LEC法在变截面连续梁施工危险源识别与风险评价中的应用

晁铁彦,王旭东,张新华,代小影,史荣耀

(陕西华山路桥集团有限公司,陕西 西安 710026)

0 引言

作业条件危险性评价法也叫LEC法,是由美国安全管理学专家提出的简易安全风险评价方法,可用于水利、地铁、桥梁、隧道等工程施工条件危险性辨识与评价,可根据危险性辨识与评价结果提出相应的防控措施,保障工程施工安全。

已有学者对LEC法的工程应用进行了研究,杨凯等[1]依托九寨沟县白河防洪治理项目,基于改进LEC法对水利工程的安全风险进行了评价研究,提出了19个危险源指标。张晓萌[2]基于危险源理论对深圳地铁8号线施工阶段的安全风险进行评价,构建了基于危险源的风险评价指标体系。栗海军[3]以浙北高等级航道网集装箱运输通道建设工程市场路大桥项目为背景,综合采用LEC法和矩阵法构建了针对桥梁工程边通航边施工的风险识别评价指标体系。成威[4]以桦皮岭隧道工程为例,采用LEC法设计了全新的隧道施工安全风险评估方法,在评价中全面考虑安全管理模式、施工水平等因素的影响,提高了隧道工程施工的安全性,降低了风险源对施工人员人身安全造成的影响。罗飞飞等[5]以施工工序为基础对港口工程施工危险源进行划分,利用LEC法进行了危险源评估及分级,为分级管控港口工程施工中的危险源提供理论依据。朱宝亮[6]通过LEC法评价高层建筑施工中危险因素风险等级,评价结果表明,高层建筑施工中有重大施工风险的项目主要为脚手架搭设和深基坑施工,施工现场的机械设备是风险控制重点内容。张庆祥[7]采用LEC法对城市及道路照明工程施工安全风险的危害程度进行评价,对城市及道路照明工程施工安全风险进行了分类,确定了主要风险。吴佳莉[8]针对修井作业中设备多、工序复杂、作业环境恶劣等特点,对修井作业中存在的危险源进行辨识,并用LEC法进行评价研究。孙守平等[9-10]将LEC法应用到一般岩土爆破工程安全管理中,对识别出的危险源进行定量评价分析,提出改进爆破作业安全的技术和管理措施,以控制一般岩土爆破的施工安全。

本文以铜川新区青岗岭一级公路项目石川河大桥为例,首先对大桥工程施工作业程序进行分解,确定危险源辨识范围。结合工程实际情况,对挂篮悬臂浇筑变截面连续梁施工危险源进行辨识,采用LEC法对危险源进行评估,并根据风险值进行风险等级划分,最后根据危险源识别与风险评价结果提出危险源防控措施。

1 LEC法基本原理

在LEC法中,每个危险源的危险性D由3种因素决定,分别为事故或风险事件发生的概率L、操作人员暴露在危险环境中的频次E、安全事故发生后产生的严重程度C[6]。根据以往类似工程施工事故统计数据及相关工程经验,首先确定3种因素的不同等级及对应的分值,然后利用3个分值的乘积评价作业条件危险性大小,表达式如下:

D=LEC

(1)

由于LEC法为半定量的评价方法,需要在评价前结合自身相关经验,依据工程项目特点和现场实际情况进行评价等级划分,对每个等级规定出不同的分值,D值越大,相关作业的危险性越高[6]。

2 工程概况

石川河大桥中心桩号为K2+122,桥梁长度982m,主线前进方向与河流流向右偏角为90°,上跨梅觅路、梅七铁路、石川河及咸铜铁路。桥梁上部结构为(5×20+8×40)m装配式预应力混凝土箱梁+(68+120+68)m预应力混凝土刚构箱梁+(4×40+7×20)m装配式预应力混凝土箱梁。桥梁下部结构桥台采用桩基接盖梁桥台,桥墩采用柱式墩及薄壁空心墩,全桥采用钻孔灌注桩基础。桥梁墩台径向布置,纵断面位于-0.3%及1.314%的竖曲线上。

主桥上部结构采用3跨预应力混凝土变截面连续梁,箱梁采用单箱单室截面,采用纵、横、竖向预应力体系。桥宽12.15m,箱梁根部梁高7.2m,跨中梁高2.8m,箱梁高度按1.8次抛物线变化。箱梁顶板宽12.15m,底板宽7.0m,翼缘板悬臂长2.575m。箱梁顶板设横坡,底板横桥向为水平。

