中國隧道坍塌事故時空特征及致害原因研究

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.026

摘" 要：隨著我國交通建設規模的不斷擴大，隧道里程、數量不斷提升，隧道坍塌事故時有發生，對隧道工程和施工人員產生重大威脅。因此，明確隧道坍塌事故的時空特征，厘清其主要坍塌原因，對保障我國隧道工程建設，加速交通事業發展進程具有重要意義。該文通過搜集2006—2022年的隧道工程坍塌案例，對坍塌事故時空特征進行梳理，總結主要致害原因，并結合具體案例進行剖析，主要結論如下：隧道坍塌事故主要發生在下半年的7、8、12月，應針對這些重要月份加強施工監管；事故發生次數最多的為廣西，單次事故死亡人數排名前三的為甘肅、安徽和天津；高速公路隧道事故發生頻率最高，死亡人數最多，其次是鐵路隧道。隧道坍塌致害原因主要分為不良地質、設計及施工不當和其他自然原因。而隧道坍塌事故絕大多數源于多因素的綜合作用。

關鍵詞：隧道坍塌；時空特征；坍塌事故；隧道類型；地質條件

中圖分類號：U458.3" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0104-04

Abstract： With the continuous expansion of the scale of traffic construction in our country， the mileage and number of tunnels are increasing， and tunnel collapse accidents occur from time to time， which pose a major threat to tunnel engineering and construction personnel. Therefore， to clarify the time and space characteristics of tunnel collapse accidents and clarify the main causes of tunnel collapse are of great significance to ensure tunnel construction and accelerate the development of transportation in our country. This article collects tower defense cases of tunnel engineering from 2006 to 2022， this paperanalyzes the temporal and spatial characteristics of the collapse accident， summarizes the main causes， and analyzes the specific cases. The main conclusions are as follows. Tunnel collapse accidents mainly occur in July， August and December in the second half of the year， construction supervision should be strengthened for these important months; Guangxi has the largest number of single accidents， and Gansu， Anhui and Tianjin are the top three fatalities; highway tunnel accidents have the highest frequency and the largest number of deaths， followed by railway tunnels. The causes of tunnel collapse are mainly divided into bad geology， improper design and construction and other natural causes. Most of the tunnel collapse accidents are caused by the comprehensive action of many factors.

Keywords： tunnel collapse; spatio-temporal characteristics; collapse accident; tunnel type; geological condition

隨著我國經濟的迅速發展，隧道建設規模隨之迅速增長，并在施工技術、施工速度上取得長足進步。然而高速發展的隧道工程也帶來了諸多安全方面的問題，近年來，鐵路和公路隧道施工過程中塌方、涌水、爆炸等病害問題頻發，對隧道穩定、人員安全造成重大威脅[1]。2011年8月8日，河都高速公路謝家峒隧道坍塌事故造成2人死亡，延誤工期半年，經濟損失慘重。2016年9月13日，織普高速打括隧道發生坍塌事故，7名工人不幸遇難[2]。隧道坍塌事故易發程度高、危害程度大的特點已使其成為隧道建設中最為主要的工程問題。因此，厘清隧道坍塌事故時空特征及其原因，并結合具體案例進行分類分析，對保障隧道建設安全，加速我國交通事業發展進程具有重要意義。

目前，諸多學者對相關問題進行了深入研究。侯艷娟等[3]從圍巖變形、破壞和失穩的本質特征出發，對隧道塌方演化過程和形成機理進行了系統分析，并指出了不同形成機理和圍巖活動之間的關聯。趙殿國[4]以雅安至康定高速公路盧康段小馬廠隧道的反復塌方工程事故作為研究背景，通過理論分析和數值模擬的方法，得出隧道塌方處治工程關鍵技術，主要有塌方段前方預支護結構加固、塌方段掌子面掘進開挖方法的變更及塌方段增設超前支護。李奉霖[5]以汶馬高速公路馬爾康段王家寨1號隧道右線施工中發生的塌方事故為研究對象，以理論研究、現場監控量測及FLAC3D數值模擬分析為手段，從工程地質、水文地質、施工因素等多方面研究分析了隧道塌方事故成因，根據塌方事故形成的原因與特點確立出相應的處治方法，最后對塌方處治效果作出分析和評價。

