劉 輝

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

引言

為了保證列車安全、快速運(yùn)營(yíng)，軌道的可靠性、穩(wěn)定性以及平順性需要得到充分保證。鋼軌焊接接頭是影響線路平順的主要因素，為提高列車的平穩(wěn)性，增強(qiáng)線路的安全性和乘客的舒適度，需減少鋼軌焊接接頭數(shù)量。

當(dāng)前，高速鐵路無(wú)縫線路上普遍敷設(shè)500 m長(zhǎng)鋼軌。500 m長(zhǎng)鋼軌焊接系統(tǒng)具有吊運(yùn)、輸送、除銹、焊接、粗整、精磨、探傷等一系列復(fù)雜工藝流程[1]，各個(gè)作業(yè)過(guò)程中存在諸多安全隱患，不僅影響到作業(yè)效率，而且容易產(chǎn)生重大生產(chǎn)事故。所以，需對(duì)500 m長(zhǎng)焊軌系統(tǒng)[2-3]的危險(xiǎn)源進(jìn)行調(diào)查分析，并提出應(yīng)對(duì)措施，建立健全焊軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備安裝、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等全系統(tǒng)安全體系，提高500 m長(zhǎng)鋼軌焊接系統(tǒng)的可靠性，保證系統(tǒng)的安全作業(yè)。

1 研究方法

在針對(duì)各個(gè)工位環(huán)節(jié)的安全保障措施研究中，舒安慶[4]運(yùn)用事故樹法對(duì)門座式起重機(jī)進(jìn)行了設(shè)備危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；邱宇等[5]通過(guò)對(duì)門式起重機(jī)事故類型的分析，計(jì)算門式起重機(jī)事故樹的最小割集，并提出防范措施。

在危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)方法方面，余建星等[6]闡述在進(jìn)行危險(xiǎn)源進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)先根據(jù)充分調(diào)研的資料，明確原因事件，進(jìn)一步求得各原因事件的發(fā)生概率；朱淵岳[7]利用增加生產(chǎn)單位綜合素質(zhì)因素的LEC方法對(duì)水利水電工程建設(shè)期的危險(xiǎn)源進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，其方法對(duì)建設(shè)期工程的安全評(píng)價(jià)提供了參考。針對(duì)于500 m長(zhǎng)焊軌系統(tǒng)的非單一設(shè)備作業(yè)，且具有多重復(fù)雜的工藝步驟，尚未有對(duì)500 m長(zhǎng)焊軌系統(tǒng)的安全性進(jìn)行系統(tǒng)性討論以及應(yīng)對(duì)方案措施。

針對(duì)目前的情況帶來(lái)的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，以500 m長(zhǎng)焊軌系統(tǒng)為研究對(duì)象，提出一套適用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及處理方案。具體研究方法為：調(diào)研現(xiàn)有焊軌基地的具體工藝流程，以及可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故的重大系統(tǒng)性危險(xiǎn)源情況；其次，運(yùn)用LEC評(píng)價(jià)方法[8-11]半定量分析評(píng)價(jià)焊軌系統(tǒng)的重大危險(xiǎn)源；在此分析基礎(chǔ)上，采用不同措施方法對(duì)不同危險(xiǎn)源進(jìn)行處理；最后，在考慮本質(zhì)安全理論及全壽命周期安全管理理論的指導(dǎo)原則下，對(duì)采用的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行分析評(píng)估，建立健全焊軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備安裝、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等全系統(tǒng)安全體系。

2 LEC安全評(píng)價(jià)體系

LEC評(píng)價(jià)法是一種常用來(lái)評(píng)估人員危險(xiǎn)性的方法，主要針對(duì)工作在具有潛在危險(xiǎn)的環(huán)境中作業(yè)時(shí)人員存在的危險(xiǎn)性。該評(píng)價(jià)體系用與風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的3種指標(biāo)的乘積D(danger，危險(xiǎn)性)來(lái)描述作業(yè)人員的安全風(fēng)險(xiǎn)，這3種因素分別是：L(likelihood，危險(xiǎn)事故發(fā)生的可能性)、E(exposure，人員處于危險(xiǎn)環(huán)境的頻繁度)和C(consequence，一旦發(fā)生可能引起的后果)，按照3種因素所處的不同等級(jí)分別確定相對(duì)應(yīng)的不同分值。

L表示事故發(fā)生的可能性，如表1所示。

表1 L取值說(shuō)明

E表示人員出現(xiàn)在危險(xiǎn)環(huán)境中的頻率，取值如表2所示。

表2 E取值說(shuō)明

C表示危險(xiǎn)情況一旦發(fā)生有可能引起的后果，取值如表3所示。

表3 C取值說(shuō)明

將此理論引至焊軌系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中，同時(shí)將LEC理論意義進(jìn)一步引申，因素的危險(xiǎn)程度用D表示，其不同數(shù)值代表不同意義，如表4所示。

表4 危險(xiǎn)程度分級(jí)說(shuō)明

3 焊軌系統(tǒng)危險(xiǎn)源辨識(shí)及分析

3.1 危險(xiǎn)源辨識(shí)

