DJ40/150型架橋機墜落事故分析與思考

陳敢澤1，楊 磊2

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

1 事故概況

某項目部在高速公路建設的1座高墩特大橋11～12#橋墩架梁工地，1臺DJ40/150型步履式單導梁架橋機（以下簡稱架橋機,如圖1）過孔過程中整機傾翻墜落，造成人員傷亡和設備毀損。

圖1 整機外形與架梁作業(yè)照片

架橋機在11～12#橋墩過孔過程中，導梁前端向左前方傾斜后，整機墜落到地面，造成1人死亡、架橋機損毀報廢。

架橋機基本情況：型號DJ40/150；額定起重量150t；架梁適宜跨度40m；整機長度68m；吊梁起升高度4.8m；整機自重135t；過孔懸臂撓度550mm；架設梁片適宜橫坡±2%，縱坡±5%；安裝狀態(tài)許用風力4級；出廠日期2008年6月。

2 現(xiàn)場勘察

2.1 現(xiàn)場情況

2.1.1 整機狀況

在事故現(xiàn)場，架橋機傾翻墜落時的情況：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，其余的結構件和機電設備幾乎全部摔壞。0#柱已經分成2段，機臂斷裂成2段，1#、3#柱構件分離，1#、2#運行行車零部件損毀脫落。架橋機結構件疊靠在距橋面高度約30m的山坡下，機電設備、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 主要構件

0#柱自上至下的第三節(jié)在銷軸連接處脫開，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)機臂連接的法蘭座法蘭焊縫處撕裂斷開。法蘭座的材料為壁厚20mm，直徑?300mm的無縫鋼管，采用上下加筋板焊接，鋼管與法蘭只是被沒有開焊縫坡口的外圈單面焊接。

圖2 事故現(xiàn)場

1#、3#柱剩余部分被壓在機臂或構件下，結構件嚴重變形，矩形套管在結合部位幾乎全部開裂，柱體與曲梁連接的法蘭變形，高強度連接螺栓斷折脫落而不見蹤影。液壓系統(tǒng)全部分離散落。

由7節(jié)組成的機臂斷裂為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。

機臂前段翻轉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，箱形梁斷面嚴重扭曲變形（圖3）。

圖3 斷裂成2段的機臂

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

構件和機件的斷口都為致密的新斷口，沒有發(fā)現(xiàn)陳舊的材料和焊縫裂紋或開裂痕跡。

2.1.3 機電設備

吊梁行車上的銷軸孔及支座全部變形或者撕脫；電動機、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外表受較輕損傷，液壓系統(tǒng)、電氣線路全部受損；操作臺上的操作裝置，僅功能選擇開關扳在“架梁”位置，其余的全部回零位（圖4）。

圖4 損毀的電動機、減速器等

2.2 調查材料

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

當2#柱體前移至距離預定位置約3.5～4.5m時，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0#柱左側鋼管斷裂，架橋機隨之傾覆。操作者聞聲同時感覺架橋機明顯傾斜，及時從操作平臺跳下，頃刻架橋機傾翻墜落。機臂前傾墜落帶動2#柱及其橫移軌道向前擺動，12#橋墩處橋面上的1名施工員在逃離過程中遭受迎面而來的2#柱橫移軌道的重撞，經搶救無效身亡。

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)（伸出長度為1 540mm），此時，如果0#柱剛剛接近11#橋墩而沒有抵達墩帽上，架橋機仍然為機臂過孔工況，若傾翻，0#柱在向前傾倒時應該壓倒11#橋墩墩帽上的預留鋼筋，并且在機臂墜落到墩面上時砸壞0#柱的部分橫梁，現(xiàn)場損壞的0#柱橫梁沒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點說明0#柱應該已經到達11#橋墩墩帽上并支承。

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

3.2 主要結構件破壞符合其使用中的受力特點

架橋機過孔時機臂為懸臂狀態(tài)，接近最大懸臂狀態(tài)第四節(jié)機臂后端承受懸臂部分自重產生的彎矩，上蓋板受拉力作用，下蓋板受壓力作用；架梁工況時，這段機臂構件受力與上述相反。此處正好是空腹梁與實腹梁鉸接處，架橋機經過一段時間使用（架梁和過孔），該處結構的疲勞程度重于其他部位。但是此次過孔工況最大懸臂狀態(tài)時機臂沒有斷裂，而是在機臂頭部跌落到11#橋墩時受到沖擊載荷的影響，在此部位斷裂，符合結構件受力和機械性能變化正常規(guī)律。

3.3 2#柱在前移過程中產生動載荷的影響

事故時刻，后（2#柱）吊梁行車車輪正好走在第六節(jié)和第五節(jié)機臂的鉸接接頭處，現(xiàn)場測量，機臂下方耳梁在此處的接頭間隙達到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#柱等走過此耳梁接頭處時產生很大的沖擊，引起整機振動。這種運行沖擊對于架橋機的空載縱向穩(wěn)定性產生很大影響。

