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塔式起重機安全事故及隱患案例分析、預防和解決方法探討
2018/4/16 11:54:48來源:中國起重機械設備網
  近年來,隨著城市建設的快速發展和高層建築物的增加,塔式起重機的使用越來越普及,重大傷害事故的發生率也在不斷提高。安全性是塔式起重機的重要性能之一,由於它對建築行業的影響,因此對其安全性的要求也愈來愈高,我們在加強法製入手的同時,也應采用新技術來提高它的安全性、降低生產成本;在取得顯著的經濟效益同時,進一步提高塔機行業的工藝製造水平和塔機產品的整機性能。
      1、塔式起重機安全事故及隱患的分類
      1.1塔機製造質量問題
      (1)設計質量問題
      設計質量的優劣,直接影響塔機的使用價值和功能,是塔機質量的決定性環節。設計決定了塔機固有的質量水平。設計在技術是否可行、工藝是否先進、配置是否合理、機構是否配套、結構是否安全可靠等,都將決定著塔機的使用價值和功能。
      案例:2011年4月16日上午9時26分,在浙江浦航建設工程有限公司承建的臨安市衣錦人家16號樓工地發生一起QTZ80塔機在頂升加節過程中的倒塌事故,造成正在頂升加節作業的五人中三人墜落後當場死亡,兩人墜落送醫院後死亡。
      該事故調查專家組檢查了同一單位製造的同一規格型號、同批購買的安裝於浙江浦航建設工程有限公司承建的另外工地的四台塔機:結果發現有二台與事故 塔機一樣在頂升套架下橫梁爬爪座貼板焊縫熱影響區有明顯的裂紋。
      (2)結構件的材質質量和焊接質量問題
      結構件的材質質量特別是塔機金屬結構的關鍵件用材,如:平衡臂架、起重臂架、塔身標準件、塔頂、拉杆、上支座、下支座、載重小車架和基礎底架等,如案例一、案例二。
      在焊接結構的生產中,由於結構設計不合理,構件、焊條(焊絲)材料與接頭不符合要求,焊接工藝不合理或焊工操作技術等原因,常使焊接接頭產生各種缺陷,常見的焊接缺陷有:焊縫外形尺寸不符合要求以及咬邊、焊瘤、夾渣、氣孔、未焊透和裂紋等,其中以未焊透和裂紋的危害性最大,如案例三。
      案例一:2003年在青田倒塌的QTZ25型塔機,在塔身主弦杆斷裂處取樣檢驗的材料質量分析中,顯示了角鋼的厚度測量有多處未達到材料厚度標準的規定,且金相檢驗表明,其材料存在大量矽酸鹽、氧化物夾雜,當這些缺陷遇熱影響區、高應變速率及高應力集中等特定因素時,這些因素對內在缺陷的擴展直至材料破壞起到了重要的作用。
      案例二:2004年在慈溪傾翻的山東產塔機,從塔身標準件主肢角鋼折斷的斷口分析中,可以發現角鋼的材質存在嚴重的問題:所用材質的冶金質量太差,夾雜物多、雜質元素過多、存在夾層和明顯的縱向裂紋。由於多次刷塗油漆,安裝人員和檢驗人員在安裝、檢驗的宏觀目測過程中很難發現其缺陷。
      案例三:2003年,某廠生產的QTZ60型塔式起重機在台州某建築工地施工時,由於標準節間的高強螺栓連接耳板未焊透(經查,脫焊處的焊縫金屬有密集型氣孔8個,直徑分別為0.80~3.10mm不等;兩隻連接耳板座其中一隻一側焊接部位未發現熔合區,另一側略見少量熔合區,且焊縫根部發現未焊透:長度3.5mm;另一隻耳座一側焊接部位有熔合區,另一側則無熔合區。),導致了塔機的倒塌,造成重大的人員傷亡事故。產生未焊透的主要原因是工件表麵有鐵鏽和油汙、坡口角度或間隙太小,焊接速度太快和電流過小,最根本原因則是廠家及工人(焊工)管理水平、技術素質的低劣及質量意識的淡薄。
      1.2拚裝焊接、裝配的製造質量問題
