人工挖孔樁的事故樹分析探討

王 杰 陳 峰 周冬林

(1.鎮(zhèn)江市建科工程質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212004；2.鎮(zhèn)江市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 鎮(zhèn)江 212004； 3.江蘇鎮(zhèn)江建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212004)

人工挖孔樁的事故樹分析探討

王 杰1陳 峰2周冬林3

(1.鎮(zhèn)江市建科工程質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212004；
2.鎮(zhèn)江市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 鎮(zhèn)江 212004； 3.江蘇鎮(zhèn)江建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212004)

通過總結(jié)人工挖孔樁事故的引發(fā)原因，采用事故樹分析方法對其安全性進行了評價，得出了若干種可能的破壞模式，并對各基本事件進行結(jié)構(gòu)重要度分析，得出當(dāng)一些事件處在僅含其本身的最小割集時，它們的結(jié)構(gòu)重要度相同的結(jié)論。

人工挖孔樁，事故樹，最小割集，重要度

0 引言

人工挖孔樁因其施工機具簡單，占用施工場地小，對周圍建筑影響小，樁身質(zhì)量可靠及造價低等優(yōu)勢，在樁基礎(chǔ)工程和深基坑圍護工程中應(yīng)用廣泛。但因其主要是采用人工進行地下作業(yè)，受工程地質(zhì)和水文地質(zhì)影響較大，在施工中存在易于出現(xiàn)問題的風(fēng)險因素和難點。 由此可見，對人工挖孔樁進行安全評價有著重要的意義。

事故樹分析法能描述事故因果關(guān)系，分析出事故的直接原因，深入揭示事故的潛在原因，是比較簡明、形象化的安全評價方法，在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用還較少。

本文將FTA法引入人工挖孔樁體系，揭示了人工挖孔樁事故的直接原因和潛在原因。

1 事故樹定性分析

事故樹分析包括定性分析和定量分析。

定性分析包括：

1)事故資料收集并分析整理；

2)簡化事故樹，給各事件編代號；

3)求出全部最小割集。

定量分析包括計算頂事件發(fā)生概率和重要度分析。

繪制事故樹是將各事件以相應(yīng)的邏輯門連接起來。圖1和圖2分別是常用的邏輯門符號和事件符號。頂事件位于事故樹最頂端；基本事件是已探明或無需進一步展開的基本事故；中間事件位于兩者之間；條件事件是加于邏輯門的特定條件或限制[1]。

2 人工挖孔樁體系事故樹

人工挖孔樁事故樹繪制的大致思路是：

1)頂事件是人工挖孔樁體系事故；

③陰極保護系統(tǒng)失效。由于人為因素、意外或施工等原因會造成陰極保護系統(tǒng)的物理性破壞，使得陰極保護系統(tǒng)失散，常見的情況有：新建立的犧牲陽極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)，其中有一個系統(tǒng)未設(shè)置，使陰極保護不能運行；陰極保護系統(tǒng)設(shè)置不正確，未能提供足夠的保護電流；陰極保護系統(tǒng)部件遭到破壞，一個或多個部件失效；陰極保護系統(tǒng)部件失效，有20%以上的時間未運行；施工單位未按設(shè)計要求施工或擅自修改設(shè)計施工。

2)根據(jù)人工挖孔樁的特殊情況，頂事件往下分為人員傷亡事故和工程質(zhì)量事故，以或門連接；

3)涉及到人員傷亡事故的一般原因是地面人員從高處墜落孔內(nèi)、落物打擊孔內(nèi)作業(yè)人員及孔內(nèi)人員缺氧窒息；涉及到工程質(zhì)量事故的一般原因是護壁坍塌、樁身強度不足和樁底持力層不符合要求；

