3004-2隧道工程施工安全与防灾管理概论

臺灣公路工程第三十卷第四期民國九十二年十月TaiwanHighwayEngineeringVol.30No.4Oct.2003.pp16-26隧道工程施工安全與防災管理概論*蘇茂林**劉俊杰***李錫霖摘要由於台灣平原面積有限，為了有效利用土地資源免除盤旋山道之過度開發，興建山區隧道，為運輸公路系統相當重要之捷徑連絡道路，由於隧道係人為的地下通道，地下工程不確定性因素與工安事故發生頻率仍高，其發生之原因除與台灣位處大陸板塊邊緣，具有特殊之地質節理、破碎帶、剪裂帶，或因有害氣體滲出、地下湧水等大自然之先天條件有關外，亦與專案工程之施工環境，譬如隧道內高溫且通風不佳、重機械於狹窄侷限之空間施工、坑內排水不佳致潮濕泥濘、臨時通道之起伏崎嶇等人為因素有關。前者能事前實施地質鑽探，或地球物理折射震波測定之調查，以作為隧道於規劃設計階段，所必需參酌之資料，亦可作為隧道選擇適當工法之參考依據，因而可直接消弭工程之風險，使施工順暢安全無恙而能如期完工。後者則應儘量避免由於施工環境、趲趕進度所引致人為疏忽之不安全狀況或行為，故本文由隧道工程之規畫設計階段工程安全因子之評估，施工階段安全管理檢查要點與案例、隧道抽坍之處理要點等之介紹，相信會有助於減少隧道工安事故之發生，進而確保勞工生命安全與健康，使職業災害消弭於無形，加速國家經濟茁壯與社會工安永續發展。一、隧道工程安全衛生實務管理檢查要點1.1開挖面檢查與爆破作業安全隧道開挖面應事先以水稍作沖洗清理，若未清理即開始以鑽堡等鑽掘機械進行鑽孔，極易因殘留易燃物而生危險。機械鑽掘開挖面之前亦應檢查工作面有否殘留未爆之藥包，並妥善標示後，即輕輕拉住導火線，利用以橡皮管水沖洗或壓縮空氣氣沖填充物，使其流出，若無法收回火藥類時，可考慮在未爆孔附近約保留60cm以上距離重鑽平行孔重新施作。*公路總局第一區養護工程處正工程司暨中華大學土木工程學系博士班研究生**中華大學土木工程學系副教授***中華大學土木工程學系副教授16XXX-164 隧道鑽炸後，其各項支撐構件均須配合跟進，如前一輪進之噴凝土未依設計厚度噴飽或岩栓裝設未依圖說跟進，將導致岩體周圍支撐力不敷而產生鬆動崩落之危險。鑽炸後之剩餘土石堆中，若混存有未爆之火藥時，應在其中灑水後輕輕取出，如無法回收未爆火藥類時，立即於該處樹立警告旗，並迅速通告爆炸管理指揮人員處理。雇主對於開炸發爆前應以信號警告，確認作業人員皆離開危險範圍區域，方能指派經有火藥爆破訓練合格人員擔任從事爆破作業。隧道開挖爆破應採用木質、竹質或其他不摩擦、衝擊、產生靜電等易引發爆炸危險之充填具，另開炸之母線應與電纜線分開，使其在不同側以利安全。使用電氣雷管時，應將其發爆器卸下發爆母線，短結其端部，使其呈現無法再燃點之措施，並歷經十五分鐘以上時間，確認實無危險顧慮後，方可接近火藥類之充填地點。隧道鑽炸後，應清理岩壁四周鬆動岩塊以及岩塊出碴料務必先檢查有無未引爆之炸藥，並將出碴料予以澆水濕潤，以維持作業人員之安全與衛生。雇主對於坑道、隧道鑽炸作業或出碴時，應設置良好之通風設施，以儘速排除爆炸後之氣味與煙霧，可免作業勞工吸入過多的廢氣與塵埃。