陳海南，陳輝華，戶曉棟

跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素及事故致因機理

陳海南1，陳輝華2，戶曉棟2

(1. 湘潭九華投資控股集團，湖南 湘潭 411100；2. 中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075)

為更好地開展跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全管理，剖析該情境下施工安全影響因素及事故致因機理?；谖墨I資料、典型案例及專家訪談等方法識別提煉了材料與設備、環(huán)境、施工技術、施工管理和人員等 5 類 23 個關鍵影響因素；應用 FISM 方法構建關鍵影響因素的多層遞階結構，在此基礎上剖析跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全事故致因機理；針對XX 特大橋項目進行案例分析并提出安全防護措施。研究結果表明：本文識別的關鍵影響因素清單科學合理，構建的事故致因機理多層遞階結構模型行之有效；違規(guī)指揮、吊機傾斜、球鉸變形和結構錯位變形等安全事故致因鏈路關鍵節(jié)點是管控的重點，而規(guī)章制度的落實和合理的施工組織設計可避免上述因素處于不安全狀態(tài)。

跨既有鐵路線；橋梁轉體施工；安全影響因素；FISM；事故致因機理

改革開放以來，我國鐵路發(fā)展成績斐然，路網(wǎng)規(guī)模快速擴大，運輸能力大幅提升，運營速度和效率顯著提高，已成為名副其實的鐵路大國[1]。2008 年發(fā)布的《國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中提出，截至 2020年，我國鐵路營運總里程將達到12萬km，其中新建鐵路客運專線(高速鐵路)將達到1.6萬公里。在此背景下，出現(xiàn)了大量新建線路與鄰近既有線施工等情況，跨既有鐵路線橋梁工程數(shù)量日益增多。與常規(guī)鐵路橋梁施工相比，跨既有鐵路線橋梁施工既要保證既有鐵路線正常運營，又要保證新建鐵路線施工安全和工期目標，施工安全影響因素更加復雜多樣[2]。為此，更多的跨既有鐵路線橋梁施工采用轉體技術，最大程度降低對既有鐵路線的干擾，減少施工中存在的安全隱患[3]。目前，國內(nèi)外學者對跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全管理的研究較少，對其影響因素的識別不夠全面。因此，有必要系統(tǒng)探究跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素，并深入剖析其安全事故致因機理，為跨既有鐵路線橋梁轉體安全施工提供有力支撐。本文基于文獻資料、典型案例和專家訪談等方法系統(tǒng)識別跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素，運用 FISM(fuzzy interpretative structural modeling，模糊解釋結構模型)方法構建關鍵安全影響因素的多層遞階結構，并基于此分析該情境下轉體施工安全影響因素的事故致因機理，最后選用 XX 項目開展案例分析。研究結論有利于施工安全管理人員有效管控跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全事故關鍵節(jié)點，制定針對性措施，降低或避免安全事故的發(fā)生。

1 跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素識別

1.1 基于文獻資料的施工安全影響因素識別

通過梳理跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全管理相關文獻，初步識別了橋梁轉體施工安全影響因素(如表 1 所示)。

表1 基于文獻識別的跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素

1.2 基于典型案例的施工安全影響因素識別

在文獻資料分析的基礎上，結合典型工程案例充實跨既有鐵路線橋梁工程施工安全影響因素。研究人員精選4座采用轉體施工技術的跨既有鐵路線橋梁工程作為典型案例，采用 WBS-RBS 方法梳理典型案例施工安全影響因素[13](如表 2 所示)。

表2 基于案例識別的跨既有鐵路線橋梁轉體施工典型案例安全影響因素

1.3 基于專家訪談的施工安全影響因素識別

基于文獻資料和典型案例提取的初步影響因素，通過郵件、電話、座談等方式深入訪談 20 位專家進一步優(yōu)化篩選跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素。訪談對象均有 5 a以上施工經(jīng)驗，且與研究人員團隊合作關系密切，最終提煉形成跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素清單(如表 3 所示)。