主桥中跨合龙段采用吊架现浇施工,边跨现浇段在墩旁托架上或现浇支架上现浇施工。主桥上部结构箱梁采用悬臂挂篮法施工,引桥上部采用预制吊装施工。

3 基于LEC法的危险源识别及风险评价

3.1 施工作业程序分解

本工程上部结构施工内容包括0号块和1号块施工、悬臂节段施工、跨铁路线挂篮施工防护、边跨现浇段施工、合龙段施工、桥面系及附属施工等,其中0号块和1号块施工包括托架设计(见图1)、托架预压(见图2)、模板支设、钢筋绑扎、预应力管道安装、混凝土施工、预应力筋施工、马道布置(见图3)等,悬臂节段施工包括挂篮设计(见图4)、挂篮拼装及预压(见图5)、悬浇段施工等,跨铁路线挂篮施工包括连续梁0号块施工防护(见图6)、挂篮封闭施工防护(见图7)等,边跨现浇段施工包括模板安装、支架预压、支座安装、钢筋和预应力筋加工与布设、混凝土浇筑等,合龙段施工包括16号块段施工、悬臂端临时荷载清理、挂篮前移安装模板和绑扎钢筋、设置平衡配重(见图8)、顶推(见图9)、劲性骨架焊接并张拉合龙段临时预应力束、合龙段混凝土浇筑养护、张拉钢绞线、压浆等,桥面系及附属施工包括防撞护栏施工、桥面铺装施工等。

图1 托架布置Fig.1 Bracket layout

图2 托架预压Fig.2 Bracket preloading

图3 马道立面布置Fig.3 Facade layout of bridle path

图4 挂篮设计结构Fig.4 Hanging basket design structure

图5 挂篮预压示意Fig.5 Hanging basket preloading

图6 0号块施工防护Fig.6 Block 0 construction protection

图7 挂篮封闭施工防护Fig.7 Hanging basket closed construction protection

图8 合龙段施工配重示意Fig.8 Construction counterweight of closure section

图9 锁定劲性骨架及顶推预埋钢板Fig.9 Locking stiff skeleton and pushing embedded steel plate

为提高桥梁施工安全评价结果的真实性,以会议形式的过程分析法作为危险源辨识方法,即召开评审会议,以工作任务实施步骤或施工工艺流程为主线,进行危险源辨识时,需综合考虑施工全过程的辨识要求,对存在的伤害源、受伤害的主体、伤害发生原因、过程和结果等进行分析,将主要施工作业程序进行分解,如表1所示。边跨梁段模板支撑架结构如图10所示。

表1 石川河大桥主要施工作业程序分解结果Table 1 Decomposition results of main construction procedures of Shichuan river bridge

图10 边跨梁段模板支撑架结构Fig.10 Side span beam section formwork support structure

3.2 危险源识别及风险评价

3.2.1危险源辨识范围

危险源辨识范围包括以下内容:①常规施工活动;②非常规施工活动;③紧急状况;④所有进入施工现场的人员活动;⑤所有施工现场设施工作情况。

3.2.2事故或风险事件发生的概率L赋值

事故或风险事件发生的可能性与事故发生的概率有关,分析系统的危险性时,一定不发生事故是不正确的[5],因此,将实际不可能的情况分值定为0.1,将完全可以预料的分值定为10[10],其他事件根据概率大小确定对应的分值,如表2所示。

表2 事故或风险事件发生的概率L赋值Table 2 Assignment of probability of accident or risk event

3.2.3操作人员暴露在危险环境中的频次E赋值

操作人员暴露在危险环境中的时间对系统伤亡的风险影响较大[5],连续在潜在危险环境中暴露的分值为10,非常罕见的暴露分值为0.5[10],其他情况根据操作人员暴露情况进行细分并相应地取值,如表3所示。

表3 操作人员暴露在危险环境中的频次E赋值Table 3 Assignment of frequency of operator exposure to hazardous environment

3.2.4安全事故发生后产生的严重程度C赋值

安全事故发生后产生的后果主要为人身伤害或财产损失[5],因此,将引人注目、不利于基本安全卫生要求的分值定为1,将大灾难、许多人死亡或造成重大财产损失的分值定为100[10],其他情况根据安全事故发生后产生的严重程度进行细分并取对应值,如表4所示。

表4 安全事故发生后产生的严重程度C赋值Table 4 Assignment of severity after safety accident

3.2.5危险性D标准的划分

由评价小组专家共同确定每个危险源的各项分值,按照式(1)计算得到危险性分值,根据表5规定标准进行危险性等级划分。

表5 危险性等级划分Table 5 Risk classification

3.3 结果分析

3.3.1危险源辨识结果

通过采用过程分析并确定合理的危险源辨识范围,得到危险源辨识结果,如表6所示。

表6 危险源辨识结果Table 6 Hazard identification results

本研究划分了多种危险源,钢筋制作与安装的危险源包括特种作业人员无证作业、防护缺失、设备缺陷、管理缺陷等,0号块施工的危险源包括焊接质量不合格、临边堆物、设备缺陷等,变截面连续箱梁挂篮施工的危险源包括挂篮结构刚度强度不符合设计要求、行走未及时锚固或锚固不到位、设备缺陷等,边跨现浇段施工的危险源包括焊接质量不合格、设备缺陷、临边堆物等,塔式起重机安装与拆除的危险源包括无临边防护或临边防护损坏、高处作业人员未系安全带、临边堆物等。危险源可能导致的事故主要包括高处坠落、起重伤害、机械伤害、物体打击、触电、火灾/容器爆炸和坍塌,对于危险源存在的方式,以正常和人的行为为主,兼有非正常、其他人为因素、设备设施和材料。

