鄒海濱，茍倩倩

（四川省鐵路集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610000）

隧道施工是鐵路和公路施工中的一個重要環(huán)節(jié)，然而，在施工的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的事故，造成人員傷亡及經(jīng)濟(jì)上損失，施工進(jìn)度及質(zhì)量也無法得到保障。這主要是由于施工過程中工作人員缺乏專業(yè)性，安全意識不強(qiáng)，沒有采取有效的防護(hù)措施及安全管理制度的不完善等因素造成。

數(shù)學(xué)分析方法在安全事故分析中應(yīng)用頗為廣泛，給預(yù)防和控制事故危害提供了新思路，然而導(dǎo)致隧道中混合氣體爆炸的因素較為復(fù)雜，如果使用單一的數(shù)學(xué)方法分析時仍存缺陷。例如：單獨(dú)使用事故樹分析方法（FTA）時，當(dāng)各基本事件發(fā)生的概率難以統(tǒng)計(jì)時，將無法計(jì)算各基本事件對頂上事件影響程度[1]；在單獨(dú)使用層次分析方法（AHP）時，通常采用專家打分法構(gòu)造判斷矩陣，打分結(jié)果和專家對系統(tǒng)的理解程度相關(guān)，存在相應(yīng)的主觀性[2]。

為此，本文將FTA 法和AHP 法綜合起來，采用FTA-AHP分析方法對隧道混合氣體爆炸安全事故進(jìn)行分析，彌補(bǔ)了單獨(dú)使用FTA 法或AHP 法時的不足。本文將基于FTA 及AHP 對某隧道爆炸事故案例進(jìn)行分析，找出造成此次事故的主要原因，并提出相應(yīng)的措施，可為類似項(xiàng)目提供參考分析[3-4]。

1 FTA-AHP 分析方法

FTA-AHP 分析法是以FTA 法為分析基礎(chǔ)，應(yīng)用邏輯演繹法確定出影響頂上事件發(fā)生的基本事件，繪制出對應(yīng)的事故樹后，計(jì)算最小徑集或最小割集。將對應(yīng)的事故樹中基本事件和層次分析法中指標(biāo)層使用結(jié)構(gòu)重要度，對應(yīng)比較構(gòu)造判斷矩陣，根據(jù)權(quán)值計(jì)算各基本事件對頂上事件的影響程度，再根據(jù)權(quán)重的大小排序。計(jì)算各基本事件對頂上事件影響的重要程度，通過分析的結(jié)果制定對應(yīng)預(yù)防措施，從而達(dá)到預(yù)防和控制事故的目的[5]。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程實(shí)例

某隧道DK13+073—DK13+061段二次襯砌混凝土澆筑作業(yè)過程中，由于入場材料把關(guān)不嚴(yán)，將有A1、Al2O3、Al4C3、AⅠN 的爐渣（電解鋁的廢渣）當(dāng)作粉煤灰（燃煤發(fā)電廠排出的固體廢棄物）添入混凝土攪拌，發(fā)現(xiàn)異常情況處理不當(dāng)，繼續(xù)作業(yè)時，爐渣中的鋁化物在水泥水化熱作用及堿性環(huán)境下，與混凝土中的其他化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生氫、甲烷、氨等易燃易爆氣體。這些能夠釋放出易燃易爆氣體的混凝土被持續(xù)澆筑到封閉且無通風(fēng)的二次襯砌模內(nèi)。隨著澆筑量不斷增加，在受限空間內(nèi)易燃易爆氣體體積分?jǐn)?shù)不斷升高。當(dāng)體積分?jǐn)?shù)聚積到爆炸極限范圍（氫4%～75%，甲烷5%～15%，氨16%～25%）后，遇靜電、電路火花等發(fā)生爆炸。爆炸事故造成2 名施工人員死亡，1 人重傷，并造成隧道停電和著火燃燒，直接經(jīng)濟(jì)損失272 萬元。

2.2 爆破飛石事故樹的建立

結(jié)合本工程的特點(diǎn)，將隧道混合氣體爆炸傷人事故作為頂上事件，采用邏輯演繹分析方法對引起混合氣體爆炸發(fā)生的原因進(jìn)行分析，逐步找出導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的所有基本事件，根據(jù)分析結(jié)果繪制出相應(yīng)的事故樹，如圖1 所示。各基本事件具體含義如表1所示。

圖1 爆破飛石事故樹

表1 基本事件表

本事故樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)為：T=M1+M2=M3+M4+M5M6=X1+X2+X3+X4+X5+X6+（X7+X8）（X9+X10+X11+M7）=X1+X2+X3+X4+X5+X6+（X7+X8）（X9+X10+X11+X12+X13+X14）=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7X9+X7X10+X7X11+X7X12+X7X13+X7X13+X8X9+X8X10+X8X11+X8X12+X8X13+X8X14。

2.3 事故樹結(jié)構(gòu)重要度分析

結(jié)構(gòu)重要度分析用Ii表示，基本事件結(jié)構(gòu)重要度反映的是頂上事件的影響程度[6]。

從結(jié)構(gòu)重要度可以看出，人的不安全行為和管理因素重要程度最大，作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)異情未及時匯報，未正確辨識危險源繼續(xù)涉險作業(yè)是造成事故發(fā)生的重要原因。

2.4 爆破飛石事故的層次分析模型構(gòu)建

由于爆炸事故不可控性，采用層次分析法進(jìn)行權(quán)重選取，分析各基本事件對頂上事件的影響程度，將此次隧道爆炸事故作為層次分析模型的目標(biāo)層，人的不安全行為、管理缺陷、物的不安全因素及環(huán)境因素作為準(zhǔn)則層，各基本事件作為指標(biāo)層，構(gòu)建層次分析模型如圖2 所示。

