一起汽車起重機傾覆較大事故的技術調查分析

王登明　宋成良

摘 要：本文通過一起汽車起重機較大事故的現場勘測和研究，從技術調查角度，詳細分析了這起較大汽車起重機傾覆事故的原因。

關鍵詞：汽車起重機；技術調查；超載傾覆

Abstract：This paper detailedly analysed the reasons of the accident of a truck cranes capsizal，through the site survey and calculation，from the technical survey point of view.

Keywords：Truck crane；Technical investigation and analysis；Overload and capsizal

中圖分類號：TH213 文獻標識碼：A

一、基本情況

2016年1月10日下午15：30分許，某高速公路一座大橋北岸一臺80t汽車吊（以下簡稱吊車）在拆卸一臺TC8039-25的塔式起重機（以下簡稱塔吊）起重臂時發生傾覆而墜入江中，造成正在施工作業的人員4人死亡，1人重傷的較大事故，直接經濟損失800余萬元。

只因汽車吊沉入180m的江底，無法打撈。當然就研究問題的角度來說，無論如何應將汽車吊打撈上岸之后，檢查分析再綜合判定發生事故的原因。但是從經濟角度講，只為事故分析原因而投入巨資打撈一臺報廢的設備是不合算的，另外從打撈技術條件上來講，該地潛水員下潛最深30m，當然用蛟龍號可以做到，但是，怎么拖上來呢？所以，目前是不具備的。因此，本文只能根據調查組現場勘測、調查、模擬、詢問筆錄、設備資料以及現場圖片為依據，來分析事故發生的原因，僅供探討學習。

事故塔吊（TC8039-25）由A公司安裝，由B 公司租賃給C公司事發地高速公路標段使用，C與B的租賃合同于2015年12月24日終止。最后由B公司拆除。

事故吊車（XCT80）由C從某市租賃而來，吊車司機隨車，并聽從C公司拆卸人員指揮。

汽車吊基本情況，見表1。

查閱《汽車起重機起重性能表》，上找不到臂長31m，仰角∠55°時的額定起重量PQ值，需要計算。

吊車作業現場情況，根據圖片、汽車吊司機筆錄得知80t汽車吊作業時（事發當時）的起重臂仰角約為∠55°左右，吊車主臂伸長約31m左右。如圖1所示。

O點位回轉中心，并建立平面直角坐標系，PQ額定起重量未知，m起重機自重重心距O點的距離0.6m，G1起重機自重50t，a支腿全伸7.9/2=3.95m，G2 平衡重11.5t，r 平衡重回轉半徑4.67m，Gb起重臂自重12.87t，L為起重臂伸長長度，R為起重幅度 ，θ為仰角 55°，k起重臂重心距o點距離未知。

當吊車仰角θ=55°，吊車臂伸長L=31m時，幅度為R=LCOS55=17.7808m

（一）塔吊（TC8039-25）基本情況（見表2）

（1）該塔吊安裝在某江大橋北岸距離2#橋墩側的橋邊10.1m處（塔吊回轉中心到橋邊），并由185m高度（大臂到塔吊基礎垂直距離）下降到約85m，此時塔吊大臂與烏江大橋橋面垂直距離約6m，已經取下6塊配重，大臂長度80m共9節，已經用25t吊車取下前端2節15m，剩下65m大臂正在拆卸（以下簡稱大臂），用80t汽車吊將大臂吊起，將承受大臂重量的斜拉桿拆卸脫離塔頂固定連接板，斜拉桿另一端還連接于大臂上，并將拉桿與大臂用卡銷連接置放于大臂上（如圖2所示）。

（2）大臂采用兩組鋼絲繩成“人”字形起吊，兩組鋼絲繩吊點分別距大臂根部22m和28m，所以距大臂根部25m處上方是汽車吊吊鉤掛吊繩處。塔吊大臂和拉桿重量（引用《TC8039-25塔式起重機使用說明書》2-1、3-3），從而可知，正在拆卸的65m塔吊大臂Ⅰ～Ⅶ節不含斜拉桿重量是16.7t，含斜拉桿時總重量16.7t+4.285t=20.985t，這是凈質量。

