PHA法在斜拉桥索塔爬模工法中的应用研究

2018-09-05

江汉大学学报（自然科学版） 2018年4期

（安徽交通职业技术学院土木工程系，安徽合肥 230051）

0 引言

随着斜拉桥的广泛运用，索塔施工安全越来越引起学者的重视。目前索塔施工均采用无支架施工，基本方法有整体模板逐段提升法、翻模法、爬模提升法和滑模法4种。其中爬模工法具有稳定性好、操作方便、安全性高、节省工时和材料、适用性强等优点而被广泛采用。

由于索塔的结构特点，爬模提升高度大，因而存在巨大安全风险［1］。按照我国“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针的要求，在索塔施工中如何做到以人为本、生命至上、预控分析、综合防范，是目前亟待解决的问题。

系统安全分析法中的预先危险性分析（preliminary hazard analysis，PHA）法［2］，是在项目的前期阶段，对存在的各种危险因素、出现条件和事故可能造成的后果进行宏观、概略的分析，以确定危险性等级，并提出相应的防范措施，做到安全控制的前瞻性和预控性。国内目前的煤矿开采、隧道施工等地下工程中广泛采用PHA法进行安全风险分析控制［3-5］，而桥梁施工中仍采用传统的经验方法。本文利用PHA法对斜拉桥索塔爬模工法施工的安全风险与风险预防进行分析，研究其可行性和可靠性。

1 系统建模

根据PHA分析方法的需求，结合以往经验知识，在数据统计和相关信息的基础上，明确其系统的边界和范围，确定任务的目标、阶段和环境剖面，了解系统设计、使用方案以及主要的系统组成，建立安全系统模型。本研究选取安徽省的望东长江大桥和马鞍山长江大桥作为典型案例，通过已有经验和预先分析相结合的方法，建立本研究的系统分析模型［6］。

1.1 索塔爬模工法流程

根据斜拉桥施工流程，在塔墩施工完成后，即可进行爬模系统的安装和塔柱的施工。本研究对象均采用液压爬模系统，主要工艺流程如图1所示。

图1 斜拉桥索塔爬模施工工艺流程Fig.1 Technological process of climbing formwork technology of cable-stayed bridge pylon

除图1所示的基本流程外，安全防护、高空作业、起吊作业、动火作业、临时用电等通用作业贯穿于整个施工过程。

1.2 定义安全系统

根据既往工程经验，在爬模工法中，爬模系统的安装及爬升、高空作业是安全控制的关键，实际施工中存在诸多安全隐患，支架工程、爬模系统拆除、其他通用作业也是安全防范的重点。根据斜拉桥索塔爬模工法的工艺流程，通过对既有工程设计、施工组织、施工安全预案的分析，关注其重点环节，遵循PHA分析规则，建立斜拉桥索塔爬模工法的安全系统［7］，其安全系统如图2所示。

图2 斜拉桥索塔爬模施工安全系统Fig.2 Safety system of climbing formwork technology of cable-stayed bridge pylon

2 PHA过程

预先危险分析（preliminary hazard analysis，PHA）法是爬模施工前，对系统存在的危险性类型、来源、出现条件、导致事故的后果以及有关措施等进行概略分析，辨识系统中存在的潜在危险，确定其危险等级，提出建议措施，防止这些危险发展成事故［8］，基本实现过程见图3。

图3 斜拉桥索塔爬模工法PHA过程Fig.3 PHA process of climbing formwork technology of cable-stayed bridge pylon

2.1 信息采集

以本研究确定的研究对象为基础，收集有关索塔爬模工法的设计、施工、验收、事故、安全预控、措施纠正等基础资料，为开展PHL分析和PHA分析作前期准备。

2.2 PHL分析

初步危险表（preliminary hazard list，PHL）［9］是在采集资料的基础上，先于PHA开展的危险分析活动，通过识别和列出系统中可能存在的潜在危险和事故，为后续的PHA危险分析提供依据，它是PHA的起始点，也是安全系统后续危险分析的基础。

本研究通过对已采集的研究对象的设计、施工、施工安全方案等资料的详细分析，在建立的斜拉桥索塔爬模工法的安全系统的基础上，列出了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。同时收集和记录补充信息，诸如主要的危险导致因素（例如硬件故障、软件故障、人为差错等）、危险的主要事故（例如着火、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。

在本研究建立的安全系统中，通过对各个安全子系统的工序分解，从人、物、环境、管理等各方面入手，遵循PHL分析规则，尽可能辨识各种危险及其影响，同时参考类似工程经验，最终完成PHL输出。

本研究中爬模系统PHL输出结果见表1［10］，其他系统PHL输出略。

2.3 PHA分析

PHA利用其结构化、严谨性的分析方法，从PHL确定的危险入手，再次利用危险检查表［11］进行危险的识别、致因因素分析和风险等级确定。PHA过程应遵循以下原则：

1）对每一子系统，识别可能导致由PHL确认的顶层事故的危险。

2）再次利用危险检查表识别潜在的事故和危险。

3）参考类似工程的经验教训识别事故和危险。

4）对识别的危险进行深入分析，以确定其致因因素和影响。

5）定量分析危险等级。

根据上述原则，针对系统的各子系统进行PHA分析，识别危险及致因因素，本研究中爬模系统的PHA分析结果见表2，其他组成部件输出略。

表1 爬模系统PHL分析表Tab.1 PHL analysis table of climbing formwork system

2.4 危险等级确定

根据PHL的分析结果，遵循PHA分析原则，在确定危险、危险因素、事故后果后，利用LEC分析法（作业条件法）确定其危险等级［12-14］，其函数关系如下：

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为一旦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］。

本研究在执行PHA分析时，分别从爬模系统、支架工程、支架模板拆除、通用作业等4个子系统入手，利用PHL输出结果，进一步分析、辨识危险、危险因素及事故后果，识别可能导致由PHL确认的顶层事故的危险，并利用LEC法进行定量分析，以判定其危险程度和危险等级。

本研究定义的安全系统中，爬模系统的PHA-LEC输出结果见表2，其他系统PHA-LEC输出略。

表2 斜拉桥索塔爬模施工PHA-LEC输出Tab.2 PHA-LEC output of climbing formwork technology of cable-stayed bridge pylon

表中危险等级Ⅳ级及以上的系统部件，必须立即整改或停止作业。通过PHA-LEC分析，可以识别爬模系统各种危险及危险等级，为安全措施的制订提供依据。

2.5 提出安全风险控制措施

针对PHA-LEC分析表提出的危险及危险等级，必须从人、物、环境以及制度等方面制订切实可行的安全措施，以彻底杜绝人的不安全行为、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。

在制订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，如通过爬模的受力计算［15］、安装、验收、爬升系统的检查来保证物的安全状态；通过设置各类安全限制装置防止事故发生，从而实现安全作业；通过岗前培训、安全教育、作业规程宣传贯彻、安全保护设施知识普及等来保证人的行为安全；通过制订、完善各项规章制度来弥补管理缺失等。