一、事故简介
2003年7月1日，上海市某轨道交通4号线发生一起管涌坍塌事故。因大量水、流砂涌人旁通道，引起隧道受损及周边地区地面沉降，造成三幢建筑物严重倾斜，防汛墙由裂缝、沉降演变至塌陷，隧道区间由渗水、进水发展为结构损坏，附近地面也出现不同程度的裂缝、沉降，并发生了防汛墙围堰管涌等险情。这起工程事故直接经济损失初步估算为1.5亿元人民币左右。
二、事故发生经过
上海市某轨道交通4号线是该市轨道交通环线的东南半环，全长22km。目前，全线盾构推进已完成98％、17座车站建设全面展开。发生事故的旁通道工程，位于浦东南路至南浦大桥之间穿越黄浦江底约2公里长的区间隧道内，距离浦西江边防汛墙53m，并且地处30m以下的地下深层，事故发生点位于地下土层第7层。旁通道工程采用冻结加固暗挖法施工，隧道区间的上下行线已经贯通，事故发生时离旁通道贯通尚余0.8m。
轨道交通4号线浦东南路站至南浦大桥站区间盾构推进工程，由上海某隧道公司承建；隧道公司将轨道交通4号线浦东南路站至南浦大桥站区间隧道中间风井、旋喷加固、旁通道、垂直通道、冻结加固及风道结构工程专业分包给某矿山公司上海分公司；上海某地铁公司将轨道交通4号线区间圆形隧道(浦东南路～南浦大桥)工程委托上海某地铁监理有限公司监理。
2003年3月，某矿山公司上海分公司土体冻结人员开始旁通道冻结法施工——布置冻结管，安装制冷设备。6月24日，开始旁通道开挖施工。6月28日上午约8:30，施工人员发现隧道内向下行线冻结管供冷的一台小型制冷机发生故障，下午约4:00修复，停止供冷达7小时30分，期间无其他设备供冷。当日下午约2:00，施工人员在下行线内安装水文观测孔，发现有压力水漏出，随即安上水阀止水，并安装了压力表测量水压。止水后，测得XT1温度测量孔内隧道钢管片交接处土体温度为312。当晚约8:30，某矿山公司上海分公司项目经理周某在现场决定停止旁通道冻土开凿，施工人员将掘进面用木板封住。
6月29日凌晨约3:00，测得水阀处水压为2.3kg／cm2，与第7层承压水水压接近，XT1温度测量孔内隧道钢管片交接处土体温度为8.7℃。
6月30日，XT1温度测量孔内隧道钢管片交接处土体温度为7.4℃，周某决定用干冰加强冻结，于当日下午约3:30，用150kg干冰敷于下行线隧道内壁中线以下部位。当晚约8:00，周某检查时发现干冰气化所剩无几，钢管片有结霜现象。
7月1日零时许，某矿山公司上海分公司项目副经理李某指挥当班班长任某安排施工人员拆除冻土前掘进面部分封板，用风镐凿出直径0.2m的孔洞，准备安装混凝土输送管。约1小时后，此孔打至下行线隧道钢管片。凌晨约4时，现场工人发现此孔洞下部有水流出，立即用水泥封堵。约10分钟后，发现流水不止，便派员迅速进行了汇报。不久掘进面右下角开始出水，且越来越大，在场工人用棉被、泥土袋、水泥包等材料封堵。约6:00，隧道内发出异响，情况危险，施工人员撤出现场。随后，因大量水、流砂涌人旁通道，引起隧道受损及周边地区地面沉降，造成三幢建筑物严重倾斜，防汛墙由裂缝、沉降演变至塌陷，隧道区间由渗水、进水发展为结构损坏，附近地面也出现不同程度的裂缝、沉降，并发生了防汛墙围堰管涌等险情。
三、事故原因分析
1．技术方面
首先，旁通道《冻结法施工方案调整》存在欠缺。经过工程试验和试点，冻结法施工工艺在上海多项地铁工程建设中曾取得过成功。2002年6月，隧道公司项目部结合某矿山公司上海分公司编制的《风井及旁通道工程施工组织设计》，编制了《明珠线二期浦东南路站——南浦大桥站区间隧道工程施工组织设计》，并通过了上海某隧道公司盾构分公司、，隧道公司的审批和监理单位的审定。2003年3月，某矿山公司上海分公司项目部对原施工组织设计进行调整，制订了《冻结法施工方案调整》。2003年4月7日，经某矿山公司副经理、总工程师李某批准，但方案调整未按规定经过盾构分公司、隧道公司的审批及地铁监理公司审定，隧道公司项目部也未编制相应调整的施工组织设计。
调查组专家认定：方案调整存在欠缺。调整后的方案，降低了对冻土平均温度的要求，从原方案-10℃减少到调整方案的-8℃；下行线选用的小型制冷机，计算时未考虑夏季施工冷量损失系数，制冷余量不足；旁通道处垂直冻结管数量减少，长度缩短，由原方案24根减少到22根，并将其中原为25米深的7根垂直冻结管中的4根减少到14.25米，3根减少到16米，造成旁通道与下行线隧道腰线以下交汇部冻土薄弱；下行线仅设单排6个冻结斜孔，孔距1.0米，虽在冻结孔长度上予以增加，但其数量偏少，间距偏大，其冻结效果不足以抵御该部位的水土压力。
其次，在旁通道冻结条件不太充分的情况下，进行开挖。根据方案，要求冻结时间需要50天，而上行线5月11日开始冻结。旁通道6月20日开挖，实际6月24日开挖，冻结时间仅43天，小于施工方案冻结时间的要求。下行线冻结不充分，末满足开挖条件。6月24日下行线盐水去路温度为-23.9℃，回路温度为-21.1℃，去、回路温差为2.8℃，大于开挖时盐水去、回路温差的要求。