4)事故樹從上往下范圍越來越小，對事件的描述越來越細(xì)，對事故原因的分析越來越徹底。

本事故樹由于統(tǒng)計資料缺少以及人為因素眾多，不能進行完全的定量分析。本文只對人工挖孔樁做包括繪制事故樹、求最小割集的定性分析和定量分析中的結(jié)構(gòu)重要度分析。

人工挖孔樁事故樹形象地把導(dǎo)致事故的原因與體系有機聯(lián)系起來，通過樹的方向性和邏輯性把導(dǎo)致體系事故的直接原因和潛在原因揭示出來。

圖3是人工挖孔樁事故樹圖[2，3]，表1是事故樹中各事件代號的意義。

最小割集是能引起頂事件發(fā)生的最低數(shù)量基本事件的集合。求解最小割集，需使用集合的運算法則[4]：

1)交換律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個最小割集：

{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 人工挖孔樁事故樹中事件代號的意義

這說明人工挖孔樁體系有多達25種潛在的破壞模式，有多達13個事件單獨出現(xiàn)就會導(dǎo)致整個體系事故，即使一個微小的危險因素出現(xiàn)，都有可能造成人工挖孔樁體系出現(xiàn)事故。

常用的重要度有結(jié)構(gòu)、概率、臨界和關(guān)鍵重要度。因后三種需明確每個基本事件的發(fā)生概率，受統(tǒng)計資料局限本文僅討論結(jié)構(gòu)重要度Iφ(i)。

結(jié)構(gòu)重要度不考慮各基本事件發(fā)生的概率，認(rèn)為基本事件發(fā)生與不發(fā)生的可能性相同。式(1)可以簡便地對該事故樹進行結(jié)構(gòu)重要度分析[5]：

(1)

其中，nj為第i個基本事件所在第j個最小割集kj的基本事件總數(shù)。

通過計算發(fā)現(xiàn)，因結(jié)構(gòu)重要度不考慮各基本事件發(fā)生的概率，13個事件的重要度大小相同，均為1，其余事件均小于1。這13個事件也是只含有1個基本事件的最小割集。這也反映出了在不考慮各事件發(fā)生概率的情況下，進行重要度分析的局限性。

3 結(jié)語

1)人工挖孔樁影響因素眾多，該體系的事故樹的全部最小割集就是體系的全部可能的失效及事故狀態(tài)。事故樹能清晰地反映人工挖孔樁事故的直接原因和潛在原因，共有25種潛在的破壞模式，有多達13個危險因素單獨出現(xiàn)就會造成整個體系事故。

2)按照結(jié)構(gòu)重要度分析，當(dāng)事件處在只含其本身的最小割集中，該事件的重要度大小為1，共有13個這樣的事件。它們在不考慮其本身發(fā)生概率的情況下，對整個體系的破壞程度相同。

3)該體系事故樹可以形象化地給施工管理人員提供直觀的圖解。可根據(jù)場地區(qū)域的特點、升降設(shè)備及輔助安全設(shè)備的更新完善，對已建造好的事故樹進行必要的修改。

4)受統(tǒng)計資料局限，本文未計算頂事件的發(fā)生概率及概率、臨界、關(guān)鍵重要度。

[1] 袁昌明，張曉冬，章保東.安全系統(tǒng)工程[M].北京：中國計量出版社，2006.

[2] 徐東輝.人工挖孔樁施工質(zhì)量控制及安全施工[J].長沙鐵道學(xué)院學(xué)報，2005(6)：200-201.

[3] 荀 暉.人工挖孔樁技術(shù)方案和安全措施及應(yīng)急預(yù)案[J].山西建筑，2007，33(1)：120-121.

[4] 章國棟，陸廷孝，屠慶慈，等.系統(tǒng)可靠性與維修性的分析與設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990.

[5] 徐志勝，吳 超.安全系統(tǒng)工程[M].北京：機械工業(yè)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，碩士，工程師； 陳 峰(1977- )，男，工程師； 周冬林(1962- )，男，研究員級高級工程師

1009-6825(2015)31-0057-02

TU473

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