基于事故樹模型可能誘發(fā)凱余高速公路棄渣場(chǎng)失穩(wěn)因素風(fēng)險(xiǎn)分析

鄧淞尹

摘要：針對(duì)位于棄渣場(chǎng)失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，通過事故樹模型的方法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA），依托貴州省凱里一余慶高速公路棄渣場(chǎng)安全評(píng)估項(xiàng)目，對(duì)誘發(fā)棄渣場(chǎng)眾多失穩(wěn)的潛在原因進(jìn)行了定性定量分析，計(jì)算得出了棄渣場(chǎng)失穩(wěn)的發(fā)生概率，找到導(dǎo)致失穩(wěn)主要原因，為預(yù)防棄渣場(chǎng)失穩(wěn)，提出了相應(yīng)的解決方法和工程措施。

關(guān)鍵詞：棄渣場(chǎng);風(fēng)險(xiǎn)分析;事故樹模型;最小割集;結(jié)構(gòu)重要度

中圖分類號(hào)：U415.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）16-0234-03

1引言

伴隨著中國高速公路的快速鋪設(shè)，“五縱七橫”總共12條國道主干線全部在13年建成，根據(jù)李小鵬在2019年全國交通運(yùn)輸會(huì)議上的講話，表明我國將在2019年新增公路通車?yán)锍踢_(dá)到8.6萬km，其中高速公路6000km，公路安全也受到進(jìn)一步的重視，尤其其中棄渣場(chǎng)的安全也是評(píng)估公路安全重要部分。尤其在近年來，以四川為代表的地區(qū)，地震、洪水和山體滑坡頻發(fā)，對(duì)棄渣場(chǎng)狀態(tài)的考察和評(píng)估顯得越發(fā)重要。一旦棄渣場(chǎng)失穩(wěn)或滑坡，很容易對(duì)周圍農(nóng)戶、來往車輛、公路本身造成巨大傷害。所以對(duì)誘發(fā)棄渣場(chǎng)的因素經(jīng)行詳細(xì)綜合的分析，并找到相應(yīng)的處理措施，對(duì)減少國家損失，保障人員安全具有積極影響。

事故樹模型作為工程風(fēng)險(xiǎn)分析中關(guān)鍵有效的重要方法之一。通過事故樹分析法對(duì)棄渣場(chǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，找到破壞穩(wěn)定狀態(tài)的各個(gè)因素，總結(jié)其中規(guī)矩及特點(diǎn)，并對(duì)其造成的后果進(jìn)行評(píng)判和分析，提出解決對(duì)策，為工程實(shí)際所應(yīng)用。

該棄渣場(chǎng)位于凱里一余慶高速（后文簡(jiǎn)稱凱余高速）公路兩側(cè)，該高速公路終點(diǎn)連接麻江，于南邊連接丹寨，同時(shí)連接多條高速公路，如廈蓉高速、瀘昆高速。渣場(chǎng)區(qū)域地層發(fā)育較齊全，海相地層的層序較連續(xù)，化石較豐富。地處海拔約400～850m左右，連接余慶及凱里的大小城市（圖1、2）。

2事故樹評(píng)估模型

2.1事故樹基本組成

事故樹模型包括三大部分：“樹根”、“樹梢”、“樹枝權(quán)”，分別代表頂部節(jié)點(diǎn)——某個(gè)事故、底部節(jié)點(diǎn)——基本原因、中間節(jié)點(diǎn)——中間原因。而不同性質(zhì)事故的因果關(guān)系采用不同的邏輯門表示（主要有或門和與門）。用符號(hào)相互連接之后，表述其因果關(guān)系制作而成事故樹（圖3）。

2.2事故樹分析步驟

（1）了解系統(tǒng)。通過對(duì)事故的深入調(diào)查和分析，了解其分部到整體的各個(gè)情況，包括環(huán)境，技術(shù)，構(gòu)成等。

（2）調(diào)查系統(tǒng)的各類事故——全面掌握系統(tǒng)事故的基礎(chǔ)和依據(jù)。通過收集各階段所發(fā)生的事故，也要講同類系統(tǒng)發(fā)生的所有事故進(jìn)行收集，確定事故類型。

（3）確定頂上事件。頂上事件一般是事故本身。

（4）調(diào)查與頂上事件有關(guān)的所有原因事件。

（5）繪制事故樹。

2.3事故樹定量與定性分析

2.3.1定性分析

定性分析中重點(diǎn)方法是采用最小割集或者最小徑集。通過利用布爾運(yùn)算法則，找到最小割集（或徑集），從而分析出事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，和誘發(fā)的主要原因。最小割集為導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的集合，可通過布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法求解。

2.3.2定量分析

定量分析通過數(shù)據(jù)來辨識(shí)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)情況。測(cè)算出風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率的同時(shí)找到導(dǎo)致事故發(fā)生的最主要原因。

3棄渣場(chǎng)失穩(wěn)原因分析

我國是一個(gè)多山而地貌十分復(fù)雜的國家，75%左右的國土是山地或丘陵。且凱里一余慶高速公路正好處在江南臺(tái)隆邊緣斷層帶，同時(shí)夏季雨熱，冬季常出現(xiàn)持續(xù)陰雨、低溫雪凝和霜凍天氣。由此可知，該段天氣變化較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，更容易引起棄渣場(chǎng)失穩(wěn)和滑坡。加之該路段輻射貴州為中心的總多城市，一旦高速中斷將會(huì)造成嚴(yán)重的影響，不僅是財(cái)政損失，而且棄渣場(chǎng)失穩(wěn)極易對(duì)公眾生命造成威脅。

