長大橋梁檢查車運(yùn)營風(fēng)險辨識及安全分析
——基于某橋一起檢查車半脫落事件

牟宏霖

(特華博士后科研工作站，北京 100029)

1 橋梁檢查車結(jié)構(gòu)及安全問題

作為長大橋梁上專用的工程檢查設(shè)備，橋梁檢查車主要的作業(yè)功能有：檢查相關(guān)構(gòu)件是否存在扭曲變形、銹蝕及局部損傷；鉚釘、螺栓、螺母等緊固件有無松動、脫落和斷裂等；節(jié)點(diǎn)是否有滑動或錯裂；焊縫邊緣有無裂紋或脫焊情況發(fā)生；涂裝防腐層有無裂紋、起皮、脫落等；鋼箱梁封閉環(huán)境中的濕度是否符合要求，除濕設(shè)施是否工作正常等[1].

懸掛式橋梁檢查車安裝于長大橋梁鋼箱梁底端，由于其所處的特殊環(huán)境(靠近水域、高空受限、風(fēng)雨影響)及特定功能(通行車輛帶來的持續(xù)振動)，致使檢查車本身的安全狀態(tài)受到多種因素影響.如何對檢查車這一特種設(shè)備進(jìn)行安全管理從而預(yù)防相關(guān)風(fēng)險事件的發(fā)生，顯得尤為重要[2-4].本文將以某橋一起懸掛式檢查車半脫落事件(無人員傷亡)為例，對檢查車運(yùn)營安全進(jìn)行系統(tǒng)的風(fēng)險辨識及分析.

2 某橋梁檢查車概況

2.1 橋梁檢查車結(jié)構(gòu)概況

該長大橋梁主橋采用雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，專用航道橋采用T型剛構(gòu)梁橋，南北引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋.橋梁檢查車分布情況為主跨2臺，其余各跨各1臺.檢查車懸掛于鋼箱梁下方，通過工字鋼軌道相連接，由電動機(jī)驅(qū)動運(yùn)行，如圖1所示.橋梁檢查車主要有桁架和驅(qū)動機(jī)構(gòu)所組成.主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)荷載為均布活載0.3 kN/m，集中活載3.5 kN，均布恒載3.1 kN/m；工作速度為V=n×2π×R=7.25 m/min；最大橫向輪距為3 660 mm；縱向輪距為19 950 mm；整車全長：42 549.2 mm.桁架主要承受自重、行人和維護(hù)檢查器具物品等荷載，檢查車桁架寬2 158 mm，高2 012 mm；桁架與箱梁底部距離為930 mm.

圖1 某長大橋梁鋼箱梁外懸掛式檢查車

2.2 橋梁檢查車改造情況

供電系統(tǒng)改造方面，由于該橋受到附近電廠的影響，電廠排出的導(dǎo)電灰塵堆積在鋼箱梁箱外檢查車安全滑導(dǎo)線的外壁，致使供電系統(tǒng)短路，導(dǎo)致鋼箱梁箱外檢查車無法運(yùn)行，因此需對檢查車進(jìn)行改造，采用發(fā)電機(jī)為驅(qū)動系統(tǒng)供電.

增設(shè)制動系統(tǒng)方面，檢查車?？繒r，為防止在極端條件下(例如臺風(fēng))風(fēng)荷載的影響(理論計(jì)算檢查車不會發(fā)生移動)，檢查車增設(shè)停車制動系統(tǒng).停車制動系統(tǒng)安裝于檢查車的驅(qū)動系統(tǒng)，每臺檢查車安裝4套.