根據(jù)既有500 m長(zhǎng)鋼軌焊接基地的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，對(duì)焊軌系統(tǒng)的危險(xiǎn)源[12-14]進(jìn)行了調(diào)查，主要危險(xiǎn)/危害因素見(jiàn)表5。

表5 危險(xiǎn)源調(diào)查

3.2 危險(xiǎn)源分析

根據(jù)調(diào)查表，對(duì)危險(xiǎn)因素分析評(píng)價(jià)如下。

3.2.1 準(zhǔn)備工作不完備

(1)準(zhǔn)備工作較為繁瑣，但現(xiàn)場(chǎng)有較為完備的指導(dǎo)作業(yè)手冊(cè)，多個(gè)人員同時(shí)準(zhǔn)備，且經(jīng)驗(yàn)欠缺的新員工也會(huì)有全面的培訓(xùn)機(jī)制保證其作業(yè)流程，所以L指標(biāo)取值為1。

(2)準(zhǔn)備工作中，一直有工作人員出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)，E指標(biāo)取值為6。

(3)若準(zhǔn)備工作不夠完備，若在門吊起吊重物時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)重物未夾緊、吊繩脫落等危險(xiǎn)，但因現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員不多，其C指標(biāo)應(yīng)取值為15。

3.2.2 人工定位不精確

(1)在既有鋼軌焊接基地，鋼軌的群吊作業(yè)采用人工方式，在惡劣環(huán)境氣候條件下，人工定位方式很難準(zhǔn)確，在現(xiàn)場(chǎng)通信方式也受到很大影響，難以保證語(yǔ)音清晰流暢，L指標(biāo)取值為6。

(2)惡劣環(huán)境氣候狀況下，需要有輔助作業(yè)人員，所以E指標(biāo)取值為3。

(3)在既有鋼軌焊接基地，受到環(huán)境影響，需要人工輔助定位作業(yè)，一旦出現(xiàn)事故，則輔助作業(yè)人員將會(huì)承受巨大的傷害，所以C指標(biāo)應(yīng)取值為15。

3.2.3 起吊動(dòng)作不統(tǒng)一

(1)鋼軌的起吊過(guò)程是依靠多臺(tái)門吊同步起升作業(yè)完成的，既有焊軌基地中，依靠人工操作方式，由于作業(yè)人員存在技能水平高低差異，經(jīng)驗(yàn)差異以及手動(dòng)誤差等因素，L指標(biāo)取值為6。

(2)起吊作業(yè)中，作業(yè)區(qū)內(nèi)僅有門吊司機(jī)在上司機(jī)室內(nèi)操縱，所以，E指標(biāo)取值為1。

(3)若因人工操作不規(guī)范引起起吊作業(yè)不同步，嚴(yán)重時(shí)，可能被鋼軌相互拉扯牽引導(dǎo)致門吊傾倒，司機(jī)將會(huì)受到嚴(yán)重傷害，C指標(biāo)取值為7。

3.2.4 門吊吊繩/吊鉤等斷裂

(1)門吊屬于特種設(shè)備，其在生產(chǎn)、安裝驗(yàn)收階段均會(huì)接受嚴(yán)格的安全檢查。此種情況發(fā)生可能性很小，L指標(biāo)應(yīng)取值為0.2。

(2)起吊作業(yè)中，作業(yè)區(qū)內(nèi)僅有門吊司機(jī)在上司機(jī)室內(nèi)操縱，所以，E指標(biāo)取值為1。

(3)若門吊吊繩/吊鉤等斷裂，由于是多臺(tái)門吊同時(shí)起吊，則鋼軌重力會(huì)附加于其他門吊上，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致門吊平衡系數(shù)不達(dá)標(biāo)造成門吊傾倒，但是其上鋼軌已經(jīng)脫落，不會(huì)造成門吊間的連鎖反應(yīng)，所以C指標(biāo)取值為7。

3.2.5 門吊整機(jī)傾覆

(1)門吊在安裝時(shí)，會(huì)有嚴(yán)格的驗(yàn)收體系。但由于人工操作等原因使得鋼軌群吊過(guò)程中相互拉扯牽引，極其嚴(yán)重時(shí)造成此種危險(xiǎn)發(fā)生，此種情況發(fā)生可能性較低，所以L指標(biāo)取值為1。

(2)起吊作業(yè)中，作業(yè)區(qū)內(nèi)僅有門吊司機(jī)在上司機(jī)室內(nèi)操縱，所以，E指標(biāo)取值為1。

(3)若是在吊裝工程中，門吊傾覆，門吊吊具之間又有鋼軌的相互牽引，可能造成連鎖反應(yīng)，則此時(shí)將會(huì)造成重大安全事故，因此，C指標(biāo)取值為100。

3.2.6 控制系統(tǒng)故障

(1)門吊經(jīng)過(guò)特種設(shè)備驗(yàn)收后，其控制系統(tǒng)一般是安全可靠的，但電氣元件故障率較機(jī)械元件高，因此L指標(biāo)取值為3。

