长大桥梁检查车运营风险辨识及安全分析——基于某桥一起检查车半脱落事件

牟宏霖

(特华博士后科研工作站，北京 100029)

1 桥梁检查车结构及安全问题

作为长大桥梁上专用的工程检查设备，桥梁检查车主要的作业功能有：检查相关构件是否存在扭曲变形、锈蚀及局部损伤；铆钉、螺栓、螺母等紧固件有无松动、脱落和断裂等；节点是否有滑动或错裂；焊缝边缘有无裂纹或脱焊情况发生；涂装防腐层有无裂纹、起皮、脱落等；钢箱梁封闭环境中的湿度是否符合要求，除湿设施是否工作正常等[1].

悬挂式桥梁检查车安装于长大桥梁钢箱梁底端，由于其所处的特殊环境(靠近水域、高空受限、风雨影响)及特定功能(通行车辆带来的持续振动)，致使检查车本身的安全状态受到多种因素影响.如何对检查车这一特种设备进行安全管理从而预防相关风险事件的发生，显得尤为重要[2-4].本文将以某桥一起悬挂式检查车半脱落事件(无人员伤亡)为例，对检查车运营安全进行系统的风险辨识及分析.

2 某桥梁检查车概况

2.1 桥梁检查车结构概况

该长大桥梁主桥采用双塔双索面钢箱梁斜拉桥，专用航道桥采用T型刚构梁桥，南北引桥采用预应力混凝土连续梁桥.桥梁检查车分布情况为主跨2台，其余各跨各1台.检查车悬挂于钢箱梁下方，通过工字钢轨道相连接，由电动机驱动运行，如图1所示.桥梁检查车主要有桁架和驱动机构所组成.主要设计参数为：设计荷载为均布活载0.3 kN/m，集中活载3.5 kN，均布恒载3.1 kN/m；工作速度为V=n×2π×R=7.25 m/min；最大横向轮距为3 660 mm；纵向轮距为19 950 mm；整车全长：42 549.2 mm.桁架主要承受自重、行人和维护检查器具物品等荷载，检查车桁架宽2 158 mm，高2 012 mm；桁架与箱梁底部距离为930 mm.

图1 某长大桥梁钢箱梁外悬挂式检查车

2.2 桥梁检查车改造情况

供电系统改造方面，由于该桥受到附近电厂的影响，电厂排出的导电灰尘堆积在钢箱梁箱外检查车安全滑导线的外壁，致使供电系统短路，导致钢箱梁箱外检查车无法运行，因此需对检查车进行改造，采用发电机为驱动系统供电.

增设制动系统方面，检查车停靠时，为防止在极端条件下(例如台风)风荷载的影响(理论计算检查车不会发生移动)，检查车增设停车制动系统.停车制动系统安装于检查车的驱动系统，每台检查车安装4套.

2.3 检查车维修保养情况

箱外检查车平常用作钢箱梁外侧检查及维护，使用频次不高，1～2次/a.开始使用期间由原施工单位负责维保，一般采取使用前进行专项检查，检查后由检查单位负责驾驶.因驱动系统供电不畅，实施驱动系统改造后改为发电机供电，由该桥养护中心机械操作组负责电器部分维保；随后委托外单位每季度进行定检及维保.

3 桥梁检查车运营安全风险辨识

国际上基于风险管控理论，用于分析和处理桥梁相关工程问题大致已有30 a的历史，起初是由桥梁与下行船舶的碰撞问题所展开.除了工程领域外，目前风险管理已被广泛应用于石油、电力、核工业、航空航天等众多领域[5-9].风险是客观存在的，使用安全系统工程的方法辨识出系统中的风险，通过详细分析，可提出有针对性的防控措施，提高系统的安全水平.

3.1 危险、有害因素辨识与分析

参照《生产过程危险和有害因素分类与代码》(GB/T 13861—2009)中的有关内容[10]，对桥梁检查车运营过程中的危险、有害因素进行辨识分析[11].

3.1.1 人的因素

人的因素方面可能的危险、有害因素有：指挥错误、操作错误.指挥错误包括桥梁检查车在设计、施工以及养护方面缺乏相关的规范或规程，容易导致管理者在指挥决策方面的错误；操作错误是指桥梁检查车所涉及的专业较多，使用过程中很容易导致操作人员操作错误.

3.1.2 物的因素

物的因素方面危险、有害因素有：防护缺陷、电伤害、振动危害、运动物伤害.防护缺陷是指桥梁检查车各个子系统都应该设置防护设施，防止脱落.电伤害是指检查车在使用过程中需要用电，由于检查车基本上都是钢结构且作业空间有限，在使用过程中有可能导致人员触电；振动危害为桥梁检查车主要依附于主梁而设置，由于主梁的振动状态，检查车无论在停靠状态还是在运行状态均伴随主梁一起振动，振动会导致螺栓节点松动、焊缝开裂、疲劳破坏等；运动物伤害是指检查车主要在桥梁的梁底运行，在使用过程中可能会受到过往船只的碰撞、大风的伤害等.