塔吊大臂實際重量（含斜拉桿）計算，從上述及圖3計算簡化分析得出：

在圖3中：

（a）作業人員平均75kg/人=0.075t/人；

（b）斜拉桿總重量4.285t≈4.0t（拆卸了一些螺栓等附件），由于有鋼絲繩牽引一端，且拆除了一些銷軸、拉桿架等部件，所以按1/3×4.0t=1.33t算；

（c）塔吊大臂根部鉸接點到28m第2根吊繩之間的塔吊臂重量按1/2計算。

所以，塔吊大臂實際總重量（含斜拉桿）是F1：

F1=16.7t-3.69t+ 4.0t/3（斜拉桿）+ 0.075t×4（4人體重）=14.643t

二、事故發生經過

2016年1月10日中午12時開始， 某高速公路一大橋北岸一臺80t汽車吊（以下簡稱吊車）作業組人員（吊車司機1人在橋面吊車上，塔吊上4人），在兩名交警協同下拆卸一臺TC8039-25的2#塔式起重機。作業組人員先用80t吊車取下塔吊第1到第6塊配重塊，并將取下的配重塊放置在橋邊待用汽車運走。然后用25t吊車取下塔吊大臂Ⅸ和Ⅷ兩節，共15m。接著先將余下65m塔吊大臂旋轉靠近橋面外側，同時間段80t吊車收起吊臂、支腿前移到吊車回轉中心（沿橋面南向）距離塔吊大臂根部約25m處，支腿全伸、伸出吊車臂就位。接著將塔吊剩余65m大臂吊起，拆除塔吊大臂斜拉桿與塔帽的連接板（同時拆除兩根斜拉桿與塔帽的連接，但塔吊大臂根部依然和塔身用銷軸鉸接），并將斜拉桿用卡銷固定在塔吊大臂上（這一過程大約用時40分-1小時，此時吊車臂伸長約31m，仰角55°）。15：30分許，塔吊上的指揮人員用對講機呼叫25t吊車就位（同時塔吊大臂上有兩人正從30米臂處向65m臂方向移動，另外兩人在約65m處走動），就在25t吊車就位過程中80t吊車吊臂前傾，吊車失穩，發生了傾覆，塔吊大臂在重力和根部拉力作用下加速下落，并向塔身方向運動，將大臂上作業的4人拋出墜入江中；并拖拽著吊車（吊車與塔吊大臂有鋼絲繩和吊鉤鏈接）翻越橋邊欄桿下落，在吊車重力和塔吊大臂重力、塔吊塔身拉力作用下，拉斷吊車與塔吊大臂之間的鋼絲繩，吊車也墜入江中。塔吊大臂停止運動后在根部拉力作用下靠在塔身上，已經損壞變形。這次事故，造成正在施工作業的人員4人死亡，司機1人重傷。endprint

三、發生吊車傾覆事故的原因

（1）吊車穩定性分析

吊車受力分析：根據吊車司機詢問筆錄，事故發生時吊車工作于31m臂仰角約為55°，如圖4所示。

汽車起重機在設計制造時考慮的安全折扣系數（抗傾覆安全裕度）X=66%，也就是說：

在（1式）中，①只要∑M穩>∑M傾時，吊車就處于穩定狀態；②而當∑M穩=∑M傾時，吊車就處于“臨界傾覆載荷”狀態； ③而當∑M穩<∑M傾時，則吊車就會傾覆。

其中N1是Gb重量折算到汽車起重機臂端的值：

由（1式）可見k在隨仰角θ和臂長L的變化而改變，所以（1式）就存在多個未知量而使PQ 值求解困難。但是，可以用數學方法近似求出 PQ 值，然后再來驗證，如下 “（2）”

