一起汽车起重机倾覆较大事故的技术调查分析

王登明　宋成良

摘 要：本文通过一起汽车起重机较大事故的现场勘测和研究，从技术调查角度，详细分析了这起较大汽车起重机倾覆事故的原因。

关键词：汽车起重机；技术调查；超载倾覆

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

中图分类号：TH213 文献标识码：A

一、基本情况

2016年1月10日下午15：30分许，某高速公路一座大桥北岸一台80t汽车吊（以下简称吊车）在拆卸一台TC8039-25的塔式起重机（以下简称塔吊）起重臂时发生倾覆而坠入江中，造成正在施工作业的人员4人死亡，1人重伤的较大事故，直接经济损失800余万元。

只因汽车吊沉入180m的江底，无法打捞。当然就研究问题的角度来说，无论如何应将汽车吊打捞上岸之后，检查分析再综合判定发生事故的原因。但是从经济角度讲，只为事故分析原因而投入巨资打捞一台报废的设备是不合算的，另外从打捞技术条件上来讲，该地潜水员下潜最深30m，当然用蛟龙号可以做到，但是，怎么拖上来呢？所以，目前是不具备的。因此，本文只能根据调查组现场勘测、调查、模拟、询问笔录、设备资料以及现场图片为依据，来分析事故发生的原因，仅供探讨学习。

事故塔吊（TC8039-25）由A公司安装，由B 公司租赁給C公司事发地高速公路标段使用，C与B的租赁合同于2015年12月24日终止。最后由B公司拆除。

事故吊车（XCT80）由C从某市租赁而来，吊车司机随车，并听从C公司拆卸人员指挥。

汽车吊基本情况，见表1。

查阅《汽车起重机起重性能表》，上找不到臂长31m，仰角∠55°时的额定起重量PQ值，需要计算。

吊车作业现场情况，根据图片、汽车吊司机笔录得知80t汽车吊作业时（事发当时）的起重臂仰角约为∠55°左右，吊车主臂伸长约31m左右。如图1所示。

O点位回转中心，并建立平面直角坐标系，PQ额定起重量未知，m起重机自重重心距O点的距离0.6m，G1起重机自重50t，a支腿全伸7.9/2=3.95m，G2 平衡重11.5t，r 平衡重回转半径4.67m，Gb起重臂自重12.87t，L为起重臂伸长长度，R为起重幅度 ，θ为仰角 55°，k起重臂重心距o点距离未知。

当吊车仰角θ=55°，吊车臂伸长L=31m时，幅度为R=LCOS55=17.7808m

（一）塔吊（TC8039-25）基本情况（见表2）

（1）该塔吊安装在某江大桥北岸距离2#桥墩侧的桥边10.1m处（塔吊回转中心到桥边），并由185m高度（大臂到塔吊基础垂直距离）下降到约85m，此时塔吊大臂与乌江大桥桥面垂直距离约6m，已经取下6块配重，大臂长度80m共9节，已经用25t吊车取下前端2节15m，剩下65m大臂正在拆卸（以下简称大臂），用80t汽车吊将大臂吊起，将承受大臂重量的斜拉杆拆卸脱离塔顶固定连接板，斜拉杆另一端还连接于大臂上，并将拉杆与大臂用卡销连接置放于大臂上（如图2所示）。

（2）大臂采用两组钢丝绳成“人”字形起吊，两组钢丝绳吊点分别距大臂根部22m和28m，所以距大臂根部25m处上方是汽车吊吊钩挂吊绳处。塔吊大臂和拉杆重量（引用《TC8039-25塔式起重机使用说明书》2-1、3-3），从而可知，正在拆卸的65m塔吊大臂Ⅰ～Ⅶ节不含斜拉杆重量是16.7t，含斜拉杆时总重量16.7t+4.285t=20.985t，这是净质量。