3.1.3 环境因素

环境因素方面存在的危险、有害因素为：不良气候及环境、出口缺陷.不良气候与环境是指由于大桥的特殊地理位置，桥位处风荷载的影响较大，加上检查车的作业空间固定在桥梁的梁底，大风可能会对检查车或作业人员造成伤害；出口缺陷是指由于检查车在主梁的梁底，作业人员需通过悬梯进入检查车，过程中容易产生踩空滑落等伤害；中跨的检查车，在桥塔附近由于没有设置悬梯，如果要将检查车停靠在桥塔附近，因没有相应的检查通道，作业人员须从检修平台通过临时爬梯进入检查车，有较大的安全隐患.

3.1.4 管理因素

管理因素方面危险、有害因素有：作业规程不规范、培训不到位、事故应急预案不完善.为提高桥梁检查车的安全使用水平，必须落实安全使用责任制.桥梁检查车的操作使用专用性较强，必须编制规范合理的作业规程.同时，桥梁检查车使用过程中的安全风险较大，对一线的操作人员须定期进行专业安全知识的培训教育.详细完善的事故应急预案与响应机制会降低事故后果的影响程度，相反，如果不编制事故应急预案，可能会加大事故后果的影响程度.

3.2 风险辨识与分析

在现有经验和已收集相关资料的基础上[12]，通过运用特定的分析方法和风险调查，系统地辨识出客观存在的、潜在的风险因素[13-14]，这是一个全面研究和发现系统风险事件、明确分析重点的过程.通过全面有效地辨识出人、机、物、环等环节的的风险因素[15-16]，从而得出系统的风险辨识清单.

4 某桥梁检查车半脱落案例分析

4.1 现场情况

通过该桥视频监控系统现场发现，在无相关人员作业的情况下，主桥钢箱梁主跨旁一检查车发生单侧轨道脱落.该桥调度指挥中心第1时间通知养护中心及其他相关部门，养护人员接到通知后立即联系维护单位，同时赶往现场.经现场查勘，损坏检查车位于主航道上方，距离索塔中心线300 m左右，一侧脱落，一侧连于轨道，有长约30 m左右悬挂于主航道上方，由于一侧的轨道脱落，导致桁架梁被折弯，现场情况如图2所示.

桥梁检查车处于半脱落状态并存在有掉落可能，对水域内通行船舶产生一定的危险.对附近水域的船舶通行进行暂时封闭后，割断另一侧驱动装置和桁架之间的连接，经过切割后检查车整体掉入江中，随后被打捞.通过对脱落的检查车进行勘查，桁架梁不存在较大的锈蚀情况，未发现船舶撞击的痕迹，同时检查车处于半脱落状态时部分轨道没有明显的弯曲现象，打捞后轨道上未见螺栓(螺栓落入水中)，如图3所示.

4.2 桥梁健康监测数据分析

该桥结构健康监测系统的监测对象分为2类：荷载监测和结构响应监测.荷载监测主要有环境参数(风、大气温湿度与桥梁内部温度)监测.结构响应监测主要有整体位移、连接座位移、加速度、应力应变监测[17].

4.2.1 梁端位移分析

通过观察该桥伸缩缝上下游位移波形可看出，在事件发生最近的5 d中大桥南梁端上下游位移变化趋势基本一致，伸缩缝位移没有明显易于常态.根据该桥伸缩缝上下游的位移变化值，计算分析得到的主梁转角变化趋势(该桥主梁的梁宽为40.6 m)，可看出主梁转角变化很小，没有明显异于常态.

4.2.2 振动分析

主梁振动方面，本次数据分析期间振动加速度最大值为0.007 1g，在此期间主梁振动加速度位移没有明显异于常态，如图4所示.可初步判断在此期间并没有特殊事件发生.

主塔振动方面，本次数据分析期间主塔振动变化趋势基本稳定，横向振动加速度仅出现一次“波峰”，振动幅值达到0.008g，没有超过历史监测最大值.

表1 长大桥梁悬挂式检查车运营安全风险辨识

图2 某桥一检查车单侧部分轨道脱落

图3 某桥检查车脱落轨道螺栓孔

图4 主梁加速度传感器竖向振动波形图

4.2.3 应力分析

本次数据分析，最大的应力变化差值最大为33.28 MPa，而正常情况下，受到重车荷载影响时，主梁的最大应力变化差值大于50 MPa，且钢结构的极限应力超过200 MPa.同时，其他各监测位置的应力变化无异常情况.

