建筑塔機較大事故分析及防治措施研究

張大斌

(蕪湖市建筑工程管理處,安徽 蕪湖 241000)

隨著建筑業的迅猛發展和建筑施工機械化水平不斷提升,塔式起重機成為建筑施工中不可或缺的關鍵設備,在各類建設項目中被普遍使用。但同時建筑塔式起重機生產安全事故呈現多發易發態勢,尤其是塔機較大及以上事故的發生率居高不下,給人民群眾生命安全造成嚴重威脅。如何確保建筑塔機安裝拆卸(頂升)作業安全和使用安全成為當前建設工程施工中的難點,也是建筑行業亟待解決的施工安全問題。

1 建筑塔機較大事故特性分析

1.1 較大事故情況

根據住房和城鄉建設部事故快報系統有關數據和安全事故情況通報,2011～2018年期間,全國房屋建筑和市政基礎設施工程項目塔式起重機發生較大及以上生產安全事故情況如表1所示。

所占百分比*：塔機較大及以上事故起數、死亡人數與各類較大及以上事故總起數、總死亡人數之比。

1.2 較大事故發生時段情況

根據建筑施工塔式起重機發生較大事故時所處的作業時段,可以分為安裝、拆卸階段(含頂升加節升塔、頂升降節降塔)和使用階段。較大事故具體發生階段情況如表2所示。

1.3 較大事故主要類型

(1)失穩失衡：主要有塔基失穩倒塌,塔機出軌、脫軌倒塌,塔機懸臂高度或塔身垂直度過大整體失穩,超載、斜拉斜吊導致整機倒塌,上部結構失衡傾覆,大風吹覆等。

(2)結構破壞：主要有結構斷裂、塑性變形,臂架折斷或碰毀、塔身(標準節)折斷、平衡臂墜落、拉桿斷裂,塔帽脫落、頂升套架滑落、附墻桿墜落等。

(3)機構損壞：主要是起升機構、回轉機構和變幅機構的電機、變速器、制動器損壞,液壓系統、電氣系統損壞,各類安全裝置損壞,滑輪損壞、鋼絲繩脫槽等。

(4)起吊物墜(散)落：如起重吊索或起升鋼絲繩斷裂、滑脫,脫鉤及起吊物綁扎不牢、吊點錯誤等[1-5]。

(5)觸電事故：塔機與架空輸電線安全距離不夠、未按照要求設置防雷接地等造成塔機觸電、雷擊事故。

表2 較大事故具體發生階段情況

1.4 分析結果

(1)從表1中可以看出，建筑施工塔式起重機較大事故起數和死亡人數總體呈現波動性緩慢下降趨勢,平均每年發生近6起較大事故,死亡人數近20人,分別占較大事故總起數的22.7%和總死亡人數的19.8%,總量依然偏大,防治塔機事故形勢十分緊迫,刻不容緩。

(2)從表2中可以看出，建筑施工塔式起重機較大事故主要發生在安裝、拆卸階段,占總數的89.1%,尤其是在頂升加節、降節環節更是高發、易發機毀人亡的惡性事故。采取措施嚴格防控塔機安裝、拆卸和頂升環節,可以大幅降低塔機較大事故發生率。

(3)建筑塔機整體倒塌或上部結構傾覆,是建筑施工中容易引發群死群傷事故的主要類型,是當前房屋建筑和市政基礎設施工程中影響生產安全的高風險因素,嚴重危及人民群眾生命安全。

2 較大事故原因分析和典型事故案例

2.1 產品質量問題

(1)塔機設計、制造存在缺陷,如設計不合理,安全儲備少、存在薄弱環節；結構構造欠合理,支承結構單薄,剛度不夠(如頂升套架)；材質不達標，金屬結構焊接質量和各種銷軸、螺栓連接副制造質量低劣等,給塔機后期使用埋下事故隱患。

(2)塔機安全技術文件不完整、使用說明書過于簡單,對裝拆程序、一些關鍵要點交待不清,易導致操作人員誤操作[6]。

典型事故案例：2014年江蘇鹽城“8.9”塔機頂升失穩上部結構傾覆事故,經鑒定事故塔機的頂升橫梁結構上存在嚴重缺陷,不能滿足塔機頂升作業的安全要求。2015年浙江余姚塔機倒塌,事故原因是爬爪座底板與頂升套架下橫梁連接處母材破裂(母材強度不夠),爬爪座失效,導致上部結構下墩塔身,造成塔機倒塌，如圖1所示。

2.2 選型和安裝位置問題

(1)塔機選型不當。塔機的選用首要原則是主參數必須適合需要[7],若塔機的幅度、起升高度、起重量和起重力矩等主要性能參數不能滿足施工需要,容易導致后期超載使用而引發安全事故。

