谁来负责按下项目的暂停键——重大隧道坍塌事故的经验教训

隧道工程的失败为风险的有效管理提供了宝贵经验，尤其是当事故发生时，要鼓励透明文化，提高工作透明度。

“隧道施工中存在的风险是无法想象的，因为我们看不见隧道周围的土壤情况。而通常情况下，盾构机向前掘进的地方也是看不见的。这也造成隧道施工中出现故障和失误的情况非常普遍，甚至比公众所知道的要多得多。”独立顾问比尔·格罗斯说道。

在过去的十年时间里，他一直致力于从领导层进行隧道项目的风险管理。而近期发生的隧道事故，以及之前的历史事件似乎都印证了他的说法。

征兆未能引起重视

2023年5月，英国2号高速铁路（HS2）奇尔屯隧道（Chiltern Tunnels）沿线上方出现了一个渗水坑，项目承建单位HS2有限公司就此问题启动调查。有观点认为渗水坑与先前局部塌陷产生的裂缝有关。

同月，健康与安全执行委员会(HSE)公布了2005年6月白金汉郡杰拉德斯·克罗斯铁路隧道（Gerrards Cross railway tunnel）坍塌事件的调查报告。在这次事故中，预制混凝土隧道构件在回填土的重压下部分坍塌，导致隧道顶部塌陷。报告指出了隧道在设计和施工上的错误，其中包括将隧道的宽度从双轨扩大到四轨，但是拱顶高度不变，与原设计相同。

图1 2005年因设计和施工失误导致杰拉德斯·克罗斯铁路隧道坍塌

隧道事故会给承包商带来巨大影响。1994年伦敦希思罗机场快线隧道坍塌，被认为是英国有史以来最严重的土木工程灾难之一。就在中央航站楼下方，机场快线隧道在掘进时发生坍塌，后续几天内又发生了3次坍塌，地面出现巨大坑洞。承包商Balfour Beatty集团最终被罚款120万英镑，并支付部分诉讼费用10万英镑。

健康与安全执行委员会的调查报告指出，希思罗机场快线隧道坍塌的根本原因是工程设计和管理方面存在错误、施工工艺低劣、质量管理不到位。

图2 希思罗机场下方的隧道坍塌并在跑道之间形成巨大的坑洞

希思罗机场快线工程采用的是新奥地利隧道施工方法（NATM），简称新奥法，当时这种施工方法从未在软土地基中应用。新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开挖作业面施工，隧道开挖后，立即喷射混凝土支护，有效制止岩层变形。在必要的情况下可以进行超前支护。

机场快线隧道坍塌的原因是建筑工程不合格，且没有及时检查工程质量。同时用于稳定上部建筑物的隧道拱顶灌浆也损坏了隧道。总的来说，报告中发现此次事故拥有“组织错误的全部特征”。

格罗斯也对希思罗机场快线隧道坍塌事件进行了调研，他认为引发事故的原因之一是，在问题已经很明显的情况下，不同部门之间仍然缺乏沟通，难以有效地协同行动。“要测量围岩的收敛度，首先需要测量隧道的最宽距离。通常情况下，收敛度应该不会有太大变化，但在希斯罗机场快线隧道项目中，收敛度变化很大。数据由其中一方记录，其他部门并没有把这个问题当回事。”他进一步解释道。

格罗斯还调查过另外一起重大事故——2004年新加坡尼科尔公路坍塌事故。城市环线中的一段长110米的明挖隧道在挖掘时坍塌。

官方调查报告指出，设计和施工时的错误导致了支撑和梁式挡土墙系统的失效。另外，工程师使用了不恰当的土壤模拟模型，高估了现场的土壤强度，低估了挡土墙的受力。

格罗斯说：“倾斜仪的作用是监测挖掘时两侧挡土墙的移动情况。挡土墙的实际位移比设计位移要大得多。但是同样，虽然有人负责监控挡土墙的情况，却没有人发现其中的问题。更让人震惊的是，希思罗高速公路和尼科尔高速公路事故有相同之处。施工过程存在关键环节的疏漏或错误，早期预警信号要么被忽视，要么没有得到跟进。”

莫特麦克唐纳建筑工程集团（Mott MacDonald）项目管理人、交通隧道项目负责人罗莎·迪兹也认为，沟通不畅和人为失误是导致隧道常见事故的主要原因。

她讲了一个关于监测施工过程中隧道结构运动的例子：“监测隧道结构的运动其实是一项相当单调的任务。监测人员往往会忽视监视器的变化，隧道的挖掘条件也会因此变得更加危险。”她补充道，“发人深省的是，在对许多项目进行反向分析时，监测人员当时的疏忽大意，其趋势非常明显。当然，事后看来，这个趋势则更加清楚明了。”她还强调，其实导致隧道坍塌的因素有许多。