      (1)金屬結構部分
      金屬結構部分約占塔機自身質量的70﹪~80﹪,承受各種工作負荷。塔機各個金屬結構件拚裝焊接後,不但要求其保證焊接質量,而且還要嚴格控製各個結構件的形狀與位置達到圖紙及相關的標準規範要求,如直線度、垂直度、波浪度、同軸度、平行度及扭曲等。否則也會引起重機結構嚴重的損壞乃至塔機傾翻、折斷、小車架墜落等災難性事故,造成人員傷亡、設備與建築物損壞。
在對塔式起重機檢驗檢查的過程中,發現各類型塔機幾處重要構件經常存在事故隱患。例如:塔機的起重臂架(特別是小噸位的塔機如QTZ40、QTZ31.5)主弦杆的方鋼或槽鋼的波浪度或直線度超差,從而引起小車行走時的劇烈抖動,極易引起小車脫軌或墜落的危險;起重臂、拉杆由於製造時或運輸過程中產生的扭曲變形,導致安裝時不能就位而影響起重機的整體安裝質量等等
      (2)工作機構部分
      塔機的工作機構(起升、變幅、回轉、頂升等)是為了實現各種機械運動,達到預定的各個機械動作而設置的各種機械部分的總稱。一台性能完善的自升式塔機,往往裝備著起升、變幅、回轉和頂升等機構。其與塔機金屬結構或是依附或是組合,各個工作機構在組裝過程中必須考慮其相對獨立性和塔機整體一致性,否則也容易引起其主要零部件和結構件的損壞。
      案例一:某廠生產的QTZ63塔式起重機,無論從它的金屬結構還是單個的工作機構以及相配套的電力控製係統,它的質量都不錯,但是它的起升機構在平衡臂上的定位過程中,因為卷筒或導向滑輪中心線與塔機前後臂架中心軸線的不相一致,鋼絲繩繞進或繞出卷筒或導向時滑輪偏斜的最大角度遠遠大於4°,從而引起卷筒上排繩雜亂,各層之間及相鄰之間的鋼繩磨擦引起斷絲加劇、斷絲增多,減小鋼繩壽命,當積累到一定程度時,便導致了鋼絲繩的突然斷裂,引起重大的人身設備安全事故。
      案例二:塔式起重機中起升機構、變幅機構的鋼絲繩脫槽止檔和防跳裝置,生產廠家,安裝單位在實際製造、安裝過程中往往會忽略這一小節,使滑輪鋼絲繩跳槽裝置與滑輪最外緣的間隙超過規範規定,當起升鋼繩或變幅鋼繩在振動、鬆動及滑輪側狀態下滑輪側麵跳槽脫出,與側板棱角或定滑輪軸擠壓引起鋼絲繩損傷以致斷裂。
      (3)其它問題
      塔機在出廠時,欄杆下麵沒有護腳板或其高度不符合規範要求;走台的防滑網孔麵積超標;爬梯的寬度和踏步檔距離不符合規範要求;休息小平台不按規定設置;有的甚至沒有幅度指示標牌等等。
以上種種問題都有可能在塔機作業時造成安全事故,都應該重視並且及時處理解決好。保證施工作業的安全。
      2、塔機安裝質量問題塔式起重機轉移頻繁、安裝次數多,其安裝質量的好壞直接影響塔式起重機本身壽命及使用安全
      2.1塔機金屬結構件和工作機構的安裝問題塔式起重機鋼結構是起重機的骨架,由塔身、塔帽、起重臂、平衡臂和底架等主要部分組成。其安裝質量的好壞直接關係到塔式起重機的使用安全。比如:塔身(標準件間連接)垂直度的安裝控製;不同起重臂長平衡重塊數量和位置的選擇;各個零部件連接正確、可靠,高強度螺栓預緊力大小、銷軸配合間隙、開口銷的固定以及有起重機“經絡”之稱的鋼絲繩的穿繞、繩端固定和保護,安裝後不能產生硬彎、籠形畸變、鬆股、斷絲、露芯等現象。
      以往檢查中主要發現的問題:
      (1)塔式起重機塔身標準件間高強度螺栓鬆動或是未有雙螺母防鬆等;
      (2)起重臂標準件間、前後拉杆間及拉杆與臂架間等的聯接銷軸防鬆開口銷未打開或者打開的角度不到位,甚至開口銷都未插上鎖上;
      (3)平衡配重塊的數量或位置與裝配的起重臂架長度不一致;
