建筑塔機(jī)較大事故分析及防治措施研究

張大斌

(蕪湖市建筑工程管理處,安徽 蕪湖 241000)

隨著建筑業(yè)的迅猛發(fā)展和建筑施工機(jī)械化水平不斷提升,塔式起重機(jī)成為建筑施工中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備,在各類建設(shè)項(xiàng)目中被普遍使用。但同時(shí)建筑塔式起重機(jī)生產(chǎn)安全事故呈現(xiàn)多發(fā)易發(fā)態(tài)勢(shì),尤其是塔機(jī)較大及以上事故的發(fā)生率居高不下,給人民群眾生命安全造成嚴(yán)重威脅。如何確保建筑塔機(jī)安裝拆卸(頂升)作業(yè)安全和使用安全成為當(dāng)前建設(shè)工程施工中的難點(diǎn),也是建筑行業(yè)亟待解決的施工安全問題。

1 建筑塔機(jī)較大事故特性分析

1.1 較大事故情況

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部事故快報(bào)系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)和安全事故情況通報(bào),2011～2018年期間,全國(guó)房屋建筑和市政基礎(chǔ)設(shè)施工程項(xiàng)目塔式起重機(jī)發(fā)生較大及以上生產(chǎn)安全事故情況如表1所示。

所占百分比*：塔機(jī)較大及以上事故起數(shù)、死亡人數(shù)與各類較大及以上事故總起數(shù)、總死亡人數(shù)之比。

1.2 較大事故發(fā)生時(shí)段情況

根據(jù)建筑施工塔式起重機(jī)發(fā)生較大事故時(shí)所處的作業(yè)時(shí)段,可以分為安裝、拆卸階段(含頂升加節(jié)升塔、頂升降節(jié)降塔)和使用階段。較大事故具體發(fā)生階段情況如表2所示。

1.3 較大事故主要類型

(1)失穩(wěn)失衡：主要有塔基失穩(wěn)倒塌,塔機(jī)出軌、脫軌倒塌,塔機(jī)懸臂高度或塔身垂直度過大整體失穩(wěn),超載、斜拉斜吊導(dǎo)致整機(jī)倒塌,上部結(jié)構(gòu)失衡傾覆,大風(fēng)吹覆等。

(2)結(jié)構(gòu)破壞：主要有結(jié)構(gòu)斷裂、塑性變形,臂架折斷或碰毀、塔身(標(biāo)準(zhǔn)節(jié))折斷、平衡臂墜落、拉桿斷裂,塔帽脫落、頂升套架滑落、附墻桿墜落等。

(3)機(jī)構(gòu)損壞：主要是起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)的電機(jī)、變速器、制動(dòng)器損壞,液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)損壞,各類安全裝置損壞,滑輪損壞、鋼絲繩脫槽等。

(4)起吊物墜(散)落：如起重吊索或起升鋼絲繩斷裂、滑脫,脫鉤及起吊物綁扎不牢、吊點(diǎn)錯(cuò)誤等[1-5]。

(5)觸電事故：塔機(jī)與架空輸電線安全距離不夠、未按照要求設(shè)置防雷接地等造成塔機(jī)觸電、雷擊事故。

表2 較大事故具體發(fā)生階段情況

1.4 分析結(jié)果

(1)從表1中可以看出，建筑施工塔式起重機(jī)較大事故起數(shù)和死亡人數(shù)總體呈現(xiàn)波動(dòng)性緩慢下降趨勢(shì),平均每年發(fā)生近6起較大事故,死亡人數(shù)近20人,分別占較大事故總起數(shù)的22.7%和總死亡人數(shù)的19.8%,總量依然偏大,防治塔機(jī)事故形勢(shì)十分緊迫,刻不容緩。

(2)從表2中可以看出，建筑施工塔式起重機(jī)較大事故主要發(fā)生在安裝、拆卸階段,占總數(shù)的89.1%,尤其是在頂升加節(jié)、降節(jié)環(huán)節(jié)更是高發(fā)、易發(fā)機(jī)毀人亡的惡性事故。采取措施嚴(yán)格防控塔機(jī)安裝、拆卸和頂升環(huán)節(jié),可以大幅降低塔機(jī)較大事故發(fā)生率。

