DJ40/150型架桥机坠落事故分析与思考

陈敢泽1，杨 磊2

（1.湖北特种设备检验检测研究院，湖北 宜昌 443000；2.中安检测中心湖北有限公司，湖北 武汉 430000）

1 事故概况

某项目部在高速公路建设的1座高墩特大桥11～12#桥墩架梁工地，1台DJ40/150型步履式单导梁架桥机（以下简称架桥机,如图1）过孔过程中整机倾翻坠落，造成人员伤亡和设备毁损。

图1 整机外形与架梁作业照片

架桥机在11～12#桥墩过孔过程中，导梁前端向左前方倾斜后，整机坠落到地面，造成1人死亡、架桥机损毁报废。

架桥机基本情况：型号DJ40/150；额定起重量150t；架梁适宜跨度40m；整机长度68m；吊梁起升高度4.8m；整机自重135t；过孔悬臂挠度550mm；架设梁片适宜横坡±2%，纵坡±5%；安装状态许用风力4级；出厂日期2008年6月。

2 现场勘察

2.1 现场情况

2.1.1 整机状况

在事故现场，架桥机倾翻坠落时的情况：除了2#柱及其携带的横移轨道跌落在12#桥墩附近的桥面上以外，其余的结构件和机电设备几乎全部摔坏。0#柱已经分成2段，机臂断裂成2段，1#、3#柱构件分离，1#、2#运行行车零部件损毁脱落。架桥机结构件叠靠在距桥面高度约30m的山坡下，机电设备、液压系统散落在11#和12#桥墩之间山坡草丛中（图2）。

2.1.2 主要构件

0#柱自上至下的第三节在销轴连接处脱开，伸缩节的钢管弯扭变形，在第二孔处断裂。油缸柱塞弯曲变形，弯曲方向向后，柱塞为全伸状态。上端在与第四节机臂连接的法兰座法兰焊缝处撕裂断开。法兰座的材料为壁厚20mm，直径∅300mm的无缝钢管，采用上下加筋板焊接，钢管与法兰只是被没有开焊缝坡口的外圈单面焊接。

图2 事故现场

1#、3#柱剩余部分被压在机臂或构件下，结构件严重变形，矩形套管在结合部位几乎全部开裂，柱体与曲梁连接的法兰变形，高强度连接螺栓断折脱落而不见踪影。液压系统全部分离散落。

由7节组成的机臂断裂为2段，前段为1～4节，后段为5～7节，断裂口在第四节后端近铰点处，几节空腹梁的腹板几乎不同程度地出现屈曲变形。

机臂前段翻转180°（第一节向后、第四节向前），箱形梁的下盖板及齿条朝上，上盖板朝下，前半段压在2#曲梁上方，断口处抵靠在11#桥墩墩身上，后段搁在山坡岩石上，箱形梁断面严重扭曲变形（图3）。

图3 断裂成2段的机臂

1#和2#曲梁受撞击后，剩余部分紧紧叠靠在一起，横移油缸铰点支座撕裂脱开，元件变形脱开悬置。

构件和机件的断口都为致密的新断口，没有发现陈旧的材料和焊缝裂纹或开裂痕迹。

2.1.3 机电设备

吊梁行车上的销轴孔及支座全部变形或者撕脱；电动机、减速器、车轮、螺栓等件大部分摔碎，大范围散落在桥面或山坡上；安装在2#柱上的控制柜和操作台外表受较轻损伤，液压系统、电气线路全部受损；操作台上的操作装置，仅功能选择开关扳在“架梁”位置，其余的全部回零位（图4）。

图4 损毁的电动机、减速器等

2.2 调查材料

过孔时，0#柱至11#桥墩墩帽调整垫平支稳，穿销轴于伸缩节Ⅱ第二孔内；3#柱调平支稳顶升穿销轴后，架桥机机臂基本水平，随后收起2#柱并前移。

当2#柱体前移至距离预定位置约3.5～4.5m时，11#桥墩墩帽上施工员发现0#柱体钢管发生明显弯曲，瞬时0#柱左侧钢管断裂，架桥机随之倾覆。操作者闻声同时感觉架桥机明显倾斜，及时从操作平台跳下，顷刻架桥机倾翻坠落。机臂前倾坠落带动2#柱及其横移轨道向前摆动，12#桥墩处桥面上的1名施工员在逃离过程中遭受迎面而来的2#柱横移轨道的重撞，经抢救无效身亡。

