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[案例] 4秒钟的事故与15个月的调查 [复制链接]

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chenxi 发表于 2013-9-4 16:49:24 |显示全部楼层 |          |
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                                 4秒钟的事故与15个月的调查——美国135w钢桥倒塌事故调查过程                                                                                                                                                                         文/郝苏
6 T/ \- W3 O- {' z1 b  O) Y0 ?# A       横跨密西西比河上的I35W大桥突然倒塌,是美国40年来最大的桥梁事故, 成为此后数周内全美主流媒体的焦点。如今,近6年的时间过去了,但由于这一事故反映出了传统结构设计计算的一些误区,因此民间的讨论和探查仍在继续。
* H! z. I2 }& S: {  Z( i: U# @                                                                     4秒钟的噩梦
: J/ L- E2 ^$ [5 H& M  S9 a       2007年8月1日下午6时05分左右, 正当下班交通高峰期间。I35W大桥的3跨主桥突然在4秒钟之内先后倒塌。111辆正在行驶的大小车辆随塌陷的桥面下坠, 跌入密西西比河中和岸边的空地上,所幸此处水深只有5米左右。事故共造成13人死亡, 154名乘客和桥上的行人受伤。事故发生之际,西侧两车道因修桥面而关闭,另有两道上堆满了沙石等材料和重型施工车辆,只有四道开放。- w1 a+ m2 l( W* i, }! [
       从当地交通运输和应急管理部门,到交通部、国土安全部和联邦调查局都参与到这次事故调查当中。最后由美国交通运输安全委员会(NTSB)全权完成官方的调查。) V3 N9 H& W% g
       第35号州际高速公路从明尼苏达州北端始, 经由亨滨县穿过明尼亚波利市, 直至德克萨斯南, 是纵跨美国中部的国道。南北走向的I35W大桥在西北方离明市中心不到两公里处横跨密西西比河。全桥总长581米。主桥是3跨8道(34米宽,301米长)的“浅弧底拱”钢桁架结构, 另有11跨钢梁混凝土板引桥。事故发生时日均车流大概在160000辆左右,是美国最繁忙的公路桥梁之一。I35W大桥是国家资产,由明州交通局管理。但在涉及桥体、桥面、航道等许多技术和非技术性问题上,也牵涉到许多政府部门的交叉运作, 见图1。4 u$ w1 t3 c0 J5 f

( Q/ I7 H4 @) o# g; D( q' h
& n$ g2 r$ P/ R# v: [, t$ m图2(a)事故后的三跨主桥;(b)落在南岸的边跨,以图中人群尺寸为参考可见桥体尺寸规模8 {; i6 Q7 i9 j# E
                                                        历经一年零三个月的调查
9 c. B* c/ ~' Z5 Q4 {5 C5 e, O& i       事故后第一时刻,当地政府应急管理机制立即启动。除援救伤亡者外,从事故调查的角度首先需要确定倒塌的原因,可能是不明入侵者攻击;国内恐怖分子有预谋袭击;自然灾害,例如地震;责任或工程技术事故。
, o' w# p0 o* J3 V因此,按时间顺序这一事故的调查过程可分为三个阶段:第一阶段为应急部门主导的事故定性和应急处理;图1中所示有关政府部门人员均到场。第二阶段为NTSB主导在技术和责任层面上全面和详细的取证,调查,并协助业主和地方政府对伤亡者及家属善后;第三阶段为NTSB全权负责的对调查结果求证,最后结论,并对涉及事故有关部门提出在行政上有一定强制意义的“安全建议”,见图3。4 g7 [/ y" X0 F8 U! J- h+ g

: \/ T) K; S" z                                                                  事发第一周
' N  _+ K# H1 u; x       当I35W主桥在6时5分倒塌后一分钟内,即有民众拨打911专线报警。明尼亚波利市和亨尼滨县联合应急处理中心首先通过州交通局闭路电视录像求证,然后在6时7分至8分左右指派高速公路巡警和当地警局警员赴现场处理。
% m/ B5 n& Q5 U' X0 q4 r6 }& N       6时10分左右,第一组明市警察局警员到达现场,并在桥南侧河岸设立应急办公地点;
