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『環保資訊』月刊第168期

地下工程作業的職業災害預防

地下工程作業的職業災害預防

    

莊坤遠、許益源

中台科技大學環境與安全衛生工程系

前言

地下作業相關災害無法完全消除,要是這些地下空間如人孔、地下工程、汙水槽等內部並不需要經常有勞工進入,因此作業安全常會被忽略。雖然我國職業災害發生件數及死亡人數正逐年下降,但是每年仍會發生數起地下作業缺氧、中毒職業災害造成勞工死亡事件。

地下作業缺氧或中毒案件並不難加以預防,可藉由強化勞工的警覺心與完善的施工計畫,例如加強勞工的教育訓練、採取安全的作業方式與落實空氣測定和通風換氣措施都降低作業風險。本文將針對地下作業議題加以探討,希望藉以預防職業災害、保障勞工安全。

一、地下作業常見的問題與危氣體

地下工程大致上可分為初期的挖掘工程與中後期的構築維護工程。在挖掘工程中較容易發生土石崩塌或是人員墜落的死亡職業災害;在構築與維護階段時除了仍要注意墜落危外,應特別留意可能發生的勞工缺氧與中毒事件這些看不見的環境問題。常見的危害氣體包括缺氧空氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫與有機溶劑等。

依「缺氧症預防規則」規定,空氣中氧氣濃度未達18%(137 mmHg)即稱為缺氧空氣而必須採取預防災害措施。人類的呼吸系統持續供應維持生命的必要氧氣。呼吸系統的主要器官肺臟約有三億個肺泡,表面積總合可達70平方公尺(相當於一個四坪大的房間)。環境中的氧氣經由氣管輸送至肺泡後便迅速與血液中的血紅素結合,含氧的血液再被輸送到身體的各個角落使人體各項功能正常運作。正常空氣裡的氧氣分壓約為155 mmHg。當環境氧氣濃度降低到16%~12%(分壓122 mmHg91 mmHg)之間時,動脈血液的氧氣就沒有辦法達到飽和。這時環系統會主動加強其功能來補足缺乏的氧氣,而有心跳和呼吸加快的現象,同時可能會出現耳鳴、噁心以及無力等症狀。此時曾經受過教育訓練的勞工應該會有警覺來採取脫離危險環境的措施,所以加強勞工對於缺氧的危害判別將有助於預防此類職災。

當氧氣濃度只有9%(68 mmHg)時,人體將出現更明顯的症狀包含全身無力,此時勞工可能無力逃脫缺氧現場。因此許多災害發生初期都是勞工打算逃脫危害現場但是肌肉無力導致由爬梯掉落,其他勞工發現後就貿然進入救援而使罹災人數持續增加。嚴重死傷的缺氧災害多屬此類。數年來曾發生多次同一場所接連5名以上勞工罹災的案件,其原因是一旦發現同事有難,直覺上會立刻加以救援,但是當環境已經使罹災者不能自力脫困,救援者必須使用更大體力才能將罹災者帶離現場,這可以說是不可能的任務。因此必須立即加以通風,使用防護具,並採取其他有效方式方能成功救援。

環境的氧氣濃度越低就越危險,氧氣濃度低於6%(45 mmHg)的空氣只要呼吸數次甚至只要吸入一次就可能立即昏倒或是死亡,因為氧氣已經不足提供腦部工作所需。有不少災害是發生在打開人孔或是桶槽開口瞬間,因內部壓力較大等原故使缺氧空氣噴出,勞工吸入缺氧空氣後立即昏厥隨而跌落人孔內。因此打開人孔前應特別注意發生上述狀況的可能性,當一人獨自從事此類作業時更是危險。歷年所發生的勞工溺斃災害中可能有不少案件首先的肇因為缺氧,但是事件發生後常因為現場環境已在搶救時遭到破壞而不易釐清。

