雙曲線冷卻塔獨立式塔機倒塌事故處理

雙曲線冷卻塔獨立式塔機倒塌事故處理摘要根據現澆雙曲線冷卻塔施工過程中發(fā)生的塔吊倒塌重大工程事故，闡述事故發(fā)生的背景、原因及處理程序和方法。關鍵詞雙曲線冷卻塔；獨立式塔式起重機；工況；事故處理概述重慶市開縣某發(fā)電廠擬建三個相同的雙曲線冷卻塔工程，該冷卻塔淋水面積2000m2,塔高70m,塔中心至環(huán)基距離R=28．306m，池壁半徑R=27．445m，喉部半徑R=14．5，冷卻塔壁厚最小為120mm，屬逆流式自然通風冷卻塔，其筒壁混凝土的強度等級為C30。雙曲線冷卻塔屬變截面變壁厚的薄殼結構，具有筒壁薄、坡度大、直徑大、變截面、變坡度、變直徑、先向內收坡再向外翻坡等特點，給施工帶來諸多不便，如由于筒壁強度和剛度較小，剛性附著困難，因此，垂直運輸問題是其中一個難題。該工程通過招投標，確定了設計單位、施工單位和監(jiān)理單位。雙曲線冷卻塔由于壁厚小而高度大，其垂直運輸問題不易解決，專業(yè)施工隊伍通常采用多孔井架作為運輸機械，據測算，本工程若采用多孔井架需60萬元購置費，本工程施工單位非專業(yè)隊伍，建設地點遠離本部，不可能購置專用井架，因而只能因地制宜，考慮利用現有QTZP4513型塔吊。根據本工程特點，最初采用塔吊附著方案，擬附著3道：即在標高18．00m、38．00m、55．00m處分別附著一道，實際施工過程中，塔吊剛性附著了第一道，當冷卻塔筒壁施工至35m標高位置時，第一道支撐處筒壁混凝土因局部承壓強度不夠而破壞，支撐穿過筒壁，塔身晃動，經過測試，支撐作用在冷卻塔筒壁上的水平力達40kN。顯然，對于薄壁結構的冷卻塔采用剛性附著方案難度相當大。為此，在參照多孔井架工作原理的基礎上提出了獨立式塔式起重機運輸方案，即取消原塔吊的附著裝置，用常規(guī)Ф48×3．5腳手架鋼管及扣件將原單孔塔吊加固成5孔塔吊。于是施工單位委托設計單位進行計算并出具具體施工方案，經過計算，表明：獨立式塔吊原塔身結構強度有裕量，但剛度和整體性很差，而架管部分（即加固部分）則局部強度和穩(wěn)定性不滿足要求。為此，將架管部分結構懸掛起來，使其立柱下端脫離基礎，參見圖2，但未設置纜風繩和水平雙斜桿，且鋼管立桿為：0～20m范圍為雙立桿；62．5～70．0m范圍為雙立桿。此方案批準后開始實施，并完成了1＃冷卻塔的施工。當2冷卻塔筒壁主體施工至65m標高處時，第二天晚上，整個塔吊塔身從5．0m標高支撐處到80．0m標高范圍倒塌，落在空地上，塔身扭曲變形嚴重，經檢查，塔吊完全報廢，腳手架鋼管80%不同程度發(fā)生變形，造成直接經濟損失70萬元，由于場地開闊，所幸無人員傷亡和其他財產損失。1工程事故原因分析發(fā)生倒塌事故后，經調查，該事故屬三級重大事故，建設單位、施工單位和監(jiān)理單位立即召開緊急會議，采取臨時措施，并研究事故原因。1)立即采取有效措施，控制和保護事故現場，并拍攝大量的圖片資料。2)總監(jiān)牽頭，由建設單位、施工單位和監(jiān)理單位共同商議，寫出事故報告想有關主管部門匯報。3)由總監(jiān)牽頭，組織有關專家和人員進行事故調查和分析，從方案的計算和施工操作方面進行檢查。1．