1.2動力設備檢查與機電安全豎井開挖深度超過20米以上，應設置專供作業人員緊急逃生之安全吊昇設備，其捲揚設施之安全檢查宜注意a.機具煞車部份之正常化b.鋼索設施與按裝之正常無恙c.捲揚電動機及動力傳動裝置有否異常d.過捲預防裝置與鋼索有否受損異常e.捲胴與各種儀表需正常化。隧道內人員通路與車輛行駛道應隔離，作業人員通道上方必需裝置安全通路燈號，若遇臨時停電時方有自動開啟之緊急照明設備應急。對於隧道之所有電力系統均需裝設漏電斷路器[1]，以防感電事故發生，有關隧道內之電訊管、電力管、通風管、水力管等系統均需隔離附掛，並於適當距離明顯處標示其名稱與用途。隧道內行駛之動力卡車於侷限空間內嚴禁後退行駛或調頭，應請於工地現場擇定設置車輛調頭迴轉盤，並設有車輛調度指揮人員，以防倒車撞及勞工。隧道內行駛之出碴車應裝置閃爍燈號或警報措施，停車時有防止順坡下滑之措施。1.3支撐作業管理ｏ噴凝土作業應注意事項：a.噴嘴與工作面角度保持約90，且其距工作面保持約1公尺，噴佈之順序為先角隅後平面，由下而上逐序噴佈b.防止噴漿管發生破孔漏氣或氣壓不足情形，將使噴凝土強度無法達到，極易使隧道往後產生變形而危及隧道安全c.噴凝土作業時應有充足照明，以免噴凝土厚度未達設計值及易產生塞管、爆管等狀況d.噴漿機應整修，否則將易造成粉塵飛揚、噴漿不順情形，易影響作業勞工身體健康e.施噴時若灰塵太大應降低氣壓、清理噴漿機、檢查水環與水壓並使作業勞工配戴安全防護器具。17XXX-165 岩栓裝設作業鑽桿方向應與隧道弧面成垂直，方能形成良好之岩拱效應，減少隧道之變形發揮其連鎖功能。隧道挖掘工作面遇有地質不良之軟弱岩盤出現時，應即加裝前進支撐鋼管，以免開炸後發生大量超挖甚至抽心而影響隧道之安全性與巨大成本。(如圖一)隧道工程遇有岩質劣變化地帶、斷層破碎帶、滲透壓力高之區域、地下水多且岩盤為砂頁岩亙層、卵礫層中夾有滲透水或岩盤內有不透水層者（如圖二），為極易產生湧水之地質徵兆，遇此地質恐危及作業勞工安全，可採取如下防患對策：a.採地質改良或導排水灌漿處理b.摻入速凝劑於噴凝土內噴佈c.舖設鋼線網及使用自鑽式岩栓d.採取較小之開挖斷面並縮短輪進開挖長度e.水平長距離鑽孔等方法處理，並應置備足夠之抽水能力設備、設置人員緊急逃生路線與標示之設立。隧道施工中發生抽坍原因（1）自然現象引起的：如節理發達之不利岩層位態，遇破碎帶或斷層帶、軟化岩盤滲水或大量湧水、地下水影響等（如圖三）（2）人為疏忽引起的：如支撐延遲或支撐不足、支撐設計不妥致隧道變形、作業人員施工不慎、選線不當等，可採取如下預防對策a.開挖面噴凝土應提早施噴b.保留土心可維護工作面穩定並加以地質灌漿改善c.前進之開挖輪進距離縮短d.先施作前進探查孔並紀錄岩層節理與滲水情形。隧道地質鑽探若岩盤鬆弛，為防止其頂拱抽坍，可採用如下對策預防，以保護勞工作業安全：a.採用前進鋼管或管幕工法b.採多台階開挖或環狀開挖工法c.採加強支撐並依現況調整工法。