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塔式起重机安全事故及隐患案例分析、预防和解决方法探讨
2018/4/16 11:54:48来源:中国起重机械设备网
  近年来,随着城市建设的快速发展和高层建筑物的增加,塔式起重机的使用越来越普及,重大伤害事故的发生率也在不断提高。安全性是塔式起重机的重要性能之一,由于它对建筑行业的影响,因此对其安全性的要求也愈来愈高,我们在加强法制入手的同时,也应采用新技术来提高它的安全性、降低生产成本;在取得显著的经济效益同时,进一步提高塔机行业的工艺制造水平和塔机产品的整机性能。
      1、塔式起重机安全事故及隐患的分类
      1.1塔机制造质量问题
      (1)设计质量问题
      设计质量的优劣,直接影响塔机的使用价值和功能,是塔机质量的决定性环节。设计决定了塔机固有的质量水平。设计在技术是否可行、工艺是否先进、配置是否合理、机构是否配套、结构是否安全可靠等,都将决定着塔机的使用价值和功能。
      案例:2011年4月16日上午9时26分,在浙江浦航建设工程有限公司承建的临安市衣锦人家16号楼工地发生一起QTZ80塔机在顶升加节过程中的倒塌事故,造成正在顶升加节作业的五人中三人坠落后当场死亡,两人坠落送医院后死亡。
      该事故调查专家组检查了同一单位制造的同一规格型号、同批购买的安装于浙江浦航建设工程有限公司承建的另外工地的四台塔机:结果发现有二台与事故 塔机一样在顶升套架下横梁爬爪座贴板焊缝热影响区有明显的裂纹。
      (2)结构件的材质质量和焊接质量问题
      结构件的材质质量特别是塔机金属结构的关键件用材,如:平衡臂架、起重臂架、塔身标准件、塔顶、拉杆、上支座、下支座、载重小车架和基础底架等,如案例一、案例二。
      在焊接结构的生产中,由于结构设计不合理,构件、焊条(焊丝)材料与接头不符合要求,焊接工艺不合理或焊工操作技术等原因,常使焊接接头产生各种缺陷,常见的焊接缺陷有:焊缝外形尺寸不符合要求以及咬边、焊瘤、夹渣、气孔、未焊透和裂纹等,其中以未焊透和裂纹的危害性最大,如案例三。
      案例一:2003年在青田倒塌的QTZ25型塔机,在塔身主弦杆断裂处取样检验的材料质量分析中,显示了角钢的厚度测量有多处未达到材料厚度标准的规定,且金相检验表明,其材料存在大量硅酸盐、氧化物夹杂,当这些缺陷遇热影响区、高应变速率及高应力集中等特定因素时,这些因素对内在缺陷的扩展直至材料破坏起到了重要的作用。
      案例二:2004年在慈溪倾翻的山东产塔机,从塔身标准件主肢角钢折断的断口分析中,可以发现角钢的材质存在严重的问题:所用材质的冶金质量太差,夹杂物多、杂质元素过多、存在夹层和明显的纵向裂纹。由于多次刷涂油漆,安装人员和检验人员在安装、检验的宏观目测过程中很难发现其缺陷。
      案例三:2003年,某厂生产的QTZ60型塔式起重机在台州某建筑工地施工时,由于标准节间的高强螺栓连接耳板未焊透(经查,脱焊处的焊缝金属有密集型气孔8个,直径分别为0.80~3.10mm不等;两只连接耳板座其中一只一侧焊接部位未发现熔合区,另一侧略见少量熔合区,且焊缝根部发现未焊透:长度3.5mm;另一只耳座一侧焊接部位有熔合区,另一侧则无熔合区。),导致了塔机的倒塌,造成重大的人员伤亡事故。产生未焊透的主要原因是工件表面有铁锈和油污、坡口角度或间隙太小,焊接速度太快和电流过小,最根本原因则是厂家及工人(焊工)管理水平、技术素质的低劣及质量意识的淡薄。
      1.2拼装焊接、装配的制造质量问题