表3 跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素清單

2 跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全事故致因機理分析

2.1 基于三角模糊數(shù)的安全關鍵影響因素的鄰接矩陣構建

自 Zadeh[14]開創(chuàng)性提出“模糊集”以來，許多學者應用模糊方法開展了成功且經(jīng)典的研究。例如，ZHANG等[15]使用模糊層次分析法(FAHP)評估了合資企業(yè)的風險環(huán)境，以支持項目利益相關者的理性決策。Abdelgawad等[16]使用模糊故障樹定量評估建筑行業(yè)的風險事件。

三角模糊數(shù)通常由3個字母表示：，和。這3個參數(shù)分別代表最小可能值、中值和最大可能值(即≤≤)。參考LI[17]給出的語言算子和三角模糊數(shù)(如表 4 所示)，我們邀請了 20 位專家(與前述專家一致)對施工安全影響因素清單中兩兩因素之間的關系強度進行評判。

表4 語言算子和三角模糊數(shù)

然后，利用模糊數(shù)據(jù)求得施工安全影響因素的模糊直接關系矩陣[18]，具體步驟如下所示：

1) 三角模糊數(shù)標準化

3) 計算標準化值的總和

6) 確定關鍵風險因素的模糊直接關系矩陣

7) 使用截距系數(shù)求得鄰接矩陣

通過使用適當?shù)慕鼐嘞禂?shù)，將模糊直接關系矩陣轉換為鄰接矩陣。

本文所構建的鄰接矩陣如圖 1 所示。

2.2 施工安全關鍵影響因素的遞階結構分析

以施工安全影響因素的鄰接矩陣為基礎，利用 Matlab R2016a 計算可達矩陣′，整理得到可達性集合((s))(如表5所示)。按照由上至下的原則依次抽取沒有可達性集合的關鍵影響因素并逐層進行分析，調(diào)整后繪制跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全關鍵影響因素的多層遞階結構事故致因機理模型(如圖 2 所示)?？梢钥闯?，事故致因機理模型共包含7個層次，L1層為轉體坍塌和高處墜落事故，L2層為頂層直接影響因素，L3，L4和L5 為中層間接影響因素，L6和L7為底層根源影響因素。

表5 跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素鄰接矩陣

圖2 跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全事故致因機理

底層根源影響因素是導致跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全事故發(fā)生的根本原因，包括 L7 層既有線股道數(shù)量、梁底至接觸網(wǎng)承力索距離、承臺施工與軌道中心距離、規(guī)章制度落實程度和 L6 層既有線入侵 5 個影響因素。這些影響因素屬于環(huán)境和管理方面，除既有線股道數(shù)量是客觀不可改變的因素之外，合理組織施工防止既有線入侵和高效的制度執(zhí)行是解決安全事故發(fā)生的根本途徑。

中層間接影響因素是導致跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全事故發(fā)生的間接原因，作用關系復雜且具有傳遞作用，包含了材料與設備、施工環(huán)境、施工技術、施工管理和人員因素中的眾多影響因素。L5 層的施工天窗開設、人員安全意識、組織完善程度受到底層根源影響因素的作用，會導致 L4 層違規(guī)指揮的發(fā)生，進而影響 L3 層人員作業(yè)水平、現(xiàn)場安全措施配備，最終影響 L2 層因素。違規(guī)指揮也可直接影響了 L2 層因素中吊機傾斜、球鉸變形、結構錯位變形的發(fā)生。因此，提升施工現(xiàn)場安全管理水平，避免違規(guī)指揮是減少安全事故發(fā)生的重要途徑。不良地質、機械設備故障、橋梁長度與跨度等 L3 層影響因素交叉作用于L2 層的因素，L3 層的因素是造成L2 層因素發(fā)生的真正原因。

頂層直接影響因素是導致跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全事故發(fā)生的最直接原因，包括吊機傾斜、球鉸變形和結構錯位變形。頂層直接安全影響因素是底層和中間層安全影響因素不斷積累的結果，安全管理人員可通過提前發(fā)現(xiàn)和排除底層和中間層安全影響因素進而有效控制安全事故的發(fā)生。