1.4作業環境偵測隧道施工中通常在低濃度即可能產生有毒之危險氣體而造成災變，其種類有（1）一氧化碳量測值需在35ppm以下（2）硫化氫具臭味但量測值應小於10ppm以下（3）其他有毒氣體尚有氧化氮、氯氣、二氧化碳、硝甘炸藥內硝化甘油等異氣，上述有毒氣體之預防對策，勞工安全衛生管理人員於作業環境中可採用a.每班作業前需由安全衛生管理人員檢測容許量，且每人每小時通風量必需大於120立方公尺b.加強隧道內通風設備，使風速至少每秒0.2米以上，且其含氧量要在19﹪以上c.於隧道內運轉中之機械或設備，每分鐘每柴油動力需新鮮空氣4.5立方公尺d.隧道內除柴油引擎以外之內燃機不得使用﹝2﹞。隧道鑽掘施工中，極易開挖到儲存有甲烷之地層，由於覆蓋壓力減少，甲烷從地層最脆弱處，以噴出、冒出、滲漏方式產生，為無色、無味、無臭的氣體，是一種爆炸性的可燃性氣體，常伴隨石油和天然氣發生，一般累積儲存在斷層泥岩、碳岩、砂頁岩及背斜岩層中，其預防與處理對策如下所示：（1）事先施作前進探查孔與偵測甲烷濃度，若量測甲烷容許量大於2500ppm，即應施作止氣灌漿（2）施工中經常偵測甲烷濃度，若發現有甲烷儲存隧道內，則採通風方式稀釋將其排除至低於規定可工作濃度（小於0.25﹪）時，方可進行施工（3）隧道內請裝設甲烷自動警報器，若偵測到甲烷濃度達0.25﹪時，18XXX-166 警告聲及紅燈即間續閃爍。此時未經許可禁止使用火焰切割和進行電焊作業，並嚴禁攜帶打火機、火柴等火源進入，改善隧道通風及關閉非防爆型電力設備。（4）施工現場備妥充足之空氣呼吸器，以供應勞工緊急狀況時使用。（5）經調查相關文獻及查訪現地是否有爆炸性氣體儲存，平時須做好相關之勞工安全衛生教育訓練，預知危險以避免職災之發生﹝3﹞。1.5人員教育訓練之推展由於科技日新月異的進步，隧道使用之機械、設備亦隨之更新，為防止施工災害之發生，必須從〝物〞及〝人〞方面謀求對策，也就是必須配合不同之機具、工法對勞工施以操作上相關之安全衛生教育訓練，因為隧道工程處於複雜與變化之作業環境，依靠從業人員的知識、技能尤多，且年齡較高的勞工或未熟稔勞工所佔比例偏高，因此需計劃性的落實施以安全衛生教育訓練有極重要的意義，以維護勞工之作業安全。二、隧道工程規畫、設計階段安全評估實施之內容為提高隧道工程之施工安全，應於規畫、設計階段實施相關必要之風險危害評估，以對工程本身所需要之安全設備與措施予以檢查，並對隧道施工作業之安全性與危險因子，事先模擬施作必要之查核與危險辨識，其評估內容如下：2.1地質與地形基本資料蒐集檢討：地形圖、地質圖、環境影響報告書、氣象調查等資料成果之評核。潛在地質危害之檢討分析。鄰近地上、地下構造物或埋設物之防護補強檢討。對不穩定地形，如陡坡等風險探討。鄰近河川、排導水之位置與水位等特性之檢討。2.2施工方法之檢核：設計工法之危害分析與風險類別。設計資料文件對施工方法之考量是否完整，如隧道之挖掘、支撐、襯砌等作業。有無其他替代工法可以選用。其他如施工作業環境、施工偵測、施工中緊急應變與避難處理；火災對策等之安全評核。2.3消除危害與危險度減輕：對隧道工程設計安全有潛在災害危險者，應採取設計安全評核予以消除。施工中使用之材料物質與設備之危害分析。施工減輕損失與控制災害之對策評估。