基于PHA法在斜拉桥索塔施工中安全风险分析与预防的研究

王冬根

(安徽交通职业技术学院 土木工程系,安徽 合肥，230051)

在交通建设工程中，斜拉桥被广泛采用，但由于索塔建筑高度高而存在巨大安全风险[1]，目前国内桥梁施工中仍采用传统的经验方法进行安全风险分析控制，无法做到定性分析与定量分析相结合，安全控制不具有前瞻性、预控性。

预先危险性分析(Preliminary Hazard Analysis，PHA)是诸多安全系统工程分析方法的一种，通过对系统存在的各种危险及其等级的预先分析，提出相应的防范措施，防止事故造成的损失[2]。国内目前对PHA法的研究应用，多限于煤矿开采、隧道施工等地下工程[3-5]。基于此点出发，本研究通过安全系统建模、定性分析、定量分析、安全措施提出等过程，研究PHA法在斜拉桥索塔施工中安全风险分析与预防的方法可行性、结果可靠性。

1 定义安全系统

即明确系统的边界和范围，确定任务、阶段和任务的环境剖面，了解系统设计、使用方案以及主要的系统组成。本研究选取安徽省在建及已建的斜拉桥为典型结构，通过已有的经验和PHA分析相结合的方法，定义本研究的安全系统[6]。

1.1 钢筋混凝土索塔施工流程

为使研究具有代表性，采用通用的液压爬模工艺作为索塔施工工艺，其主要工艺流程如图1所示。

图1 钢筋混凝土索塔施工工艺流程Fig.1 Process flow chart of reinforced concrete tower construction

1.2 安全系统建模

根据斜拉桥索塔施工的工艺流程，经分析其结构特点，关注其重点环节，运用PHA分析规则，从施工组织设计和施工安全出发，建立索塔施工的安全系统[7],见图2。

图2 斜拉桥索塔施工安全系统Fig.2 Safety system diagram of cable-stayed bridge tower construction

2 PHL分析

初步危险表(Preliminary Hazard List，PHL)[8]是一项用来识别和列出系统中可能存在的潜在危险和事故的分析技术。在方案阶段开展，是后续PHA危险分析的起点,也是安全系统后续危险分析的基础。

本研究首先利用PHL分析技术，对采集到的斜拉桥索塔施工安全系统信息资料进行初步分析，识别其存在的危险及致因因素，为开展PHA分析提供基础资料和分析依据。

2.1 分析表设计

按照“整体与局部相结合”、“借鉴以往经验”、“突出重点”等原则，并根据PHL分析法的特点，确定PHL分析表格式，见表1。

表1 PHL分析表格格式

Table 1 PHL Analysis Table Format

序号系统项目危险危险影响备注……………

2.2 PHL输出

通过对研究对象的设计、施工、安全等资料进行详细分析，在建立的斜拉桥索塔施工安全系统上，遵循PHL分析规则，列出系统各主要组成部分的各种危险、危险源、危险要素以及相似系统中存在的危险。首先把设计信息与危险检查表对比，设想或假定可能的危险。其次收集和记录补充信息，诸如主要的危险导致因素(硬件故障、软件故障、人为差错等)、危险的主要事故(火灾、意外坠落、人员伤害等)以及对后续分析有帮助的安全关键因素，最后完成PHL输出。

3 PHA

初步危险分析(Preliminary hazard analysis，PHA)[9],是在PHL确定的危险基础上，再次利用危险检查表辨识危险、分析致因因素、确定风险等级、提出纠正措施，PHA基本实现过程见图3。

图3 PHA实施流程Fig.3 PHA implementation flow chart

3.1 PHA分析

利用PHA结构化和严谨化的详细危险分析方法，在PHL列出的危险基础上，辨识每一子系统中可能导致由PHL确认的顶层事故的危险[10]，并再次利用危险检查表[11]识别潜在的事故和危险，同时参考类似工程的经验教训，对识别的危险进行深入分析，以确定其致因因素和影响。