（2）確定C點（吊車工作于31m臂仰角約為55°時）的額定起重量PQ：

根據《XCT80汽車起重機產品簡介》中“3、XCT80汽車起重機起重性能表”查得XCT80汽車起重機起重性能曲線圖（如圖5所示）上A、B兩吊點的臂長、仰角、起升高度、起重量（PQ）、幅度，在已知C吊點仰角約55°、臂長31m時，用作圖法得C吊點的起升高度和幅度，使用MATLAB編程計算得到C吊點的起重量（PQ），見表3。

PQ c點的額定起重量未知，G2平衡配重11.5t，G1吊車自重50t，Gb基本臂重12.87t，

O為起重臂下鉸點，吊車臂長31m，F1為塔吊大臂實際總重量（含斜拉桿），吊鉤自重560kg。

所以，當塔吊大臂為14.643t時， 14.643t >PQ ≈10.1907，說明實際上汽車吊在C點吊15.42t已經超載，且14.643t比A點額定起重量10.9t還大，屬于超載使用。

（3）力矩計算

N1=k.Gb/R=k.Gb/ （Lcosθ）=8.2074×12.87/（31cos55）=5.9406t

1.無附加載荷時的傾覆力矩，由（3）式計算：

（1）當在C點 PX=PQ=10.1907t 時，∑M1傾實際=150.10t.m，所以，∑M穩>∑M1傾實際

可見，額載PQ=10.1907t汽車吊是穩定的，也符合PQA>PQC>PQB的條件。

（2）當在C點起吊PX=F1=14.643t時， ∑M1傾實際=Mqf=209.0088t.m，故

∑M穩-∑M1傾實際=219.5599 -209.0088 ≈10.55t.m，所以∑M穩>∑M1傾實際

可見，此時如果沒有其他附加載荷汽車吊就處于穩定狀態，但是∑M穩僅僅只有10.55t.m的力矩安全余量。

2.有附加載荷時的實際傾覆力矩

（1）設∑M2傾實際：是汽車吊在自重振動載荷時，起吊PX=F1=14.643t時的傾覆力矩：

當只考慮所吊重物F1=14.643t和吊鉤560kg的自重振動載荷時，吊車工作于31m臂仰角為55°，有振動，所以應計算振動載荷（F1+0.560）φ1，根據《起重機設計規范》（GB/T3811-2008），系數φ1=1±α，0≤α≤0.1，取α=0.1則φ1=1.1

（在這里由于事故塔吊大臂上有人員走動（詳見“二、事故發生經過”部分）

∑M2傾實際=φ1∑M1傾實際=1.1×209.0088 t.m=229.90968t.m，所以，

∑M2傾實際>∑M穩

已經用盡抗傾覆安全裕度X=66%，此時吊車已經超過了“臨界傾覆載荷”，所以，在∑M2傾實際情況下吊車已經傾覆。

（2）當考慮復雜附加載荷時，設∑M3極端：是在∑M2傾實際情況下+復雜附加載荷時的極端傾覆力矩：

由《起重機設計規范》（GB/T3811-2008）中“4起重機設計的計算載荷與載荷組合”，考慮一種情況：當由于過路汽車對橋面產生振動時，正在吊著塔吊大臂的汽車吊和所吊重物、吊鉤等都會產生上下振動，而正在被汽車吊吊著的塔吊大臂上，拆卸人員對大臂的動作會造成汽車吊車身與大臂振動頻率和振幅的不一致，就會出現車身正從上往下運動，而所吊重物及吊具先車身而在往下運動，這就相當于∑M穩≈0，平衡被打破，所吊重物和吊具都將加速下落，從而牽動吊車一起傾覆。之所以不計算，是因為本文前部分已經推理計算出吊車已經傾覆，且當時當地沒有風速、橋面振動頻率和振幅等資料而無法計算。但是，在這種情況下吊車一定會傾覆。