(3)建筑塔機(jī)整體倒塌或上部結(jié)構(gòu)傾覆,是建筑施工中容易引發(fā)群死群傷事故的主要類型,是當(dāng)前房屋建筑和市政基礎(chǔ)設(shè)施工程中影響生產(chǎn)安全的高風(fēng)險(xiǎn)因素,嚴(yán)重危及人民群眾生命安全。

2 較大事故原因分析和典型事故案例

2.1 產(chǎn)品質(zhì)量問題

(1)塔機(jī)設(shè)計(jì)、制造存在缺陷,如設(shè)計(jì)不合理,安全儲(chǔ)備少、存在薄弱環(huán)節(jié)；結(jié)構(gòu)構(gòu)造欠合理,支承結(jié)構(gòu)單薄,剛度不夠(如頂升套架)；材質(zhì)不達(dá)標(biāo)，金屬結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量和各種銷軸、螺栓連接副制造質(zhì)量低劣等,給塔機(jī)后期使用埋下事故隱患。

(2)塔機(jī)安全技術(shù)文件不完整、使用說明書過于簡(jiǎn)單,對(duì)裝拆程序、一些關(guān)鍵要點(diǎn)交待不清,易導(dǎo)致操作人員誤操作[6]。

典型事故案例：2014年江蘇鹽城“8.9”塔機(jī)頂升失穩(wěn)上部結(jié)構(gòu)傾覆事故,經(jīng)鑒定事故塔機(jī)的頂升橫梁結(jié)構(gòu)上存在嚴(yán)重缺陷,不能滿足塔機(jī)頂升作業(yè)的安全要求。2015年浙江余姚塔機(jī)倒塌,事故原因是爬爪座底板與頂升套架下橫梁連接處母材破裂(母材強(qiáng)度不夠),爬爪座失效,導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)下墩塔身,造成塔機(jī)倒塌，如圖1所示。

2.2 選型和安裝位置問題

(1)塔機(jī)選型不當(dāng)。塔機(jī)的選用首要原則是主參數(shù)必須適合需要[7],若塔機(jī)的幅度、起升高度、起重量和起重力矩等主要性能參數(shù)不能滿足施工需要,容易導(dǎo)致后期超載使用而引發(fā)安全事故。

(2)塔機(jī)安裝位置不合理。如選點(diǎn)時(shí)未綜合考慮周邊環(huán)境因素,塔機(jī)與建筑物或障礙物、高壓線等之間未保持安全距離,塔吊附墻裝置安設(shè)位置、與建筑物的距離,頂升接高及落塔(頂升降節(jié)塔臂不能轉(zhuǎn)向)所需要的空間等[8],都會(huì)給塔機(jī)安拆、使用以及群塔作業(yè)留下安全隱患。

典型事故案例：2014年浙南塔機(jī)倒塌事故,原因是塔機(jī)安設(shè)位置與鋼筋卸料、加工場(chǎng)距離過遠(yuǎn),造成塔機(jī)長(zhǎng)期超載使用。調(diào)查發(fā)現(xiàn)塔身出現(xiàn)多處陳舊裂縫,裂縫擴(kuò)展造成塔身主弦桿斷裂。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)置問題

塔機(jī)基礎(chǔ)未按照使用說明書的要求進(jìn)行設(shè)置,基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性、地基承載力、基礎(chǔ)水平度等不能滿足規(guī)定；組合式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理、施工及焊接質(zhì)量差等,都會(huì)嚴(yán)重影響塔機(jī)整體穩(wěn)定性,從而引發(fā)整機(jī)倒塌的重大安全事故。

典型事故案例：2017年上海虹橋“6.26”塔機(jī)倒塌事故,原因是組合式基礎(chǔ)鋼平臺(tái)焊接質(zhì)量嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)且銹蝕嚴(yán)重,焊縫開裂導(dǎo)致鋼平臺(tái)連同塔機(jī)整體倒塌，如圖2所示。

