DJ40/150型架橋機(jī)墜落事故分析與思考

陳敢澤1，楊 磊2

（1.湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，湖北 宜昌 443000；2.中安檢測(cè)中心湖北有限公司，湖北 武漢 430000）

1 事故概況

某項(xiàng)目部在高速公路建設(shè)的1座高墩特大橋11～12#橋墩架梁工地，1臺(tái)DJ40/150型步履式單導(dǎo)梁架橋機(jī)（以下簡(jiǎn)稱架橋機(jī),如圖1）過(guò)孔過(guò)程中整機(jī)傾翻墜落，造成人員傷亡和設(shè)備毀損。

圖1 整機(jī)外形與架梁作業(yè)照片

架橋機(jī)在11～12#橋墩過(guò)孔過(guò)程中，導(dǎo)梁前端向左前方傾斜后，整機(jī)墜落到地面，造成1人死亡、架橋機(jī)損毀報(bào)廢。

架橋機(jī)基本情況：型號(hào)DJ40/150；額定起重量150t；架梁適宜跨度40m；整機(jī)長(zhǎng)度68m；吊梁起升高度4.8m；整機(jī)自重135t；過(guò)孔懸臂撓度550mm；架設(shè)梁片適宜橫坡±2%，縱坡±5%；安裝狀態(tài)許用風(fēng)力4級(jí)；出廠日期2008年6月。

2 現(xiàn)場(chǎng)勘察

2.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

2.1.1 整機(jī)狀況

在事故現(xiàn)場(chǎng)，架橋機(jī)傾翻墜落時(shí)的情況：除了2#柱及其攜帶的橫移軌道跌落在12#橋墩附近的橋面上以外，其余的結(jié)構(gòu)件和機(jī)電設(shè)備幾乎全部摔壞。0#柱已經(jīng)分成2段，機(jī)臂斷裂成2段，1#、3#柱構(gòu)件分離，1#、2#運(yùn)行行車零部件損毀脫落。架橋機(jī)結(jié)構(gòu)件疊靠在距橋面高度約30m的山坡下，機(jī)電設(shè)備、液壓系統(tǒng)散落在11#和12#橋墩之間山坡草叢中（圖2）。

2.1.2 主要構(gòu)件

0#柱自上至下的第三節(jié)在銷軸連接處脫開(kāi)，伸縮節(jié)的鋼管彎扭變形，在第二孔處斷裂。油缸柱塞彎曲變形，彎曲方向向后，柱塞為全伸狀態(tài)。上端在與第四節(jié)機(jī)臂連接的法蘭座法蘭焊縫處撕裂斷開(kāi)。法蘭座的材料為壁厚20mm，直徑?300mm的無(wú)縫鋼管，采用上下加筋板焊接，鋼管與法蘭只是被沒(méi)有開(kāi)焊縫坡口的外圈單面焊接。

圖2 事故現(xiàn)場(chǎng)

1#、3#柱剩余部分被壓在機(jī)臂或構(gòu)件下，結(jié)構(gòu)件嚴(yán)重變形，矩形套管在結(jié)合部位幾乎全部開(kāi)裂，柱體與曲梁連接的法蘭變形，高強(qiáng)度連接螺栓斷折脫落而不見(jiàn)蹤影。液壓系統(tǒng)全部分離散落。

由7節(jié)組成的機(jī)臂斷裂為2段，前段為1～4節(jié)，后段為5～7節(jié)，斷裂口在第四節(jié)后端近鉸點(diǎn)處，幾節(jié)空腹梁的腹板幾乎不同程度地出現(xiàn)屈曲變形。

機(jī)臂前段翻轉(zhuǎn)180°（第一節(jié)向后、第四節(jié)向前），箱形梁的下蓋板及齒條朝上，上蓋板朝下，前半段壓在2#曲梁上方，斷口處抵靠在11#橋墩墩身上，后段擱在山坡巖石上，箱形梁斷面嚴(yán)重扭曲變形（圖3）。

圖3 斷裂成2段的機(jī)臂

1#和2#曲梁受撞擊后，剩余部分緊緊疊靠在一起，橫移油缸鉸點(diǎn)支座撕裂脫開(kāi)，元件變形脫開(kāi)懸置。

構(gòu)件和機(jī)件的斷口都為致密的新斷口，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)陳舊的材料和焊縫裂紋或開(kāi)裂痕跡。

2.1.3 機(jī)電設(shè)備

吊梁行車上的銷軸孔及支座全部變形或者撕脫；電動(dòng)機(jī)、減速器、車輪、螺栓等件大部分摔碎，大范圍散落在橋面或山坡上；安裝在2#柱上的控制柜和操作臺(tái)外表受較輕損傷，液壓系統(tǒng)、電氣線路全部受損；操作臺(tái)上的操作裝置，僅功能選擇開(kāi)關(guān)扳在“架梁”位置，其余的全部回零位（圖4）。