19XXX-167 2.4將設計安全成果轉移給施工單位：將規劃、設計安全構想編成書面資料，交由施工單位執行實施。其他殘留風險無法於規劃、設計階段列舉消除者，應提醒施工單位列入施工計畫中妥善處理。安全調查所有成果應列入隧道工程合約或設計圖等文件中。三、隧道抽坍之處理坍方面緊急措施採儘速施作硬化劑快速凝結或使用量多之水泥以加速噴凝土之凝固或使用剩餘土石料回填；若湧水量大時，可利用適當之排導水措施，如增設排水孔、半圓管等對策處理並使用砂包袋築堤，以減少隧道內積水面積。坍方附近之補強措施其方法一般有（1）鋪鋼絲網並噴凝土，以防裂縫繼續增大（2）增加岩栓或岩釘數量（3）加強橫向支撐（4）增加鋼支保等方法。坍方發生後有關開挖面前方宜施作鑽探並調查地質，以作為復舊及決定施工方法：（1）使用較長之鋼管穿越坍方區達前方堅硬岩層，並灌填水泥砂漿等使其凝結成一體，而成為版樑作用（2）鑽挖排水孔以降低地下水位，使開挖面呈現乾燥（3）採取多階平台開挖或環狀開挖等小斷面開挖（4）開挖面施作噴凝土，並設法以混凝土、水泥砂漿、藥液灌漿或其它材料填補空洞。四、案例4.1開挖面抽坍案例(如圖四)：地質為輕度風化之砂岩，開挖面節理較少，岩盤安定亦無湧水。開炸前鑽孔及裝藥均正常狀態，但開炸後極度風化之砂岩、土砂及大量水注，每分鐘約200公升之水量湧出。距開挖面10公尺內被土砂埋沒，經鑽孔探查知其前方約有6公尺地層不良之破碎帶。坍方空洞雖進行固結灌漿，但湧水仍無法停止，採鑽放射狀排水孔及插入有孔管導排水。清理流出之土砂，並架設鋼肋材Ｈ125間距80公分，以小斷面矢板先進、噴凝土等工法併行開挖。鋼支保以間距80公分組立其周邊採矢板打入，以阻擋頂部與側壁土砂流入隧道內，同時開挖面亦打入矢板進行小斷面開挖約25公尺後，再復原為全斷面開挖繼續向前挖進。一方面進行開挖，另一方面則處理坍方破碎帶之固結灌漿處理。俟此區段破碎帶地質較為穩定，則採全斷面擴挖，然無湧水亦無其它問題存在，顯示地質不佳破碎帶採用小斷面開挖（如圖五）及固結灌漿發揮功效﹝4﹞。20XXX-168 4.2職業災害案例：甲營造公司承攬某公營機構發包之隧道工程，其隧道設計長度1031公尺，已開挖至0k＋568處，開挖斷面之地下水量少，地質屬泥砂炭頁岩，強度弱，有滲水、層面夾泥炭板，易鬆落，前班於上午十一時開炸後並出渣，下午三時許勞工A等四人進入隧道接班，接班原訂從事開炸後隧道表面之噴漿封面及掛網作業，惟因前班未炸好修挖，故改為修炸作業，下午四時許勞工A彎腰面向開挖面拉著空壓管時，開挖岩石崩落，背部被壓，經送醫院急救無效死亡。災害發生原因：依據地檢署相驗書記載，罹災者死亡原因為骨盤骨折、腹腔內出血致死。罹災者在隧道內開挖面從事修改作業時，開挖面岩石崩落，閃避不及被壓致死。未設置勞工安全衛生業務主管，實施自動檢查。對勞工未實施安全衛生教育、訓練，勞工安全衛生知識不足。未訂定安全衛生工作守則，供勞工遵循。防止災害對策：為防止類似災害發生，有採取下列措施之必要：對於隧道作業，為防止土石崩塌危害勞工，應確實清除浮石。對於隧道挖掘、襯砌作業等，應確實由領照之作業主管來執行勤務，對於使用之設備及其作業需實施自動檢查，責成勞安人員實行檢查。