塔吊大臂实际重量（含斜拉杆）计算，从上述及图3计算简化分析得出：

在图3中：

（a）作业人员平均75kg/人=0.075t/人；

（b）斜拉杆总重量4.285t≈4.0t（拆卸了一些螺栓等附件），由于有钢丝绳牵引一端，且拆除了一些销轴、拉杆架等部件，所以按1/3×4.0t=1.33t算；

（c）塔吊大臂根部铰接点到28m第2根吊绳之间的塔吊臂重量按1/2计算。

所以，塔吊大臂实际总重量（含斜拉杆）是F1：

F1=16.7t-3.69t+ 4.0t/3（斜拉杆）+ 0.075t×4（4人体重）=14.643t

二、事故发生经过

2016年1月10日中午12时开始， 某高速公路一大桥北岸一台80t汽车吊（以下简称吊车）作业组人员（吊车司机1人在桥面吊车上，塔吊上4人），在两名交警协同下拆卸一台TC8039-25的2#塔式起重机。作业组人员先用80t吊车取下塔吊第1到第6块配重块，并将取下的配重块放置在桥边待用汽车运走。然后用25t吊车取下塔吊大臂Ⅸ和Ⅷ两节，共15m。接着先将余下65m塔吊大臂旋转靠近桥面外侧，同时间段80t吊车收起吊臂、支腿前移到吊车回转中心（沿桥面南向）距离塔吊大臂根部约25m处，支腿全伸、伸出吊车臂就位。接着将塔吊剩余65m大臂吊起，拆除塔吊大臂斜拉杆与塔帽的连接板（同时拆除两根斜拉杆与塔帽的连接，但塔吊大臂根部依然和塔身用销轴铰接），并将斜拉杆用卡销固定在塔吊大臂上（这一过程大约用时40分-1小时，此时吊车臂伸长约31m，仰角55°）。15：30分许，塔吊上的指挥人员用对讲机呼叫25t吊车就位（同时塔吊大臂上有两人正从30米臂处向65m臂方向移动，另外两人在约65m处走动），就在25t吊车就位过程中80t吊车吊臂前倾，吊车失稳，发生了倾覆，塔吊大臂在重力和根部拉力作用下加速下落，并向塔身方向运动，将大臂上作业的4人抛出坠入江中；并拖拽着吊车（吊车与塔吊大臂有钢丝绳和吊钩链接）翻越桥边栏杆下落，在吊车重力和塔吊大臂重力、塔吊塔身拉力作用下，拉断吊车与塔吊大臂之间的钢丝绳，吊车也坠入江中。塔吊大臂停止运动后在根部拉力作用下靠在塔身上，已经损坏变形。这次事故，造成正在施工作业的人员4人死亡，司机1人重伤。endprint

三、发生吊车倾覆事故的原因

（1）吊车稳定性分析

吊车受力分析：根据吊车司机询问笔录，事故发生时吊车工作于31m臂仰角约为55°，如图4所示。

汽车起重机在设计制造时考虑的安全折扣系数（抗倾覆安全裕度）X=66%，也就是说：

在（1式）中，①只要∑M稳>∑M倾时，吊车就处于稳定状态；②而当∑M稳=∑M倾时，吊车就处于“临界倾覆载荷”状态； ③而当∑M稳<∑M倾时，则吊车就会倾覆。

其中N1是Gb重量折算到汽车起重机臂端的值：

由（1式）可见k在随仰角θ和臂长L的变化而改变，所以（1式）就存在多个未知量而使PQ 值求解困难。但是，可以用数学方法近似求出 PQ 值，然后再来验证，如下 “（2）”

（2）确定C点（吊车工作于31m臂仰角约为55°时）的额定起重量PQ：

根据《XCT80汽车起重机产品简介》中“3、XCT80汽车起重机起重性能表”查得XCT80汽车起重机起重性能曲线图（如图5所示）上A、B两吊点的臂长、仰角、起升高度、起重量（PQ）、幅度，在已知C吊点仰角约55°、臂长31m时，用作图法得C吊点的起升高度和幅度，使用MATLAB编程计算得到C吊点的起重量（PQ），见表3。

PQ c点的额定起重量未知，G2平衡配重11.5t，G1吊车自重50t，Gb基本臂重12.87t，

O为起重臂下铰点，吊车臂长31m，F1为塔吊大臂实际总重量（含斜拉杆），吊钩自重560kg。

所以，当塔吊大臂为14.643t时， 14.643t >PQ ≈10.1907，说明实际上汽车吊在C点吊15.42t已经超载，且14.643t比A点额定起重量10.9t还大，属于超载使用。

（3）力矩计算

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

1.无附加载荷时的倾覆力矩，由（3）式计算：

（1）当在C点 PX=PQ=10.1907t 时，∑M1倾实际=150.10t.m，所以，∑M稳>∑M1倾实际

可见，额载PQ=10.1907t汽车吊是稳定的，也符合PQA>PQC>PQB的条件。

（2）当在C点起吊PX=F1=14.643t时， ∑M1倾实际=Mqf=209.0088t.m，故

∑M稳-∑M1倾实际=219.5599 -209.0088 ≈10.55t.m，所以∑M稳>∑M1倾实际

可见，此时如果没有其他附加载荷汽车吊就处于稳定状态，但是∑M稳仅仅只有10.55t.m的力矩安全余量。

2.有附加载荷时的实际倾覆力矩

（1）设∑M2倾实际：是汽车吊在自重振动载荷时，起吊PX=F1=14.643t时的倾覆力矩：

当只考虑所吊重物F1=14.643t和吊钩560kg的自重振动载荷时，吊车工作于31m臂仰角为55°，有振动，所以应计算振动载荷（F1+0.560）φ1，根据《起重机设计规范》（GB/T3811-2008），系数φ1=1±α，0≤α≤0.1，取α=0.1则φ1=1.1