3 事故分析

3.1 事故工况确定

1）0#柱的位置 0#柱分成2段，油缸柱塞为全伸状态（伸出长度为1 540mm），此时，如果0#柱刚刚接近11#桥墩而没有抵达墩帽上，架桥机仍然为机臂过孔工况，若倾翻，0#柱在向前倾倒时应该压倒11#桥墩墩帽上的预留钢筋，并且在机臂坠落到墩面上时砸坏0#柱的部分横梁，现场损坏的0#柱横梁没有被撞击和受到重压的损伤或变形。

2）2#柱及其横移轨道 2#柱及其携带的横移轨道跌落在12#桥墩附近的桥面上，如果0#柱没有支承，2#柱及其横移轨道不可能被提升后移至此处。

由以上2点说明0#柱应该已经到达11#桥墩墩帽上并支承。

3）0#柱和机臂断裂顺序 架梁状态为承载工况，40m t型预应力梁自重约96t，在承载工况，前（1#）吊梁行车在跨中时机臂承受最大弯矩，架桥机在过孔时为非承载工况，如果机臂先断裂，应该是在承载工况。因此能够认定，该例事故中0#柱断折在先，机臂断裂在后。

3.2 主要结构件破坏符合其使用中的受力特点

架桥机过孔时机臂为悬臂状态，接近最大悬臂状态第四节机臂后端承受悬臂部分自重产生的弯矩，上盖板受拉力作用，下盖板受压力作用；架梁工况时，这段机臂构件受力与上述相反。此处正好是空腹梁与实腹梁铰接处，架桥机经过一段时间使用（架梁和过孔），该处结构的疲劳程度重于其他部位。但是此次过孔工况最大悬臂状态时机臂没有断裂，而是在机臂头部跌落到11#桥墩时受到冲击载荷的影响，在此部位断裂，符合结构件受力和机械性能变化正常规律。

3.3 2#柱在前移过程中产生动载荷的影响

事故时刻，后（2#柱）吊梁行车车轮正好走在第六节和第五节机臂的铰接接头处，现场测量，机臂下方耳梁在此处的接头间隙达到15mm。2#柱和横移轨道自重约10t，加上吊梁行车自重7.4t和2#曲梁自重，2#吊梁行车带着曲梁和2#柱等走过此耳梁接头处时产生很大的冲击，引起整机振动。这种运行冲击对于架桥机的空载纵向稳定性产生很大影响。

在动载荷作用下，0#柱断裂后，机臂头部失去支撑和平衡，先向左偏移、前倾，0#柱与机臂连接的法兰座在法兰处焊缝撕裂，在重力作用下，机臂头部（右侧稍低）快速下坠，伴随整机向前倾覆。第一节机臂的后端坠落11#桥墩的墩帽上，齿条留有撞损段，产生了强大的冲击，导致了机臂第四节在与第五节铰接处前端开裂。机臂后段（第五、六、七节）以及1#柱、1#曲梁和1#吊梁行车、2#柱与横梁连接螺栓被折断或销轴脱落，2#曲梁和2#吊梁行车等件向前下方坠落。同时，机臂尾部向上翘起，3#柱悬空后也被带着一同滑落；直至除2#柱及其横移轨道以外的整体离开12#桥墩而坠落，最后第五节机臂（实腹梁节）头部插入泥土中。与此同时，第四节机臂断裂后尾部快速坠落，向下倾斜到一定程度后，第一节机臂从11#桥墩墩帽上下滑，继而，机臂前段（第一、二、三、四节）在铅垂面内转过180°（上盖板朝下，第四节向前）坠下，第四节机臂撕裂处抵靠在11#桥墩墩身上。

3.4 0#柱的构件变形和受力状况劣化的影响

0#柱伸缩节Ⅱ∅194mm钢管在1～3销轴孔段存在着陈旧性弯折变形的现象，目前属于带缺陷使用。事故前，0#柱一直存在轴线弯曲问题，这种现象使0#柱的受力状态劣化，对其结构件的破坏有很大影响。架桥机平时过孔时载荷的变化，已经造成伸缩节Ⅰ、Ⅱ钢管在套管内的晃动、弯折，出现了陈旧性弯折变形，很大程度上降低了伸缩节Ⅱ钢管在配合处第1～3个销孔段的机械性能。