      (4)鋼絲繩被壓扁、籠形變形、繩股脫出或是被點焊斷絲斷股等(安裝時損壞);
      (5)起重臂端起升鋼絲繩繩端固定不規範:繩卡卡向相反、兩股繩未並攏(繩卡的數量要求形同虛設)、繩卡數量缺少;
      (6)垂直度超差。
      案例一:
      2006年7月溫州市浙江華坤地質科技大樓在用QTZ63塔機倒塌事故,事故當日頂升操作人員先在該塔機55米高度處安裝了一道附牆後進行頂升作業,到頂升油缸伸出800毫米左右時,發現油缸頂升梁和與之同麵(西麵)的套架下橫梁發生彎曲並卡住,油缸無法伸縮,安裝人員先用手拉葫蘆來校正,無果後找來乙炔氧氣切割器將已彎曲的套架下橫梁一端割斷、另一端割斷了三分之二左右,隨後操作人員在離開現場吃飯不久,塔機發生了倒塌,但無人員傷亡。
      事故原因具體分析:
      塔機頂升操作人員在頂升時,未進行塔機整體的調整平衡,由於平衡重塊的作用,加上風載荷等外力的影響,塔機存在一側方向的傾翻彎矩,油缸頂升800毫米使套架產生空腹後,又將套架西邊下橫梁割去,使反向彎矩消失,塔機上部失去平衡,引起塔機倒塌。操作人員未嚴格按照有關規定和塔機使用說明書要求來進行作業,是導致該事故的主因。
      案例二:
      2009年5月22日,青陽縣蓉城鎮和平新村2#、3#、5#樓工地,一台QTZ40A塔機在使用過程中發生塔機起重臂折臂事故。該機安裝高度約為24m(11節標準節、每節高2.2m)。
      檢測及計算校核:
      成分檢測:所取樣品材料為Q235B碳鋼(對照設計圖)。其成分檢測結果為合格。
      金相檢測:樣品組織為鐵素體+珠光體,屬Q235B碳鋼的正常組織。
      起重臂接頭強度驗算的公式及結論符合GB/T13752-1992《塔式起重機設計規範》的要求。
      事故原因具體分析:
      (1)調查和樣品檢測結果可推斷:在近3年的使用中,該塔機兩拉杆之間的起重臂下弦杆接頭在長期經受一定程度的超載的拉壓應力作用下,產生塑性變形,連接圓孔變為橢圓孔的下弦杆雄接頭承受拉(剪切)應力的能力越來越小,直至喪失。
      (2)規範保養及拆裝因素:該機在使用過程中,缺少規範保養;拆卸或者安裝塔機時,也未按使用說明書的要求作有效檢查,使變形的結構件未得到發現和處理,致使事故發生。
      2.2安全裝置安裝質量問題建築用塔式起重機的安全裝置主要由力矩限製器、起重量限製器、行程限位器(包括起升高度限位器、變幅行程限位器、回轉限位器)、運行安全扯檔和緩衝器、鋼絲繩脫槽扯檔和防跳裝置、小車變幅繩斷保護裝置、小車斷軸防墜落裝置(防脫軌裝置)以及緊急事故開關、零位保護、失壓保護等電氣保護組成。
      (1)力矩限製器失效
      在用建築用塔式起重機以全力矩法機械式起重力矩限製器較多,其失效原因主要有二:
      一是弓形板彈性失效或不靈敏,主要小廠製造的以QTZ40及以下係列小型塔式起重機為多;二是電氣觸動開關沒有相應的防護措施或措施不得力,而引起的短路失效,諸如:無防水、無防潮裝置等,這種現象較多。
      (2)起升高度限位器失效
      主要有電氣原因(受水受潮)和安全距離的設置超差。對小車變幅的塔機,吊鉤裝置頂部至小車架下端的最小距離的設定是有規定的。安裝時不應小於相關最小的安全距離,以防吊鉤衝頂出事故。
      (3)鋼絲繩脫槽扯檔和防跳裝置的失效
      雖然鋼絲繩脫槽扯檔和防跳裝置製造商在出廠前已經裝設完成,但作為安裝人員還是有義務指出並加整改直至合乎規範要求。
