本站原创摘 要 ：爆模事故在桥梁墩身施工过程中经常出现,其发生的原因也是多方面的.文章以某铁路特大桥爆模事故为实例,运用事故树分析法对可能引起爆模事故的原因进行了演绎和逻辑分析,以便在后续施工对其控制,避免爆模事故发生.
关 键 词 ：事故树分析；爆模事故；桥梁墩身施工；最小割集；结构重要度；概率分析
中图分类号：U698 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）04-0092-03
在大规模高速铁路建设过程中,为有效防止路基沉降,一般在设计时多采取桥梁代替路基模式.由于铁路桥梁的荷载比较大,为保证受力,桥梁墩身设计比较高大.在施工过程中,为了节省工期和工序,保证外观质量,多采取一次性浇筑.基于以上情况,在桥梁墩身施工过程中,很容易发生爆模事故,一旦发生爆模事故将严重影响墩身混凝土质量和工程进度,还会造成人身伤害和财产损失.本文以某铁路特大桥桥爆模事故为实例,运用事故树分析法对可能引起爆模事故的原因进行演绎和逻辑分析,以便在后续施工中对其进行控制,避免爆模事故发生.
一、事故树分析简介
事故树分析（Accident Tree Analysis,简称ATA）方法起源于故障树分析（简称FTA）,是安全系统工程的重要分析方法之一,它是运用逻辑推理对各种系统的危险性进行辨识和评价,不仅能分析出事故的直接原因,而且能深入地揭示出事故的潜在原因.用它描述事故的因果关系直观、明了,思路清晰,逻辑性强,既可定性分析,又可定量分析.
事故树分析一般过程.准备阶段,确定所要分析的系统以及所要分析系统的范围；熟悉系统并收集系统的有关资料与数据；收集、调查所分析系统曾经发生过的事故和将来有可能发生的事故.事故树的编制,确定事故树的顶事件；调查与顶事件有关的所有原因事件并进行影响分析；采用一些规定的符号按照一定的逻辑关系,将事故树顶事件与引起顶事件的原因事件绘制成反映因果关系的树形图.事故树定性分析,按照事故树结构,求取事故树的最小割集或最小径集,以及基本事件的结构重要度,根据定性分析的结果确定预防事故的安全保障措施.事故树定量分析,根据引起事故发生的各基本事件的发生概率,计算事故树顶事件发生的概率,计算各基本事件的概率重要度.根据定量分析的结果以及事故发生以后可能造成的危害,对系统进行风险分析,以确定安全投入方向.事故树分析的结果总结与应用,及时对事故树分析的结果进行评价、总结,提出改进建议,为系统安全性评价与安全性设计提供依据.
二、事故背景
某铁路特大桥202#墩中心里程为DK28+178.395,墩身设计高度17.25米,需灌注混凝土407.7m³2009年9月10日18：00,经报检合格后开始灌注混凝土,至次日9：20,累计灌注混凝土361.93m³,,灌注高度为15m左右时,模板突然垮塌,发生爆模事故.在模板顶部进行作业的7名施工人员随模板跌落,造成4人不同程度受伤.
三、事故树对该起事故的初步分析
导致这起爆模事故的原因很多,事故树分析法主要采用逻辑演绎思路进行分析.具体思路是以事故发生为顶上事件,逐步细分可能导致事故发生的最小基本事件,并理清顶上事件、中间事件与基本事件之间的逻辑关系.最后进行简单的布尔逻辑运算,并确定导致基本事件发生组合的结构重要度,以便为后续分析提供参考.
(一)绘制事故树
事故树绘制是否成功关系到结果的准确度,这也是事故树分析法成败的关键.国内对于爆模事故原因总结很多,也比较全面.本文在绘制事故树时直接参照引用部分,为调整绘图大小,基本事件类似的合并罗列,不再细化原因,未考虑人员培训、交底等常规管理因素.事故树绘图方法不再赘述,本起事故事故树见图1：
(二)最小割集
最小割集表示系统的危险性.求出最小割集可以掌握事故发生的各种可能,为事故调查和事故预防提供方便.最小割集的求法是采用布尔代数逻辑化简法.本期爆模事故的最小割集求法如下:
T等于M1+X0+M15
等于(M2+M5+M12+M8)+X0+(M16+M17+M21)
等于等(计算过程不再详细表述)
等于 X1X2+X0+X5X4+X9X4+X2X8+X3X4+X7X4+X12X4+X6+X13X4+X14X4+X10X4+
X11X4
本期事故事故树的最小割集为
X1 X2：设计方案不可行,计算错误；未审核或审核不严；
X0：不可抗拒因素,如地震等；
X5 X4：长时间使用,锈蚀,保养不到位；相关监管和检验失效；
X9 X4：螺栓未紧固或漏连；相关监管和检验失效；
X2 X8：未审核或审核不严；浇筑参数选取不当；
X3 X4：材质不合格,偷工减料；相关监管和检验失效；
X7 X4：随意修补；相关监管和检验失效；
X12 X4：浇筑速度过快；相关监管和检验失效；
X6：未及时发现；
X13 X4：初凝时间太长；相关监管和检验失效；
X14 X4：超量浇筑；相关监管和检验失效；
X10 X4：临时焊缝不满足要求；相关监管和检验失效；
X11 X4：浇筑过程中松动；相关监管和检验失效.
以上最小割集显示最有可能导致出本起事故发生的原因组合,为后续分析提供相关思路和依据,也为预防事故发生提供防范措施的思路.
(三)结构重要度
结构重要度分析是从事故树结构上入手分析各基本事件的重要程度.具体方法和计算方法和计算过程不再赘述.