1首先對該方案的計算進行復核即對獨立式塔吊結構分析進行計算和復核。經檢查計算書，發(fā)現未考慮非工作狀況。QTZP4513型塔吊額起重力矩為607．5kNm，起重臂長45m，塔身截面尺寸為1．7m×1．7m，節(jié)間距1．25m，其中橫桿和斜腹桿采用∠90×8，弦桿10m以下和以上分別采用∠160×16和∠140×14。獨立式塔吊高80m，架管部分即加固部分高70m，端部最大起重量Q小于等于10．0kN，為了較為全面地研究塔吊獨立的可能性，利用有限元原理將塔吊及加固部分展開，采用空間桁架程序PODST進行計算，計算考慮以下情況：1)工況1塔吊吊臂位置如圖1（a）所示，起重機正常工作狀態(tài)下的計算風壓作用方向垂直吊臂，基本風壓值取250N／m2，不考慮風載高度系數；塔身自重10m以下為5．3kN／m，以上為3．8kN／m，架管沿豎向的自重為1．7kN／m。塔吊所受外力見表1。2)工況2塔吊吊臂位置如圖1（b）所示，起重機工作狀態(tài)下最大計算風載沿吊臂方向作用，基本風壓值取250N／m2，不考慮風載高度系數，塔吊所受外力見表1。3）工況3塔吊吊臂位置仍為圖1（b）所示，起重機為非工作狀況，考慮風載系數，計算風壓值取600N／m2。塔身結構是否考慮風振系數β，目前尚有爭議，因此本文對兩種情況均加以考慮。塔身所受的風荷載見表2，其中工況3（1）、3（2）分別為工況3不考慮和考慮β的情況，在工況3下由于塔身位移較大，因而應當考慮重力的二階效應。表中，Ma、Mb分別為起升平面和回轉平面力矩；Px、Py分別為塔機70m以上部分傳來的x和y方向的集中風載；P為塔機70m以上部分的結構總重；Mn為塔身所受的扭矩；Pwx、Pwy分別為作用于塔身x方向和y方向的線風荷載，架管的線風荷載分別取Pwx和Pwy的一半；Mg為塔身的重力二階效應。圖2塔身加固圖為了與設計單位計算做比較，整個加固方案計算考慮以下情況：(1)第一工況(不加纜風)；(2)第二工況(不加纜風)；(3)第一工況(加纜風)；(4)第三工況(加纜風，不考慮風振系數)；(5)第三工況(加纜風，考慮風振系數)。表2工況3線風荷載計算表單位：N／m圖3塔身剖面圖采用空間桁架程序對塔機進行有限元分析和計算，塔機的剖面如圖3所示。圖中圓圈內數字為塔機展開圖單元序號；節(jié)點處數字為節(jié)點和主肢桿件編號序列號i(i=1,2,......,12)。根據展開圖單元序號和節(jié)點序號將各孔展開并進行節(jié)點和桿件編號，如圖4和圖5所示。計算結果表明，各桿件的內力均滿足要求，表三為各種條件下部分控制應力比及相應的桿件編號。從復核和計算的結果，可以得出以下結論：1)在各工況條件下，塔吊自身桿件的應力比較?。ㄒ话阒挥?．40左右），也就是說，塔吊的承載力有裕量，獨立式塔吊取消了剛性附著裝置而，依靠四孔腳手架能夠保持穩(wěn)定的獨立狀態(tài)；由于支撐條件發(fā)生了變化，塔吊對風荷載的作用較為敏感，就整個獨立式塔吊而言，破壞將首先出現于腳手架鋼管（尤其是57．5～60m范圍內），然后導致塔身內力變化，造成塔吊整體失穩(wěn)而發(fā)生倒塌事故）。