至於造成地下作業場所缺氧的原因,其中以鐵質環片或是結構物表面氧化耗氧,生物性作用耗氧,缺氧空氣排擠氧氣造成缺氧這幾類較為常見。一般而言,地下作業場所因為通風不良容易使缺氧空氣累積其中,雖然金屬構造物氧化生鏽耗氧容易由勞工目視而察覺危害,一旦氧氣濃度過低仍會造成人員進入後無力逃生。生物性耗氧就比較不容易由現場狀態加以判別,研究發現各類地質都會含有土壤有機質或氨氮等還原性物質,容易出現氧氣被消耗的現象。推論這是因微生物好氧分解而造成。缺氧的嚴重程度隨土壤有機質等還原性物質的多寡與土壤本身的特性有關,會因地點與深度而不同,而且地下的土層都有不同程度的缺氧現象。造成土壤中缺氧的物質包括土壤有機質(含汽油、廢水、垃圾滲出水等有機物)、氨氮(如尿液、肥料等)、亞鐵鹽類、元素硫、有機氣體(如甲烷等)等。所以貫通或鄰近含有亞鐵鹽類、元素硫、銨氮、甲烷、乙烷、丁烷等有機氣體、腐泥層、掩埋場與污水等各類有機物入滲的地層,均屬缺氧危險場所。

我們的研究團隊也發現中部地區車籠埔斷層附近所採集的黑色黏土所測得氧氣消耗速率明顯較其他類土壤快速,為一種比較特別容易形成缺氧的地質。現場調查也可觀察到不同縣市的土壤質地的確存在相當大的差異性。譬如,台中為卵礫石夾雜砂或砏土,雲林麥寮為粗砂,台北板橋為壤土但具有較高的土壤有機質,而苗栗頭份則為互層嚴重的複雜地質。一般而言黏土含量愈高,其所含的有機質也愈高,所以耗氧的速率也可能更快。場址曾為掩埋場、礦區、硫磺溫泉區、家畜養殖場、工廠廢水排放管道或土壤地下水受污染區等高有機質土壤,於工程規畫時宜先評估土壤缺氧可能性,採取預防災害措施,並適時提醒作業人員加以注意。

二、地下作業發生缺氧之職案例探討

地下作業現場多屬於局限空間。依據行政院勞工委員會之重大職業災害統計,自19972000年四年間,局限空間災害造成勞工81人死亡。2001年起政府實施災害預防計畫採取相關宣導與檢查措施後,四年間此類災害死亡人數降至53人,可以看出宣導與勞動檢查的效果,減少了35%。但目前我國勞動檢查員人數約三百餘人,不易持續實施局限空間相關檢查與宣導業務,又職業災害所受影響最大的為雇主、勞工和其家屬,因此必須加強安全意識來確保自身安全。

局限空間災害依類型分類,缺氧、中毒及火災爆炸災害,死傷勞工人數佔總數之79.2%,其餘為墜落、感電等物理性危害。比較特別的是每件缺氧中毒類危害性空氣災害平均造成死傷人數達3人,與墜落、感電類物理性危害每件災害死傷平均人數1.3人多出不少,主要是空氣性危害多了不少搶救人員也罹災。分析我國2002年起三年間的19件空氣性危害之發生經過,發現因進行搶救而造成死傷(二次災害)之比例甚高,死亡者23人中佔39%,受傷者16人中有81%係因為進行搶救而罹災。美國National Safety Council2004年刊物更指出局限空間災害死亡者中有近三分之二為救援人員,都顯示有必要加強人員救援之教育訓練並改善救援設備來降低救援人員之傷亡。日本政府也相當重視缺氧及一氧化碳中毒災害,因此曾將消除此類易造成人員死亡之災害特別列入勞動災害防止計畫的目標,實施後也有顯著成效,可見只要投入防災都會有顯著成效。

因為近年我國各地陸續進行衛生下水道新建工程,所以首先以類似案例進行探討。新北市三重曾於同年連續發生二件衛生下水道地下工程勞工缺氧死亡災害,五月間勞工二人至位於台北縣三重市溪尾街的下水道人孔(直徑1.2公尺、深3.5公尺、開口直徑為75公分)進行完工前之維修確認工作;其中一名進入人孔內不久即昏倒,而在上方人孔外地面之勞工見狀立即進入人孔內救援,惟仍體力不支但此時仍有意識而喊救命,附近居民聞聲前往查看發現二人倒在人孔內,有所警覺未貿然下去救人,報案由消防隊員著防護衣及空氣呼吸器進入人孔內以救生索將倒臥二人陸續救出;其中第一位罹災勞工當日下午死亡,而因搶救勞工進入人孔的另一名勞工於加護病房救治延至十一天後仍不治死亡。事發現場隨後測得氧氣濃度為12.5﹪,CO2氣體濃度為2﹪,硫化氫、一氧化碳以及可燃性氣體並未測出,依災害發生過程研判事發當時氧氣濃度應該更低。