3.2 PHA-LEC分析

作业条件危险分析(LEC)法能定量分析危险的等级，它是用与系统风险率有关的三种因素指标值之积来定量确定风险等级[12-14]，其函数关系如下。

D=L×E×C

式中：D为事故隐患评估分值；L为发生事故的可能性；E为人体暴露在这种危险环境中的频繁程度；C为发生事故会造成的损失后果。L、E、C的取值以及根据D值判定危险等级的标准参考文献[11]。

3.3 风险控制

针对PHA-LEC分析的结果，必须从人、物、环境以及管理等方面制定切实可行的安全措施，尽可能降低人的不安全行为、物的不安全状态、环境的不稳定因素和管理制度的缺失，从而最大限度地减少事故的发生或降低事故的损失。

在制定安全风险控制措施的过程中，应做到整体与局部的统一，既要突出重点工序，又要兼顾一般作业，如起吊作业中对塔吊起吊装置进行重点防控，通过设置各类安全限制装置防止事故发生，从而实现本质安全；高空作业中应进行岗前培训、安全教育，严格执行高空作业规程，正确使用安全保护设备等；索塔浇筑中应预防雷击、强风、暴雨、飞行器对施工影响；通用作业中防止火灾、触电、淹溺等事故发生；同时应在模板、支架、塔吊等工程的安装、使用、拆除阶段进行强度、稳定性的验算和检查等[15]。

3.4 PHA 输出

根据PHA分析流程，在确定危险、危险因素、事故后果后，利用LEC分析法确定其危险等级，并在对危险进行深入分析的基础上，提出控制措施，进行PHA输出。

同时，在完成PHA后，再次审查PHL中的危险，以确保PHA辨识的危险涵盖了所有危险[16]。

4 应用分析

本研究定义的安全系统由索塔浇筑、起吊作业、模板支架工程、高空作业及通用作业五个部分组成，针对每个部分定义其子系统的边界和范围，分别通过PHL分析、PHA分析、PHA-LEC输出等方法进行系统的安全风险分析，并提出安全风险控制措施。下面以索塔浇筑为例，分析PHA输出过程。

4.1 PHL输出

索塔浇筑的混凝土施工子系统PHL 输出结果见表2，其他子系统PHL分析方法相同 。

表2 索塔浇筑-混凝土施工PHL分析表

Table 2 PHL analysis table for tower concrete construction

序号系统项目危险危险影响备注PHL-1混凝土施工拌和运输时间不合理混凝土拌和质量下降PHL-2混凝土施工混凝土缓凝时间过短混凝土拌和质量下降PHL-3混凝土施工拌和平台不稳定混凝土拌和质量下降PHL-4混凝土施工拌和材料受潮混凝土拌和质量下降PHL-5混凝土施工原材料堆放过多混凝土拌和质量下降影响拌和船稳定PHL-6混凝土施工拌和船受到撞击混凝土拌和质量下降PHL-7混凝土施工拌和船漏水混凝土拌和质量下降PHL-8混凝土施工洪水波浪干扰混凝土拌和质量下降影响拌和船稳定PHL-9混凝土施工混凝土配合比不合理混凝土裂缝PHL-10混凝土施工外界温度变化混凝土裂缝PHL-11混凝土施工模板拆除太早混凝土裂缝PHL-12混凝土施工施工时间间隔太长混凝土裂缝PHL-13混凝土施工混凝土养护不到位混凝土裂缝PHL-14混凝土施工主动横撑压力过大,塔柱开裂混凝土裂缝PHL-15混凝土施工水化热过大产生裂缝混凝土裂缝PHL-16混凝土施工坍落度不合格空洞、不密实PHL-17混凝土施工分层高度不合理空洞、不密实PHL-18混凝土施工振捣不密实空洞、不密实PHL-19混凝土施工拌和不均匀空洞、不密实PHL-20混凝土施工模板未涂抹脱模剂麻面PHL-21混凝土施工振捣不密实麻面PHL-22混凝土施工模板表面不光滑麻面