2)加固方案實際上由非工況條件控制，為了對塔機（包括塔身和架管）沿豎直方向的位移有直觀了解，選取節(jié)點序列編號1以上各點（包括節(jié)點1至57）和節(jié)點序列編號4以上各點（包括節(jié)點172至228），將這些節(jié)點的位移曲線如圖6所示，其中非工況Ⅲa和非工況Ⅲb分別表示第三工況不考慮風振和第三工況考慮風振系數的情況）。在進行內力分析和計算時，根據塔吊的實際工作情況，設定節(jié)點115、172、229、286的X、Y方向的位移為0。由圖6可以看出：（1）非工況下塔肢位移比工作狀況下為大；（2）塔肢位移大致呈彎曲變形；3)設計單位計算時僅考慮塔吊的工況而未考慮塔吊的非工況條件，導致加固方案有誤，且未設置纜風繩也是錯誤的。1．2對施工操作的檢查事故發(fā)生的前一天，當地天氣預報預報次日將發(fā)生6級大風，按規(guī)定，6級及以上大風條件下塔吊應停止工作，即塔吊應處于非工況條件。而當晚，塔吊操作人員將塔吊處于工作狀態(tài)，按照《建筑機械使用安全技術規(guī)程》（JGJ33－86），塔吊工作后，臂桿應轉到順風方向，并放松回轉制動器，小車及平衡重應移到非工作狀態(tài)位置。如施工單位得知天氣預報后積極采取措施，如加設纜風，塔吊也不至倒塌，因此，塔吊操作不當和措施不力也是導致事故發(fā)生的重要因素。2加固方案分析和計算表明，只要計算條件考慮周全、正確，且構造得當，獨立式塔吊的加固方案是可行的。經過分析和計算，采取以下加固措施：由圖6可知，非工況條件下塔肢的位移最大，其值為115mm，小于允許位移H/250（280mm），按本加固方法的各桿件的穩(wěn)定性和強度均滿足要求。1)為了減少塔身位移，在塔身四肢60m標高處拉一道風纜，纜風繩采用GB1102－72普通結構鋼絲繩，鋼絲7×7，股1＋7，直徑D不小于25．5mm，纜風繩應對稱布置，見圖7，偏角α不得超過15°，纜風繩與地面的夾角不超過45°。在安裝和施工中應隨時監(jiān)測塔頂位移，不得超過允許位移H／250；圖7塔身纜風繩布置圖2)在5m標高處設置鋼管支撐，在塔身五孔內設置水平抗扭支撐；3)標高0～25m之間的腳手架立桿采用雙立桿。4)當考慮風振系數時，獨立式塔機腳手架架管部分局部加固成雙立桿和三立桿，即從50～62．5m標高范圍內采用三立管（或等效截面的鋼管或型鋼），62．5～70．0m采用雙立管，而57．5～70m范圍內的斜桿、水平桿均采用雙立管；5)不考慮風振系數時，獨立式塔機腳手架架管部分局部加固成雙立桿和三立桿，即從57．5～60．0m標高范圍內采用三立管（或等效截面的鋼管或型鋼），60．0～62．5節(jié)間和頂層均采用雙腹管；根據具體情況，本工程加固方案不考慮風振系數。6）塔身60m標高處設置剪刀撐。7)架管荷載由與塔身相連接的水平鋼管承受（間距為1．25m），并傳遞至塔身，從力學和結構上看，類似“層層挑”結構。水平架管與立管通過扣留件連接，節(jié)點的最大荷載為0．30kN，而扣件螺絲擰緊力矩為40～50N.M時，每個扣件的允許負荷為10．4kN＞0．3kN，因此節(jié)點強度滿足要求。由于節(jié)點是十分重要的部位，在施工過程中，必須保證擰緊力矩達到規(guī)定值，并隨時檢查。3結束語上述加固方案能抵抗較大的風荷載，在開縣電廠雙曲線冷卻塔施工中，該塔吊正好處