PHA法在斜拉橋索塔爬模工法中的應用研究

（安徽交通職業(yè)技術學院 土木工程系，安徽 合肥 230051）

0 引言

隨著斜拉橋的廣泛運用，索塔施工安全越來越引起學者的重視。目前索塔施工均采用無支架施工，基本方法有整體模板逐段提升法、翻模法、爬模提升法和滑模法4種。其中爬模工法具有穩(wěn)定性好、操作方便、安全性高、節(jié)省工時和材料、適用性強等優(yōu)點而被廣泛采用。

由于索塔的結構特點，爬模提升高度大，因而存在巨大安全風險［1］。按照我國“安全第一、預防為主、綜合治理”的安全生產方針的要求，在索塔施工中如何做到以人為本、生命至上、預控分析、綜合防范，是目前亟待解決的問題。

系統(tǒng)安全分析法中的預先危險性分析（preliminary hazard analysis，PHA）法［2］，是在項目的前期階段，對存在的各種危險因素、出現條件和事故可能造成的后果進行宏觀、概略的分析，以確定危險性等級，并提出相應的防范措施，做到安全控制的前瞻性和預控性。國內目前的煤礦開采、隧道施工等地下工程中廣泛采用PHA法進行安全風險分析控制［3-5］，而橋梁施工中仍采用傳統(tǒng)的經驗方法。本文利用PHA法對斜拉橋索塔爬模工法施工的安全風險與風險預防進行分析，研究其可行性和可靠性。

1 系統(tǒng)建模

根據PHA分析方法的需求，結合以往經驗知識，在數據統(tǒng)計和相關信息的基礎上，明確其系統(tǒng)的邊界和范圍，確定任務的目標、階段和環(huán)境剖面，了解系統(tǒng)設計、使用方案以及主要的系統(tǒng)組成，建立安全系統(tǒng)模型。本研究選取安徽省的望東長江大橋和馬鞍山長江大橋作為典型案例，通過已有經驗和預先分析相結合的方法，建立本研究的系統(tǒng)分析模型［6］。

1.1 索塔爬模工法流程

根據斜拉橋施工流程，在塔墩施工完成后，即可進行爬模系統(tǒng)的安裝和塔柱的施工。本研究對象均采用液壓爬模系統(tǒng)，主要工藝流程如圖1所示。

圖1 斜拉橋索塔爬模施工工藝流程Fig.1 Technological process of climbing formwork technology of cable-stayed bridge pylon

除圖1所示的基本流程外，安全防護、高空作業(yè)、起吊作業(yè)、動火作業(yè)、臨時用電等通用作業(yè)貫穿于整個施工過程。

1.2 定義安全系統(tǒng)

根據既往工程經驗，在爬模工法中，爬模系統(tǒng)的安裝及爬升、高空作業(yè)是安全控制的關鍵，實際施工中存在諸多安全隱患，支架工程、爬模系統(tǒng)拆除、其他通用作業(yè)也是安全防范的重點。根據斜拉橋索塔爬模工法的工藝流程，通過對既有工程設計、施工組織、施工安全預案的分析，關注其重點環(huán)節(jié)，遵循PHA分析規(guī)則，建立斜拉橋索塔爬模工法的安全系統(tǒng)［7］，其安全系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 斜拉橋索塔爬模施工安全系統(tǒng)Fig.2 Safety system of climbing formwork technology of cable-stayed bridge pylon

2 PHA過程

預先危險分析（preliminary hazard analysis，PHA）法是爬模施工前，對系統(tǒng)存在的危險性類型、來源、出現條件、導致事故的后果以及有關措施等進行概略分析，辨識系統(tǒng)中存在的潛在危險，確定其危險等級，提出建議措施，防止這些危險發(fā)展成事故［8］，基本實現過程見圖3。

圖3 斜拉橋索塔爬模工法PHA過程Fig.3 PHA process of climbing formwork technology of cable-stayed bridge pylon

2.1 信息采集

以本研究確定的研究對象為基礎，收集有關索塔爬模工法的設計、施工、驗收、事故、安全預控、措施糾正等基礎資料，為開展PHL分析和PHA分析作前期準備。

2.2 PHL分析

初步危險表（preliminary hazard list，PHL）［9］是在采集資料的基礎上，先于PHA開展的危險分析活動，通過識別和列出系統(tǒng)中可能存在的潛在危險和事故，為后續(xù)的PHA危險分析提供依據，它是PHA的起始點，也是安全系統(tǒng)后續(xù)危險分析的基礎。

本研究通過對已采集的研究對象的設計、施工、施工安全方案等資料的詳細分析，在建立的斜拉橋索塔爬模工法的安全系統(tǒng)的基礎上，列出了系統(tǒng)各主要組成部分的各種危險、危險源、危險要素以及相似系統(tǒng)中存在的危險。同時收集和記錄補充信息，諸如主要的危險導致因素（例如硬件故障、軟件故障、人為差錯等）、危險的主要事故（例如著火、意外墜落、人員傷害等）以及對后續(xù)分析有幫助的安全關鍵因素，最后完成PHL輸出。

在本研究建立的安全系統(tǒng)中，通過對各個安全子系統(tǒng)的工序分解，從人、物、環(huán)境、管理等各方面入手，遵循PHL分析規(guī)則，盡可能辨識各種危險及其影響，同時參考類似工程經驗，最終完成PHL輸出。

