陳平 周紅 舒婷

摘 要：相較一般地下工程，在近海地區(qū)進(jìn)行地鐵建設(shè)時(shí)所遇到的地質(zhì)變化和工程環(huán)境更加復(fù)雜，使得各類施工事故頻發(fā)。因此，文章針對(duì)地理位置相鄰或土巖層分布共同點(diǎn)較多的 8 個(gè)近海城市——廈門、廣州、深圳、東莞、福州、青島、臺(tái)灣、香港，進(jìn)行 2001 年—2018 年間 93 起地鐵施工事故統(tǒng)計(jì)分析，從事故類型、事故發(fā)生時(shí)間、施工工法、傷亡人數(shù)、事故致因等方面描述事故發(fā)生的規(guī)律，同時(shí)利用多因素灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)一步確定地質(zhì)條件和水是影響近海區(qū)地鐵施工安全最為關(guān)鍵的 2 個(gè)因素。最后，根據(jù)近海城市事故發(fā)生的主要特征提出相關(guān)對(duì)策和建議，為國內(nèi)近海城市的地鐵安全建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵;施工事故;近海城市;統(tǒng)計(jì)分析

中圖分類號(hào)：U231

隨著我國近海城市建設(shè)快速發(fā)展，公共交通服務(wù)便捷性需求不斷增長，近海及島嶼城市地鐵工程項(xiàng)目越來越多。地鐵隧道屬于線性建筑，穿越不同水文地質(zhì)復(fù)雜巖土體，由于開挖所形成的集水廊道、人為開挖對(duì)原有滲流場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的破壞等問題，時(shí)常引發(fā)突泥涌水、塌方、地表塌陷[1]。海域地下水受海水的垂直入滲補(bǔ)給，富水性強(qiáng)、水壓高，施工程序和施工設(shè)備的復(fù)雜性、隱蔽性等增加了工程建設(shè)過程中不確定因素，使得修建隧道遇到不良地質(zhì)的突涌水災(zāi)可能性更大。中國水域面積遼闊，內(nèi)陸水域達(dá)17.42×104 km2（長江、黃河、珠江等七大水系），遼東灣、渤海灣等海灣水域面積超過0.5×104 km2，近海區(qū)域越來越多城市由于交通建設(shè)需要修建地鐵、水下隧道。

目前地鐵施工事故統(tǒng)計(jì)研究多針對(duì)國內(nèi)所有城市或某一特定城市進(jìn)行規(guī)律性分析[2-4]，并未聚焦于地質(zhì)水文環(huán)境更為復(fù)雜的近海區(qū)域城市。因此本文根據(jù)廈門處于海濱地區(qū)及其花崗巖殘疾土地層的地質(zhì)情況，針對(duì)廈門及與廈門地理位置相鄰或土巖層分布共同點(diǎn)較多的另7個(gè)近海城市——廣州、深圳、東莞、福州、青島、臺(tái)灣、香港，進(jìn)行地鐵建設(shè)施工事故統(tǒng)計(jì)，從事故類型、施工工法、事故發(fā)生時(shí)間等角度出發(fā)，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，著重分析近海區(qū)域的地質(zhì)水文等因素對(duì)高頻事故類型發(fā)生的影響，以期發(fā)現(xiàn)事故致因及其規(guī)律，為近海地區(qū)城市地鐵建設(shè)安全管理提供參考，以便對(duì)可能發(fā)生的地鐵風(fēng)險(xiǎn)有全面掌握。

1 近海城市地鐵施工事故統(tǒng)計(jì)分析

本文利用綜合分析法結(jié)合多因素灰色關(guān)聯(lián)分析方法從事故類型、施工事故發(fā)生時(shí)間、施工工法、傷亡人數(shù)、致險(xiǎn)原因等方面揭示事故規(guī)律。事故資料數(shù)據(jù)的主要收集來源為公開發(fā)表的政府網(wǎng)站的事故快報(bào)、大型地鐵事故詳細(xì)報(bào)告、國內(nèi)外文獻(xiàn)查閱[5]及新聞媒體報(bào)道等，統(tǒng)計(jì)時(shí)間范圍為2001年 — 2018年，最終共統(tǒng)計(jì)事故93起。

1.1 按事故類型分類統(tǒng)計(jì)

根據(jù)GB 6441-86 《企業(yè)職工傷亡事故分類標(biāo)準(zhǔn)》[6]，對(duì)8個(gè)近海城市的93起地鐵隧道施工事故進(jìn)行事故分類統(tǒng)計(jì)，得到11種主要事故類型，各類事故起數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1所示，不同類型事故下的累計(jì)傷亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