  _1 |! x2 ]& U6 N( p1 m$ C- b       6时11分左右,共19辆消防救护车组成车队的第一辆消防车抵达;
! J# w, S  F0 T2 ~- I' }       6时14分左右,亨县警局专员到达现场;
4 i  H1 h0 I, h       6时25分左右,由警员和消防队员为主的“江面事故应急指挥部”正式成立;
" ]& r$ ~' b4 {! x0 Y       7时27分左右,现场应急指挥官员宣布事故处理重点由“应急救援”转为“应急善后”阶段。/ H+ G, \  F8 p, f) t" d7 k7 b( \
       在此前后一小时左右,共有12个政府部门25艘水面舰船加入救援行列;当地逾百市民和红十字会工作人员也参与了义务抢救, 见图4。5 [7 L4 T( B( ~
       事故发生当天NTSB既成立专案调查组并派员赴现场取证。例如,当救援过程必须割断一些阻碍抢救受难者的残桥钢绗架时,在确认不损坏物证的条件下,有关工作人员在NTSB调查人员指导下完成了这一类切割作业。, I9 u9 m, }" D+ W- N2 G4 j

0 i% d- g" `$ }& W% ^) T6 T, M ( M- q) F8 C% r
       次日凌晨,国土海岸自卫队宣布附近河段为禁区,只允许紧急救援船只通过。考虑到恐怖分子袭击或其它刑事犯罪的可能性,当晚7时消防和应急救援指挥部由明市警局接管并开始刑事调查。在当地警方邀请下,联邦调查局水下取证分队和海军潜水分队分别于5日和6日抵达现场,协助取证,见图5。随即排除恐袭可能。NTSB正式接管调查。在这以后,警方继续参与取证,直至最后一个死难者遗体的确认。五周以后(9月7日),河道对商业运行船只开放。( [! T$ g5 M+ e9 v- U
以上是第一阶段,应急处理和事故定性。综观这一阶段进程,事故定性十分重要,可见2001年9•11以来连续发生的恐袭和类似未遂案件的阴影缭绕。由应急机制统筹的救援,疏导,和刑事鉴定三位一体处理方式,对国内同类事件善后或有借鉴之处。警方主导,NTSB和救援人员支持的现场初期取证,对保护完整的人证物证也起了一定的关键作用。例如,事故发生时桥面上人员,车辆,修路建材的位置基本上是根据警方记录确定的,见图6。
1 A; z: d& s5 D/ {' [' V  d' @# v! Y' C
                                                                     事发150天5 b  E8 O& W7 W% N; X: N
        第二阶段进行的是事故责任调查,包括取证、分析善后。事故发生当天NTSB立即成立数十人的专案调查组并派员赴现场。NTSB实质性的调查始于排除恐怖袭击可能之后。专案调查工作包括7个重点,分别为1.采集物证和建立相应的实物和文件档案;2.采集人证,确认受难者,建档;3.分析鉴定大桥的结构,管养,破坏时载荷,设计承载能力;4.分析鉴定大桥设计流程和相应的质保措施;5.分析鉴定大桥结构部件制造和成桥施工过程及相应的质保措施;6.对大桥倒塌过程的模拟,确认肇因,破坏过程和所有因果;7.事故发生时影响人员伤亡的因素和存活率,例如,事故发生时逃生和救援通道,车内保险带是否会减少死亡率等。
' U: s: z6 }! A* @( [$ U       如图3所示,NTSB的调查的每一步都隐含着细致和繁复的大量工作。以取证为例,按照NTSB对此类重大交通事故处理的程序,调查组将所有“断桥残骸”从密西西比河底捞出,见图7;在岸旁就近开辟一块大约5~6个足球场面积的空地上,将I35W大桥的主要结构拼装复原并与设计图纸比较。其结果作为探查和确认断桥原因的物证之一,见图8。其它重要的物证包括:陆军工程兵、警方和明州交通局对I35W桥路段的录像和照片;大桥的原设计图纸和加工图纸;过去四十年的维修,加固,改造,和定期例行检验报告;以及业主与上级审批单位,施工承包单位往来的文件。9 F  h+ K/ t+ w0 v* n7 y
       调查组取人证的范围也很广。包括事故本身造成的13人死亡和有医院记录的145名伤者。因此警方和NTSB共采集逾四百现场人证,包括死伤受难人员和家属,现场目击者,桥面民营公司施工人员和有关管理人员,见图6。NTSB调查组还约谈和走访了业主和上属单位的官员,以及尚健在曾参与I35W设计的人员。9 A9 r. _: f' e. V) c1 d! O
       经过近半年时间的调查, NTSB于2008年1月15日发表“初步结论”。其要点是: I35W 大桥的主桥主桁架上横梁结点板U10和下横梁结点板L11厚度设计尺寸不足, 只有半英寸厚;结点板U10的破坏导致大桥的倒塌。1 e( R, k6 {9 s* f# A; F0 [/ `- C