圖1 爬爪座失效(母材破裂) 圖2 鋼平臺(tái)焊接質(zhì)量問題

2.4 安裝、拆卸和頂升(加節(jié)、降節(jié))問題

(1)未編制安拆、頂升作業(yè)專項(xiàng)施工方案,未進(jìn)行安全技術(shù)交底。安拆人員不了解塔機(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)、安裝部件的重量和吊點(diǎn)位置,未理解安拆、頂升工作原理和使用說明書的有關(guān)要求、安拆順序和注意要點(diǎn)等。

(2)安拆前未對(duì)金屬結(jié)構(gòu)件、承載構(gòu)件、連接體、安全裝置、鋼絲繩等進(jìn)行嚴(yán)格檢查。

(3)未按照安拆、頂升操作程序進(jìn)行作業(yè)。

(4)安裝中對(duì)各類銷軸、高強(qiáng)螺栓連接未做到有效可靠(既受壓又受剪)[9],對(duì)各工作機(jī)構(gòu)、安全裝置未進(jìn)行正確安裝及調(diào)試。

(5)頂升作業(yè)前對(duì)頂升機(jī)構(gòu)、套架和各部件(頂升橫梁、頂升銷軸、防脫裝置、爬爪座、爬爪、踏步、滾輪等)的完好性缺少檢查,未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋、銹蝕磨損、塑性變形、焊縫開裂、銷孔同軸度變化、卡阻等異常情況[10]。

(6)頂升作業(yè)前未按照使用說明書的規(guī)定進(jìn)行配平；頂升過程中,未始終保持塔機(jī)上部結(jié)構(gòu)平衡,違規(guī)進(jìn)行起升下降、變幅和回轉(zhuǎn)等操作[11]。

(7)頂升及換步時(shí),未嚴(yán)格按照程序進(jìn)行頂升銷軸、防脫銷軸和換步銷軸插、拔到位(爬爪和踏步離、合到位),做到兩個(gè)確保(確保頂升時(shí)套架與回轉(zhuǎn)下支座可靠連接、頂升橫梁擺正、銷軸及防脫銷軸到位,防止頂升銷軸滑脫或單邊承載,爬爪順利通過上方踏步；確保換步時(shí)換步銷軸到位或爬爪與踏步正確可靠支承,防止單邊過載銷軸斷裂或爬爪座連接失效),嚴(yán)防墩塔事故發(fā)生[12]。

(8)頂升中未注意防止套架滾輪脫離塔身。

(9)在每完成一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)加(降)節(jié)后,新塔身未與回轉(zhuǎn)下支座可靠連接的情況下,違規(guī)進(jìn)行變幅、起降和回轉(zhuǎn)。

(10)塔吊附著裝置未按照使用說明書要求設(shè)置(如附著撐桿自制、長(zhǎng)細(xì)比超標(biāo)；附著框架未錨固在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)水平桿處未加裝十字撐桿等)。

(11)作業(yè)中未做到統(tǒng)一指揮、分工協(xié)作,未按排有關(guān)人員監(jiān)督檢查；違章作業(yè)、違章指揮。

典型事故案例：2016年山東臨沂“8.30”、2017年山西太原“5.14”塔機(jī)事故,直接原因是頂升中液壓站發(fā)生故障,在更換液壓站過程中安裝人員嚴(yán)重違規(guī)作業(yè),多次回轉(zhuǎn)起重臂致塔機(jī)上部結(jié)構(gòu)失衡傾覆。2017年廣州市海珠區(qū)“7.22”塔吊倒塌事故,造成7人死亡。事故的主要原因是右頂升銷軸未插到正常工作位置、處于非正常受力狀態(tài)下,繼續(xù)頂升作業(yè),頂升擺梁內(nèi)外腹板銷軸孔發(fā)生嚴(yán)重屈曲變形,右頂升銷軸滑脫,塔機(jī)上部荷載全部由左頂升銷軸支承,導(dǎo)致內(nèi)塔身滑落,塔吊傾覆倒塌,如圖3所示。另一重要原因是未對(duì)操作人員進(jìn)行該型塔機(jī)安全操作技能培訓(xùn),操作人員不明白該型塔機(jī)的頂升原理和操作要點(diǎn)。2018年海南五指山“5.17”塔吊倒塌事故,造成4人死亡。事故主要原因是塔機(jī)頂升降節(jié)配平失衡,塔身上部一側(cè)踏步焊縫剪斷脫落,一側(cè)換步支腿滑離,上部結(jié)構(gòu)墜落墩塔導(dǎo)致整機(jī)倒塌；施工現(xiàn)場(chǎng)塔吊型號(hào)與所提供的塔吊資料型號(hào)不符,兩個(gè)型號(hào)的配重參數(shù)(配重塊重量、數(shù)量)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面都不相同,事故塔吊沒有安全技術(shù)檔案和使用說明書,塔吊檢測(cè)報(bào)告與事故塔機(jī)參數(shù)失實(shí)；項(xiàng)目管理混亂,違法分包、無資質(zhì)施工,安裝拆卸人員只有1人持有特種作業(yè)操作資格證；各相關(guān)單位未落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任。