      (1)金属结构部分
      金属结构部分约占塔机自身质量的70﹪~80﹪,承受各种工作负荷。塔机各个金属结构件拼装焊接后,不但要求其保证焊接质量,而且还要严格控制各个结构件的形状与位置达到图纸及相关的标准规范要求,如直线度、垂直度、波浪度、同轴度、平行度及扭曲等。否则也会引起重机结构严重的损坏乃至塔机倾翻、折断、小车架坠落等灾难性事故,造成人员伤亡、设备与建筑物损坏。
在对塔式起重机检验检查的过程中,发现各类型塔机几处重要构件经常存在事故隐患。例如:塔机的起重臂架(特别是小吨位的塔机如QTZ40、QTZ31.5)主弦杆的方钢或槽钢的波浪度或直线度超差,从而引起小车行走时的剧烈抖动,极易引起小车脱轨或坠落的危险;起重臂、拉杆由于制造时或运输过程中产生的扭曲变形,导致安装时不能就位而影响起重机的整体安装质量等等
      (2)工作机构部分
      塔机的工作机构(起升、变幅、回转、顶升等)是为了实现各种机械运动,达到预定的各个机械动作而设置的各种机械部分的总称。一台性能完善的自升式塔机,往往装备着起升、变幅、回转和顶升等机构。其与塔机金属结构或是依附或是组合,各个工作机构在组装过程中必须考虑其相对独立性和塔机整体一致性,否则也容易引起其主要零部件和结构件的损坏。
      案例一:某厂生产的QTZ63塔式起重机,无论从它的金属结构还是单个的工作机构以及相配套的电力控制系统,它的质量都不错,但是它的起升机构在平衡臂上的定位过程中,因为卷筒或导向滑轮中心线与塔机前后臂架中心轴线的不相一致,钢丝绳绕进或绕出卷筒或导向时滑轮偏斜的最大角度远远大于4°,从而引起卷筒上排绳杂乱,各层之间及相邻之间的钢绳磨擦引起断丝加剧、断丝增多,减小钢绳寿命,当积累到一定程度时,便导致了钢丝绳的突然断裂,引起重大的人身设备安全事故。
      案例二:塔式起重机中起升机构、变幅机构的钢丝绳脱槽止档和防跳装置,生产厂家,安装单位在实际制造、安装过程中往往会忽略这一小节,使滑轮钢丝绳跳槽装置与滑轮最外缘的间隙超过规范规定,当起升钢绳或变幅钢绳在振动、松动及滑轮侧状态下滑轮侧面跳槽脱出,与侧板棱角或定滑轮轴挤压引起钢丝绳损伤以致断裂。
      (3)其它问题
      塔机在出厂时,栏杆下面没有护脚板或其高度不符合规范要求;走台的防滑网孔面积超标;爬梯的宽度和踏步档距离不符合规范要求;休息小平台不按规定设置;有的甚至没有幅度指示标牌等等。
以上种种问题都有可能在塔机作业时造成安全事故,都应该重视并且及时处理解决好。保证施工作业的安全。
      2、塔机安装质量问题塔式起重机转移频繁、安装次数多,其安装质量的好坏直接影响塔式起重机本身寿命及使用安全
      2.1塔机金属结构件和工作机构的安装问题塔式起重机钢结构是起重机的骨架,由塔身、塔帽、起重臂、平衡臂和底架等主要部分组成。其安装质量的好坏直接关系到塔式起重机的使用安全。比如:塔身(标准件间连接)垂直度的安装控制;不同起重臂长平衡重块数量和位置的选择;各个零部件连接正确、可靠,高强度螺栓预紧力大小、销轴配合间隙、开口销的固定以及有起重机“经络”之称的钢丝绳的穿绕、绳端固定和保护,安装后不能产生硬弯、笼形畸变、松股、断丝、露芯等现象。
      以往检查中主要发现的问题:
      (1)塔式起重机塔身标准件间高强度螺栓松动或是未有双螺母防松等;
      (2)起重臂标准件间、前后拉杆间及拉杆与臂架间等的联接销轴防松开口销未打开或者打开的角度不到位,甚至开口销都未插上锁上;
      (3)平衡配重块的数量或位置与装配的起重臂架长度不一致;