        NTSB的专案调查组以其雇员中的专业人士为主,邀请有关单位代表列席。这些单位包括:联邦公路署,州,市,县警局,业主(州交通局),以及事故发生时正在桥面施工的民营公司, 负责大桥日常维护的乙方民营公司,以及15年前收购了I35W大桥原设计公司的母公司代表。以避免同类事故再发生,NTSB在调查过程中比较注重与联邦公路署和业主的沟通互动。事故后第一天,时任交通部长的玛丽•彼德女士即通过联邦公路署向全国桥梁业主发布紧急通知,限制在桥面上堆积建材杂物。同年秋天,明州交通局对所辖类似桥梁展开重点结构普查。2008年1月12日先由联邦公路署工程师发表对节点板分析的报告,3天后NTSB公布上述初步结论。联邦公路署综合运输司司长凯•杰先生随即对全国桥梁业主通报,要求对同类结构进行详细分析。
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8 ^& Q2 S& Y2 L       值得一提的是,NTSB有时向公众和民营企业公开对一些事故调查的疑难之处。按照美国立法,也必须向纳税人公布每一事故的调查结果。综观这一阶段,可见NTSB的着墨之处是前述的调查重点1、2和7。调查过程充分显示了其一贯的风格,严谨,细致,一丝不苟,独立和对纳税人负责。这一风格,加上对维护交通运输系统和公民安全的热情,及虚心接受公众,民企,和有关各方正确意见的态度,是调查顺利进展的关键。7 U2 V  N: F  R1 t, b! l
                                                                         300天
. B) f1 `- ~9 u4 V* Y6 r) g       随后的10个月中,调查工作进入第三个阶段:给出结论,并建议应采取的安全措施。这一阶段完成前述重点:3~6。不仅调查是非功过,更着重防患于未然。从这个意义上,NTSB的最终目标是根据调查结论,对肇事有关各方及其上级主管单位建议应采取的安全措施,从而尽量减少或杜绝同类事故再发生。为此,除了分析大桥结构。验算承载能力。对照设计与实物、对断桥残骸的研究外,调查组还调阅了原设计公司、明州交通局、联邦公路署在60年代桥梁设计审批的程序和要求,以及明州交通局桥梁日常管理和定期维护的标准和记录。同时走访和比较其它州交通局对同类桥梁的管理。例如,调查组从事故前4年的档案中发现了最先断裂的U10节点板早已出现明显翘曲的记录。因当时的桥梁设计规范和检验规范对此并无特殊要求,这一现象被忽略了。因此,NTSB与业主合作又验查了其它多座类似结构的钢桥,在若干旧桥中也发现了节点板翘曲,见图9。例如位于俄亥俄州克利夫兰市郊的”Innerbelt Bridge”和明州的“DeSoto Bridge”,见图,10。现今这些桥梁已推倒重建。  
0 x& Q' k9 H$ W, ~8 X8 {6 d5 e, N1 Q$ A
       在又经过10个月的调查论证后, 美国家交通运输安全委员会(NTSB)于2008年11月14日做出对I35W大桥倒塌事故调查的最后结论,其要点如下:
6 d; U( ^0 z- w9 U1 v/ R/ `1. I35W钢桥主桁架上弦节点板U10和下弦节点板L11厚度设计尺寸不足, 厚度只有12.7厘米。而与其邻近的节点板的厚度为25.4厘米。
3 u+ ~- l* b: U* f8 a2. 根据对美陆军工程兵在桥南端长期设置的录像机自动录像和桥梁残件的分析, 确认U10节点板最先断裂, 导致了大桥的倒塌。
5 C) g. }8 G/ J! x. z7 |3. NTSB调查人员曾走访原设计单位(S&P Asso.)。 此桥的主设计师已过世, 没有留下任何有关设计计算资料。对此, NTSB的结论是I35W钢桥的设计没有经过计算。 * j" I$ t" x: f( `
根据这些结论,NTSB分别向联邦公路署(FHWA)提出3点安全建议;向全美州际交通官员协会(AASHTO)提出6点安全建议。联邦公路署下令要求全美对所有钢桁架桥节点板普查。9 B9 d, R/ h: e- l% S
                                          (关于I35W调查有关文献和部分详情请见2012年《桥梁杂志》第2期P90,第3期P78)
* P1 k3 Q, }2 E7 w, H                                                                                                                                  (作者单位:ACII,INC.(美)). c' O4 R& O$ o5 R- q
                                                                                                                                                      (编辑/魏薇)
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