3.3.2危险源风险评价结果

基于LEC法得到的危险源风险评价结果,如表7所示,a表示消除,b表示替代,c表示工程控制措施,如执行相关法律法规和规范标准的规定,d表示标识、警告等,e表示发放个体防护装备,f表示应急预案。

表7 基于LEC法得到的危险源风险评价结果Table 7 Risk assessment results of hazard sources based on LEC method

由表7可知,危险源风险等级包括三、四级,以三级居多,可知危险程度多为显著危险,需要整改,制定管理方案,且大多数可能导致的事故有以往事例且有直观感觉,现有控制措施中以消除、工程控制措施、应急预案为主。具体来看,挂篮悬臂浇筑变截面连续梁施工过程中高处坠落、起重伤害、坍塌、物体打击、机械伤害、触电属于显著风险,需采取预防控制措施;火灾/容器爆炸属于一般风险,需引起注意。

4 危险源防控措施

4.1 高处坠落预防控制措施

高处坠落预防控制措施主要如下:①严格遵守高空作业安全操作规程,正确佩戴安全防护用品;②设置临边临水安全防护围栏;③人员上下使用安全爬梯;④如需穿行工作平台应快速通过,不得在工作平台下休息、逗留;⑤工作台架临时移位时,由专人指挥。

4.2 起重伤害预防控制措施

起重伤害预防控制措施主要如下:①加强对起重机械的管理和维修保养;②在作业区域内规定的位置起吊,起吊前应停机检查物体绑扎牢固程度等;③由专人指挥吊装,工作完毕后将起重机停放在坚固地面,各部分处于非工作状态;④不得在起重设备工作时进行检查和维修作业,不得在有荷载的情况下调整起升、变幅机构的制动器等。

4.3 坍塌事故预防控制措施

坍塌事故预防控制措施主要如下:①严格按照专项方案施工,采取安全技术措施;②地面基础须提前进行硬化或加固处理,合理引导排水;③架体搭设完成验收合格后投入使用;④实时动态监测结构变形,发现问题立即处理。

4.4 触电事故预防控制措施

触电事故预防控制措施主要如下:①严格执行用电安全专项方案及管理制度;②施工电缆须架空或埋于地下,严禁随意绑扎导线;③将防水尼龙绳(钢丝绳)作为潜水泵受力活动索,涉水或潮湿工作环境使用防水电缆,使用安全电压,动力、照明线分开安装;④操作人员检查设备绝缘情况。

4.5 机械伤害预防控制措施

机械伤害预防控制措施主要如下;①操作人员严格按照机械设备安全操作规程作业;②机械设备检查验收合格后投入使用,并定期维修保养;③非维修人员禁止对机械设备进行维修,维修设备时防止因误动发生机械伤害;④在易伤人等设备部位装设隔离装置,装设保险装置。

4.6 物体打击预防控制措施

物体打击预防控制措施主要如下:①进入施工现场须佩戴劳动防护用品;②起重运输机械工作时起重臂下严禁站人;③作业高度>2m时,周围设置安全防护措施;④高处作业时严禁上下抛掷物件,材料堆放平稳。

4.7 火灾/容器爆炸预防控制措施

火灾/容器爆炸预防控制措施主要如下:①严格落实消防安全管理制度,设置足够的消防器材并定期检查;②点火时焊枪口不得对人,正在燃烧的焊枪不得随意放置;③氧气、乙炔等专储专防,工作完毕后关闭氧气瓶、乙炔瓶阀门并拧上安全罩;④不得立刻接触施焊完成的金属材料。

5 结语

桥梁施工过程中一旦发生安全事故,将会造成人员伤亡或一定经济损失。桥梁施工安全事故之所以会发生,大多是因为对施工现场危险源的风险辨识不到位或对施工危险隐患的排查不到位。因此,在桥梁施工过程中应更加重视对危险源的风险辨识、评估和控制研究,以期在最大程度上降低安全事故发生概率。

本文依据危险源理论和风险管理基本理论知识,对铜川新区石川河大桥施工过程中可能出现的各类危险源因素进行了研究,并提出危险源防控措施,以保障桥梁工程施工安全,提高项目安全管理水平。