专家组认为：旁通道冻结开挖施工设计存在缺陷，施工中冻土结构局部区域存在薄弱环节，并又忽视了承压水对工程施工中的危害，导致承压水突涌，是事故发生的直接原因。
2．管理方面
施工单位对险情征兆没有采取有效制止措施。6月28日上午，下行线小型制冷机发生故障，停止供冷7小时30分。下午约2:00，施工人员在下行线隧道内安装水文观测孔，发现一直有压力水漏出。虽立即安上水阀止水，并安装了压力表测量水压，但当止水后测得土体温度上升时，尽管采取了一定的措施，但效果不佳。6月29日凌晨约3:00，测得该处水压为2.3kg／cm2(与第7层承压水水压接近)，没有采取紧急降水降压措施。不仅险情征兆没有得到及时排除，而且未向隧道公司及监理公司汇报，遂使险情逐步加剧。
施工单位现场管理人员在险情征兆已经出现的情况下严重违章、擅自凿洞。7月1日零时许，项目副经理李某在旁通道冻土结构存在严重隐患、工程已停工情况下，擅自指挥拆除掘进面部分封板，从旁通道向下行线隧道钢管片方向用风镐凿出直径0.2米的孔洞，准备安装混凝土输送管。正是由此孔洞出水，其出水点逐渐下移，水砂从掘进面的右下角和侧墙下角不断涌出，以致封堵无效，酿成事故。
监理单位现场监理人员失职。在旁通道施工期间，现场监理部无冻结法施工专业技术监理人员。总监代表李某负责施工监理，未对调整后的方案进行审定。6月24日旁通道开挖后，到7月1日发生事故期间，仅在6月25日、30日下井检查过两次，未及时发现和制止险情。6月29、30日的监理日记却记载“各项工作均正常”，无任何有关险情征兆的记录。6月24日至30日旁通道晚上加班施工期间，未安排人员值班；发生事故时，现场无监理人员。
总包单位现场管理人员对分包项目管理存在漏洞。对施工单位项目部编制的《冻结法施工方案调整》，总包单位项目技术负责人未向隧道公司总工程师和盾构分公司主任工程师汇报，致使隧道公司、盾构分公司未对此方案给予审批。项目经理袁某在6月24日至7月1日旁通道施工期间，仅在6月24日和26日去过旁通道施工作业面。质量员袁某竟一次也未去施工作业面进行技术、质量检查。在6月28日至30日的施工日记中，没有反映险情征兆的情况，却记载“一切正常”。
四、事故的结论与教训
这是一起造成重大经济损失和社会影响的责任事故。
某矿山公司上海分公司现场技术管理薄弱，《冻结法施工方案调整》编制有欠缺，审批不严格；发现事故险情征兆未向总包、监理单位报告；对施工风险较大的工程，无针对性强的应急预案；违章施工，导致事故发生。该单位对此次事故应负直接责任。
隧道公司作为总包单位，未认真履行总包单位管理职责，对分包单位监管不力；未根据分包单位方案调整，重新编制相应调整的施工组织设计；未对分包方施工方案调整组织审批；各项技术、质量和安全责任制和管理制度未落实；现场管理人员资格不符合要求，现场管理失控。隧道公司对此次事故应负主要责任。
监理单位未履行监理单位的职责，未对调整的施工方案组织监理审定；监理人员资格不符合国家规定要求，现场监理失职；未对监理的工程实施有效的巡视检查，未能及时发现险情和制止事故。监理单位对此次事故负有重要责任。
在这起事故中，任何一个相关单位若能认真履行职责，严格执行有关技术规范和技术措施，完全可以避免事故或者可以减轻事故造成的损失。
五、事故的预防对策
施工单位进一步完善冻结开挖施工组织设计，特别是从施工技术方面补充冻土结构局部区域存在的薄弱环节，高度重视和改善承压水对工程施工中的危害。建立健全企业安全生产责任制，明确生产管理各岗位管理人员的安全生产管理职责，建立项目工程生产安全事故应急救援预案，强化事故的防范措施。
总包单位应依照《建筑法》的有关规定，严格履行总包单位的安全职责，杜绝以包代管，包而不管的行为。认真落实各项技术、质量和安全责任制和管理制度，加强日常的监督管理和技术管理。
监理单位应认真履行监理单位的职责，对施工方案及变更调整后的方案严格组织监理审定；加强施工现场的监理旁站管理；对监理的工程实施有效的巡视检查，及时发现险情和防止事故。
六、专家点评
在这起造成重大经济损失和社会影响的工程责任事故中，主要原因是施工单位未按规定程序调整施工方案，且调整后的施工方案存在缺陷，在险情征兆出现之后又未能采取及时有效措施，现场管理人员违章指挥，擅自凿洞，直接导致事故发生。
总包单位现场管理失控，监理单位现场监理失职。冻结法施工工艺在上海多项地铁工程建设中取得了成功，并获得了上海市科技进步三等奖，应该说已成为一项成熟的新的施工技术。《建筑法》提倡采用先进技术、先进设备、先进工艺、新型建筑材料和现代管理方式。但是对于新技术和新工艺的运用应该加强技术指导和技术管理，在使用前还应加强新技术和新工艺的技术培训。
监理单位也应不断学习新的施工工艺和技术，不断提高监理人员的技术水平。该工程现场监理部无冻结法施工专业技术监理人员，说明监理单位不具备对特殊工程的监理能力，因此，在委托监理过程中，就已经埋下了重大隐患。
在建筑施工过程中，无论是总包单位，还是分包单位或者监理单位，本身应具备使用新技术、新工艺的能力。在选择分包或监理时，就应该首先考核其技术能力。