4.2 PHA-LEC输出

索塔浇筑的混凝土施工子系统PHA-LEC 输出见表3，其他子系统PHA-LEC分析方法相同。

表3 索塔浇筑混凝土施工PHA-LEC分析表

Table 3 PHA-LEC analysis table for tower concrete construction

序号子系统项目危险危险因素事故后果LECD危险程度综合危险等级PHA-1混凝土施工混凝土拌和质量不合格拌和运输时间不合理混凝土缓凝时间过短拌和平台不稳定拌和材料受潮原材料堆放过多拌和船受到撞击拌和船漏水洪水波浪干扰系统损坏30.534.5稍有危险,可以接受30.534.5稍有危险,可以接受36354一般危险,需注意30.534.5稍有危险,可以接受30.511.5稍有危险,可以接受36354一般危险,需注意66136一般危险,需注意66136一般危险,需注意Ⅱ级PHA-2混凝土施工混凝土表观及内部缺陷混凝土配合比不合理外界温度变化模板拆除太早施工时间间隔太长混凝土养护不到位主动横撑压力过大,塔柱开裂水化热过大产生裂缝坍落度不合格分层高度不合理振捣不密实拌和不均匀模板未涂抹脱模剂振捣不密实系统损坏36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意36354一般危险,需注意Ⅱ级

4.3 PHA 输出

索塔浇筑的PHA输出结果见表4。

表4 索塔浇筑PHA输出

Table 4 PHA output of cable-stayed bridge tower pouring

序号系统子系统危险危险等级控制措施PHA-1索塔浇筑混凝土施工混凝土拌和质量不合格Ⅱ级加强原材料进场管理;合理划分作业段,必要时通过选择混凝土外加剂以调节施工速度;做好水中施工辅助船只的防撞措施,加大对船只的日常检查。PHA-2索塔浇筑混凝土施工混凝土表观及内部缺陷Ⅰ级合理选择混凝土配合比;改善混凝土拌和工艺;加大混凝土和易性检查;严格控制浇筑分层厚度;根据混凝土工作性选择合适的振捣工艺,防止过振或漏振;严格养护工艺,合理掌握拆模时间。PHA-3索塔浇筑钢筋作业钢筋绑扎不合格Ⅱ级加强作业班组人员岗前培训;强化技术交底工作;加大过程检查频度。PHA-4索塔浇筑钢筋作业钢筋质量不合格Ⅱ级严格按规范要求对进场的材料进行抽检;材料不应露天堆放,加工区应采用标准化建设。PHA-5索塔浇筑钢筋作业机械伤害Ⅴ级加强岗前安全教育;现场作业应制定安全作业指导书;标志标识应按规定设置。PHA-6索塔浇筑钢筋作业预应力张拉施工事故Ⅱ级加强对原材料的进场管理;施工前应及时检查设备的可靠性;操作人员应进行岗前培训;现场应设置安全警示标志。PHA-7索塔浇筑索塔上下阶段施工互相影响Ⅱ级做好施工组织设计;加强施工监控;加强对测量设备的维护保养;随时检查混凝土的外观,确保下道工序施工的可行性。PHA-8索塔浇筑索塔索塔倾覆Ⅴ级做好防雷措施;恶劣天气严禁施工;确保施工过程中人员撤离通道的畅通、安全、可靠。

4.4 讨论

由表4可以看出，危险等级均大于Ⅱ级，其中钢筋作业及索塔子系统中均存在极其危险不能作业的风险(风险等级为Ⅴ级)，因此在施工中应重点防范，通过预案、预控、预警等措施进行安全控制。

5 结语

进行PHA时，首先，利用PHL分析技术查明危险因素存在的部位。然后，识别危险因素转为危险状态的触发因素，分析危险状态发展为事故的必要条件，进而研究防止可能发生的事故的方法及其效果。

经验表明，PHA分析的深度取决于分析时掌握资料的广度和详细程度，特别是PHL分析的深度，因此应尽可能多地收集关于系统方面的各项资料。

本研究通过首次将PHA分析法运用于斜拉桥索塔施工中安全风险分析的研究，运用定性与定量分析的方法，辨识斜拉桥索塔施工中的危险源，提出斜拉桥索塔施工的预防措施。该法具有简单易用、运营费用低、条理化强、分析结构严谨、分析周期短等优点，具有前瞻性、预控性，实际运用中有较强的操作性、可行性、实用性。

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