基于模糊故障树的公铁交叉项目施工安全风险分析

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1、基于模糊故障树的公铁交叉项目施工安全风险分析[摘要]由于穿越工程箱涵顶进施工难度大、技术复杂，一旦发生安全事故将会造成重大的损失。据此提出WBS-RBS分解结构结合故障树分析方法对顶进施工安全事故的风险因素进行全面辨识，采用三角模糊数描述基本事件的模糊概率，求得穿越工程箱涵顶进施工过程中发生安全事故的模糊概率。为此类工程的安全风险分析提供了一种科学的方法。[关键词]WBS-RBS；模糊故障树；箱涵顶进；安全风险分析中图分类号：X820.4文献标识码：B文章编号：1009-914X（2014）42-0007-021引言6近年来我国高速公路建设已进入快速发展时期，新建高速公路与既有

2、铁路线发生交叉和穿越已不可避免，利用预制箱涵顶进施工已成为解决此类工程的有效方法之一。箱涵顶进施工，是指在新建工程中使用顶进动力系统（由机械设备与传力装置组成），顶推预制好的箱涵穿越既有结构[1]-[3]。此类施工技术难度较大且复杂，一旦发生安全事故，所造成的人员伤亡和经济损失难以想象。鉴此，本文采用WBS-RBS分析穿越工程顶进施工安全事故的风险因素，利用三角模糊故障树计算穿越工程顶进施工发生安全事故的模糊概率，为此类工程安全风险分析和安全管理提供科学依据。2WBS-RBS法为了避免传统故障树演绎推理过程中的漏项，采用WBS-RBS法就是将工程工序和风险因素相结合构建成矩阵，

3、找出导致安全事故的基本事件[4]。主要包括以下基本工作：（1）参照类似工程及相关资料，结合实例明确风险范围；（2）构建WBS-RBS矩阵；（3）逐一判断存在的风险及其转换条件。若风险存在则为1，若风险不存在或影响极微则为0。3模糊故障树理论分析3.1三角模糊数及运算本文依据工程特点选用三角模糊数论述基本事件的发生概率，其隶属函数表示为[5]：记为=（a，m，b）。式中，m为的核，表示隶属函数为1的数；a，b为的左右分布参数，表示函数的左右延伸度。由模糊数运算规则可推导出广义的三角模糊数的运算规则。设，，则：（2）（3）3.2模糊故障树门的处理6故障树一般由与门和或门两种逻辑关系

4、连接，如果事件发生的模糊概率为，由三角模糊函数扩展理论可得：={}（4）={，，}（5）4工程实例分析河南商周二期高速公路下穿陇海线工程起讫桩号K11+499.030-K12+361.273，全长862.243米。工程采用箱涵顶进法施工，其中K12+115.942-K12+157.820为箱涵范围，故挖深较大。由于工程所处地下水位较高，施工路段布设800多米U型槽，在槽左侧路肩处设排水沟进行排水。4.1WBS-RBS结构分解由工程的具体施工方案及风险分析，建立的WBS-RBS交叉矩阵如表1所示。6表1中的“1”代表施工过程中的风险因素。按风险所列纵向顺序，既有线路加固阶段面临的

5、风险有：轨温未控制好，加固构件位置不当，加固构件强度不符合要求，加固螺栓松动和其它料具入侵；路基注浆加固阶段面临的风险有：降水效果差，注浆压力比不合理，注浆设备漏浆，注浆速度未控制好，注浆洞穴密实度差；安装准备阶段面临的风险有：设计顶力大于后备力，千斤顶漏油，接触面绝缘差；挖土阶段面临的风险有：土体失稳，降水效果差，挖土量计算不准，超挖或欠挖；正式顶进阶段面临的风险有：土质无法承受箱涵自重，降水效果差，顶进速度未控制好，箱体轴线变形，人员伤亡。4.2模糊故障树分析（1）建立故障树根据参考文献[6]～[8]，选取顶进施工过程中易发生的既有铁路线变形、路基塌方和顶进失败三个安全事故

6、进行分析，见图2～图5。（2）求最小割集由布尔运算可知：根据以上布尔计算可知，穿越工程顶进施工安全事故故障树的最小割集为：（3）确定基本事件概率本文选择工程中3名以上专家对基本事件的发生概率进行估计，并运用表征法对数据进行模糊处理，结果见表2[9]。（4）计算顶事件发生概率根据前文所述得安全事故发生模糊概率为=（0.05473，0.07344，0.08754），即其波动范围是5.48%～8.75%。故该工程的安全风险比较高，应采取有效措施防止安全事故发生。（5）计算基本事件模糊重要度基本事件模糊重要度反映了对顶事件的影响程度，其数值越大表明对顶事件的影响越大，此处借助中值法计算

7、各基本事件模糊重要度[10]：（6）6得各基本事件模糊重要度排序为：由以上分析知，该工程地下水位较高，且在繁忙的主干线下进行顶进施工，降水不当会引发路基变形，而带水作业亦会导致顶进过程中出现箱涵下沉，所以在施工过程中要选择合适的降水方式，以提高地基的承载力。同时，施工过程中要严格做好监测工作及控制好挖土量，一旦发现异常情况，及时采取有效措施防止安全事故发生。5结论现阶段，我国在新建高速公路穿越既有铁路线的顶进施工安全风险方面的研究比较少，本文于此作了一些探索性工作。采用WBS-RBS法对顶进