圖4 損毀的電動(dòng)機(jī)、減速器等

2.2 調(diào)查材料

過(guò)孔時(shí)，0#柱至11#橋墩墩帽調(diào)整墊平支穩(wěn)，穿銷軸于伸縮節(jié)Ⅱ第二孔內(nèi)；3#柱調(diào)平支穩(wěn)頂升穿銷軸后，架橋機(jī)機(jī)臂基本水平，隨后收起2#柱并前移。

當(dāng)2#柱體前移至距離預(yù)定位置約3.5～4.5m時(shí)，11#橋墩墩帽上施工員發(fā)現(xiàn)0#柱體鋼管發(fā)生明顯彎曲，瞬時(shí)0#柱左側(cè)鋼管斷裂，架橋機(jī)隨之傾覆。操作者聞聲同時(shí)感覺(jué)架橋機(jī)明顯傾斜，及時(shí)從操作平臺(tái)跳下，頃刻架橋機(jī)傾翻墜落。機(jī)臂前傾墜落帶動(dòng)2#柱及其橫移軌道向前擺動(dòng)，12#橋墩處橋面上的1名施工員在逃離過(guò)程中遭受迎面而來(lái)的2#柱橫移軌道的重撞，經(jīng)搶救無(wú)效身亡。

3 事故分析

3.1 事故工況確定

1）0#柱的位置 0#柱分成2段，油缸柱塞為全伸狀態(tài)（伸出長(zhǎng)度為1 540mm），此時(shí)，如果0#柱剛剛接近11#橋墩而沒(méi)有抵達(dá)墩帽上，架橋機(jī)仍然為機(jī)臂過(guò)孔工況，若傾翻，0#柱在向前傾倒時(shí)應(yīng)該壓倒11#橋墩墩帽上的預(yù)留鋼筋，并且在機(jī)臂墜落到墩面上時(shí)砸壞0#柱的部分橫梁，現(xiàn)場(chǎng)損壞的0#柱橫梁沒(méi)有被撞擊和受到重壓的損傷或變形。

2）2#柱及其橫移軌道 2#柱及其攜帶的橫移軌道跌落在12#橋墩附近的橋面上，如果0#柱沒(méi)有支承，2#柱及其橫移軌道不可能被提升后移至此處。

由以上2點(diǎn)說(shuō)明0#柱應(yīng)該已經(jīng)到達(dá)11#橋墩墩帽上并支承。

3）0#柱和機(jī)臂斷裂順序 架梁狀態(tài)為承載工況，40m t型預(yù)應(yīng)力梁自重約96t，在承載工況，前（1#）吊梁行車在跨中時(shí)機(jī)臂承受最大彎矩，架橋機(jī)在過(guò)孔時(shí)為非承載工況，如果機(jī)臂先斷裂，應(yīng)該是在承載工況。因此能夠認(rèn)定，該例事故中0#柱斷折在先，機(jī)臂斷裂在后。

3.2 主要結(jié)構(gòu)件破壞符合其使用中的受力特點(diǎn)

架橋機(jī)過(guò)孔時(shí)機(jī)臂為懸臂狀態(tài)，接近最大懸臂狀態(tài)第四節(jié)機(jī)臂后端承受懸臂部分自重產(chǎn)生的彎矩，上蓋板受拉力作用，下蓋板受壓力作用；架梁工況時(shí)，這段機(jī)臂構(gòu)件受力與上述相反。此處正好是空腹梁與實(shí)腹梁鉸接處，架橋機(jī)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用（架梁和過(guò)孔），該處結(jié)構(gòu)的疲勞程度重于其他部位。但是此次過(guò)孔工況最大懸臂狀態(tài)時(shí)機(jī)臂沒(méi)有斷裂，而是在機(jī)臂頭部跌落到11#橋墩時(shí)受到?jīng)_擊載荷的影響，在此部位斷裂，符合結(jié)構(gòu)件受力和機(jī)械性能變化正常規(guī)律。

3.3 2#柱在前移過(guò)程中產(chǎn)生動(dòng)載荷的影響

事故時(shí)刻，后（2#柱）吊梁行車車輪正好走在第六節(jié)和第五節(jié)機(jī)臂的鉸接接頭處，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，機(jī)臂下方耳梁在此處的接頭間隙達(dá)到15mm。2#柱和橫移軌道自重約10t，加上吊梁行車自重7.4t和2#曲梁自重，2#吊梁行車帶著曲梁和2#柱等走過(guò)此耳梁接頭處時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊，引起整機(jī)振動(dòng)。這種運(yùn)行沖擊對(duì)于架橋機(jī)的空載縱向穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響。