由表1和圖1可知，研究區(qū)域高頻次、高傷亡人數(shù)事故類型是坍塌，占事故總數(shù)的53.76%，累計(jì)傷亡人數(shù)最多。其次為透水，占事故總數(shù)的11.83%，透水事故未直接造成人員傷亡，但在很多情況下，事故類型并非單獨(dú)發(fā)生，通常會(huì)由原生安全事故誘導(dǎo)一系列次生安全事故，往往由于透水的發(fā)生引起坍塌事故。除此之外，物體打擊、火災(zāi)、中毒、爆炸、觸電、起重傷害、機(jī)械傷害、高處墜落等其他事故類型發(fā)生頻次接近，總體占比34.41%，這些事故雖然發(fā)生頻次較低，但一旦發(fā)生，就會(huì)造成較大的人員傷亡，且這類事故多為單人死亡事故，與事故特點(diǎn)有關(guān)，需特別注意加強(qiáng)對(duì)施工人員的安全意識(shí)培訓(xùn)。

為更細(xì)致地分析地鐵隧道施工事故的發(fā)生規(guī)律，針對(duì)發(fā)生率較高的坍塌事故進(jìn)行詳細(xì)分類。孫景來等人提出的按照坍塌原因?qū)μ鹿暑愋瓦M(jìn)行分類，將坍塌事故分為圍巖失穩(wěn)坍塌和支護(hù)強(qiáng)度不足導(dǎo)致的坍塌2大類[7]。其中，圍巖失穩(wěn)坍塌的引發(fā)原因包括：充水、施工擾動(dòng)、地壓及異常地質(zhì)構(gòu)造;支護(hù)強(qiáng)度不足的引發(fā)原因包括：勘探不清導(dǎo)致的設(shè)計(jì)不合理、管理不規(guī)范導(dǎo)致的施工質(zhì)量差、未按設(shè)計(jì)施工。由于部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，將在相關(guān)事故報(bào)告中已有明確致因的坍塌事故進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2、圖2所示。

由表2和圖2可知，與水相關(guān)的致險(xiǎn)因素占43.18%，與地質(zhì)相關(guān)的致險(xiǎn)因素占11.36%，兩者之和超過50%。坍塌事故的發(fā)生與地區(qū)地質(zhì)水文條件密切相關(guān)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)地區(qū)地質(zhì)分析可知，本文統(tǒng)計(jì)工程施工項(xiàng)目多穿過第四系殘積層及花崗巖全風(fēng)化帶，局部穿過淤泥質(zhì)土、黏性土、砂類土以及基巖的強(qiáng)微風(fēng)化帶。由于花崗巖地層具有遇水軟化且強(qiáng)度急劇降低的特性，地下浸水過多極易造成坍塌，且局部地鐵工程段地質(zhì)條件差，圍巖自穩(wěn)能力差，也會(huì)造成坍塌變形、管涌、流砂、地面沉降過大等現(xiàn)象。

1.2 按事故發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì)

依據(jù)研究區(qū)域地鐵事故發(fā)生月份，選取每個(gè)月份事故總起數(shù)、坍塌事故類型頻數(shù)、透水事故頻數(shù)3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，研究區(qū)域3月、7月事故發(fā)生最為頻繁，其次為1月、10月。研究區(qū)域城市跨越亞熱帶季風(fēng)區(qū)和熱帶季風(fēng)區(qū)，受到海洋氣團(tuán)的影響而暖熱多雨，平均相對(duì)濕度高，在7月達(dá)到最高峰。3月天氣逐漸溫暖、雨水增多，研究區(qū)域地勢(shì)較低，地質(zhì)不穩(wěn)定且城市內(nèi)水系發(fā)達(dá)，地鐵隧道一般由于地表水影響埋深較淺，由持續(xù)性降雨導(dǎo)致的土質(zhì)疏松等現(xiàn)象增加了地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致地鐵施工事故陡增，其中坍塌事故占大部分。海洋鄰近區(qū)域全年氣溫變化緩和，1月氣溫全年最低，施工條件良好，工程量大量增長，進(jìn)而事故發(fā)生更為頻繁。進(jìn)入10月以后，天氣變化較大，城市進(jìn)入梅雨季節(jié)，短時(shí)間的突降暴雨導(dǎo)致氣候潮濕、氣溫降低、施工現(xiàn)場(chǎng)能見度低等問題，從而引發(fā)施工事故;且持續(xù)性降雨使得事故現(xiàn)場(chǎng)積水嚴(yán)重，造成路面坍塌，同時(shí)還可能間接引發(fā)高處墜落事故。因此應(yīng)根據(jù)氣溫天氣變化調(diào)整工人作息，針對(duì)可能發(fā)生的極端天氣做好應(yīng)急預(yù)案，強(qiáng)化安全意識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)管理。