2.3 檢查車維修保養(yǎng)情況

箱外檢查車平常用作鋼箱梁外側(cè)檢查及維護(hù)，使用頻次不高，1～2次/a.開始使用期間由原施工單位負(fù)責(zé)維保，一般采取使用前進(jìn)行專項(xiàng)檢查，檢查后由檢查單位負(fù)責(zé)駕駛.因驅(qū)動系統(tǒng)供電不暢，實(shí)施驅(qū)動系統(tǒng)改造后改為發(fā)電機(jī)供電，由該橋養(yǎng)護(hù)中心機(jī)械操作組負(fù)責(zé)電器部分維保；隨后委托外單位每季度進(jìn)行定檢及維保.

3 橋梁檢查車運(yùn)營安全風(fēng)險辨識

國際上基于風(fēng)險管控理論，用于分析和處理橋梁相關(guān)工程問題大致已有30 a的歷史，起初是由橋梁與下行船舶的碰撞問題所展開.除了工程領(lǐng)域外，目前風(fēng)險管理已被廣泛應(yīng)用于石油、電力、核工業(yè)、航空航天等眾多領(lǐng)域[5-9].風(fēng)險是客觀存在的，使用安全系統(tǒng)工程的方法辨識出系統(tǒng)中的風(fēng)險，通過詳細(xì)分析，可提出有針對性的防控措施，提高系統(tǒng)的安全水平.

3.1 危險、有害因素辨識與分析

參照《生產(chǎn)過程危險和有害因素分類與代碼》(GB/T 13861—2009)中的有關(guān)內(nèi)容[10]，對橋梁檢查車運(yùn)營過程中的危險、有害因素進(jìn)行辨識分析[11].

3.1.1 人的因素

人的因素方面可能的危險、有害因素有：指揮錯誤、操作錯誤.指揮錯誤包括橋梁檢查車在設(shè)計(jì)、施工以及養(yǎng)護(hù)方面缺乏相關(guān)的規(guī)范或規(guī)程，容易導(dǎo)致管理者在指揮決策方面的錯誤；操作錯誤是指橋梁檢查車所涉及的專業(yè)較多，使用過程中很容易導(dǎo)致操作人員操作錯誤.

3.1.2 物的因素

物的因素方面危險、有害因素有：防護(hù)缺陷、電傷害、振動危害、運(yùn)動物傷害.防護(hù)缺陷是指橋梁檢查車各個子系統(tǒng)都應(yīng)該設(shè)置防護(hù)設(shè)施，防止脫落.電傷害是指檢查車在使用過程中需要用電，由于檢查車基本上都是鋼結(jié)構(gòu)且作業(yè)空間有限，在使用過程中有可能導(dǎo)致人員觸電；振動危害為橋梁檢查車主要依附于主梁而設(shè)置，由于主梁的振動狀態(tài)，檢查車無論在?？繝顟B(tài)還是在運(yùn)行狀態(tài)均伴隨主梁一起振動，振動會導(dǎo)致螺栓節(jié)點(diǎn)松動、焊縫開裂、疲勞破壞等；運(yùn)動物傷害是指檢查車主要在橋梁的梁底運(yùn)行，在使用過程中可能會受到過往船只的碰撞、大風(fēng)的傷害等.

3.1.3 環(huán)境因素

環(huán)境因素方面存在的危險、有害因素為：不良?xì)夂蚣碍h(huán)境、出口缺陷.不良?xì)夂蚺c環(huán)境是指由于大橋的特殊地理位置，橋位處風(fēng)荷載的影響較大，加上檢查車的作業(yè)空間固定在橋梁的梁底，大風(fēng)可能會對檢查車或作業(yè)人員造成傷害；出口缺陷是指由于檢查車在主梁的梁底，作業(yè)人員需通過懸梯進(jìn)入檢查車，過程中容易產(chǎn)生踩空滑落等傷害；中跨的檢查車，在橋塔附近由于沒有設(shè)置懸梯，如果要將檢查車?？吭跇蛩浇?，因沒有相應(yīng)的檢查通道，作業(yè)人員須從檢修平臺通過臨時爬梯進(jìn)入檢查車，有較大的安全隱患.