本研究中爬模系統(tǒng)PHL輸出結果見表1［10］，其他系統(tǒng)PHL輸出略。

2.3 PHA分析

PHA利用其結構化、嚴謹性的分析方法，從PHL確定的危險入手，再次利用危險檢查表［11］進行危險的識別、致因因素分析和風險等級確定。PHA過程應遵循以下原則：

1）對每一子系統(tǒng)，識別可能導致由PHL確認的頂層事故的危險。

2）再次利用危險檢查表識別潛在的事故和危險。

3）參考類似工程的經驗教訓識別事故和危險。

4）對識別的危險進行深入分析，以確定其致因因素和影響。

5）定量分析危險等級。

根據上述原則，針對系統(tǒng)的各子系統(tǒng)進行PHA分析，識別危險及致因因素，本研究中爬模系統(tǒng)的PHA分析結果見表2，其他組成部件輸出略。

表1 爬模系統(tǒng)PHL分析表Tab.1 PHL analysis table of climbing formwork system

2.4 危險等級確定

根據PHL的分析結果，遵循PHA分析原則，在確定危險、危險因素、事故后果后，利用LEC分析法（作業(yè)條件法）確定其危險等級［12-14］，其函數關系如下：

式中：D為事故隱患評估分值；L為發(fā)生事故的可能性；E為人體暴露在這種危險環(huán)境中的頻繁程度；C為一旦發(fā)生事故會造成的損失后果。L、E、C的取值以及根據D值判定危險等級的標準參考文獻［11］。

本研究在執(zhí)行PHA分析時，分別從爬模系統(tǒng)、支架工程、支架模板拆除、通用作業(yè)等4個子系統(tǒng)入手，利用PHL輸出結果，進一步分析、辨識危險、危險因素及事故后果，識別可能導致由PHL確認的頂層事故的危險，并利用LEC法進行定量分析，以判定其危險程度和危險等級。

本研究定義的安全系統(tǒng)中，爬模系統(tǒng)的PHA-LEC輸出結果見表2，其他系統(tǒng)PHA-LEC輸出略。

表2 斜拉橋索塔爬模施工PHA-LEC輸出Tab.2 PHA-LEC output of climbing formwork technology of cable-stayed bridge pylon

表中危險等級Ⅳ級及以上的系統(tǒng)部件，必須立即整改或停止作業(yè)。通過PHA-LEC分析，可以識別爬模系統(tǒng)各種危險及危險等級，為安全措施的制訂提供依據。

2.5 提出安全風險控制措施

針對PHA-LEC分析表提出的危險及危險等級，必須從人、物、環(huán)境以及制度等方面制訂切實可行的安全措施，以徹底杜絕人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不穩(wěn)定因素和管理制度的缺失，從而最大限度地減少事故的發(fā)生或降低事故的損失。

在制訂安全風險控制措施的過程中，應做到整體與局部的統(tǒng)一，既要突出重點工序，又要兼顧一般作業(yè)，如通過爬模的受力計算［15］、安裝、驗收、爬升系統(tǒng)的檢查來保證物的安全狀態(tài)；通過設置各類安全限制裝置防止事故發(fā)生，從而實現安全作業(yè)；通過崗前培訓、安全教育、作業(yè)規(guī)程宣傳貫徹、安全保護設施知識普及等來保證人的行為安全；通過制訂、完善各項規(guī)章制度來彌補管理缺失等。

2.6 PHA輸出

根據PHA分析流程，在完成信息采集、PHL分析、PHA分析、危險等級確定及安全措施提出等工作后，應再次審查PHL中的危險，以確保PHA分析的危險涵蓋了所有危險［16］。

本研究在完成上述工作后，將輸出結果與類似工程、相關技術標準［17-18］進行分析比對，最終確定斜拉橋索塔爬模施工安全系統(tǒng)存在各種危險、危險等級及控制措施。

本研究PHA輸出結果見表3。

表3 斜拉橋索塔爬模施工PHA輸出結果Tab.3 PHA output results of climbing formwork technology of cable-stayed bridge pylon

2.7 危險等級分析

1）危險等級為Ⅱ級的，屬一般危險，應注意其發(fā)展動向，日常作業(yè)中嚴格各項制度，嚴格按作業(yè)規(guī)程操作，完善各項預警機制。

2）危險等級為Ⅲ級的，屬顯著危險，需在判定其危險程度后限時整改，并落實到位。

3）危險等級為Ⅳ級的，屬高度危險，應立即整改，加強防控措施的制訂、落實和檢查，必要時制訂專項防控措施。

4）危險等級為Ⅴ級的，屬極其危險，應停止作業(yè)，必須進行專項安全風險評估［19］，制訂詳細的風險防控措施，通過預案、預控、預警等方法進行全方位監(jiān)控。

3 結語

研究表明，PHA分析的深度取決于分析時掌握資料的廣度和詳細程度，特別是PHL分析的深度，因此應盡可能多地收集關于系統(tǒng)方面的各項資料，通過詳細的PHL分析和經驗對比，識別使危險因素轉為危險狀態(tài)的觸發(fā)因子，弄清由危險狀態(tài)發(fā)展為事故的必要條件，進而研究防止可能發(fā)生事故的方法及其效果。

本研究將PHA分析法運用于斜拉橋索塔爬模工法中的安全風險分析，通過定性與定量分析研究，分析斜拉橋索塔爬模工法中的危險及其等級，并針對不同危險等級提出相應的預防措施。該法簡單易用、運營費用低、條理化強、分析結構嚴謹、分析周期短，具有前瞻性和預控性，實際運用中有較強的操作性、可行性、實用性。