圖3 內(nèi)塔身滑落塔吊倒塌

2.5 使用方面問題

(1)群塔作業(yè)防碰撞措施未落實(shí)。

(2)起重力矩限制器失效或人為解除,塔機(jī)超載使用。

(3)日常檢查、維護(hù)保養(yǎng)不到位,金屬結(jié)構(gòu)件嚴(yán)重銹蝕、焊縫開裂,主要承載件和連接件的疲勞裂紋、塑性變形,安全裝置失效等未被及時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)。

(4)吊物綁扎不牢、吊件吊點(diǎn)錯(cuò)誤。

(5)超風(fēng)速作業(yè)。

(6)塔機(jī)與周邊障礙物、高壓線等未保持安全距離。

(7)違章指揮、違章作業(yè)。

典型事故案例：2018年貴州畢節(jié)“7.2”塔機(jī)倒塌事故,原因是塔機(jī)基礎(chǔ)節(jié)與基礎(chǔ)連接處存在陳舊焊縫裂紋未被檢查發(fā)現(xiàn),力矩限制器失效,違規(guī)超載吊運(yùn)材料導(dǎo)致基礎(chǔ)節(jié)在底座處破斷,造成塔機(jī)整機(jī)倒塌。

3 防治措施與建議

(1)優(yōu)化頂升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高頂升作業(yè)的本質(zhì)安全。塔機(jī)頂升作業(yè)是一項(xiàng)操作復(fù)雜、多人協(xié)作的高空作業(yè),而且一旦出現(xiàn)操作失誤糾正困難,因此較大事故頻發(fā)。鑒于塔機(jī)頂升工況的特殊性,頂升作業(yè)中頂升結(jié)構(gòu)與塔身完全分離,僅通過頂升油缸、滾輪傳遞上部載荷,結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定,受力情況復(fù)雜[13]。各塔機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)單位根據(jù)經(jīng)驗(yàn),只對(duì)已有頂升結(jié)構(gòu)進(jìn)行粗略地驗(yàn)算,尚無對(duì)頂升結(jié)構(gòu)及頂升工況的系統(tǒng)分析[13]。目前亟需加強(qiáng)對(duì)頂升結(jié)構(gòu)及頂升工況的系統(tǒng)理論分析,為優(yōu)化頂升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝程序和提高頂升作業(yè)的安全性能,提供科學(xué)的方法和技術(shù)指導(dǎo)。