3.1.4 管理因素

管理因素方面危險、有害因素有：作業(yè)規(guī)程不規(guī)范、培訓(xùn)不到位、事故應(yīng)急預(yù)案不完善.為提高橋梁檢查車的安全使用水平，必須落實(shí)安全使用責(zé)任制.橋梁檢查車的操作使用專用性較強(qiáng)，必須編制規(guī)范合理的作業(yè)規(guī)程.同時，橋梁檢查車使用過程中的安全風(fēng)險較大，對一線的操作人員須定期進(jìn)行專業(yè)安全知識的培訓(xùn)教育.詳細(xì)完善的事故應(yīng)急預(yù)案與響應(yīng)機(jī)制會降低事故后果的影響程度，相反，如果不編制事故應(yīng)急預(yù)案，可能會加大事故后果的影響程度.

3.2 風(fēng)險辨識與分析

在現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)和已收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上[12]，通過運(yùn)用特定的分析方法和風(fēng)險調(diào)查，系統(tǒng)地辨識出客觀存在的、潛在的風(fēng)險因素[13-14]，這是一個全面研究和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)險事件、明確分析重點(diǎn)的過程.通過全面有效地辨識出人、機(jī)、物、環(huán)等環(huán)節(jié)的的風(fēng)險因素[15-16]，從而得出系統(tǒng)的風(fēng)險辨識清單.

4 某橋梁檢查車半脫落案例分析

4.1 現(xiàn)場情況

通過該橋視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，在無相關(guān)人員作業(yè)的情況下，主橋鋼箱梁主跨旁一檢查車發(fā)生單側(cè)軌道脫落.該橋調(diào)度指揮中心第1時間通知養(yǎng)護(hù)中心及其他相關(guān)部門，養(yǎng)護(hù)人員接到通知后立即聯(lián)系維護(hù)單位，同時趕往現(xiàn)場.經(jīng)現(xiàn)場查勘，損壞檢查車位于主航道上方，距離索塔中心線300 m左右，一側(cè)脫落，一側(cè)連于軌道，有長約30 m左右懸掛于主航道上方，由于一側(cè)的軌道脫落，導(dǎo)致桁架梁被折彎，現(xiàn)場情況如圖2所示.

橋梁檢查車處于半脫落狀態(tài)并存在有掉落可能，對水域內(nèi)通行船舶產(chǎn)生一定的危險.對附近水域的船舶通行進(jìn)行暫時封閉后，割斷另一側(cè)驅(qū)動裝置和桁架之間的連接，經(jīng)過切割后檢查車整體掉入江中，隨后被打撈.通過對脫落的檢查車進(jìn)行勘查，桁架梁不存在較大的銹蝕情況，未發(fā)現(xiàn)船舶撞擊的痕跡，同時檢查車處于半脫落狀態(tài)時部分軌道沒有明顯的彎曲現(xiàn)象，打撈后軌道上未見螺栓(螺栓落入水中)，如圖3所示.

4.2 橋梁健康監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

該橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測對象分為2類：荷載監(jiān)測和結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測.荷載監(jiān)測主要有環(huán)境參數(shù)(風(fēng)、大氣溫濕度與橋梁內(nèi)部溫度)監(jiān)測.結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測主要有整體位移、連接座位移、加速度、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測[17].

4.2.1 梁端位移分析

通過觀察該橋伸縮縫上下游位移波形可看出，在事件發(fā)生最近的5 d中大橋南梁端上下游位移變化趨勢基本一致，伸縮縫位移沒有明顯易于常態(tài).根據(jù)該橋伸縮縫上下游的位移變化值，計(jì)算分析得到的主梁轉(zhuǎn)角變化趨勢(該橋主梁的梁寬為40.6 m)，可看出主梁轉(zhuǎn)角變化很小，沒有明顯異于常態(tài).