可能導(dǎo)致該段棄渣場(chǎng)失穩(wěn)原因眾多，一般可分為4種威脅：地質(zhì)因素、設(shè)計(jì)因素、施工因素、管理因素。

3.1地質(zhì)因素

地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造：場(chǎng)區(qū)位于江南古陸西側(cè)新生代坳陷區(qū)過渡地帶，巖體受構(gòu)造影響強(qiáng)烈，巖層扭曲嚴(yán)重，產(chǎn)狀變化大，棄渣場(chǎng)位置綜合產(chǎn)狀106。∠12°。強(qiáng)風(fēng)化巖體節(jié)理很發(fā)育，附近主要節(jié)理有210°∠70°、80°∠65°兩組，節(jié)理間距80～160mm，閉合性差，多為泥質(zhì)充填。

巖土結(jié)構(gòu)如下。

（1）棄渣場(chǎng)區(qū)覆蓋層。殘坡積層（Qel+d1）含碎石粉質(zhì)土：褐黃色，可塑狀，碎石為強(qiáng)風(fēng)化砂巖及泥巖，含量約占20%～40%，粒徑5～10cm。物探揭露厚O～4.5m，場(chǎng)區(qū)大部均有分布。

（2）基巖。渣場(chǎng)區(qū)下伏基巖為志留系中上統(tǒng)（S2-3wn）翁項(xiàng)群泥巖，局部夾砂巖，按風(fēng)化及巖體破碎程度分為強(qiáng)、中風(fēng)化兩層，現(xiàn)分述如下：①強(qiáng)風(fēng)化泥巖：灰黃色，薄至中厚層狀，節(jié)理很發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)軟，附近工點(diǎn)鉆探巖芯多呈碎塊狀，物探揭露厚6.0～7.0m;②中風(fēng)化泥巖：灰綠、深灰色，薄至中厚層狀，節(jié)理發(fā)育，巖質(zhì)軟，巖體較完整，附近工點(diǎn)鉆探巖芯多呈柱狀、少量碎塊狀及塊狀。

（3）堆積體構(gòu)成。棄渣場(chǎng)填料以土體為主，含有大粒徑的塊石，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘分析，其中土體占整個(gè)填料80%左右，碎石占17%左右，其中碎石主要粒徑為1.5～3cm，其余為塊石，碎石成分主要為砂泥巖。

水文地質(zhì)：前者是存儲(chǔ)在松散土體，因量小危害較少;后者賦存于基巖裂隙中，地下水主要靠大氣降水垂直補(bǔ)給，大氣降雨時(shí)：一部分順巖層層面、節(jié)理面向下滲透補(bǔ)給;一部分向地勢(shì)低洼處的沖溝徑流排泄，場(chǎng)區(qū)水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單。

通過對(duì)貴州多條高速公路的水文和降雨量分析，可知“大雨大沖，小雨小沖”，對(duì)棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性有一定的影響。

3.2設(shè)計(jì)因素

對(duì)于棄渣場(chǎng)選址，在設(shè)計(jì)時(shí)面臨眾多主觀客觀的困難。雖然原則上是就近選擇棄渣處，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和施工都有利，但由于受到地質(zhì)條件，水文，環(huán)境氣候的先天諸多限制，那么就給設(shè)計(jì)留下較多限制，加之施工時(shí)較隨意傾倒造成對(duì)本來的地質(zhì)造成影響，因此選址是重中之重。

支擋防護(hù)設(shè)計(jì)，截排水設(shè)計(jì)，需要考慮眾多因素如坡率、內(nèi)聚力、坡高等，有些情況由于現(xiàn)場(chǎng)資料不能盡善盡美和實(shí)際情況和規(guī)范有一定差異而導(dǎo)致考慮不周。

3.3施工因素

棄渣場(chǎng)失穩(wěn)與力學(xué)平衡具有直接關(guān)系，一般來說，若造成地基抗剪強(qiáng)度小于渣體時(shí)，如頂上堆積大量塊石，不定期清理，可能會(huì)使得棄渣處整體失穩(wěn);若抗剪地基強(qiáng)度大于渣體時(shí)，如坡度較大，坡側(cè)部分渣體滑動(dòng)，塌落。

在施工時(shí)，植被恢復(fù)工程也在其中，通過種植植被，保持該渣體不發(fā)生嚴(yán)重的水土流失，但是在工程中，綠化恢復(fù)不好導(dǎo)致嚴(yán)重水土流失的情況在工程中時(shí)常發(fā)生。

3.4管理因素

監(jiān)督管理的缺位，造成棄渣場(chǎng)在長(zhǎng)期堆放過程中，表面的格構(gòu)破損，沒有及時(shí)修補(bǔ)恢復(fù)（圖4）。

后期管理不足之處還在較多棄渣場(chǎng)坡頂?shù)亩逊e一定量大塊石，排水溝內(nèi)的植被、松散堆積物，對(duì)局部破壞的水溝未進(jìn)行修護(hù)，這些措施都有可能造成排水不暢，坡體失穩(wěn)等災(zāi)害發(fā)生。

4棄渣場(chǎng)失穩(wěn)事故樹

綜合上文所分析的可能誘發(fā)棄渣場(chǎng)失穩(wěn)的原因，同時(shí)統(tǒng)計(jì)各個(gè)事件及特定表達(dá)符號(hào)，如表1所示。

4.1事故樹繪制

根據(jù)以上的分析，可得出如圖5的事故樹。

4.2事故樹的定性分析

4.2.1最小割集