圖2 事故層次分析模型

2.5 判斷矩陣的構(gòu)造及權(quán)重計(jì)算

基于結(jié)構(gòu)重要度和權(quán)重的一致性[7]，使用基本事件的結(jié)構(gòu)重要度來構(gòu)造判斷矩陣。目標(biāo)層（A）下含有4個準(zhǔn)則層（B），每個準(zhǔn)則層的結(jié)構(gòu)重要度由各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度的和來表示，則準(zhǔn)則層通過對準(zhǔn)則層的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造目標(biāo)層與準(zhǔn)則層之間判斷矩陣。準(zhǔn)則層下含有13 個指標(biāo)層因素，將各事件的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造出準(zhǔn)則層（B）與指標(biāo)層（C）之間判斷矩陣。在確定判斷矩陣中各因素數(shù)值的大小一般選用1～9 標(biāo)度法[8]。目標(biāo)層與準(zhǔn)則層的構(gòu)造矩陣如表2 所示。

表2 使用事故樹構(gòu)造的準(zhǔn)則層判斷矩陣

同理可以構(gòu)造準(zhǔn)則層與指標(biāo)層的判斷矩陣B1-P、B2-P、B3-P 并計(jì)算相應(yīng)的最大特征值和特征向量、一致性指標(biāo)、隨機(jī)一致性指標(biāo)、一致性比率等。具體數(shù)值如表3 所示。

2.6 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

根據(jù)構(gòu)造的判斷矩陣，計(jì)算相應(yīng)的最大特征值和特征向量、一致性指標(biāo)CI值及隨機(jī)一致性比率CR，計(jì)算公式如公式（1）（2）所示，結(jié)果如表3 所示，RI賦值如表4 所示。

表4 RI 賦值

式（1）（2）中：CI為一致性指標(biāo)；λmax為判斷矩陣的最大特征值；n為矩陣階數(shù)；CR為隨機(jī)一致性比率；RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)。

當(dāng)CR＜0.1 時，認(rèn)為構(gòu)造的判斷矩陣的一致性是可以接受的；CR＞0.1 時，認(rèn)為判斷矩陣不符合一致性要求，需要構(gòu)造的判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整直到滿足一致性要求為止。從表3 可以看出，所有判斷矩陣的CR值均小于0.1，所構(gòu)造的判斷矩陣符合一致性要求。

表3 判斷矩陣的最大特征值及一致性檢驗(yàn)結(jié)果表

將準(zhǔn)則層和指標(biāo)層中各因素權(quán)重計(jì)算結(jié)果綜合計(jì)算出各因素對目標(biāo)層的合成權(quán)重。經(jīng)計(jì)算得出合成權(quán)重W分別為0.595、0.227、0.129、0.082、0.236、0.682、0.28、0.65、0.16、0.19、0.19、0.30、0.05、0.12。

根據(jù)合成權(quán)重W值，可以看出造成此次隧道混合氣體爆炸事故的基本事件權(quán)重大小排序?yàn)閃6＞W(wǎng)8＞W(wǎng)1＞W(wǎng)12＞W(wǎng)7＞W(wǎng)5＞W(wǎng)2＞W(wǎng)11=W16=W10＞W(wǎng)9＞W(wǎng)3＞W(wǎng)13＞W(wǎng)4＞W(wǎng)14。即在14 個基本事件中，通風(fēng)設(shè)備不全、通風(fēng)不良、受限空間、氫氣聚集和發(fā)現(xiàn)異常情況未及時匯報險情是造成此次爆炸事故的重要原因。與單純的事故樹分析對比，基于FTA-AHP 分析更加符合實(shí)際情況。

3 結(jié)論

FTA-AHP 分析得出的權(quán)重與FTA 分析得出的結(jié)構(gòu)重要度大小不完全一致。FTA 分析結(jié)果表明，事件X1—X8的結(jié)構(gòu)重要度最大，事件X9—X10的結(jié)構(gòu)重要度次之，事件X11—X14的結(jié)構(gòu)重要度最小。

FTA-AHP 分析結(jié)果表明，事件X6、X8、X1、X14、X7的權(quán)重占比大，在制定預(yù)防措施時必須首先考慮。使用FTA-AHP 分析方法是以FTA 方法為基礎(chǔ)，經(jīng)過FTA 分析各基本事件對頂上事件的影響，應(yīng)用AHP 方法的權(quán)值計(jì)算彌補(bǔ)了單獨(dú)使用FTA 方法時存在的不足，使分析結(jié)果更加科學(xué)、合理，為類似工程事故分析提供參考。

結(jié)合隧道施工存在的風(fēng)險因素以及上述分析，在施工中應(yīng)建立完善的隧道工程施工安全體系。首先，隧道施工風(fēng)險管理技術(shù)需從實(shí)施風(fēng)險管理技術(shù)責(zé)任入手，逐步形成風(fēng)險辨識和管控的工作機(jī)制；其次，加強(qiáng)培訓(xùn)，施工單位要杜絕工作懈怠、僥幸麻痹的負(fù)面思想，對施工人員嚴(yán)格篩選，強(qiáng)化對施工人員的技能、安全培訓(xùn)；再次，加強(qiáng)施工現(xiàn)場隱患排查、材料質(zhì)量安全檢測，嚴(yán)格落實(shí)隱患排查治理制度，確保施工材料正規(guī)合格；最后，加強(qiáng)現(xiàn)場技術(shù)管理，施工前做好地質(zhì)勘察，盡可能把工程建設(shè)中的信息化管理技術(shù)納入在風(fēng)險管控范圍內(nèi)，最大程度地防止此類安全事故的發(fā)生。