4.2.2 振動分析

主梁振動方面，本次數(shù)據(jù)分析期間振動加速度最大值為0.007 1g，在此期間主梁振動加速度位移沒有明顯異于常態(tài)，如圖4所示.可初步判斷在此期間并沒有特殊事件發(fā)生.

主塔振動方面，本次數(shù)據(jù)分析期間主塔振動變化趨勢基本穩(wěn)定，橫向振動加速度僅出現(xiàn)一次“波峰”，振動幅值達(dá)到0.008g，沒有超過歷史監(jiān)測最大值.

表1 長大橋梁懸掛式檢查車運(yùn)營安全風(fēng)險辨識

圖2 某橋一檢查車單側(cè)部分軌道脫落

圖3 某橋檢查車脫落軌道螺栓孔

圖4 主梁加速度傳感器豎向振動波形圖

4.2.3 應(yīng)力分析

本次數(shù)據(jù)分析，最大的應(yīng)力變化差值最大為33.28 MPa，而正常情況下，受到重車荷載影響時，主梁的最大應(yīng)力變化差值大于50 MPa，且鋼結(jié)構(gòu)的極限應(yīng)力超過200 MPa.同時，其他各監(jiān)測位置的應(yīng)力變化無異常情況.

1933年12月14日、22日，全總蘇區(qū)中央執(zhí)行局委員長劉少奇先后給梁廣、郭光洲（時任全總蘇區(qū)中央執(zhí)行局青工部代部長）及朱榮生、王子剛寫信，就他們寫給全總執(zhí)行局的報告、來信反映的工作情況和思想認(rèn)識，進(jìn)行批評指導(dǎo)。這兩封信后來以《反對擴(kuò)大紅軍突擊運(yùn)動中的機(jī)會主義的動搖》為題，發(fā)表在中共中央機(jī)關(guān)刊物《斗爭》第41期（1934年1月5日出刊）。

本次數(shù)據(jù)分析期間，根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)采集到的主梁梁端位移、主梁振動、主塔振動、主梁應(yīng)力的數(shù)據(jù)，通過時域比對分析、頻譜分析等可知，在此期間該橋主體結(jié)構(gòu)沒有明顯異常響應(yīng)發(fā)生.

4.3 檢查車半脫落原因分析

在對現(xiàn)場情況、實(shí)物勘察及橋梁健康監(jiān)測數(shù)據(jù)開展充分調(diào)研后，基于危險、有害因素辨識，通過長大橋梁懸掛式檢查車運(yùn)營安全分部分項(xiàng)風(fēng)險辨識對檢查車工藝設(shè)計(jì)及安裝、檢查車人員使用、檢查車使用環(huán)境、檢查車安全檢查及維保等環(huán)節(jié)進(jìn)行逐步排查，得出導(dǎo)致該橋檢查車半脫落事件發(fā)生的直接和間接原因.

4.3.1 導(dǎo)致事件發(fā)生原因分析

1)設(shè)計(jì)施工遺留風(fēng)險.設(shè)計(jì)施工遺留風(fēng)險是指設(shè)計(jì)、施工中的缺陷，比如軌道系統(tǒng)未設(shè)計(jì)防脫落措施、中跨檢查車在橋塔附近未設(shè)置懸梯、設(shè)計(jì)圖紙中未對檢查車的驗(yàn)收、使用、維護(hù)以及改造等提出說明或建議等.

2)螺栓損壞.無論是軌道梁的高強(qiáng)螺栓，還是驅(qū)動裝置的螺栓，如果發(fā)生松動、斷裂，均有可能導(dǎo)致檢查車脫落或人員落水.

3)機(jī)械系統(tǒng)故障.檢查車在運(yùn)行過程中如果發(fā)生機(jī)械故障導(dǎo)致檢查車無法正常運(yùn)行，將會導(dǎo)致檢查車的人員滯留在檢查車上無法到達(dá)安全地帶.