本起事故的结构重要度计算结果为：
设计方案不可行,I(1)等于0.038461538462
未审核或审核不严,I(2)等于0.076923076923
不可抗拒因素,如地震等,I(0)等于0.076923076923
长时间使用,锈蚀,保养不到位,I(5)等于0.038461538462
相关监管和检验失效,I(4)等于0.346153846154
螺栓未紧固或漏连,I(9)等于0.038461538462
浇筑参数选取不当,I(8)等于0.038461538462
材质不合格,偷工减料,I(3)等于0.038461538462
随意修补,I(7)等于0.038461538462
浇筑速度过快,I(12)等于0.038461538462
未及时发现,I(6)等于0.076923076923
初凝时间太长,I(13)等于0.038461538462
超量浇筑,I(14)等于0.038461538462
临时焊缝不满足要求,I(10)等于0.038461538462
浇筑过程中松动,I(11)等于0.038461538462
结构重要度顺序为：
I(4)>I(0)等于I(2)等于I(6)>I(1)等于I(9)等于I(8)等于I(3)等于I(7)等于I(12)等于I(5)等于I(13)等于I(14)等于I(10)等于I(11)
事件名称是：相关监管和检验失效>不可抗拒因素,如地震等等于未审核或审核不严等于未及时发现>设计方案不可行,计算错误等于螺栓未紧固或漏连等于浇筑参数选取不当等于材质不合格,偷工减料等于随意修补等于浇筑速度过快等于长时间使用,锈蚀,保样不到位等于初凝时间太长等于超量浇筑等于临时焊缝不满足要求等于浇筑过程中松动
从结构重要度中,我们可以看出相关监管和检验失效在本起事故事故树中的作用最大,也确切表达了人作为安全监管主体的重要性.
(四)概率分析
概率分析是根据所调查的情况和资料,确定所有原因事件的发生概率,并标在事故树上.根据这些基本数据,求出顶上事件(事故)发生概率.
此方法为定量分析,由于无相关确切资料对可能引起事故基本事件的概率进行确定,笔者如果主观臆断赋予各基本事件概率将严重影响准确度.所以本文不对概率进行分析计算.
四、原因分析
原因分析采用排除法,即对现场工人描述,相关资料的检查和物证的检验角度入手,对事故树中的原因组合进行排除,从而确定导致本起事故的最终原因.
(一)现场检查结果和描述
发生事故的202#墩墩身为素混凝土结构,采用27:1墩身脚手一体化模板,采用对拉拉杆方式固定.模板为某公司加工的新模板,经过设计检验和强度检算,强度均满足设计要求.从以往使用情况来看,未发现不满足强度的现象.拉杆使用Φ25精轧罗纹钢,竖向每隔1米设置一道,横向每隔1.5米设置一道,检算强度满足设计要求,连接螺栓满足强度要求.
查阅模板、拉杆和灌注方案以及施工人员的培训、交底资料均符合要求.设计的混凝土坍落度选用16～18,现场混凝土坍落度实验表明,灌注用混凝土坍落度控制在18以内,灌注记录显示灌注速度略大约1.5m/h,初凝时间6h.
混凝土灌注前,技术员检查后向监理报检,经监理检查确认,现场模板立模符合灌注要求,拉杆、连接螺栓完好无损.据现场施工人员称,爆模前听到一声响声,约3～5秒后模板倒塌,但在混凝土灌注、振捣期间未发现异常,无接连螺栓松动现象.
从现场取证照片可以看出,拉杆断裂,断裂拉杆附近的模板撕裂,底部混凝土已经初凝.
(二)分析判断确定原因
从上节中,我们看到,事故树中大部分组合已经被排除,仅留下灌注速度超标和模板、拉杆材质不合格、疲劳等基本事件.通过计算,灌注速度略大不会对模板和拉杆允许应力产生影响,模板和拉杆的设计允许应力和富余量满足2m/h的灌注速度.
事故原因分析将主要问题转向模板、拉杆材质.对撕裂口附近的模板材质和断裂拉杆进行取样送检,经检验,模板材质符合要求,拉杆强度不达标.不达标项目是疲劳试验应力幅平均值为153MPa,远小于规定的195MPa,抗拉强度平均值为368MPa,小于规定的大于等于400MPa.从材料自检情况来看,该批次精轧螺纹钢进场检验时抽检合格.
通过以上结论,我们可以得出本起爆模事故是由于拉杆疲劳或原材质不合格引起的,具体原因还需在做鉴定.断裂的拉杆见图2和图3：
五、结论
本文通过事故树分析对可能引起本起事故的原因进行了分析,再结合实际情况进行分析排除,最后得出引起本起事故的直接原因.通过本文,结论如下：
1．事故树分析法的果因关系清晰、形象,对导致事故的各种原因及逻辑关系能做出全面、简洁、形象地描述,从而为事故原因分析提供思路和方向.本起事故采用事故树分析法,很快找出了事故发生的原因,相对其他方法而言,较为直观、形象.
2．从本文得出,监管和检验措施失效对事故影响最大.换言之,人的管理体系失控,引起事故发生的概率远大于物的不安全状态,物的不安全状态最终是靠人员的管理使之消除.
3．本文直观的表明了爆模事故引起的各种原因组合,给预防施工爆模事故制定预防措施提供参考.
4．事故树分析法是针对一个特定事故作分析,而不是针对一个过程或设备系统作分析,因此具有局部性.它要求分析人员必须非常熟悉所分析的对象系统,能准确和熟练地应用分析方法.对于复杂系统,编制事故树的步骤较多,编制的事故树也较为庞大,计算也较为复杂,给进行定性、定量分析带来困难.要对系统进行定量分析,必须事先确定所有各基本事件发生的概率,否则无法进行定量分析.