在動(dòng)載荷作用下，0#柱斷裂后，機(jī)臂頭部失去支撐和平衡，先向左偏移、前傾，0#柱與機(jī)臂連接的法蘭座在法蘭處焊縫撕裂，在重力作用下，機(jī)臂頭部（右側(cè)稍低）快速下墜，伴隨整機(jī)向前傾覆。第一節(jié)機(jī)臂的后端墜落11#橋墩的墩帽上，齒條留有撞損段，產(chǎn)生了強(qiáng)大的沖擊，導(dǎo)致了機(jī)臂第四節(jié)在與第五節(jié)鉸接處前端開(kāi)裂。機(jī)臂后段（第五、六、七節(jié)）以及1#柱、1#曲梁和1#吊梁行車、2#柱與橫梁連接螺栓被折斷或銷軸脫落，2#曲梁和2#吊梁行車等件向前下方墜落。同時(shí)，機(jī)臂尾部向上翹起，3#柱懸空后也被帶著一同滑落；直至除2#柱及其橫移軌道以外的整體離開(kāi)12#橋墩而墜落，最后第五節(jié)機(jī)臂（實(shí)腹梁節(jié)）頭部插入泥土中。與此同時(shí)，第四節(jié)機(jī)臂斷裂后尾部快速墜落，向下傾斜到一定程度后，第一節(jié)機(jī)臂從11#橋墩墩帽上下滑，繼而，機(jī)臂前段（第一、二、三、四節(jié)）在鉛垂面內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)180°（上蓋板朝下，第四節(jié)向前）墜下，第四節(jié)機(jī)臂撕裂處抵靠在11#橋墩墩身上。

3.4 0#柱的構(gòu)件變形和受力狀況劣化的影響

0#柱伸縮節(jié)Ⅱ?194mm鋼管在1～3銷軸孔段存在著陳舊性彎折變形的現(xiàn)象，目前屬于帶缺陷使用。事故前，0#柱一直存在軸線彎曲問(wèn)題，這種現(xiàn)象使0#柱的受力狀態(tài)劣化，對(duì)其結(jié)構(gòu)件的破壞有很大影響。架橋機(jī)平時(shí)過(guò)孔時(shí)載荷的變化，已經(jīng)造成伸縮節(jié)Ⅰ、Ⅱ鋼管在套管內(nèi)的晃動(dòng)、彎折，出現(xiàn)了陳舊性彎折變形，很大程度上降低了伸縮節(jié)Ⅱ鋼管在配合處第1～3個(gè)銷孔段的機(jī)械性能。

0#柱下段伸縮節(jié)Ⅱ鋼管和機(jī)臂第四節(jié)的破壞，也正好說(shuō)明架橋機(jī)相應(yīng)工況中結(jié)構(gòu)件的受力特點(diǎn)，應(yīng)力最大處也必然是材料機(jī)械性能較快降低的部位，也成了結(jié)構(gòu)件的薄弱點(diǎn)。

3.5 架橋機(jī)質(zhì)心高度對(duì)工作穩(wěn)定性的影響

從12#橋墩墩帽上殘留物看到，1#柱橫移軌道墊木至少有2層，墊層高度H＝(300+250)mm，沒(méi)有錨固點(diǎn)，軌道通過(guò)墊木浮置于橋墩，多層墊木構(gòu)成的支承方式，使架橋機(jī)承受縱向載荷的能力很差，對(duì)整機(jī)工作縱向穩(wěn)定性不利。架橋機(jī)使用說(shuō)明書中沒(méi)有關(guān)于1#柱和2#柱橫移軌道下方墊木的層數(shù)和高度要求。墊層高低影響整機(jī)質(zhì)心高度，架橋機(jī)質(zhì)心越高穩(wěn)定性越差?，F(xiàn)場(chǎng)2#柱的頂升油缸柱塞的伸出長(zhǎng)度為800mm和830mm。可見(jiàn)，整機(jī)在過(guò)孔工況的質(zhì)心高度應(yīng)能適當(dāng)降低，應(yīng)該在低質(zhì)心高度狀態(tài)完成架橋機(jī)過(guò)孔作業(yè)。

3.6 誤操作的影響

操作者在操作2#柱前移時(shí)，發(fā)現(xiàn)了在12#橋墩附近橋面上工作人員，將2#柱停下，交談后又繼續(xù)操作，起制動(dòng)產(chǎn)生的沖擊載荷影響了架橋機(jī)整機(jī)縱向穩(wěn)定性，繼續(xù)操作時(shí)又錯(cuò)誤操作了1#吊梁行車的前進(jìn)按鈕，使1#吊梁行車帶著1#柱起動(dòng)向前，產(chǎn)生縱向振動(dòng)，導(dǎo)致架橋機(jī)整體向前方傾斜造成整機(jī)墜落。