1933年12月14日、22日，全总苏区中央执行局委员长刘少奇先后给梁广、郭光洲（时任全总苏区中央执行局青工部代部长）及朱荣生、王子刚写信，就他们写给全总执行局的报告、来信反映的工作情况和思想认识，进行批评指导。这两封信后来以《反对扩大红军突击运动中的机会主义的动摇》为题，发表在中共中央机关刊物《斗争》第41期（1934年1月5日出刊）。

本次数据分析期间，根据该桥结构健康监测系统采集到的主梁梁端位移、主梁振动、主塔振动、主梁应力的数据，通过时域比对分析、频谱分析等可知，在此期间该桥主体结构没有明显异常响应发生.

4.3 检查车半脱落原因分析

在对现场情况、实物勘察及桥梁健康监测数据开展充分调研后，基于危险、有害因素辨识，通过长大桥梁悬挂式检查车运营安全分部分项风险辨识对检查车工艺设计及安装、检查车人员使用、检查车使用环境、检查车安全检查及维保等环节进行逐步排查，得出导致该桥检查车半脱落事件发生的直接和间接原因.

4.3.1 导致事件发生原因分析

1)设计施工遗留风险.设计施工遗留风险是指设计、施工中的缺陷，比如轨道系统未设计防脱落措施、中跨检查车在桥塔附近未设置悬梯、设计图纸中未对检查车的验收、使用、维护以及改造等提出说明或建议等.

2)螺栓损坏.无论是轨道梁的高强螺栓，还是驱动装置的螺栓，如果发生松动、断裂，均有可能导致检查车脱落或人员落水.

3)机械系统故障.检查车在运行过程中如果发生机械故障导致检查车无法正常运行，将会导致检查车的人员滞留在检查车上无法到达安全地带.

经分析可知该桥检查车轨道脱落的直接原因为桥梁长期振动致使检查车高强螺栓松动或断裂.该检查车发生轨道脱落时的停靠位置距离索塔中心线300 m左右，大约位于主跨的1/4跨附近.该位置主梁的振动振幅较大，检查车伴随着主梁长期处于高振幅的振动状态，加之桥位处环境的影响致使螺栓局部锈蚀，容易导致轨道梁上的高强螺栓发生松动脱落或断裂，由此导致轨道梁局部脱落，因此处螺栓已掉入江中，无法打捞.

用于桥梁及钢轨中相关设备连接的高强螺栓，一般发生断裂的形式为脆性.理论上，高强螺栓是一次性的，紧固后不能再次使用.所以一般情况下，高强螺栓和结构的使用年限一致.并未对高强螺栓的使用年限及更换周期做出明确说明.

4.3.3 间接原因

1)规范或规程不完善.目前对于桥梁检查车的设计、施工、养护没有相关可参照的规范或规程.

2)设计和施工遗留问题.在设计时，没有考虑轨道梁的防脱落措施，对于高强螺栓的使用没有详细说明，对于检查车的验收、使用、养护没有说明或提出建议，施工时，桥塔附近没有设置悬梯.

3)检查车停靠位置设置不合理.检查车停靠位置距离跨中较近，伴随着钢箱梁的振动容易产生较大振动，加大了螺栓松动脱落或断裂的可能性.

4)风险预估不足.其主要原因是缺乏相关的技术支撑(生产厂家出具的使用说明书、相关的规范规程等).从而因技术与经验方面的不足，没有引起足够的重视，而是作为一般的设备维修管养问题来对待.

5)管理问题.桥梁运营单位制定了设备设施管理制度，对设备设施的使用、维护、检修、管理控制等内容进行了规定，但未编制针对桥梁检查车的使用手册及使用安全事故应急预案等制度.

5 安全措施及建议

研究并制定相关安全管理规章及对策措施，构建桥梁检查车安全管理体系.依据现行的法律、法规，根据该桥梁检查车的特点，编制桥梁检查车安全使用手册及使用安全事故应急预案等制度.桥梁检查车相关标准继续研究制定，对于桥梁检查车的检查、安全评定以及养护进行研究，编制作业指导书，然后进一步提升为相关的标准.对轨道系统的高强螺栓进行安全检查，更换损伤的螺栓；在检查车上增设轨道梁防脱落的安全设施；增设并完善桥塔附近检查车的出入通道；对检查车的作业人员配备个人防护用品用具：安全帽、安全带、救生衣、口罩、手套等；建议对桥梁检查车按照特种设备的要求进行验收、养护管理；定期开展隐患排查治理工作.运用隐患排查治理和风险管控的双重预防机制提高长大桥梁检查车的运营安全水平.