同一工程另一標案現場在7月間,勞工因推進機具故障而進入直徑70公分的推進管道擬進行處理;當爬至約20公尺處即昏倒,雖隨後被救出送醫仍不治死亡;此現場工作井直徑2.09公尺、深7.0公尺,現場人員表示平時使用鼓風機每分鐘送入工作井約62-72立方公尺的空氣,故認為沒有問題。但是害發生後測得現場氧氣氣體濃度為9-10﹪,氮氣濃度為87.6﹪,CO2氣體濃度為2-3﹪。

以上兩件災害同樣發生在北部土壤有機質含量較高區域,都有缺氧且現場CO2氣體偏高的現象,缺氧原因與微生物作用耗氧關聯性較大。在第二件災害中也發現雖然對工作井送風,可是因為推進井深達20公尺且管徑狹小,推進管內缺氧空氣並無法有效被置換。

宜蘭曾經發生地下工程開口長寬皆在4公尺地下約5公尺處,混凝土養生階段中勞工發生缺氧死亡案件。數年後我們於大學中進行模擬實驗,結果發現模擬的混凝土硬化養生反應並不會造成缺氧,但是模板與當作脫模劑的潤滑油卻會迅速造成缺氧情形(如下圖)。另外,此類現場因為上方開口面積相當大,因此會使勞工誤認通風沒有問題而忽略缺氧危險,事實上當深度到達一定程度都會影響空氣垂直對流造成缺氧空氣累積。

圖1 混凝土固化與模板耗氧狀況

醃漬作業所使用的醃漬槽開口也多在3公尺以上,但深度常達數公尺,數年來也發生數件多人同時罹災的事件。發酵作業中氨基酸被代謝可能產生二甲基硫(DMS)等化學物質。美國NIOSH提出二氧化碳的立即危害生命與健康濃度(IDLH)為4%;日本昭和碳酸株式會社提供之二氧化碳物質安全資料表(MSDS)記載,在正常氧氣濃度下,二氧化碳濃度7%-9%環境下15分鐘會使人失去意識,吸入高濃度二氧化碳會使血液的pH值下降,隨著濃度升高會有血管擴張、呼吸困難等症狀,最後導致意識喪失及死亡。槽內生物反應造成缺氧和產生高濃度二氧化碳更必須加以注意。

二氧化碳氣體為細菌代謝作用的產物。當水中或是土壤含有機物時,好氧性細菌先會耗用氧氣將這些有機物分解,造成水中或是土壤含氧量降低,甚至被用光,此時厭氧細菌會活躍起來。厭氧菌為可在無氧的狀態下生活的菌群,其會將先前已被部分分解的有機物繼續分解下去。最終產物是二氧化碳或是可能由厭氧甲烷生成菌產生的甲烷。厭氧菌分解這些部分分解的有機物時,會先將它們分解成分子量較小的脂肪酸,而這些脂肪酸通常具有怪味,因而造成一些臭味。而厭氧菌分解這些有機物,其最終生成物除了甲烷與二氧化碳外,還有一些還原氣體如氨氣及硫化氫,這些還原氣體也是引發臭味的原因。當地下作業現場出現異味時就應該留意是否會缺氧。

一氧化碳氣體所發生的職業災害相當多,主要是在通風不良場所使用汽柴油發電機、抽水機之類的設備導致燃燒不完全所引起。一般家庭也常發生熱水器安裝於室內造成一氧化碳中毒事件。近年雖然政府加強宣導,但是地下工程作業中仍常發生此類職業災害,在此仍利用篇幅加以提醒。

硫化氫所造成的職業災害通常在清理汙水槽時發生。雖然人類能夠嗅到極低濃度的硫化氫,但是它對嗅覺有麻痺的作用,常會使勞工不知不覺在危險環境中作業終至發生重大災害。基隆曾發生人員進入下水道中清除雜物,接連發生含救援人員總計8人罹災,其中4人死亡的重大災害。另外,硫化氫常存在厭氧狀態水底汙泥中,相當多的災害發生於作業時翻動汙泥使高濃度硫化氫散出,作業勞工甚至搶救人員吸入昏厥倒入水中而溺斃,雇主和作業勞工必須加以注意。