4 結(jié)論與思考

綜上分析，本起架橋機(jī)傾翻墜落事故的結(jié)論為：該架橋機(jī)在平時(shí)過(guò)孔作業(yè)中，主要結(jié)構(gòu)件已經(jīng)出現(xiàn)變形現(xiàn)象和異常受力狀態(tài)；本次過(guò)孔中，架橋機(jī)質(zhì)心高度較高而影響穩(wěn)定性；過(guò)孔調(diào)整中操作柱前移過(guò)程中機(jī)構(gòu)的起制動(dòng)產(chǎn)生異常的沖擊和振動(dòng)，使已經(jīng)存在缺陷的主要受力結(jié)構(gòu)件被破壞；錯(cuò)誤操作1#柱產(chǎn)生動(dòng)載荷使架橋機(jī)失穩(wěn)，直接導(dǎo)致架橋機(jī)整機(jī)傾翻墜落，造成事故。

DJ40/150型步履式單導(dǎo)梁架橋機(jī)的最危險(xiǎn)工況除了過(guò)孔時(shí)最大懸臂長(zhǎng)度狀態(tài)以外，1#柱和2#柱調(diào)整過(guò)程也存在危險(xiǎn)因素。在高墩坡道大跨度重梁條件下采用架橋機(jī)架梁工藝時(shí)，對(duì)于非架梁工況質(zhì)心高度大的架橋機(jī)，過(guò)孔工況的穩(wěn)定性問(wèn)題應(yīng)該引起足夠的重視，防止外力導(dǎo)致架橋機(jī)失穩(wěn)墜落和傷害事故；架橋機(jī)過(guò)孔工況應(yīng)該盡量降低整機(jī)質(zhì)心高度。

DJ40/150型步履式單導(dǎo)梁架橋機(jī)在過(guò)孔時(shí)柱的調(diào)整工況，只要出現(xiàn)誤操作前、后吊梁行車運(yùn)行，都可能直接導(dǎo)致整機(jī)傾翻墜落事故。在控制臺(tái)上，前、后吊梁行車工況開(kāi)關(guān)緊鄰布置，尤其是露天施工場(chǎng)地工作環(huán)境，控制臺(tái)上元件功能標(biāo)志模糊不清的設(shè)備或者對(duì)功能控制元件位置不熟悉的操作者，相當(dāng)容易出現(xiàn)類似的誤操作。對(duì)于該機(jī)型架橋機(jī)來(lái)說(shuō)，這種誤操作必然是致命的。該機(jī)型產(chǎn)品在安全保護(hù)功能（電氣聯(lián)鎖保護(hù)）設(shè)置方面還有研究空間，如對(duì)過(guò)孔中1#柱和2#柱的誤操作保護(hù)功能的研究與開(kāi)發(fā)有待于設(shè)計(jì)工作者關(guān)注。

設(shè)備安全事故絕大多數(shù)來(lái)源于沒(méi)有完善的安全保障體系。對(duì)特種設(shè)備安全必須牢固樹(shù)立安全意識(shí)，嚴(yán)格依照國(guó)家規(guī)定，抓好現(xiàn)場(chǎng)的安全控制。在架橋機(jī)的安全管理和技術(shù)管理方面不容疏漏，嚴(yán)格控制架橋機(jī)過(guò)孔、架梁的工藝過(guò)程；相關(guān)的從業(yè)人員應(yīng)該采用科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度用好管好架橋機(jī)，落實(shí)責(zé)任制、責(zé)任人、職責(zé)分工明確到位。

從業(yè)人員認(rèn)知與技能應(yīng)能適應(yīng)本崗位的基本要求。施工單位的架橋機(jī)等大型設(shè)備，直接放心地交給專業(yè)技術(shù)相對(duì)薄弱的外包隊(duì)伍使用。其中部分人員僅具有相應(yīng)的短暫工作經(jīng)歷，他們架橋機(jī)的基本理論知識(shí)和安全操作能力與安全意識(shí)欠缺，僅僅模仿式操作。受其局限，在專業(yè)技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)龐大的精良裝備面前，他們是心有余而力不足。難免對(duì)設(shè)備的危險(xiǎn)工況或事故征兆束手無(wú)策。部分操作者和指揮人員只有架過(guò)幾片或十幾片預(yù)應(yīng)力梁的短暫的工作經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)，駕馭架橋機(jī)安全生產(chǎn)的能力亟待提高。

對(duì)特種設(shè)備安全的需求，是人類自身對(duì)生產(chǎn)力要素的根本需求之一。從業(yè)人員充分認(rèn)識(shí)特種設(shè)備安全使用的重要性，完善各方面的安全措施，切實(shí)把安全工作放在極端重要的位置，有效避免類似事故再次發(fā)生。 O