      (4)钢丝绳被压扁、笼形变形、绳股脱出或是被点焊断丝断股等(安装时损坏);
      (5)起重臂端起升钢丝绳绳端固定不规范:绳卡卡向相反、两股绳未并拢(绳卡的数量要求形同虚设)、绳卡数量缺少;
      (6)垂直度超差。
      案例一:
      2006年7月温州市浙江华坤地质科技大楼在用QTZ63塔机倒塌事故,事故当日顶升操作人员先在该塔机55米高度处安装了一道附墙后进行顶升作业,到顶升油缸伸出800毫米左右时,发现油缸顶升梁和与之同面(西面)的套架下横梁发生弯曲并卡住,油缸无法伸缩,安装人员先用手拉葫芦来校正,无果后找来乙炔氧气切割器将已弯曲的套架下横梁一端割断、另一端割断了三分之二左右,随后操作人员在离开现场吃饭不久,塔机发生了倒塌,但无人员伤亡。
      事故原因具体分析:
      塔机顶升操作人员在顶升时,未进行塔机整体的调整平衡,由于平衡重块的作用,加上风载荷等外力的影响,塔机存在一侧方向的倾翻弯矩,油缸顶升800毫米使套架产生空腹后,又将套架西边下横梁割去,使反向弯矩消失,塔机上部失去平衡,引起塔机倒塌。操作人员未严格按照有关规定和塔机使用说明书要求来进行作业,是导致该事故的主因。
      案例二:
      2009年5月22日,青阳县蓉城镇和平新村2#、3#、5#楼工地,一台QTZ40A塔机在使用过程中发生塔机起重臂折臂事故。该机安装高度约为24m(11节标准节、每节高2.2m)。
      检测及计算校核:
      成分检测:所取样品材料为Q235B碳钢(对照设计图)。其成分检测结果为合格。
      金相检测:样品组织为铁素体+珠光体,属Q235B碳钢的正常组织。
      起重臂接头强度验算的公式及结论符合GB/T13752-1992《塔式起重机设计规范》的要求。
      事故原因具体分析:
      (1)调查和样品检测结果可推断:在近3年的使用中,该塔机两拉杆之间的起重臂下弦杆接头在长期经受一定程度的超载的拉压应力作用下,产生塑性变形,连接圆孔变为椭圆孔的下弦杆雄接头承受拉(剪切)应力的能力越来越小,直至丧失。
      (2)规范保养及拆装因素:该机在使用过程中,缺少规范保养;拆卸或者安装塔机时,也未按使用说明书的要求作有效检查,使变形的结构件未得到发现和处理,致使事故发生。
      2.2安全装置安装质量问题建筑用塔式起重机的安全装置主要由力矩限制器、起重量限制器、行程限位器(包括起升高度限位器、变幅行程限位器、回转限位器)、运行安全扯档和缓冲器、钢丝绳脱槽扯档和防跳装置、小车变幅绳断保护装置、小车断轴防坠落装置(防脱轨装置)以及紧急事故开关、零位保护、失压保护等电气保护组成。
      (1)力矩限制器失效
      在用建筑用塔式起重机以全力矩法机械式起重力矩限制器较多,其失效原因主要有二:
      一是弓形板弹性失效或不灵敏,主要小厂制造的以QTZ40及以下系列小型塔式起重机为多;二是电气触动开关没有相应的防护措施或措施不得力,而引起的短路失效,诸如:无防水、无防潮装置等,这种现象较多。
      (2)起升高度限位器失效
      主要有电气原因(受水受潮)和安全距离的设置超差。对小车变幅的塔机,吊钩装置顶部至小车架下端的最小距离的设定是有规定的。安装时不应小于相关最小的安全距离,以防吊钩冲顶出事故。
      (3)钢丝绳脱槽扯档和防跳装置的失效
      虽然钢丝绳脱槽扯档和防跳装置制造商在出厂前已经装设完成,但作为安装人员还是有义务指出并加整改直至合乎规范要求。
