人工挖孔桩的事故树分析探讨

王 杰 陈 峰 周冬林

(1.镇江市建科工程质量检测中心有限公司，江苏 镇江 212004；2.镇江市建设工程质量监督站，江苏 镇江 212004； 3.江苏镇江建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏 镇江 212004)

人工挖孔桩的事故树分析探讨

王 杰1陈 峰2周冬林3

(1.镇江市建科工程质量检测中心有限公司，江苏 镇江 212004；
2.镇江市建设工程质量监督站，江苏 镇江 212004； 3.江苏镇江建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏 镇江 212004)

通过总结人工挖孔桩事故的引发原因，采用事故树分析方法对其安全性进行了评价，得出了若干种可能的破坏模式，并对各基本事件进行结构重要度分析，得出当一些事件处在仅含其本身的最小割集时，它们的结构重要度相同的结论。

人工挖孔桩，事故树，最小割集，重要度

0 引言

人工挖孔桩因其施工机具简单，占用施工场地小，对周围建筑影响小，桩身质量可靠及造价低等优势，在桩基础工程和深基坑围护工程中应用广泛。但因其主要是采用人工进行地下作业，受工程地质和水文地质影响较大，在施工中存在易于出现问题的风险因素和难点。 由此可见，对人工挖孔桩进行安全评价有着重要的意义。

事故树分析法能描述事故因果关系，分析出事故的直接原因，深入揭示事故的潜在原因，是比较简明、形象化的安全评价方法，在土木工程领域应用还较少。

本文将FTA法引入人工挖孔桩体系，揭示了人工挖孔桩事故的直接原因和潜在原因。

1 事故树定性分析

事故树分析包括定性分析和定量分析。

定性分析包括：

1)事故资料收集并分析整理；

2)简化事故树，给各事件编代号；

3)求出全部最小割集。

定量分析包括计算顶事件发生概率和重要度分析。

绘制事故树是将各事件以相应的逻辑门连接起来。图1和图2分别是常用的逻辑门符号和事件符号。顶事件位于事故树最顶端；基本事件是已探明或无需进一步展开的基本事故；中间事件位于两者之间；条件事件是加于逻辑门的特定条件或限制[1]。

2 人工挖孔桩体系事故树

人工挖孔桩事故树绘制的大致思路是：

1)顶事件是人工挖孔桩体系事故；

③阴极保护系统失效。由于人为因素、意外或施工等原因会造成阴极保护系统的物理性破坏，使得阴极保护系统失散，常见的情况有：新建立的牺牲阳极系统、阴极系统，其中有一个系统未设置，使阴极保护不能运行；阴极保护系统设置不正确，未能提供足够的保护电流；阴极保护系统部件遭到破坏，一个或多个部件失效；阴极保护系统部件失效，有20%以上的时间未运行；施工单位未按设计要求施工或擅自修改设计施工。

2)根据人工挖孔桩的特殊情况，顶事件往下分为人员伤亡事故和工程质量事故，以或门连接；

3)涉及到人员伤亡事故的一般原因是地面人员从高处坠落孔内、落物打击孔内作业人员及孔内人员缺氧窒息；涉及到工程质量事故的一般原因是护壁坍塌、桩身强度不足和桩底持力层不符合要求；

4)事故树从上往下范围越来越小，对事件的描述越来越细，对事故原因的分析越来越彻底。

本事故树由于统计资料缺少以及人为因素众多，不能进行完全的定量分析。本文只对人工挖孔桩做包括绘制事故树、求最小割集的定性分析和定量分析中的结构重要度分析。

人工挖孔桩事故树形象地把导致事故的原因与体系有机联系起来，通过树的方向性和逻辑性把导致体系事故的直接原因和潜在原因揭示出来。

图3是人工挖孔桩事故树图[2，3]，表1是事故树中各事件代号的意义。

最小割集是能引起顶事件发生的最低数量基本事件的集合。求解最小割集，需使用集合的运算法则[4]：

1)交换律A∪B=B∪A,A∩B=B∩A。

2)分配律A∩(B∪C)=(A∩B)∪(A∩C)，A∪(B∩C)=(A∪B)∩(A∪C)。

共得出25个最小割集：

{x5},{x6},{x7},{x8},{x9},{x10},{x16}, {x17},{x19},{x20},{x21},{x22},{x23},{x1,x2},{x1,x3},{x1,x4},{x14,x20},{x14,{x26},{x14,x27},{x14,x28},{x18,x21},{x18,x23},{x18,x28},{x11,x12,x13},{x15,x24,x25}。