可以看出，上述研究主要集中于具體隧道塌方的原因及處治措施，而對隧道坍塌事故特征及原因研究較少，缺乏宏觀上的總結和梳理。為此，本文通過搜集2006—2022年隧道工程坍塌案例，對坍塌事故特征進行梳理，并結合具體案例進行剖析，對致害原因進行分類。相關成果能夠為隧道坍塌的有效預防、評估和處治提供依據，從而最大限度地避免隧道坍塌事故的發生，對于改善隧道施工安全現狀具有重要的現實意義。

1" 隧道坍塌事故時空特征

近10年期間各類型工程災害占隧道工程事故總數比例情況如圖 1所示，其中隧道塌方作為最為常見的工程災害類型，占比62.2%。通過大量文獻調研，不完全統計2006—2022年的典型隧道坍塌事故共計50起，死亡人數高達141人。根據相關統計資料，通過時間分布、空間分布、類型分布3個角度，分析并闡明隧道坍塌事故的時空分布特征。

1.1" 時間分布規律

圖2為2006—2022年之間隧道坍塌事故年份分布規律，由圖2可知，死亡人數和事故次數隨年份發展并未表現出明顯趨勢；2014年隧道坍塌事故死亡人數和事故次數達到高峰，死亡41人，發生事故10次。這說明隧道建設技術的快速發展和安全保障措施的完善并不能有效降低隧道坍塌事故的危害性，隧道里程、建設條件難度的不斷增加，依然讓坍塌事故成為影響隧道施工和運營安全的最大威脅。

進一步對比分析不同月份隧道坍塌事故分布規律，示意圖如圖 3所示。從圖中可以看出，隧道坍塌事故主要發生在下半年，其中7、8、12月份屬于事故高發期。這主要是由于2方面原因造成的，一方面是由于夏季7、8月份屬于雨季，12月氣候寒冷，不利的施工條件導致事故頻發。另一方面，夏季處于趕工期，施工任務量大，而12月份即將進入施工停工期，施工人員易感到疲憊、懈怠，對安全放松警惕。值得注意的是，7、11、12月份同時也是死亡人數最多的3個月，應針對這幾個月加強施工監管，提高隧道施工安全性，保障施工人員的安全。

1.2" 空間分布規律

為探究中國隧道坍塌事故的空間分布規律，繪制各省（市）事故統計分布規律，如圖4所示。從圖中可以看出，死亡人數與事故次數未呈現出明顯相關性；統計年限內共有18個省（市）出現坍塌事故，其中廣西出現的坍塌事故最多，共發生8起事故，占比16%，累計死亡28人，占比20%。為進一步明晰各?。ㄊ校┧淼拦こ烫鹿实膰乐爻潭?，定義單次事故死亡人數=死亡人數/事故個數。經過計算后，甘肅（7.67人/次）、安徽（6人/次）、天津（4人/次）是單次事故死亡人數排名前三的省（市），這和事故數前三的省份（廣西、廣東、福建）并不一致，說明通過單次事故死亡人數來衡量隧道坍塌事故的嚴重程度要更為準確。

1.3" 類型分布規律

隧道坍塌事故與隧道類型統計圖如圖5所示，可知隧道坍塌事故次數和死亡人數最多的是高速公路隧道，共發生20起坍塌事故，累計死亡人數54人；其次是鐵路隧道，共發生16起坍塌事故，累計死亡人數48人；而城市公路隧道、地鐵隧道事故次數和死亡人數都有明顯降低。這是由于高速公路隧道和鐵路隧道大多為山嶺隧道，隧道圍巖情況復雜，地質超前預報困難，同時施工條件艱苦，遠離城市，當發生事故時，救援難和不及時，導致隧道坍塌次數和死亡人數較高。