（在这里由于事故塔吊大臂上有人员走动（详见“二、事故发生经过”部分）

∑M2倾实际=φ1∑M1倾实际=1.1×209.0088 t.m=229.90968t.m，所以，

∑M2倾实际>∑M稳

已经用尽抗倾覆安全裕度X=66%，此时吊车已经超过了“临界倾覆载荷”，所以，在∑M2倾实际情况下吊车已经倾覆。

（2）当考虑复杂附加载荷时，设∑M3极端：是在∑M2倾实际情况下+复杂附加载荷时的极端倾覆力矩：

由《起重机设计规范》（GB/T3811-2008）中“4起重机设计的计算载荷与载荷组合”，考虑一种情况：当由于过路汽车对桥面产生振动时，正在吊着塔吊大臂的汽车吊和所吊重物、吊钩等都会产生上下振动，而正在被汽车吊吊着的塔吊大臂上，拆卸人员对大臂的动作会造成汽车吊车身与大臂振动频率和振幅的不一致，就会出现车身正从上往下运动，而所吊重物及吊具先车身而在往下运动，这就相当于∑M稳≈0，平衡被打破，所吊重物和吊具都将加速下落，从而牵动吊车一起倾覆。之所以不计算，是因为本文前部分已经推理计算出吊车已经倾覆，且当时当地没有风速、桥面振动频率和振幅等资料而无法计算。但是，在这种情况下吊车一定会倾覆。

这就是为什么80t吊车吊起塔吊大臂开始没有倾覆，而在塔吊大臂上人员走动，同时25t汽车吊这个在就位过程中发生了倾覆的原因。

（4）吊车在C点的最大抗倾覆力maxF抗：

按吊车司机询问笔录提供，当时吊车工作于31m臂仰角约为55°，根据《起重机设计规范》（GB/T3811-2008）中“8.1起重机整体抗倾覆稳定性” 表51验算：

汽车吊31m臂，仰角55°时，PQ≈10.271t，故，吊车吊臂端部最大抗倾覆力maxF抗：

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

由上“（二）”计算知：

maxF抗=13.3324t

所以，吊车在起吊F1=14.643t时如无附加载荷，虽然已经超载，但是F1小于临界倾覆载荷Pcmax=15.4405t而未傾覆，但是，只要有附加载荷，则倾覆力矩就大于稳定力矩而发生倾覆。所以，吊车倾覆直接原因就是超载作业。

四、事故发生的原因

（1）直接原因

经勘查、调查取证、科学测算，本次事故的直接原因是80t吊车在31m臂，仰角约55°工作状态下，超载起吊导致吊车失衡倾覆坠入江中。

该80t吊车在31m臂，仰角约55°时，允许吊重10.1907t，实际吊重14.643t（静止状态），最大抗倾覆极限吊重13.3324t，已经超载。在无外加振动附加载荷时，吊车在稳定力矩219.5599t·m作用下，吊车未倾覆，但仅仅还有10.55t·m的余量；然而，在桥面振动和塔吊大臂上人员走动产生的附加振动载荷叠加作用下，吊车所吊实际重量>14.643t，∑M倾覆力矩>>∑M稳定力矩，所以造成了吊车倾覆坠入江中，塔吊大臂在重力作用下加速下落，将大臂上作业的4人抛出坠入江中，致使4人死亡，桥面吊车司机1人重伤。

所以，本次事故的直接原因就是超载起吊造成。

（2）间接原因

①根据询问调查，本次拆卸塔吊时，吊车在桥面上，由桥固有弹性和风对桥面的影响、过往车辆对桥面的影响都造成了其有一定的振动幅度，造成重物和吊车自重振动载荷叠加，突破了吊车抗倾覆稳定极限。

②根据塔吊拆卸组提供的拆卸施工方案内容，发现其制定的方案中没有提及有关吊车和塔吊的力学计算，没有选型计算，没有考虑风、过往车辆、桥面弹性振动等因素对吊车作业的影响，人员没有具体分工签字确认和从业资格证。

③根据80t吊车在31m臂，仰角约55°时，载重量达14.643t超过规定10.1907t× 110%吊车安全系统没有报警，证明超载、力矩报警安全控制系统失效，吊车维修保养不到位，带病使用。

④吊车司机在作业过程中擅离岗位，违背了起重机安全操作规程要求。

⑤吊车司机选档不当，在同一幅度下，如果环境空间满足，吊车可以加大臂长、仰角来增大起重量，从而增大稳定力矩，抵消其他附加载荷引起的倾覆力矩，增大稳定性。

⑥指挥管理不当，拆卸塔吊大臂的工序错误，不应该同时拆卸两根斜拉杆，也不应该将斜拉杆还留在大臂上增加吊物重量，增大倾覆力矩。

⑦监理公司没有对施工方案审核，现场吊车作业没有专人对现场进行跟踪监督。

五、事故防范措施

通过这起事故分析，我们因该找到防范这类事故发生的方法、制定相关措施，例如：

1.严格遵守《安全法》及相關法律法规、技术标准。不使用带病的设备，要时刻维修维护设备，不能带病运行；

2.在一些特殊环境进行吊装作业时，首先要将各种不利因素考虑全面，针对每一个体特殊情况计算受力稳定，制定详细的切实可行的方案。

3.作业人员、操作人员必须严格遵守安全操作规程，不得盲目蛮干。

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