構機掘進困難，推進速度緩慢。在開挖面支護壓力不足情況下，開挖面上部軟弱土層不斷進入壓力倉并經排土器排出，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)坍塌的一個主要因素，同時，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)生坍塌原因歸結為:①開挖面上部軟土地層受到開挖面支護壓力不足是發(fā)生開挖面失穩(wěn)的主要原因;②由掘進速度及千斤頂推力可知，開挖面底部硬質土層為開挖帶來困難，導致盾構機掘進速度緩慢，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，在盾構掘進過程中，由于工程地質資料中沒有披露相關信息或者是在不同地質變異情況的界面處進行施工等原因，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)生后通過補充鉆探得到了證實)，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的三個心理活動過程:感知階段雖然注意到了掘進速度極其緩慢、出土量非常大、千斤頂推力明顯偏大等盾構施工參數(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)進行正確的分析判斷，即不認為這些不正常施工參數(shù)代表的是危險狀況，或者知道是危險的，但是不能明確是什么原因導致了盾構不正常施工參數(shù)的出現(xiàn)，因此不能采取正確的響應措施，導致了事故的發(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系可知，施工人員沒有對所感知到的不正常施工參數(shù)進行正確的分析判斷，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不匹配。施工人員安全能力匱乏外在表現(xiàn)為在盾構參數(shù)不正常的情況下，沒有及時正確地分析其原因，而是繼續(xù)進行掘進施工，從而導致開挖面失穩(wěn)事故的發(fā)生。綜上所述，結合圖1所分析的施工人員安全能力模型，可得此盾構坍塌案例中施工人員的安全能力如圖3所示。

圖3 盾構坍塌事故中施工人員安全能力分析

5 結論

伴隨著地鐵項目的建設，地鐵施工事故頻發(fā)。施工人員是事故的直接接觸者，同時也是事故發(fā)生時傷亡最為嚴重的群體。施工人員的不安全行為是導致事故發(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，做出事故隱患危險判斷，進而對事故隱患進行正確響應的過程中，并對導致盾構法坍塌事故的事故隱患進行了分析。同時，以一個實際發(fā)生的盾構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。

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