三、地下作業缺氧中毒災害之防範策略

檢視職業災害案件的發生經過可以看出,地下作業發生缺氧中毒災害的共同特點為無通風換氣或是換氣效能不足。只要在施工前確實採取換氣措施便可以預防大多數的缺氧災。以下災害防範策略提供參考。

為防範一氧化碳中毒災害,必須嚴格禁止於地下作業場所使用內燃機具,同時必須避免將汽車、內燃機具的廢氣經由通風裝置的進氣端導入作業場所(下圖中標示1)。地下作業現場若使用塗料作業時,必須採取通風措施,避免有機溶劑累積到使勞工中毒甚至火災爆炸的濃度,另外可考慮規定勞配戴濾罐吸附式呼吸防護具。

針對部分工程如新建中下水道之水平推進井、完工使用中的下水道維護與汙泥清除作業等,若現場有汙水或汙泥時必須注意硫化氫中毒。若現場深度較深或是管道甚長,更必須注意通風換氣是否充分,送風管的深度以可將新鮮空氣送達作業區域為原則(如圖2,標示2),亦可由勞工作業區域判斷採行由一人孔送風另一人孔排風的方式來加強對流。

硫化氫氣體比重高於空氣並易溶於水中,作業前測定硫化氫濃度可能不高,容易使作業人員誤判狀況,尤其是開始清除汙泥作業後攪動汙泥才散出高濃度硫化氫。作業前測定硫化氫濃度時不宜僅測定水面濃度,必須對汙泥加以攪拌再行測定比較具備參考價值。從事地下作業時準備防墜卷揚用三角架(下圖中標示3)並規定勞工戴用背負式安全帶與繩索,以利異常狀況發生時能快速將勞工救出。

在人員知能方面,必須讓勞工了解地下坑洞通常因為好氧與厭氧微生物作用使得空氣環境條件瞬息萬變。進入任何地下工程坑洞前,不宜以為曾經進入該處沒有發現異狀這次就貿然進入。無論是何種地質均需依規定先通風。就算當天作業暫時中斷,再行進入前也必須通風及測定氧氣與危害氣體濃度。

地下作業缺氧中毒災害中有超過四成甚至達八成的罹災者為搶救人員,因此每件職業災害的罹災人數平均高達3人。曾經有災害的發生經過首先是一名勞工進入紙漿槽從事清洗作業,因感覺異常而呼救隨後其他勞工便接連下到該槽內打算救援,結果導致總計五人皆昏倒於槽中;此時幸有一位勞工立即取來電風扇向該槽內吹風,同時聯絡消防隊前來將該五人救出送醫,使得最後並沒有造成人員死亡。雖然電風扇效能遠低於軸流式送風機,並非適當之換氣設備,但是由此件災害發生經過看來,立刻對災害現場進行通風其效果優於貿然進入救援。提醒搶救人員進入前必須先行送風並確認安全以免徒然增加罹災人數。

除了以上提到的注意事項,雇主應該依缺氧症預防規則的各項規定,設置缺氧作業主管事先進行危害評估並規劃安全作業方式,預防人員墜落、感電、缺氧與中毒等危險;若評估人員仍然必須進入地下作業時,則應準備安全的上下設備如梯子等(下圖中標示4),實施通風與空氣測定,準備搶救設備並了解使用方式,安排作業監視人員(下圖中標示5)等必要措施。當勞工必須進入監視人員無法目視的場所時如水平管道,建議使用能發揮聯絡功能的通訊設備或是讓勞工戴用具有靜止警報功能的警報設備,將更有利及時發現緊急狀況。

圖2

四、

職業災害的受害者不僅為勞工、家屬與雇主,其所造成的損害擴及全民。我國勞工保險每年的職業災害給付金額高達74億元。為避免人才與財產的雙重損失,雇主應該提供必要的安全設備同時採取防災措施,勞工必須加強危害預防意識並依規定從事作業,勞工家屬隨時提醒家人注意職業安全與衛生,專家學界努力投入防災研究與原因分析,政府相關單位執行監督檢查與宣導等。若全國各界都能努力投入災害預防,則根絕地下工程作業職業災害並不困難。

作者

莊坤遠為高考工業安全技師,曾任行政院勞工委員會技正多年,從事職業安全衛生監督與災害預防工作,現任中台科技大學環境與安全衛生工程系專任助理教授,並兼任該校環安中心安全衛生組長。

許益源現任中台科技大學助理教授,曾兼任該校安中心環保組長,研究專長為土壤與地下水汙染整治。