經(jīng)分析可知該橋檢查車軌道脫落的直接原因?yàn)闃蛄洪L期振動致使檢查車高強(qiáng)螺栓松動或斷裂.該檢查車發(fā)生軌道脫落時的?？课恢镁嚯x索塔中心線300 m左右，大約位于主跨的1/4跨附近.該位置主梁的振動振幅較大，檢查車伴隨著主梁長期處于高振幅的振動狀態(tài)，加之橋位處環(huán)境的影響致使螺栓局部銹蝕，容易導(dǎo)致軌道梁上的高強(qiáng)螺栓發(fā)生松動脫落或斷裂，由此導(dǎo)致軌道梁局部脫落，因此處螺栓已掉入江中，無法打撈.

用于橋梁及鋼軌中相關(guān)設(shè)備連接的高強(qiáng)螺栓，一般發(fā)生斷裂的形式為脆性.理論上，高強(qiáng)螺栓是一次性的，緊固后不能再次使用.所以一般情況下，高強(qiáng)螺栓和結(jié)構(gòu)的使用年限一致.并未對高強(qiáng)螺栓的使用年限及更換周期做出明確說明.

4.3.3 間接原因

1)規(guī)范或規(guī)程不完善.目前對于橋梁檢查車的設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)沒有相關(guān)可參照的規(guī)范或規(guī)程.

2)設(shè)計(jì)和施工遺留問題.在設(shè)計(jì)時，沒有考慮軌道梁的防脫落措施，對于高強(qiáng)螺栓的使用沒有詳細(xì)說明，對于檢查車的驗(yàn)收、使用、養(yǎng)護(hù)沒有說明或提出建議，施工時，橋塔附近沒有設(shè)置懸梯.

3)檢查車?？课恢迷O(shè)置不合理.檢查車?？课恢镁嚯x跨中較近，伴隨著鋼箱梁的振動容易產(chǎn)生較大振動，加大了螺栓松動脫落或斷裂的可能性.

4)風(fēng)險預(yù)估不足.其主要原因是缺乏相關(guān)的技術(shù)支撐(生產(chǎn)廠家出具的使用說明書、相關(guān)的規(guī)范規(guī)程等).從而因技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)方面的不足，沒有引起足夠的重視，而是作為一般的設(shè)備維修管養(yǎng)問題來對待.

5)管理問題.橋梁運(yùn)營單位制定了設(shè)備設(shè)施管理制度，對設(shè)備設(shè)施的使用、維護(hù)、檢修、管理控制等內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)定，但未編制針對橋梁檢查車的使用手冊及使用安全事故應(yīng)急預(yù)案等制度.

5 安全措施及建議

研究并制定相關(guān)安全管理規(guī)章及對策措施，構(gòu)建橋梁檢查車安全管理體系.依據(jù)現(xiàn)行的法律、法規(guī)，根據(jù)該橋梁檢查車的特點(diǎn)，編制橋梁檢查車安全使用手冊及使用安全事故應(yīng)急預(yù)案等制度.橋梁檢查車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)研究制定，對于橋梁檢查車的檢查、安全評定以及養(yǎng)護(hù)進(jìn)行研究，編制作業(yè)指導(dǎo)書，然后進(jìn)一步提升為相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn).對軌道系統(tǒng)的高強(qiáng)螺栓進(jìn)行安全檢查，更換損傷的螺栓；在檢查車上增設(shè)軌道梁防脫落的安全設(shè)施；增設(shè)并完善橋塔附近檢查車的出入通道；對檢查車的作業(yè)人員配備個人防護(hù)用品用具：安全帽、安全帶、救生衣、口罩、手套等；建議對橋梁檢查車按照特種設(shè)備的要求進(jìn)行驗(yàn)收、養(yǎng)護(hù)管理；定期開展隱患排查治理工作.運(yùn)用隱患排查治理和風(fēng)險管控的雙重預(yù)防機(jī)制提高長大橋梁檢查車的運(yùn)營安全水平.