(2)塔機安裝位置不合理。如選點時未綜合考慮周邊環境因素,塔機與建筑物或障礙物、高壓線等之間未保持安全距離,塔吊附墻裝置安設位置、與建筑物的距離,頂升接高及落塔(頂升降節塔臂不能轉向)所需要的空間等[8],都會給塔機安拆、使用以及群塔作業留下安全隱患。

典型事故案例：2014年浙南塔機倒塌事故,原因是塔機安設位置與鋼筋卸料、加工場距離過遠,造成塔機長期超載使用。調查發現塔身出現多處陳舊裂縫,裂縫擴展造成塔身主弦桿斷裂。

2.3 基礎設置問題

塔機基礎未按照使用說明書的要求進行設置,基礎抗傾覆穩定性、地基承載力、基礎水平度等不能滿足規定；組合式基礎設計不合理、施工及焊接質量差等,都會嚴重影響塔機整體穩定性,從而引發整機倒塌的重大安全事故。

典型事故案例：2017年上海虹橋“6.26”塔機倒塌事故,原因是組合式基礎鋼平臺焊接質量嚴重不達標且銹蝕嚴重,焊縫開裂導致鋼平臺連同塔機整體倒塌，如圖2所示。

圖1 爬爪座失效(母材破裂) 圖2 鋼平臺焊接質量問題

2.4 安裝、拆卸和頂升(加節、降節)問題

(1)未編制安拆、頂升作業專項施工方案,未進行安全技術交底。安拆人員不了解塔機的結構性能特點、安裝部件的重量和吊點位置,未理解安拆、頂升工作原理和使用說明書的有關要求、安拆順序和注意要點等。

(2)安拆前未對金屬結構件、承載構件、連接體、安全裝置、鋼絲繩等進行嚴格檢查。

(3)未按照安拆、頂升操作程序進行作業。

(4)安裝中對各類銷軸、高強螺栓連接未做到有效可靠(既受壓又受剪)[9],對各工作機構、安全裝置未進行正確安裝及調試。

(5)頂升作業前對頂升機構、套架和各部件(頂升橫梁、頂升銷軸、防脫裝置、爬爪座、爬爪、踏步、滾輪等)的完好性缺少檢查,未能及時發現疲勞裂紋、銹蝕磨損、塑性變形、焊縫開裂、銷孔同軸度變化、卡阻等異常情況[10]。

(6)頂升作業前未按照使用說明書的規定進行配平；頂升過程中,未始終保持塔機上部結構平衡,違規進行起升下降、變幅和回轉等操作[11]。

(7)頂升及換步時,未嚴格按照程序進行頂升銷軸、防脫銷軸和換步銷軸插、拔到位(爬爪和踏步離、合到位),做到兩個確保(確保頂升時套架與回轉下支座可靠連接、頂升橫梁擺正、銷軸及防脫銷軸到位,防止頂升銷軸滑脫或單邊承載,爬爪順利通過上方踏步；確保換步時換步銷軸到位或爬爪與踏步正確可靠支承,防止單邊過載銷軸斷裂或爬爪座連接失效),嚴防墩塔事故發生[12]。

(8)頂升中未注意防止套架滾輪脫離塔身。

(9)在每完成一節標準節加(降)節后,新塔身未與回轉下支座可靠連接的情況下,違規進行變幅、起降和回轉。

(10)塔吊附著裝置未按照使用說明書要求設置(如附著撐桿自制、長細比超標；附著框架未錨固在標準節水平桿處未加裝十字撐桿等)。

(11)作業中未做到統一指揮、分工協作,未按排有關人員監督檢查；違章作業、違章指揮。

典型事故案例：2016年山東臨沂“8.30”、2017年山西太原“5.14”塔機事故,直接原因是頂升中液壓站發生故障,在更換液壓站過程中安裝人員嚴重違規作業,多次回轉起重臂致塔機上部結構失衡傾覆。2017年廣州市海珠區“7.22”塔吊倒塌事故,造成7人死亡。事故的主要原因是右頂升銷軸未插到正常工作位置、處于非正常受力狀態下,繼續頂升作業,頂升擺梁內外腹板銷軸孔發生嚴重屈曲變形,右頂升銷軸滑脫,塔機上部荷載全部由左頂升銷軸支承,導致內塔身滑落,塔吊傾覆倒塌,如圖3所示。另一重要原因是未對操作人員進行該型塔機安全操作技能培訓,操作人員不明白該型塔機的頂升原理和操作要點。2018年海南五指山“5.17”塔吊倒塌事故,造成4人死亡。事故主要原因是塔機頂升降節配平失衡,塔身上部一側踏步焊縫剪斷脫落,一側換步支腿滑離,上部結構墜落墩塔導致整機倒塌；施工現場塔吊型號與所提供的塔吊資料型號不符,兩個型號的配重參數(配重塊重量、數量)、標準節截面都不相同,事故塔吊沒有安全技術檔案和使用說明書,塔吊檢測報告與事故塔機參數失實；項目管理混亂,違法分包、無資質施工,安裝拆卸人員只有1人持有特種作業操作資格證；各相關單位未落實安全生產主體責任。