2" 隧道坍塌致害原因及案例分析

2.1" 致害原因

隧道坍塌事故一旦發生，將對隧道工程建設安全構成極大威脅，也會造成巨大的經濟損失和不良的社會影響。根據大量文獻調研和實際工程案例可知，隧道坍塌事故絕大多數源于多因素的綜合作用，往往表現為主要誘因帶動次要誘因，次要誘因反向影響主要誘因，共同導致隧道坍塌事故的發生，主要坍塌誘因劃分如下。

2.1.1" 不良地質條件

地質條件的不確定性是隧道工程的重要特點，由于勘查水平、工程預算及工期等因素的制約，前期地勘一般采用鉆探點鉆取鉆芯的方法，結合工程經驗來預估整個隧道的地質情況，因此地勘資料具有不完善、非鉆探點地質情況不準確的特點。當隧道施工至未探明的不良地質段，往往會因為未采取任何預防加固措施而導致隧道坍塌。此外，再加上有些地質災害的爆發是完全沒有預兆的，會給正在施工的隧道造成嚴重的破壞。

2.1.2" 設計及施工方法不當

隧道設計及施工的專業性較強，需要嚴格遵循相關技術標準，確保設計方案的科學性與合理性。然而受地勘資料及設計人員設計經驗所限，在設計過程中由于對圍巖條件的誤判導致不能達到預期效果，支護體系不能滿足承載要求。另一方面施工方法不當也是導致隧道塌方的主要原因。引起隧道施工方法不當的原因較多，如施工團隊技術水平弱，細節處的施工措施不到位，施工工序失衡，支護方式及質量不達標，支護不及時等均容易導致隧道坍塌。

2.1.3" 其他自然誘因

由于隧道圍巖裸露在自然界中，其穩定性受自然環境影響較大。其中，最容易導致隧道坍塌的2種自然誘因為降雨和地震。以降雨為例，當出現大量降雨時，圍巖自承能力將大大削弱，支護體系額外承受的水壓力，極易誘發隧道坍塌。

2.2" 典型案例

2.2.1" 佛山市軌道交通2號線透水坍塌重大事故

2018年2月7日晚事發前，右線盾構機完成905環掘進后，位于隧道底埋深約30.5 m的淤泥質粉土、粉砂、中砂交界處且具有承壓水的復雜地質環境中，在進行管片拼裝作業時，突遇土倉壓力上升，盾尾下沉，盾尾間隙變大，盾尾透水涌砂。經現場施工人員搶險堵漏未果，透水涌砂繼續擴大，下部砂層被掏空，使盾構機和成型管片結構向下位移、變形。隧道結構破壞后，巨量泥沙突然涌入隧道，猛烈沖斷了盾構機后配套臺車連接件，使盾構機臺車在泥沙流的裹挾下突然被沖出超過700 m，并在隧道有限空間內引發了迅猛的沖擊氣浪，隧道內正在向外逃生的部分人員被撞擊、擠壓、掩埋，造成重大人員傷亡。

該案例的主要致害原因為不良地質。事故發生段存在深厚富水粉砂層且臨近強透水的中粗砂層，盾構機穿越該地段時發生透水、涌砂、涌泥，進而坍塌的風險高。在施工過程中，盾尾密封性能下降，密封裝置被外部水土壓力擊穿，產生透水涌砂通道。在后續涌泥、涌砂嚴重情況下，指揮人員出現重大決策失誤，依然要求施工人員在隧道內繼續進行搶險作業，撤離不及時。可以看到，不良地質引起的隧道坍塌事故，往往會造成極大的影響和損失。

2.2.2" 廣州市鳳凰山隧道坍塌事故

2014年12月29日16時50分左右，位于廣州市蘿崗區的鳳凰山隧道工程進口段路基高邊坡在施工過程中，坡體局部突然坍塌，造成坡體下方4個抗滑樁處5名施工作業人員被滑坡體掩埋。經全力搶險救援，至2015年1月3日凌晨1時許，該5名人員的遺體全部被找到，當場都已證實死亡。此次事故共造成5人死亡，直接經濟損失約570.11萬元。