      案例:2004年3月、8月、12月在上海發生的三起塔機起升鋼絲繩斷裂、吊具墜落事故,2004年紹興發生的塔機變幅鋼絲繩斷裂事故,以及2011年10月在浙江富陽發生的塔機起升鋼絲繩斷裂、吊具墜落事故都因脫槽扯檔和防跳裝置安裝未達至規範要求所至。在我們所查的塔機案例中,更有甚者因鋼絲繩的跳出滑輪與軸直接相擦而引起定滑輪軸的嚴重磨損,而潛伏巨大的安全隱患。
      (4)小車變幅繩斷保護裝置的失效
      該保護裝置的失效主要表現在安裝人員將小車架上的(左右)擋塊或與其支座捆在一起,從而失去變幅鋼絲繩斷裂時,止住小車滑移的作用。小車變幅繩斷保護裝置的失效,若幹QTZ40係列的小型塔式起重機表現得尤其明顯,這是因為那一些塔機變幅機構未配備製動器,以變幅鋼絲繩的張緊力對吊物進行定位,故在用的變幅鋼絲繩須要經常調節鋼絲繩的張力,加大鋼絲繩拉應力而減少了鋼絲繩的壽命,同時因為這種設置變幅鋼絲繩容易跳躍,使得扣在鋼絲繩繩端的檔塊跟著起伏,從而與上部起重臂上的水平弦杆相碰,為讓小車能正常運行,故檔塊經常被捆綁,繩斷保護裝置因此失去了作用。
      (5)其它安全裝置的失效
      如:變幅行程限位及起重量限製器的失效(這種現象比較少見);因為對回轉限位器的作用意識淡薄,回轉限製器失效也屬於比較常見的一種案例;因為小車輪輪緣的磨損過大或水平導向輪的缺失,從而導致變幅小車架行走扭晃,存有容易出軌墜落的不安全因素。
      3、塔機不規範的操作使用加強對塔式起重機使用管理,是避免塔機事故發生的重要控製因素對在用塔機使用的管理,是使用單位負責的重點內容,包括:隱蔽工程的正確提供和驗收,塔機司機、起重工(指揮司索)的管理,塔機周圍(塔機作業半徑內)環境潛在危險的防護措施落實和監護。
      3.1隱蔽工程的正確提供和驗收建築用塔式起重機的基礎一般為固定式鋼筋混凝土結構,基礎圖由塔機生產商經對整體抗傾翻穩定性、地麵地耐力校核後提供的,圖中規定了配筋的數量、型號規格及埋入基礎塔身或地腳螺栓深度的最低要求。使用單位應根據地質情況,依據廠家提供的圖紙要求嚴格把關,保護基礎的澆築質量,預防塔機使用後基礎的沉降,使塔機達到傾覆臨界狀態,穩定性被破壞,導致整機傾覆事故。
      案例:2004年3月杭州新裝塔機傾翻以及2003年12月寧波慈溪市杭州灣開發區的塔機傾翻事故,都因為是基礎的沉降所引起。
      3.2塔機司機、起重工(指揮司索)的管理統計資料表明,塔式起重機事故大多數是在使用時違犯操作規程造成的,而在眾多的違規當中,司機和起重工(指揮司索)往往負有不可推卸的責任。一個稱職的司機,在塔機使用中不僅要做到“穩、準、快、安全、合理”等操作技術要求,而且也負有塔機的日常檢查保養責任,全麵了解塔機的操作性能的同時,檢查塔機的金屬結構、主要零部件的損壞情況以及檢查電氣保護及安全裝置的失效與否。
總結以往檢查中所存在問題和案例,起重工經常進行的一些違規操作如下:
      (1)對力矩限製的弓形板強製捆綁、對力矩限製電氣開關短接,人為造成力矩限製失效;
      (2)增加吊具的提升高度,人為調整安全距離設置或短接電氣線路;
      (3)日常檢查形同虛設:對鋼絲繩斷絲的加劇、鋼絲繩波浪度的變形視而不見;諸如力矩限製器、高度限位器、回轉限製等行程限位器也未作日常檢查;         
      (4)嚴禁的“十不吊”,沒有貫徹落實。
      案例一:
      2010年6月2日,在承建的杭州萬銀雙子中心工程發生一起QTZ250塔機倒塌事故,造成司機一人墜落死亡。出事時該塔機安裝高度49.5m,按使用說明書規定臨界最大獨立高度51m。起重臂現安裝臂長最大幅度為60m。按該塔機使用說明書規定,60m幅度處額定起重量3.9t,40m幅度額定起重量6.44t,28m幅度額定起重量9.77t,23.39m幅度以內額定最大起重量為12t(4倍率時),額定起重力矩為250t·m。
該事故塔機從建築物北側起吊重11.45t的鋼柱,起吊點離塔機中心線28m,提升到離地約11m高,向東順時針轉動,轉至南偏西方向,起重小車向外開,向外開到40多米時,過大的載荷導致塔機向南麵傾斜,起重臂向前大幅下傾,吊重產生的沿起重臂向前方向的拉力帶動小車克服變幅機構的製動阻力失控地向前滑行,起重力矩越來越大,基礎節以上第七節標準節(即第一節普通標準節,塔身受力最薄弱處)中間處主弦杆失穩彎曲並折斷,基礎節根部屈曲,塔機最終向南側倒塌。
      事故原因具體分析:
      (1)超載使用,違章操作。鋼柱起吊點距塔機回轉中心28m,鋼柱重量為11.45t,按此計算,起重力矩達320t·m,而此處額定載重量為9.77t,超載達1.17倍。
      當小車開至離回轉中心40多米處時,起重力矩達458t·m以上,而40m處的額定載重量僅為6.44t,超載達1.78倍以上。
      (2)起重力矩限製器失效。力矩限製器調節螺杆的防鬆螺母已鬆開,限製力矩被調大,力矩限製器失去作用,對超載吊裝不能進行有效限製。
      (3)違章指揮。現場塔機指揮在明知吊物鋼柱重量,不了解塔機起重性能參數的情況下,超載起吊,並錯誤指揮塔機小車向外運行,起重力矩載荷越來越大,導致塔機倒塌。
      (4)違章操作。塔機司機沒有經過認真檢查塔機的性能狀況,特別是力矩限製器是否正常的情況下,違章超載起吊,導致事故發生。
      案例二:
      2009年10月4日上午11點半左右,在義烏市蘇溪工業園區浙江思源紡織有限公司建築現場,一台QTZ63E(5510)塔式起重機在使用過程中,發生傾覆事故。
      事故原因具體分析:
      該塔機的倒塌共有兩個原因:
      (1)塔身最底部標準節本身已有疲勞裂紋;塔身最底部標準節的配置有問題(應該裝標準節Ⅱ而錯裝了標準節Ⅰ);
      (2)力矩限製器失效,超載行為加速了事故的發生。但主要原因是塔身最
      底部標準節本身已有嚴重的疲勞裂紋,導致標準節斷裂而發生塔機倒塌事故。
      3.3 塔機周圍環境潛在危險的防護措施塔機用於高層或小高層的建築施工,由其施工的地理環境所限(繁華的城市中心或是建築物空間相互交錯),必然涉及到一些安全防護和塔機間操作時的監護。例如:塔式起重機的作業半徑(回轉時)掠過建築物、街道和高壓線上空時的安全棚架防護;平衡臂架上設置混凝土防碎石脫落的防護網;在同一水平工作麵時相鄰塔機操作時的監護等。
      4、塔式起重機事故或隱患的預防塔式起重機的事故或隱患,存在於設計、製造、安裝和使用(包括修複)等幾方麵的危險因素,預防事故的發生很大程度就在於控製上述幾方麵的產生,尤其是加強對製造、安裝和使用的控製,我們要求使用單位選擇有製造資格製造商生產的產品、允許有資質的單位安裝塔機以及經過培訓的司機、起重工上崗操作,從源頭上控製這些危險因素的發生和加劇。但是,這些還是遠遠不夠的,防止上述危險因素的出現,最主要的是切實執行有關標準和規範,建立並嚴格執行規章製度,實行定期檢查,製造、安裝和使用單位的高度重視,加之製造、安裝和使用單位員工的高度責任感和安全意識,這樣才可以避免或減少事故的發生。

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