這就是為什么80t吊車吊起塔吊大臂開始沒有傾覆，而在塔吊大臂上人員走動，同時25t汽車吊這個在就位過程中發生了傾覆的原因。

（4）吊車在C點的最大抗傾覆力maxF抗：

按吊車司機詢問筆錄提供，當時吊車工作于31m臂仰角約為55°，根據《起重機設計規范》（GB/T3811-2008）中“8.1起重機整體抗傾覆穩定性” 表51驗算：

汽車吊31m臂，仰角55°時，PQ≈10.271t，故，吊車吊臂端部最大抗傾覆力maxF抗：

maxF抗=1.25PQ+0.1F1=1.25×10.1907 +0.1×5.9406=13.3324t

由上“（二）”計算知：

maxF抗=13.3324t

所以，吊車在起吊F1=14.643t時如無附加載荷，雖然已經超載，但是F1小于臨界傾覆載荷Pcmax=15.4405t而未傾覆，但是，只要有附加載荷，則傾覆力矩就大于穩定力矩而發生傾覆。所以，吊車傾覆直接原因就是超載作業。

四、事故發生的原因

（1）直接原因

經勘查、調查取證、科學測算，本次事故的直接原因是80t吊車在31m臂，仰角約55°工作狀態下，超載起吊導致吊車失衡傾覆墜入江中。

該80t吊車在31m臂，仰角約55°時，允許吊重10.1907t，實際吊重14.643t（靜止狀態），最大抗傾覆極限吊重13.3324t，已經超載。在無外加振動附加載荷時，吊車在穩定力矩219.5599t·m作用下，吊車未傾覆，但僅僅還有10.55t·m的余量；然而，在橋面振動和塔吊大臂上人員走動產生的附加振動載荷疊加作用下，吊車所吊實際重量>14.643t，∑M傾覆力矩>>∑M穩定力矩，所以造成了吊車傾覆墜入江中，塔吊大臂在重力作用下加速下落，將大臂上作業的4人拋出墜入江中，致使4人死亡，橋面吊車司機1人重傷。

所以，本次事故的直接原因就是超載起吊造成。

（2）間接原因

①根據詢問調查，本次拆卸塔吊時，吊車在橋面上，由橋固有彈性和風對橋面的影響、過往車輛對橋面的影響都造成了其有一定的振動幅度，造成重物和吊車自重振動載荷疊加，突破了吊車抗傾覆穩定極限。

②根據塔吊拆卸組提供的拆卸施工方案內容，發現其制定的方案中沒有提及有關吊車和塔吊的力學計算，沒有選型計算，沒有考慮風、過往車輛、橋面彈性振動等因素對吊車作業的影響，人員沒有具體分工簽字確認和從業資格證。

③根據80t吊車在31m臂，仰角約55°時，載重量達14.643t超過規定10.1907t× 110%吊車安全系統沒有報警，證明超載、力矩報警安全控制系統失效，吊車維修保養不到位，帶病使用。

④吊車司機在作業過程中擅離崗位，違背了起重機安全操作規程要求。

⑤吊車司機選檔不當，在同一幅度下，如果環境空間滿足，吊車可以加大臂長、仰角來增大起重量，從而增大穩定力矩，抵消其他附加載荷引起的傾覆力矩，增大穩定性。

⑥指揮管理不當，拆卸塔吊大臂的工序錯誤，不應該同時拆卸兩根斜拉桿，也不應該將斜拉桿還留在大臂上增加吊物重量，增大傾覆力矩。

⑦監理公司沒有對施工方案審核，現場吊車作業沒有專人對現場進行跟蹤監督。

五、事故防范措施

通過這起事故分析，我們因該找到防范這類事故發生的方法、制定相關措施，例如：

1.嚴格遵守《安全法》及相關法律法規、技術標準。不使用帶病的設備，要時刻維修維護設備，不能帶病運行；

2.在一些特殊環境進行吊裝作業時，首先要將各種不利因素考慮全面，針對每一個體特殊情況計算受力穩定，制定詳細的切實可行的方案。

3.作業人員、操作人員必須嚴格遵守安全操作規程，不得盲目蠻干。

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