作为土木工程师，迪兹曾在职业生涯的早期阶段参与了希思罗机场快线事故的抢修重建工作，其中一项职责是对坍塌后的隧道衬砌进行记录。

虽然迪兹拒绝对希思罗机场快线事故进行直接评论，但她指出，施工工艺缺乏连续性可能会导致隧道坍塌。“理论上讲，如果衬砌厚度不够，或者衬砌应用不当、施工方法和施工顺序不对，都有可能导致接缝出现问题。施工期间，未能正确清洁衬砌表面，也会导致质量问题。另外，还有测试和分析不充分等方面的原因。”

迪兹说：“设计师可能对地面情况存在误解。比如，正在设计的隧道要通过的地面容易膨胀，设计师考虑过膨胀的可能性，也对此做过测试。测试结果可能显示地面不会膨胀，但我们要知道测试的准确度是有限的。”

用瑞士奶酪模型预防安全风险

隧道坍塌通常是由多种因素共同造成的。

格罗斯引用了瑞士奶酪模型（Swiss cheese model）来对此进行说明。瑞士奶酪模型是一种项目管理技术，由詹姆斯·里森（James Reason）等人提出的。瑞士奶酪内部存在许多孔洞。一个环环相扣精密运行的安全系统好比一摞瑞士奶酪，每一片奶酪代表一道防线，而奶酪上的孔洞就是潜在的系统漏洞。大部分威胁会被某一片奶酪拦下，但如果一摞奶酪的孔洞碰巧连成了一条可以直穿而过的通道，比如设备失常、人员违规，再加上未曾修补的内部系统问题同时出现，威胁便可能突破层层防御，最终演变成一场重大事故。

图3 瑞士奶酪模型

对于隧道工程来说，每层奶酪可以看作是隧道建设的各个阶段，包括地面勘察、设计、监督和雇用资质合格的工作人员。重要的是，每片奶酪上的孔洞不能对齐，这样如果有东西穿过了其中一片，它还能被下一片奶酪拦截。

格罗斯说：“然而，当多片奶酪的孔洞排列成一条线，也就是说当一系列并不致命的错误叠加在一起，最终可能会发生事故。”

同时，迪兹也解释说，技术可以在降低隧道事故风险方面发挥关键作用。尤其是数字技术在风险控制方面将发挥越来越大的作用，比如Seequent的3D建模软件Leapfrog、建筑信息模型(BIM)软件和数据捕获技术。在挖掘隧道的同时，可以利用数字技术收集大量信息，大数据革命意味着你可以进行分析和反向分析。其中有很多信息可以实时使用，用于优化设计和施工方法。

重新定义责任

最终，参与方在项目中的责任方式也会对结果产生影响。LBA建筑公司主席马丁·奈茨(Martin Knights)表示，新的采购方法以及项目交付框架的变化，将对行为塑造和消除项目出现错误时产生的“指责文化”大有帮助。

奈茨以“13号项目”为例，该项目由英国ICE学会和土木工程承包商协会共同发起，旨在支持多方协作，提高工作透明度。

13号项目是基于这样一种准则，即项目是一个由客户、顾问、集成商和供应商组成的企业，需要供应链上的所有参与方达成一系列事务性协议，激励各方通过协作交付成果。

奈茨指出，最近英国国家电网（National Grid）在伦敦电力隧道项目(London Power Tunnels project)中应用了13号项目的准则，让所有参与方从项目早期便展开合作，充分展示了13号项目的优势。这是一个成功的案例，通过有效的管理和沉降监测，保证了建设工作的顺利进行。

奈茨说：“这个项目的主要参与方是电缆制造商，在物流方面发挥了一定作用。我们的想法是，主要土建承包商需要参与进来，在工程开始前直接与电缆承包商取得联络。”

格罗斯补充说：“重新定义责任是避免隧道塌陷事故的关键因素。”他认为，责任和责备有一个重要区别：承担责任并不是接受责备。责任是一件主动的事情。在3月份出版的第三版《隧道工程风险管理实务守则》中，尝试避免施工错误或步骤遗漏问题可能会被掩盖这种情况的发生。

第三版《隧道工程风险管理实务守则》由国际隧道与地下空间协会（International Tunnelling & Underground Space Association）和国际工程保险协会（International Association of Engineering Insurers）出版，此次修订解决了行为和文化问题，同时修订了数字建模的新章节。

格罗斯说：“除了对工程建设公司的行为和文化进行改进，许多工程建设公司还应该重新评估各自的应急检测和紧急情况响应政策。如果事情看起来不对劲，工程建设公司应该作何反应？谁负责叫停施工，采取紧急行动？有时候，即使是在重大项目中，由谁按下项目的暂停键，也仍然不够清晰明了。”

本文刊载 / 《桥隧产业》杂志

2023年 11月刊 总第54期

作者 / Belinda Smart

资料来源 / 新土木工程师杂志

翻译 / 王冰

美编 / 赵雯

责编 / 裴小吟

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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