0#柱下段伸缩节Ⅱ钢管和机臂第四节的破坏，也正好说明架桥机相应工况中结构件的受力特点，应力最大处也必然是材料机械性能较快降低的部位，也成了结构件的薄弱点。

3.5 架桥机质心高度对工作稳定性的影响

从12#桥墩墩帽上残留物看到，1#柱横移轨道垫木至少有2层，垫层高度H＝(300+250)mm，没有锚固点，轨道通过垫木浮置于桥墩，多层垫木构成的支承方式，使架桥机承受纵向载荷的能力很差，对整机工作纵向稳定性不利。架桥机使用说明书中没有关于1#柱和2#柱横移轨道下方垫木的层数和高度要求。垫层高低影响整机质心高度，架桥机质心越高稳定性越差。现场2#柱的顶升油缸柱塞的伸出长度为800mm和830mm。可见，整机在过孔工况的质心高度应能适当降低，应该在低质心高度状态完成架桥机过孔作业。

3.6 误操作的影响

操作者在操作2#柱前移时，发现了在12#桥墩附近桥面上工作人员，将2#柱停下，交谈后又继续操作，起制动产生的冲击载荷影响了架桥机整机纵向稳定性，继续操作时又错误操作了1#吊梁行车的前进按钮，使1#吊梁行车带着1#柱起动向前，产生纵向振动，导致架桥机整体向前方倾斜造成整机坠落。

4 结论与思考

综上分析，本起架桥机倾翻坠落事故的结论为：该架桥机在平时过孔作业中，主要结构件已经出现变形现象和异常受力状态；本次过孔中，架桥机质心高度较高而影响稳定性；过孔调整中操作柱前移过程中机构的起制动产生异常的冲击和振动，使已经存在缺陷的主要受力结构件被破坏；错误操作1#柱产生动载荷使架桥机失稳，直接导致架桥机整机倾翻坠落，造成事故。

DJ40/150型步履式单导梁架桥机的最危险工况除了过孔时最大悬臂长度状态以外，1#柱和2#柱调整过程也存在危险因素。在高墩坡道大跨度重梁条件下采用架桥机架梁工艺时，对于非架梁工况质心高度大的架桥机，过孔工况的稳定性问题应该引起足够的重视，防止外力导致架桥机失稳坠落和伤害事故；架桥机过孔工况应该尽量降低整机质心高度。

DJ40/150型步履式单导梁架桥机在过孔时柱的调整工况，只要出现误操作前、后吊梁行车运行，都可能直接导致整机倾翻坠落事故。在控制台上，前、后吊梁行车工况开关紧邻布置，尤其是露天施工场地工作环境，控制台上元件功能标志模糊不清的设备或者对功能控制元件位置不熟悉的操作者，相当容易出现类似的误操作。对于该机型架桥机来说，这种误操作必然是致命的。该机型产品在安全保护功能（电气联锁保护）设置方面还有研究空间，如对过孔中1#柱和2#柱的误操作保护功能的研究与开发有待于设计工作者关注。

设备安全事故绝大多数来源于没有完善的安全保障体系。对特种设备安全必须牢固树立安全意识，严格依照国家规定，抓好现场的安全控制。在架桥机的安全管理和技术管理方面不容疏漏，严格控制架桥机过孔、架梁的工艺过程；相关的从业人员应该采用科学、严谨的态度用好管好架桥机，落实责任制、责任人、职责分工明确到位。

从业人员认知与技能应能适应本岗位的基本要求。施工单位的架桥机等大型设备，直接放心地交给专业技术相对薄弱的外包队伍使用。其中部分人员仅具有相应的短暂工作经历，他们架桥机的基本理论知识和安全操作能力与安全意识欠缺，仅仅模仿式操作。受其局限，在专业技术先进、结构庞大的精良装备面前，他们是心有余而力不足。难免对设备的危险工况或事故征兆束手无策。部分操作者和指挥人员只有架过几片或十几片预应力梁的短暂的工作经历和经验，驾驭架桥机安全生产的能力亟待提高。

对特种设备安全的需求，是人类自身对生产力要素的根本需求之一。从业人员充分认识特种设备安全使用的重要性，完善各方面的安全措施，切实把安全工作放在极端重要的位置，有效避免类似事故再次发生。 O