1.3 按事故工法統(tǒng)計(jì)

當(dāng)前地鐵施工工法主要包括明挖法、暗挖法、盾構(gòu)法、沉管法、蓋挖法、混合法等，將93起地鐵施工事故之中有明確記錄的工法進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)，得到結(jié)果如表4、圖3所示，同類工法下累計(jì)的傷亡人數(shù)如圖4所示。

由表4和圖3可知，研究區(qū)域發(fā)生地鐵施工事故中最常使用明挖法和盾構(gòu)法，這2種施工工法總和占到70%以上，安全問題尤為突出。由于施工工法本身存在風(fēng)險(xiǎn)，易發(fā)生安全事故;且這2種施工方法最為常用，施工總數(shù)較多，增加了安全事故的可能性，導(dǎo)致近20年累計(jì)傷亡人員數(shù)量達(dá)到最多。在使用這2種工法施工時(shí)，則應(yīng)更加注重加強(qiáng)設(shè)計(jì)、技術(shù)及管理各個(gè)方面的問題。

采用明挖法地下工程安全事故分類為以下幾種破壞形式：塌方、涌砂涌水、機(jī)械事故、周邊道路破壞事故、周邊建筑物破壞事故[8]，針對(duì)事故頻數(shù)最高的明挖法，將施工事故進(jìn)行進(jìn)一步分類，得到結(jié)果如表5、圖 5所示。采用盾構(gòu)法的工程事故類別主要包括：機(jī)械事故、盾構(gòu)隧道的防洪排水設(shè)施不具備或能力不足導(dǎo)致的安全事故、氣體爆炸事故、地面沉降、土壓平衡盾構(gòu)噴涌事故、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)異常導(dǎo)致的事故等[9]，按此分類，依據(jù)已有數(shù)據(jù)得到盾構(gòu)法施工事故主要類別如表 6、圖 6所示。

統(tǒng)計(jì)分析表明，明挖法施工事故中涌砂涌水事故占61.53%、塌方事故占23.07%、機(jī)械事故占11.54%;盾構(gòu)法施工事故中由于排水能力不足導(dǎo)致的事故占37.5%、地面沉降導(dǎo)致的事故占29.17%、機(jī)械事故及氣體爆炸事故分別占比12.5%和12.75%。由此可知，塌方和水害是施工過程中的重要危險(xiǎn)因素，是管理及預(yù)防的重中之重。

1.4 按事故致因統(tǒng)計(jì)

事故形成必須同時(shí)具備3個(gè)條件，即承載體、致險(xiǎn)因子和孕險(xiǎn)環(huán)境[10]。結(jié)合安監(jiān)部門公布的事故調(diào)查報(bào)告及有關(guān)專家認(rèn)定，總結(jié)研究區(qū)域地鐵施工安全事故，歸納其發(fā)生原因主要包括以下3個(gè)方面[9]：①外界原因，包括不良地質(zhì)、地下水、降雨、危舊房屋、地下管線等;②設(shè)計(jì)原因，包括結(jié)構(gòu)形式不合理、施工方法不合理、勘察不足等;③施工原因，包括人的不安全行為、技術(shù)和設(shè)備隱患、施工質(zhì)量不合格、管理不善等。由于地鐵施工事故屬于部分信息已知、部分信息未知的灰色系統(tǒng)，因此本文采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，定量分析不同事故致因因素對(duì)事故災(zāi)難危害性的影響程度，進(jìn)而有針對(duì)性地采取預(yù)防措施。灰色關(guān)聯(lián)分析的基本思想是以灰色發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似或相異程度來衡量因素間的關(guān)聯(lián)程度，克服了回歸分析和隨機(jī)過程理論的不足，對(duì)樣本量的多少和樣本有無規(guī)律都同樣適用[11]，主要通過對(duì)灰色系統(tǒng)內(nèi)有限數(shù)據(jù)序列的分析，尋求系統(tǒng)內(nèi)部諸因素間的關(guān)系，找出影響目標(biāo)值的主要因素，進(jìn)而分析各因素間關(guān)聯(lián)程度，其計(jì)算步驟如下。