綜上可知，安全事故是安全影響因素逐層演化而產(chǎn)生的，過程中有比較明顯的安全事故致因鏈路。安全管理人員應注重安全影響因素的安全事故致因鏈路，控制致因鏈路上的關鍵節(jié)點(前置因素與后置因素較多的安全影響因素，比如違規(guī)指揮)，制定針對性措施，從而減少甚至規(guī)避施工安全事故的發(fā)生。

3 案例分析

3.1 工程概況

XX特大橋全長1 768.386 m，最大跨度128 m，轉體重量為8 300 t。27號至30號墩采用(72+128+72) m 連續(xù)梁，跨越6股道。原初步設計計劃采取跨鐵路懸灌連續(xù)梁施工，考慮到跨既有鐵路線施工，且梁底距離接觸網(wǎng)距離較近，對既有鐵路線運營的影響較大。經(jīng)專家論證將懸澆改為轉體施工，即先采取懸灌澆筑的方法對T構進行現(xiàn)澆施工，待澆筑完成后，利用承臺中預埋的轉體結構將 T 構旋轉至設計軸線位置。

3.2 轉體施工安全影響因素識別

基于上文識別的跨既有鐵路線橋梁轉體施工關鍵安全影響因素清單，結合施工區(qū)間的實際情況和專家分析，最終匯總得到 XX 特大橋轉體施工安全關鍵影響因素清單(如表 6 所示)。

表6 X特大橋轉體施工關鍵安全影響因素清單

3.3 安全防護措施及應用結果

該項目安全管理人員依據(jù)前文安全事故致因機理，分析了施工安全關鍵影響因素的事故致因過程，采取了多種安全防護措施(如表 7 所示)。

通過制定針對性的安全防護和管理措施，XX 特大橋轉體施工過程中未發(fā)生安全事故，按目標順利完成。

表7 XX特大橋轉體施工采取的主要安全防護措施

4 結論

1) 基于文獻資料、案例分析和專家訪談識別、提煉了跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素，共包括材料與設備、環(huán)境、施工技術、施工管理、人員等 5 類 23 個關鍵影響因素。

2) 運用FISM 方法構建了跨既有鐵路線橋梁轉體施工安全影響因素作用關系及其多層遞階結構，并基于此剖析了轉體施工安全事故致因機理。

3) 選擇 XX 特大橋項目對本文識別的施工安全關鍵影響因素和事故致因模型進行實證分析，通過采取針對性的安全措施，達到較好的施工安全管理效果。

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On safety-influencing factors and accident-causing mechanisms of swivel construction of bridges across existing railway lines

CHEN Hainan1, CHEN Huihua2, HU Xiaodong2

(1. Xiangtan Jiuhua Investment Holding Group, Xiangtan 411100, China;2. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)

In order to better manage the safety of the swivel construction of bridges across existing railway lines, this paper analyzed the factors influencing the construction safety and the accident causes in this type of situation. Based on literature survey, typical case studies, and expert interviews, 23 key influencing factors were identified, refined, and categorized into the following five groups: materials and equipment, environment, construction technologies, construction management, and personnel. A multi-level hierarchical structure incorporating key influencing factors was constructed using FISM. Based on this structure, the accident-causing mechanisms of the swivel construction safety of bridges across existing railway lines were analyzed. Finally, the case study of a real-world mega bridge project was performed with corresponding preventive safety measures proposed. The results show that the list of key influencing factors identified is sound and reasonable, and that the multi-level hierarchical structure model constructed to analyze the accident-causing mechanisms is effective. The key nodes of the accident-causing links are the focus of controlling accidents such as illegal command, crane tilt, ball hinge deformation, and structural misalignment deformation. The enforcement of rules and regulations and the reasonable organization and design of construction activities can prevent such factors from falling into unsafe states.

across existing railway lines; swivel construction of bridges; safety-influencing factors; fuzzy interpretative structural modeling; accident-causing mechanisms

U24

A

1672 ? 7029(2020)06 ? 1595 ? 08

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20200115

2020?02?18

國家自然科學基金資助項目(71273283)；湖南省自然科學基金資助項目(2019JJ40407)

陳輝華(1976?)，男，湖南邵陽人，副教授，博士，從事工程項目安全管理等研究；E?mail：chh24770@163.com

(編輯 蔣學東)