(2)提高塔機(jī)安拆和使用管理智能化、信息化水平。目前塔式起重機(jī)安全使用監(jiān)控管理系統(tǒng)較為成熟,特別是在多塔作業(yè)防碰撞管控方面效果明顯。通過安裝使用塔機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng),對(duì)塔機(jī)使用過程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警和運(yùn)行全過程監(jiān)控記錄,大幅減少違章作業(yè)、違章指揮現(xiàn)象,提升塔機(jī)安全使用性能。針對(duì)塔機(jī)安拆和頂升作業(yè)事故高發(fā),安拆、頂升過程中的危險(xiǎn)狀態(tài)判斷僅靠人工經(jīng)驗(yàn),急需研發(fā)和使用塔機(jī)安拆、頂升作業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)[14],對(duì)塔機(jī)安拆、頂升運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),避免因人為操作失誤而產(chǎn)生重大傷亡事故[15]。通過運(yùn)用信息化、智能化科技手段,加強(qiáng)安拆、頂升過程防傾覆控制,進(jìn)一步提升安拆、頂升作業(yè)的安全性,大幅減少塔機(jī)較大事故的發(fā)生。加強(qiáng)塔機(jī)設(shè)備和特種作業(yè)人員管理信息化建設(shè)。建立塔機(jī)設(shè)備電子化履歷,實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)從產(chǎn)品出廠、產(chǎn)權(quán)備案、租賃、安拆、使用、檢驗(yàn)檢測(cè)、維修保養(yǎng)、轉(zhuǎn)場(chǎng)使用、報(bào)廢等全壽命周期管理和全程可追溯性。完善特種作業(yè)人員數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)對(duì)特種作業(yè)人員從實(shí)名制培訓(xùn)、考核取證、延期復(fù)核、安全教育、安全技術(shù)交底、持證上崗到“刷臉”開機(jī)、“刷臉”操作的全過程數(shù)字化管理,杜絕無證上崗、無證操作現(xiàn)象。

(3)改進(jìn)塔機(jī)司機(jī)、安裝拆卸工實(shí)際操作技能培訓(xùn)考核方式。塔機(jī)司機(jī)和塔機(jī)安裝拆卸工所從事的特種作業(yè)是建筑施工中最易造成重大危害的特種作業(yè)。目前塔機(jī)司機(jī)和安裝拆卸工各地培訓(xùn)時(shí)間平均為5天左右,根本不能滿足塔機(jī)司機(jī)和安拆工安全技術(shù)考核大綱要求。短短5天的速成班為塔吊安拆作業(yè)埋下了大量隱患。鑒于塔機(jī)司機(jī)和安裝拆卸工的高安全風(fēng)險(xiǎn),建議將上述人員的培訓(xùn)考核從特種作業(yè)人員名單中單列出來,實(shí)施更具針對(duì)性的特殊教育、培訓(xùn)考核。一是恢復(fù)“師傅帶徒弟”的教學(xué)模式,二是借鑒機(jī)動(dòng)車駕駛證培訓(xùn)考核模式,三是應(yīng)用VR技術(shù),開展體驗(yàn)式安全教育,讓培訓(xùn)人員親身經(jīng)歷各種“危險(xiǎn)”和“災(zāi)難”,感受事故傷害,提高安全風(fēng)險(xiǎn)意識(shí),促進(jìn)實(shí)際操作技能水平的提升。

(4)創(chuàng)新建筑起重行業(yè)管理體制。目前我國(guó)建筑起重行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展不均衡,設(shè)備數(shù)量龐大但集中度小,小微企業(yè)居多。從設(shè)備租賃到設(shè)備操作使用涉及單位、環(huán)節(jié)過多(產(chǎn)權(quán)單位、租賃單位、安裝拆卸單位、維護(hù)保養(yǎng)單位、施工使用單位等),各類企業(yè)在市場(chǎng)中無序競(jìng)爭(zhēng)甚至惡性競(jìng)爭(zhēng),導(dǎo)致性能優(yōu)良的設(shè)備得不到推廣應(yīng)用,企業(yè)安全投入持續(xù)減少(特種作業(yè)人員素質(zhì)得不到提升、日常檢查和維護(hù)保養(yǎng)等制度得不到落實(shí)、設(shè)備不能及時(shí)更新升級(jí)),起重設(shè)備安全性不斷下降,各類事故頻發(fā)。要積極探索實(shí)施設(shè)備租賃、安拆、維保和操作使用單位“四位一體”生產(chǎn)組織模式,培育壯大“一體化”建筑起重安裝企業(yè),使得建筑起重設(shè)備安全管理權(quán)責(zé)清晰,各項(xiàng)制度得到落實(shí),從而大幅降低建筑塔機(jī)安全事故的發(fā)生。