（1）確定參考數(shù)據(jù)列和比較數(shù)據(jù)列。

（2）原始數(shù)據(jù)變換。由于各數(shù)列單位不同，為使不同數(shù)據(jù)之間有可比性，采用初值化法處理，即

（1）

式（1）中， Xi（ 1）為參考數(shù)據(jù)列; Xi（ k ）為比較數(shù)據(jù)列; Xi'（ k ）為比較數(shù)據(jù)列無量綱化后的結(jié)果。

（3）求差序列。

Δi（ k ）=X1'（ k ）- Xi'（ k ）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

Δi（ k ）=（Δi（ 1），Δi（ 2），…，Δi（ n）），i = 1，2，…，m

式（2）中， Δi（ k ）為絕對(duì)差數(shù)列; X1'（ k ）為參考數(shù)列無量綱化后的結(jié)果; Xi'（ k ）? 為比較數(shù)據(jù)列無量綱化后的結(jié)果。

（4）求兩極最大差M與最小差m。

（3）

式（3）中，M、m為各個(gè)序列差的絕對(duì)值中最大值和最小值。

（5）求關(guān)聯(lián)系數(shù)。

（4）

式（4）中， γ0i（ k ）為關(guān)聯(lián)系數(shù); ξ為分辨系數(shù)，ξ∈（0，1）;i為數(shù)列矩陣行數(shù);k為數(shù)列矩陣列數(shù)。

（6）計(jì)算關(guān)聯(lián)度。

（5）

式（5）中， γ0i為關(guān)聯(lián)度;n為評(píng)價(jià)因子數(shù)量。

結(jié)合研究區(qū)域事故統(tǒng)計(jì)有效事故報(bào)告等資料，選取有效事故總起數(shù)作為參考數(shù)據(jù)列，記為Y1;選取與事故有關(guān)因子作為比較數(shù)據(jù)列：不良地質(zhì)X1、地下水X2、降雨X3、危舊房屋X4、地下管線X5、結(jié)構(gòu)形式不合理X6、施工方法不合理X7、勘察不足X8、人的不安全行為X9、技術(shù)和設(shè)備隱患X10、施工措施不當(dāng)X11、管理不善X12，建立原數(shù)據(jù)矩陣，如表7所示。由式（1）至式（5）對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通常情況下，分辨系數(shù)ξ越小，分辨力越大，一般取ξ= 0.5，由此得到事故起Y1與Xi的灰色關(guān)聯(lián)度，如表 8所示。

由表8可知，各因素與地鐵施工事故起數(shù)灰色關(guān)聯(lián)度為：γ01 >γ02>γ03>γ04>γ05>γ06。不良地質(zhì)、地下水、降水、地下管線等因素灰色關(guān)聯(lián)度超過0.5，由此可見地質(zhì)和水文條件是影響近海區(qū)地鐵施工安全最為關(guān)鍵的2個(gè)因素;相較于一般地區(qū)，研究區(qū)域多穿過花崗巖全風(fēng)化帶，局部工段地質(zhì)條件差，且長期受海水補(bǔ)給及潮汐影響，地下水位較高且變化較大[12]，因此在施工前應(yīng)著重做好水文地質(zhì)勘查、超前預(yù)報(bào)及應(yīng)對(duì)突發(fā)地質(zhì)情況、極端天氣的合理技術(shù)方案。其次，地鐵事故絕大多數(shù)由外界原因、設(shè)計(jì)原因、施工原因共同作用導(dǎo)致，當(dāng)勘查—設(shè)計(jì)—施工各個(gè)環(huán)節(jié)存在缺陷時(shí)，地鐵事故發(fā)生的概率將大幅度增加。

2 統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

根據(jù)事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從多角度、多因素對(duì)事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)分析結(jié)果如下。

（1）事故類型。研究區(qū)域城市地鐵施工中發(fā)生最多的是坍塌事故，占53.76%;與國內(nèi)各地地鐵事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果不同的是，發(fā)生頻數(shù)次之的是透水事故，占比高達(dá)11.83%。針對(duì)頻數(shù)超過半數(shù)的坍塌事故進(jìn)一步分類，發(fā)現(xiàn)與水相關(guān)的致險(xiǎn)因素達(dá)43.18%，可見水為關(guān)鍵致險(xiǎn)因素。

（2）事故發(fā)生時(shí)間。研究區(qū)域城市地鐵施工事故集中發(fā)生于3月和7月。由于此類地區(qū)跨越亞熱帶季風(fēng)區(qū)和熱帶季風(fēng)區(qū)，受海洋氣團(tuán)的影響暖熱多雨，同時(shí)地質(zhì)不穩(wěn)定、城市內(nèi)水系統(tǒng)發(fā)達(dá)，因此梅雨季節(jié)的持續(xù)性降雨和短時(shí)間的突降暴雨都是施工時(shí)不得不考慮的因素。