表1 人工挖孔桩事故树中事件代号的意义

这说明人工挖孔桩体系有多达25种潜在的破坏模式，有多达13个事件单独出现就会导致整个体系事故，即使一个微小的危险因素出现，都有可能造成人工挖孔桩体系出现事故。

常用的重要度有结构、概率、临界和关键重要度。因后三种需明确每个基本事件的发生概率，受统计资料局限本文仅讨论结构重要度Iφ(i)。

结构重要度不考虑各基本事件发生的概率，认为基本事件发生与不发生的可能性相同。式(1)可以简便地对该事故树进行结构重要度分析[5]：

(1)

其中，nj为第i个基本事件所在第j个最小割集kj的基本事件总数。

通过计算发现，因结构重要度不考虑各基本事件发生的概率，13个事件的重要度大小相同，均为1，其余事件均小于1。这13个事件也是只含有1个基本事件的最小割集。这也反映出了在不考虑各事件发生概率的情况下，进行重要度分析的局限性。

3 结语

1)人工挖孔桩影响因素众多，该体系的事故树的全部最小割集就是体系的全部可能的失效及事故状态。事故树能清晰地反映人工挖孔桩事故的直接原因和潜在原因，共有25种潜在的破坏模式，有多达13个危险因素单独出现就会造成整个体系事故。

2)按照结构重要度分析，当事件处在只含其本身的最小割集中，该事件的重要度大小为1，共有13个这样的事件。它们在不考虑其本身发生概率的情况下，对整个体系的破坏程度相同。

3)该体系事故树可以形象化地给施工管理人员提供直观的图解。可根据场地区域的特点、升降设备及辅助安全设备的更新完善，对已建造好的事故树进行必要的修改。

4)受统计资料局限，本文未计算顶事件的发生概率及概率、临界、关键重要度。

[1] 袁昌明，张晓冬，章保东.安全系统工程[M].北京：中国计量出版社，2006.

[2] 徐东辉.人工挖孔桩施工质量控制及安全施工[J].长沙铁道学院学报，2005(6)：200-201.

[3] 荀 晖.人工挖孔桩技术方案和安全措施及应急预案[J].山西建筑，2007，33(1)：120-121.

[4] 章国栋，陆廷孝，屠庆慈，等.系统可靠性与维修性的分析与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

[5] 徐志胜，吴 超.安全系统工程[M].北京：机械工业出版社，2007.

Fault tree analysis of manual excavation pile

Wang Jie1Chen Feng2Zhou Donglin3

(1.ZhenjiangJiankeEngineeringQualityInspectionCenterCo.，Ltd，Zhenjiang212004，China;2.ZhenjiangConstructionEngineeringQualitySupervisionStation，Zhenjiang212004，China;3.JiangsuZhenjiangResearchInstituteofBuildingScienceGroupCo.，Ltd，Zhenjiang212004，China)

On the basis of cause reason, safety assessment of manual excavation pile by FTA is introduced, several potential failure modes is obtained. By analyzing structural importance of all basic events, it is concluded that its importance is same when some events are in minimal cut sets which contain itself.

manual excavation pile, fault tree, minimal cut sets, importance

2015-08-26

王 杰(1983- )，男，硕士，工程师； 陈 峰(1977- )，男，工程师； 周冬林(1962- )，男，研究员级高级工程师

1009-6825(2015)31-0057-02

TU473

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