圖3 內塔身滑落塔吊倒塌

2.5 使用方面問題

(1)群塔作業防碰撞措施未落實。

(2)起重力矩限制器失效或人為解除,塔機超載使用。

(3)日常檢查、維護保養不到位,金屬結構件嚴重銹蝕、焊縫開裂,主要承載件和連接件的疲勞裂紋、塑性變形,安全裝置失效等未被及時檢查發現。

(4)吊物綁扎不牢、吊件吊點錯誤。

(5)超風速作業。

(6)塔機與周邊障礙物、高壓線等未保持安全距離。

(7)違章指揮、違章作業。

典型事故案例：2018年貴州畢節“7.2”塔機倒塌事故,原因是塔機基礎節與基礎連接處存在陳舊焊縫裂紋未被檢查發現,力矩限制器失效,違規超載吊運材料導致基礎節在底座處破斷,造成塔機整機倒塌。

3 防治措施與建議

(1)優化頂升結構設計,提高頂升作業的本質安全。塔機頂升作業是一項操作復雜、多人協作的高空作業,而且一旦出現操作失誤糾正困難,因此較大事故頻發。鑒于塔機頂升工況的特殊性,頂升作業中頂升結構與塔身完全分離,僅通過頂升油缸、滾輪傳遞上部載荷,結構極不穩定,受力情況復雜[13]。各塔機設計生產單位根據經驗,只對已有頂升結構進行粗略地驗算,尚無對頂升結構及頂升工況的系統分析[13]。目前亟需加強對頂升結構及頂升工況的系統理論分析,為優化頂升結構設計、工藝程序和提高頂升作業的安全性能,提供科學的方法和技術指導。

(2)提高塔機安拆和使用管理智能化、信息化水平。目前塔式起重機安全使用監控管理系統較為成熟,特別是在多塔作業防碰撞管控方面效果明顯。通過安裝使用塔機安全監控管理系統,對塔機使用過程實現實時監測預警和運行全過程監控記錄,大幅減少違章作業、違章指揮現象,提升塔機安全使用性能。針對塔機安拆和頂升作業事故高發,安拆、頂升過程中的危險狀態判斷僅靠人工經驗,急需研發和使用塔機安拆、頂升作業安全監控系統[14],對塔機安拆、頂升運行狀態參數實時監測,避免因人為操作失誤而產生重大傷亡事故[15]。通過運用信息化、智能化科技手段,加強安拆、頂升過程防傾覆控制,進一步提升安拆、頂升作業的安全性,大幅減少塔機較大事故的發生。加強塔機設備和特種作業人員管理信息化建設。建立塔機設備電子化履歷,實現對塔機從產品出廠、產權備案、租賃、安拆、使用、檢驗檢測、維修保養、轉場使用、報廢等全壽命周期管理和全程可追溯性。完善特種作業人員數據庫,實現對特種作業人員從實名制培訓、考核取證、延期復核、安全教育、安全技術交底、持證上崗到“刷臉”開機、“刷臉”操作的全過程數字化管理,杜絕無證上崗、無證操作現象。

(3)改進塔機司機、安裝拆卸工實際操作技能培訓考核方式。塔機司機和塔機安裝拆卸工所從事的特種作業是建筑施工中最易造成重大危害的特種作業。目前塔機司機和安裝拆卸工各地培訓時間平均為5天左右,根本不能滿足塔機司機和安拆工安全技術考核大綱要求。短短5天的速成班為塔吊安拆作業埋下了大量隱患。鑒于塔機司機和安裝拆卸工的高安全風險,建議將上述人員的培訓考核從特種作業人員名單中單列出來,實施更具針對性的特殊教育、培訓考核。一是恢復“師傅帶徒弟”的教學模式,二是借鑒機動車駕駛證培訓考核模式,三是應用VR技術,開展體驗式安全教育,讓培訓人員親身經歷各種“危險”和“災難”,感受事故傷害,提高安全風險意識,促進實際操作技能水平的提升。

(4)創新建筑起重行業管理體制。目前我國建筑起重行業市場發展不均衡,設備數量龐大但集中度小,小微企業居多。從設備租賃到設備操作使用涉及單位、環節過多(產權單位、租賃單位、安裝拆卸單位、維護保養單位、施工使用單位等),各類企業在市場中無序競爭甚至惡性競爭,導致性能優良的設備得不到推廣應用,企業安全投入持續減少(特種作業人員素質得不到提升、日常檢查和維護保養等制度得不到落實、設備不能及時更新升級),起重設備安全性不斷下降,各類事故頻發。要積極探索實施設備租賃、安拆、維保和操作使用單位“四位一體”生產組織模式,培育壯大“一體化”建筑起重安裝企業,使得建筑起重設備安全管理權責清晰,各項制度得到落實,從而大幅降低建筑塔機安全事故的發生。