(2)控制系統(tǒng)故障時(shí)，作業(yè)區(qū)內(nèi)一般有檢修人員出現(xiàn)，所以，E指標(biāo)取值為6。

(3)若控制系統(tǒng)發(fā)生故障，則門吊會(huì)緊急自鎖，停止運(yùn)行，一般不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，因此C指標(biāo)取值為3。

3.2.7 輥道工作點(diǎn)高程不一致

(1)一般情況下，輥道在設(shè)計(jì)時(shí)，將會(huì)對(duì)高程進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算，主、從動(dòng)輪的底座安裝在同一高程，但在安裝過(guò)程中有可能由于人工誤差產(chǎn)生此種危險(xiǎn)，L指標(biāo)取值為3。

(2)輸送過(guò)程中，極少有工作人員出現(xiàn)在作業(yè)區(qū)域內(nèi)，所以，E指標(biāo)取值為1。

(3)若輥道工作點(diǎn)高程不一致，則鋼軌在運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)對(duì)輥輪造成沖擊，加速輥輪的磨損和軸承的損壞，嚴(yán)重沖擊時(shí)，可能造成設(shè)備元件的崩裂飛濺，對(duì)周邊工作人員產(chǎn)生人身傷害，因此C指標(biāo)取值為15。

3.2.8 熱處理車間防護(hù)措施失效

(1)一般情況下，熱處理車間的各種焊接設(shè)備、打磨設(shè)備的防護(hù)措施都較為完善，且日常會(huì)有工作人員維護(hù)保養(yǎng)，因此，L指標(biāo)取值為1。

(2)車間中工作人員要進(jìn)行操作，E指標(biāo)取值為6。

(3)一旦熱處理車間防護(hù)措施失效，則可能產(chǎn)生弧光傷眼、焊絲甩出傷人，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成火災(zāi)等危害，造成人員傷害，C指標(biāo)取值為7。

根據(jù)表4的評(píng)判規(guī)則，進(jìn)一步防護(hù)研究得出焊軌系統(tǒng)危險(xiǎn)/危害因素，具體如表6所示。

表6 焊軌系統(tǒng)危險(xiǎn)/危害因素評(píng)價(jià)

4 應(yīng)對(duì)措施

4.1 本質(zhì)安全理論

本質(zhì)安全是指設(shè)備、設(shè)施或技術(shù)包含其內(nèi)在的能從最根本上防止安全事故發(fā)生的能力[15]。

根據(jù)這一理論的指導(dǎo)，可以看出所設(shè)計(jì)的事物其內(nèi)在蘊(yùn)含的防控能力是必須在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就需要考慮的[16]，做到事前有預(yù)期，防患未然，事后才不至于慌亂補(bǔ)救，甚至無(wú)法補(bǔ)救。具體針對(duì)焊軌系統(tǒng)，遵循“故障—安全”功能原則，對(duì)危險(xiǎn)因素制定所采用的應(yīng)對(duì)措施，保證整個(gè)大系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)，做到即使發(fā)生由于施工、安裝或者惡劣工況等原因引起危險(xiǎn)發(fā)生，整體系統(tǒng)依然不受影響。

4.2 全壽命周期安全管理理論

門吊、輥道、焊接設(shè)備等由于工況的特殊性，可能對(duì)作業(yè)人員的安全產(chǎn)生影響，所以采用全壽命周期安全管理理論對(duì)其整個(gè)生命周期中涉及安全使用的環(huán)節(jié)進(jìn)行分析研究，這些環(huán)節(jié)包括：需求定義、設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、安裝、驗(yàn)收交付、正式運(yùn)營(yíng)(包括運(yùn)營(yíng)中日常檢驗(yàn)檢測(cè)和維護(hù)更新等階段)，直至退役[17-19]。

4.3 危險(xiǎn)源應(yīng)對(duì)處理措施

根據(jù)本質(zhì)安全理論和全壽命周期安全管理理論，對(duì)表6中存在的“危險(xiǎn)/危害因素”提出應(yīng)對(duì)措施[20]，以保證所有因素的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均至少達(dá)到Ⅳ等級(jí)，如表7所示，并對(duì)實(shí)施措施后的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)一步評(píng)估，以保證達(dá)到安全要求。

表7 危險(xiǎn)源應(yīng)對(duì)處理措施

5 結(jié)論

針對(duì)焊軌系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析問(wèn)題，采用LEC評(píng)價(jià)法、本質(zhì)安全理論、全壽命周期安全管理理論等進(jìn)行了研究，通過(guò)LEC方法對(duì)危險(xiǎn)源的半定量分析，得到危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，基于此提出了具體的評(píng)價(jià)方法和應(yīng)對(duì)措施。在其指導(dǎo)下，焊軌系統(tǒng)通過(guò)研發(fā)新設(shè)備，采用新工藝，采用500 m鋼軌群吊集控技術(shù)，減少人為誤差，實(shí)現(xiàn)高精度定位與高可靠系統(tǒng)控制；全面提升輥道輸送工藝，確保生產(chǎn)安全；采用生產(chǎn)線綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)質(zhì)量控制，徹底改善作業(yè)條件，提高了工業(yè)自動(dòng)化水平，確保作業(yè)人員安全。