經調查認定，該起事故是一起由于坡體局部地質條件復雜及工程相關單位監管不到位而引發的較大生產安全責任事故。施工單位在路基工程高邊坡施工過程中，實施的現場勘察和監測工作不夠完善，未能及時發現和報告坡體局部不良地質；對事故發生前連續多日降雨重視不夠，未能謹慎地評估和防范降雨風險。可以看到，設計施工的不當也會對隧道穩定產生毀滅性的破壞。

2.2.3" 南寧市軌道交通1號線土建7標掌子面坍塌事故

2014年10月7日16時左右，施工單位開始組織左線盾構的開倉換刀作業。21時30分左右，作業人員完成此前所拆卸2把刀具的更換后，出到人閘外面平臺休息。稍作休整后，于21時40分左右繼續開工。剛過了幾分鐘，土倉內就發生了土方坍塌事故，大量塌落的黃泥夾雜著水泥塊、卵石瞬間充滿土倉并從土倉門迅速往外噴涌，2人被埋在土倉內，1人被困在人閘內，身體部分被掩埋，1人被泥石流及瞬間關閉的人閘門沖出。2014年12月31日凌晨和2015年1月2日中午，2名失蹤人員的尸體被挖出。

經調查認定，這是一起受自然天氣、復雜工程水文地質環境和施工單位管理措施不到位等多重因素疊加引發的較大生產安全責任事故，且施工單位在事故發生后存在瞞報行為。2#聯絡通道連續墻體外地下水受自然天氣及復雜工程水文地質環境等多重因素疊加影響，形成高壓水頭，壓迫左線盾構機前方連續墻接縫處，使之超過承壓極限而被破壞，導致土倉外土體瞬間坍塌，大量水土涌入土倉和人閘，掩埋作業人員，造成事故?？梢钥吹?，其他自然誘因，尤其是降雨，也很容易讓原本穩定的結構變得極易破壞。

3" 結論

本文通過搜集近15年的隧道工程坍塌案例，對坍塌事故時空特征進行梳理，通過總結致害原因并結合具體案例進行剖析，主要結論如下。

1）隧道發生的施工頻次受時間與地域的不同影響較大。其中在時間分布上，隧道坍塌事故主要發生在下半年，7、12月份不僅為事故高發期，也是死亡人數最多的時期。在空間分布上，西北與華南地區的隧道坍塌事故較多，其中廣西隧道坍塌事故發生次數最多，占據總事故的16%。施工管理企業應在重點區域與高風險月份加強施工監管，保證施工作業人員安全。

2）不同類型的隧道發生坍塌事故的概率也有所不同。統計分析表明：高速公路隧道事故發生頻率最高，死亡人數最多，其次是鐵路隧道，地鐵與城市公路隧道相對較少，這與不同類型隧道的建設規模與體量相關。

3）隧道坍塌致害原因主要分為不良地質、設計及施工不當和其他自然原因。而隧道坍塌事故絕大多數源于多因素的綜合作用。通過佛山市、廣州市及南寧市3個典型案例可以看出，復雜和不良的地質情況是發生重大坍塌事故的首要原因。

參考文獻：

[1] 候航.淺埋濕陷性黃土隧道塌方特征及處治措施分析[D].西安：長安大學，2020.

[2] 韋盛.小頭嶺隧道塌方原因分析和處治措施研究[D].西安：長安大學，2019.

[3] 侯艷娟，張頂立，李奧.隧道施工塌方事故分析與控制[J].現代隧道技術，2018，55（1）：45-52.

[4] 趙殿國.小馬廠隧道塌方處治工程措施關鍵技術研究[D].重慶：重慶交通大學，2019.

[5] 李奉霖.王家寨1號隧道塌方成因分析與處理措施研究[D].成都：成都理工大學，2017.

第一作者簡介：李俊彥（1978-），男，碩士，高級工程師。研究方向為地下工程、地下儲能。