      案例:2004年3月、8月、12月在上海发生的三起塔机起升钢丝绳断裂、吊具坠落事故,2004年绍兴发生的塔机变幅钢丝绳断裂事故,以及2011年10月在浙江富阳发生的塔机起升钢丝绳断裂、吊具坠落事故都因脱槽扯档和防跳装置安装未达至规范要求所至。在我们所查的塔机案例中,更有甚者因钢丝绳的跳出滑轮与轴直接相擦而引起定滑轮轴的严重磨损,而潜伏巨大的安全隐患。
      (4)小车变幅绳断保护装置的失效
      该保护装置的失效主要表现在安装人员将小车架上的(左右)挡块或与其支座捆在一起,从而失去变幅钢丝绳断裂时,止住小车滑移的作用。小车变幅绳断保护装置的失效,若干QTZ40系列的小型塔式起重机表现得尤其明显,这是因为那一些塔机变幅机构未配备制动器,以变幅钢丝绳的张紧力对吊物进行定位,故在用的变幅钢丝绳须要经常调节钢丝绳的张力,加大钢丝绳拉应力而减少了钢丝绳的寿命,同时因为这种设置变幅钢丝绳容易跳跃,使得扣在钢丝绳绳端的档块跟着起伏,从而与上部起重臂上的水平弦杆相碰,为让小车能正常运行,故档块经常被捆绑,绳断保护装置因此失去了作用。
      (5)其它安全装置的失效
      如:变幅行程限位及起重量限制器的失效(这种现象比较少见);因为对回转限位器的作用意识淡薄,回转限制器失效也属于比较常见的一种案例;因为小车轮轮缘的磨损过大或水平导向轮的缺失,从而导致变幅小车架行走扭晃,存有容易出轨坠落的不安全因素。
      3、塔机不规范的操作使用加强对塔式起重机使用管理,是避免塔机事故发生的重要控制因素对在用塔机使用的管理,是使用单位负责的重点内容,包括:隐蔽工程的正确提供和验收,塔机司机、起重工(指挥司索)的管理,塔机周围(塔机作业半径内)环境潜在危险的防护措施落实和监护。
      3.1隐蔽工程的正确提供和验收建筑用塔式起重机的基础一般为固定式钢筋混凝土结构,基础图由塔机生产商经对整体抗倾翻稳定性、地面地耐力校核后提供的,图中规定了配筋的数量、型号规格及埋入基础塔身或地脚螺栓深度的最低要求。使用单位应根据地质情况,依据厂家提供的图纸要求严格把关,保护基础的浇筑质量,预防塔机使用后基础的沉降,使塔机达到倾覆临界状态,稳定性被破坏,导致整机倾覆事故。
      案例:2004年3月杭州新装塔机倾翻以及2003年12月宁波慈溪市杭州湾开发区的塔机倾翻事故,都因为是基础的沉降所引起。
      3.2塔机司机、起重工(指挥司索)的管理统计资料表明,塔式起重机事故大多数是在使用时违犯操作规程造成的,而在众多的违规当中,司机和起重工(指挥司索)往往负有不可推卸的责任。一个称职的司机,在塔机使用中不仅要做到“稳、准、快、安全、合理”等操作技术要求,而且也负有塔机的日常检查保养责任,全面了解塔机的操作性能的同时,检查塔机的金属结构、主要零部件的损坏情况以及检查电气保护及安全装置的失效与否。
总结以往检查中所存在问题和案例,起重工经常进行的一些违规操作如下:
      (1)对力矩限制的弓形板强制捆绑、对力矩限制电气开关短接,人为造成力矩限制失效;
      (2)增加吊具的提升高度,人为调整安全距离设置或短接电气线路;
      (3)日常检查形同虚设:对钢丝绳断丝的加剧、钢丝绳波浪度的变形视而不见;诸如力矩限制器、高度限位器、回转限制等行程限位器也未作日常检查;         
      (4)严禁的“十不吊”,没有贯彻落实。
      案例一:
      2010年6月2日,在承建的杭州万银双子中心工程发生一起QTZ250塔机倒塌事故,造成司机一人坠落死亡。出事时该塔机安装高度49.5m,按使用说明书规定临界最大独立高度51m。起重臂现安装臂长最大幅度为60m。按该塔机使用说明书规定,60m幅度处额定起重量3.9t,40m幅度额定起重量6.44t,28m幅度额定起重量9.77t,23.39m幅度以内额定最大起重量为12t(4倍率时),额定起重力矩为250t·m。
该事故塔机从建筑物北侧起吊重11.45t的钢柱,起吊点离塔机中心线28m,提升到离地约11m高,向东顺时针转动,转至南偏西方向,起重小车向外开,向外开到40多米时,过大的载荷导致塔机向南面倾斜,起重臂向前大幅下倾,吊重产生的沿起重臂向前方向的拉力带动小车克服变幅机构的制动阻力失控地向前滑行,起重力矩越来越大,基础节以上第七节标准节(即第一节普通标准节,塔身受力最薄弱处)中间处主弦杆失稳弯曲并折断,基础节根部屈曲,塔机最终向南侧倒塌。
      事故原因具体分析:
      (1)超载使用,违章操作。钢柱起吊点距塔机回转中心28m,钢柱重量为11.45t,按此计算,起重力矩达320t·m,而此处额定载重量为9.77t,超载达1.17倍。
      当小车开至离回转中心40多米处时,起重力矩达458t·m以上,而40m处的额定载重量仅为6.44t,超载达1.78倍以上。
      (2)起重力矩限制器失效。力矩限制器调节螺杆的防松螺母已松开,限制力矩被调大,力矩限制器失去作用,对超载吊装不能进行有效限制。
      (3)违章指挥。现场塔机指挥在明知吊物钢柱重量,不了解塔机起重性能参数的情况下,超载起吊,并错误指挥塔机小车向外运行,起重力矩载荷越来越大,导致塔机倒塌。
      (4)违章操作。塔机司机没有经过认真检查塔机的性能状况,特别是力矩限制器是否正常的情况下,违章超载起吊,导致事故发生。
      案例二:
      2009年10月4日上午11点半左右,在义乌市苏溪工业园区浙江思源纺织有限公司建筑现场,一台QTZ63E(5510)塔式起重机在使用过程中,发生倾覆事故。
      事故原因具体分析:
      该塔机的倒塌共有两个原因:
      (1)塔身最底部标准节本身已有疲劳裂纹;塔身最底部标准节的配置有问题(应该装标准节Ⅱ而错装了标准节Ⅰ);
      (2)力矩限制器失效,超载行为加速了事故的发生。但主要原因是塔身最
      底部标准节本身已有严重的疲劳裂纹,导致标准节断裂而发生塔机倒塌事故。
      3.3 塔机周围环境潜在危险的防护措施塔机用于高层或小高层的建筑施工,由其施工的地理环境所限(繁华的城市中心或是建筑物空间相互交错),必然涉及到一些安全防护和塔机间操作时的监护。例如:塔式起重机的作业半径(回转时)掠过建筑物、街道和高压线上空时的安全棚架防护;平衡臂架上设置混凝土防碎石脱落的防护网;在同一水平工作面时相邻塔机操作时的监护等。
      4、塔式起重机事故或隐患的预防塔式起重机的事故或隐患,存在于设计、制造、安装和使用(包括修复)等几方面的危险因素,预防事故的发生很大程度就在于控制上述几方面的产生,尤其是加强对制造、安装和使用的控制,我们要求使用单位选择有制造资格制造商生产的产品、允许有资质的单位安装塔机以及经过培训的司机、起重工上岗操作,从源头上控制这些危险因素的发生和加剧。但是,这些还是远远不够的,防止上述危险因素的出现,最主要的是切实执行有关标准和规范,建立并严格执行规章制度,实行定期检查,制造、安装和使用单位的高度重视,加之制造、安装和使用单位员工的高度责任感和安全意识,这样才可以避免或减少事故的发生。

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