在動載荷作用下，0#柱斷裂后，機臂頭部失去支撐和平衡，先向左偏移、前傾，0#柱與機臂連接的法蘭座在法蘭處焊縫撕裂，在重力作用下，機臂頭部（右側稍低）快速下墜，伴隨整機向前傾覆。第一節(jié)機臂的后端墜落11#橋墩的墩帽上，齒條留有撞損段，產生了強大的沖擊，導致了機臂第四節(jié)在與第五節(jié)鉸接處前端開裂。機臂后段（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，機臂尾部向上翹起，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12#橋墩而墜落，最后第五節(jié)機臂（實腹梁節(jié)）頭部插入泥土中。與此同時，第四節(jié)機臂斷裂后尾部快速墜落，向下傾斜到一定程度后，第一節(jié)機臂從11#橋墩墩帽上下滑，繼而，機臂前段（第一、二、三、四節(jié)）在鉛垂面內轉過180°（上蓋板朝下，第四節(jié)向前）墜下，第四節(jié)機臂撕裂處抵靠在11#橋墩墩身上。

3.4 0#柱的構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題，這種現(xiàn)象使0#柱的受力狀態(tài)劣化，對其結構件的破壞有很大影響。架橋機平時過孔時載荷的變化，已經造成伸縮節(jié)Ⅰ、Ⅱ鋼管在套管內的晃動、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個銷孔段的機械性能。

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

3.5 架橋機質心高度對工作穩(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，沒有錨固點，軌道通過墊木浮置于橋墩，多層墊木構成的支承方式，使架橋機承受縱向載荷的能力很差，對整機工作縱向穩(wěn)定性不利。架橋機使用說明書中沒有關于1#柱和2#柱橫移軌道下方墊木的層數(shù)和高度要求。墊層高低影響整機質心高度，架橋機質心越高穩(wěn)定性越差?，F(xiàn)場2#柱的頂升油缸柱塞的伸出長度為800mm和830mm?？梢?，整機在過孔工況的質心高度應能適當降低，應該在低質心高度狀態(tài)完成架橋機過孔作業(yè)。

3.6 誤操作的影響

操作者在操作2#柱前移時，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，起制動產生的沖擊載荷影響了架橋機整機縱向穩(wěn)定性，繼續(xù)操作時又錯誤操作了1#吊梁行車的前進按鈕，使1#吊梁行車帶著1#柱起動向前，產生縱向振動，導致架橋機整體向前方傾斜造成整機墜落。

4 結論與思考

綜上分析，本起架橋機傾翻墜落事故的結論為：該架橋機在平時過孔作業(yè)中，主要結構件已經出現(xiàn)變形現(xiàn)象和異常受力狀態(tài)；本次過孔中，架橋機質心高度較高而影響穩(wěn)定性；過孔調整中操作柱前移過程中機構的起制動產生異常的沖擊和振動，使已經存在缺陷的主要受力結構件被破壞；錯誤操作1#柱產生動載荷使架橋機失穩(wěn)，直接導致架橋機整機傾翻墜落，造成事故。

DJ40/150型步履式單導梁架橋機的最危險工況除了過孔時最大懸臂長度狀態(tài)以外，1#柱和2#柱調整過程也存在危險因素。在高墩坡道大跨度重梁條件下采用架橋機架梁工藝時，對于非架梁工況質心高度大的架橋機，過孔工況的穩(wěn)定性問題應該引起足夠的重視，防止外力導致架橋機失穩(wěn)墜落和傷害事故；架橋機過孔工況應該盡量降低整機質心高度。

DJ40/150型步履式單導梁架橋機在過孔時柱的調整工況，只要出現(xiàn)誤操作前、后吊梁行車運行，都可能直接導致整機傾翻墜落事故。在控制臺上，前、后吊梁行車工況開關緊鄰布置，尤其是露天施工場地工作環(huán)境，控制臺上元件功能標志模糊不清的設備或者對功能控制元件位置不熟悉的操作者，相當容易出現(xiàn)類似的誤操作。對于該機型架橋機來說，這種誤操作必然是致命的。該機型產品在安全保護功能（電氣聯(lián)鎖保護）設置方面還有研究空間，如對過孔中1#柱和2#柱的誤操作保護功能的研究與開發(fā)有待于設計工作者關注。

設備安全事故絕大多數(shù)來源于沒有完善的安全保障體系。對特種設備安全必須牢固樹立安全意識，嚴格依照國家規(guī)定，抓好現(xiàn)場的安全控制。在架橋機的安全管理和技術管理方面不容疏漏，嚴格控制架橋機過孔、架梁的工藝過程；相關的從業(yè)人員應該采用科學、嚴謹?shù)膽B(tài)度用好管好架橋機，落實責任制、責任人、職責分工明確到位。

從業(yè)人員認知與技能應能適應本崗位的基本要求。施工單位的架橋機等大型設備，直接放心地交給專業(yè)技術相對薄弱的外包隊伍使用。其中部分人員僅具有相應的短暫工作經歷，他們架橋機的基本理論知識和安全操作能力與安全意識欠缺，僅僅模仿式操作。受其局限，在專業(yè)技術先進、結構龐大的精良裝備面前，他們是心有余而力不足。難免對設備的危險工況或事故征兆束手無策。部分操作者和指揮人員只有架過幾片或十幾片預應力梁的短暫的工作經歷和經驗，駕馭架橋機安全生產的能力亟待提高。

對特種設備安全的需求，是人類自身對生產力要素的根本需求之一。從業(yè)人員充分認識特種設備安全使用的重要性，完善各方面的安全措施，切實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