（3）施工工法。近海城市施工事故中最為常用的工法為明挖法和盾構(gòu)法，分別占比37.14%和34.29%，進(jìn)而分析2種工法發(fā)生事故的破壞形式，發(fā)現(xiàn)塌方和水害是施工過程中的重要危險(xiǎn)因素。

（4）事故原因。通過灰色關(guān)聯(lián)度分析進(jìn)一步確定地質(zhì)和水是影響近海區(qū)地鐵施工安全最為關(guān)鍵的2個(gè)因素，研究區(qū)域施工段地質(zhì)條件差，地下水位高且變化大，易受到突發(fā)地質(zhì)和極端天氣災(zāi)害的影響。在勘查—設(shè)計(jì)—施工各階段應(yīng)著重做好水文地質(zhì)勘察、超前預(yù)報(bào)等。

3 結(jié)語

本文研究了2001年—2018年國內(nèi)地理位置相鄰或土巖層分布共同點(diǎn)較多的8個(gè)近海城市所發(fā)生的93起施工事故，通過統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)地鐵施工事故中坍塌和透水事故發(fā)生頻率最高，其中水是關(guān)鍵致險(xiǎn)因素。從事故發(fā)生時(shí)間來看，發(fā)現(xiàn)事故集中于3月和7月，由于上述城市地處熱帶季風(fēng)區(qū)，受海洋氣團(tuán)影響而暖熱多雨，梅雨季節(jié)的持續(xù)性降雨和突降暴雨是事故發(fā)生的重要因素。在施工工法上，研究區(qū)域施工事故中最為常用的工法為明挖法和盾構(gòu)法，塌方和水害是施工過程中的2個(gè)重要危險(xiǎn)因素，并結(jié)合多因素灰色系統(tǒng)分析，進(jìn)而肯定地質(zhì)因素和水是影響近海區(qū)地鐵施工安全最為關(guān)鍵的2個(gè)因素。

相較于一般城市，近海城市地鐵隧道一般埋深較淺，受地表水影響大，同時(shí)研究區(qū)域項(xiàng)目多穿過殘積層及花崗巖全風(fēng)化帶，花崗巖地層遇水軟化、圍巖自穩(wěn)能力差，導(dǎo)致坍塌變形、管涌等事故頻發(fā)。因此，在與上述城市相似的近海地區(qū)進(jìn)行地下海底地鐵或隧道建設(shè)，應(yīng)著重做好工程地質(zhì)、水文勘查與超前預(yù)報(bào)，得出與工程實(shí)際相結(jié)合的、合理可行的技術(shù)措施和應(yīng)對(duì)險(xiǎn)情的工程預(yù)案;并盡可能準(zhǔn)確地判明富水帶地段、斷層破碎段及其他不良地質(zhì)體的位置范圍。此外，還需要針對(duì)該類地區(qū)的氣候特點(diǎn)，對(duì)可能發(fā)生的極端天氣做好應(yīng)急預(yù)案 [13]。此外，施工事故主要是施工措施不當(dāng)和管理不善等多方面原因共同造成，應(yīng)增強(qiáng)全體人員風(fēng)險(xiǎn)管理意識(shí)，聘用或培訓(xùn)專業(yè)素質(zhì)和職業(yè)道德水平高的從業(yè)人員，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)監(jiān)督與管理，從管理層面著手進(jìn)一步降低事故發(fā)生的頻率。

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收稿日期 2019-10-15

責(zé)任編輯 胡姬

Statistical analysis of metro construction accidents in Chinas coastal cities

Chen Ping， Zhou Hong， Shu Ting

Abstract： Compared with the general underground engineering， the geological changes and engineering environment encountered in the construction of the subway in the coastal area are more complex， which makes all kinds of construction accidents occur frequently. Therefore， according to the statistical analysis of 93 subway construction accidents in Xiamen， Guangzhou， Shenzhen， Dongguan， Fuzhou， Qingdao， Taiwan and Hong Kong， which are the eight coastal cities with adjacent geographical location or common ground distribution， this paper describes the accidents in terms of accident type， accident season， construction method， casualties， accident cause， etc. At the same time， using multi factor grey correlation analysis to further determine the geological conditions and water are the two most critical factors affecting the safety of subway construction in the offshore area. In conclusion， based on the main characteristics of accidents in coastal cities， the paper puts forward relevant countermeasures and suggestions， providing reference for the safety construction of domestic coastal cities.

Keywords： subway， construction accident， coastal city， statistical analysis