公司負責人因此次在隧道開挖面從事修改作業時岩石崩落被壓死亡災害，有關違反罰則部份承商負責人於遭受通知罰鍰處分後，立即召集工地主任、勞安人員及各領班共六人組成一個團隊，集體討論如何增加安全管理措施，以解決職業災害並消弭於無形。五、建議國內隧道工程從木支保工法到鋼支保工法，且施工方法已邁向機械化，開挖進度加速，另從鋼支保工法再進展至新奧工法，更使隧道施工趨於安全性。新奧工法之開挖施工富有彈性，適用於岩石與土質隧道，然而此工法仍有待改進之處，譬如長岩栓鑽孔施設不易，致對開挖面之挖掘工進有所延宕，若遇工作面有滲水時噴凝土作業艱困，另對於土壤開挖解壓後之支撐系統構材仍有待改進，往昔傳統隧道工程習慣採乾式鋼線網噴凝土，因隧道侷限空間易污染環境、回彈量大、品質控制不易等缺點，若能以『鋼纖維噴凝土』取代一般鋼線網噴凝土將可減少佈掛鋼線網時間，提高施工進展；因配合自動式機具施工，亦可提高效率；能立即提供有效支撐且延展性好，抗拉強度高；破裂韌度大能承受較大之變形；因其回彈量微小，約可減少5∼10%﹝5﹞；採用濕式噴佈，作業環境較佳，不會有粉塵污染危害作業勞工健康問題，且隨表面噴佈與開炸後之不規則岩盤面接觸良好，故探討鋼纖維噴凝土應用於隧道工程之技術優勢，國內隧道工程技術之更新，仍待國內產、官、學、研各界人士努21XXX-169 力研發改進善用。陸、結論隧道工程開挖方法有全斷面開挖工法、短階式開挖工法、上半斷面先進工法等，且由於科技之進步，隧道使用之施工機具亦隨時代而進步更新，因此須配合不同之開挖工法與更新機具對作業勞工施以操作流程上相關之安全衛生教育訓練。更鑑於隧道作業環境千變萬化，施工中每一環節皆應小心做好環境偵測並作詳細紀錄為爾後養路資料、改進施工方法及技術提昇之依據，使職業災害之發生率逐序降低，以維護作業勞工之健康與安全。隧道工程與一般土木工程之施工大不相同，空間侷限且需24小時輪班作業，工作環境艱辛且具高危險性，尤其遇落盤、湧水等應特別謹慎採取有效對策應付以排除萬難。隧道工程若遇地震、強烈颱風、大雨⋯等應作不定期檢查或定期安檢，以利提早發現缺失急速補救改善，竣工後之維護工作應由養護管理機構擬訂一個完善計劃落實執行，俾便隨時掌控道路現況，使隧道長年維護暢通無止境。柒、參考文獻：行政院勞工委員會91年3月編印之「營造安全衛生設施標準」。行政院勞工委員會90年12月編印之「隧道工程工法簡介」。行政院勞工委員會80年9月編印之「勞工安全衛生法及其施行細則」。台灣公路工程第十五卷第十二期「新奧工法隧道工程施工之安全」王文雄著。台灣營建研究院91年8月編印之「隧道鋼纖維噴凝土技術」。圖一：軟弱地質裝設支撐鋼管22XXX-170 圖二：岩盤內夾有不透水層圖三：遇軟化岩盤滲水之開挖面23XXX-171 圖四：風化土砂崩坍處理圖五：遇破碎帶採小斷面開挖24XXX-172 照片一：設置良好之通風設施照片二：豎井安全吊昇設備25XXX-173 照片三：人員通路與車輛行駛道隔離照片四：運搬車輛應裝置內爍燈號照片五：施作仰供架設臨時棧橋，以利安全26XXX-174