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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○四年四月二十五日

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本期主筆:莊均緯
執行編撰:李惠華
文字記者:許素梅

從中捷掉梁事件探討鋼橋之吊裝

陳純森技師

前言

土建工程於開工前均必須擬妥施工計畫,鋼橋亦不例外。施工計畫涉及施工流程與工法,其嚴謹與否除了會影響施工品質與進度時程外,更會影響後續施工之職工安全。從事施工規劃之人員必須將工程之細部完全消化後,再審慎撰寫相關之施工計畫,現場施工者則應確實依計畫內容執行,不應任意改變施工方式,即使趕工亦然。換言之,施工計畫係現場人員按表操課之S.O.P.,並非一種流於形式之文件資料。完整之施工計畫最少應包括工程規模(含鋼結構體尺度、結構型式、跨距及總鋼重等)、進度之計畫與管理、施工場所之配置、施工機具之功能與數量、施工步驟與工法流程、安全與環保之設施、及交通維持與管制措施等。

工地現場之規劃

鋼橋施工屬於預製工法,所有鋼構件都在工廠加工製造,製造時必須考慮三維構造之安裝技術與預拱需求施作假安裝(如照片1)。工地僅負責吊裝與固定,工地之鋼橋構件應如何堆放?工地暫存區的地盤是否穩固?從工廠運送至工地之順序應如何配合?均為工地規劃的重點。工地吊裝用之起重機其吊桿有一定的長度與額定荷重,所堆置的鋼橋構件必須配合吊桿長度與吊鉤之安全荷重,妥適堆置,以免吊裝困難或吊裝時發生危險。

工區狹隘之交通要道(照片2),如中捷事故現場,則應規劃地面凈空,禁止車輛與閒雜人等之通行或進入,必要時應交通改道或於夜間施工,交通主管與指揮單位應配合疏導或妥善協助。

 
照片1 加工廠內之假安裝   照片2 中捷失事之工地位於狹隘市區

吊裝機具之安排

鋼橋吊裝時,最重要之施工機具為移動式起重機(mobile crane),包括桁架式(truss type)與油壓式(hydraulic or telescope)兩種,桁架式起重機俗稱「硬竿」,吊竿的增長或縮短比較費時,必須放置地上以人工換竿調整,故吊竿的調整時間較長,但其優點則吊重比較大。油壓式起重機俗稱「軟竿」,其吊竿之長短伸縮自如,操作比較方便,但缺點則為吊重比較輕。吊車之選用直接影響到施工安全,其規劃十分重要。移動式起重機,除應考慮吊車之吊重能力或負載外,吊桿之安全仰角與揚程高度亦應一併事先評估,避免吊車有「力不從心」現象。所吊裝之鋼梁如果長度較長時,常常造成重心不穩而嚴重變形,妨礙吊裝工作進行,吊鉤必須妥適吊於鋼梁之重心,或於吊鉤與鋼梁間增設扁擔以平衡鋼梁之穩定。

起重機之額定荷重與功能,均應事先申請職安檢查合格之後才能使用。起重機操作手也必須具備合格證照才能操作吊車。機具之零組件、鋼纜繩、潤滑、煞車等配件應檢查是否合格可用,且應定期更換新品。起重機操作時,必須有第三者負責指揮起重工與吊車操作手,不應任憑操作手自行起吊鋼梁,因為現場之死角與盲點甚多,容易發生危險,即使吊車已經煞車,鋼纜所吊掛之鋼箱梁仍會慣性擺動或晃動,容易發生危險與傷害。吊桿末端之吊鉤,於鋼梁到達定位後,必須鬆脫時,應盡量選用遙控脫鉤之設備,減少人為解鉤之風險。

鋼橋吊裝之工法

鋼橋之吊裝工法包括「支撐式」(staging)與「無撐式」(no-staging)工法。分述如下。

1.支撐工法

支撐工法又稱為「無荷重」(no load)工法。吊裝前必須在橋墩或橋台之間先架設臨時性之支撐架,再用起重機將預製妥當之主梁吊放至定位,如圖1。於主梁安裝穩定後始吊裝橫梁,最後再安裝其他附屬設施。支撐之強度應由專業技師負責設計,現場之架設作業則必須與設計圖說之規定完全一致,方不致造成意外。照片3為嚴謹之支撐架設範例,照片4為全區架設臨時支撐。

1 支撐吊裝工法

 
照片3 嚴謹之支撐架設   照片4 全區支撐工法

當鋼梁吊裝定位後,其假固定措施必須檢查是否確實施作穩定(如照片5),始能鬆脫吊鉤繼續後續之吊裝工作(如照片6)。鋼橋與支撐間若尚未固定妥當時(如照片7),吊鉤不得隨意鬆脫,現場有效之指揮系統十分重要。鋼梁兩側之支撐腳架也必須設置牢靠,以便工作人員從事橋面之作業,最外緣則必須安置臨時性圍欄,且鋼橋之下方應設置安全網,以防止摔落之意外(詳照片8)

 
照片吊裝之假固定檢查   照片6 吊鉤鋼纜之鬆脫時機
     
 
照片7 鋼梁與支撐尚未固定   照片8 橋梁下方須舖設安全網

於曲線鋼橋,鋼梁之吊放容易造成偏心扭轉,如圖2,假定鋼梁之直線長度40m,鋼梁之翼板面寬2m,鋼梁自重200t,則鋼梁單位長度之單位重約為5t/m,假設鋼梁平面呈拋物線之曲線,拋物線頂點之偏心1.5m,則估計偏心所造成之總扭力如下。

2 曲線箱型鋼梁之偏心扭力

曲線橋各支承端於吊裝後,假固定措施每端必須承擔100t-m之扭力,否則鋼梁將呈現不穩定狀態甚至倒塌。如果鋼梁之曲率太大,扭力難以控制時,則必須全面設置中間支撐以求穩定(如照片9)。於鋼橋安裝妥當後,再將支撐妥善拆除(詳照片10)

 
照片9 全面舖設支撐    照片10 支撐妥善拆除

 

2.無支撐工法

於市區內之鋼橋工程,由於交通繁忙,或於河道鋼橋工程,由於河床較深,常常採用無支撐工法。用吊車直接將主梁吊放於橋台或橋墩位置,如照片11與照片12所示。無支撐工法固然可節省許多空間與時間,但因構材較長且重量亦較重,須特別規劃有效之工安措施,以防止可能之意外。

 
照片11 陸橋無支撐工法   照片12 長跨無支撐工法之二

 

安全護具

鋼橋之吊裝為高空作業,危險性甚高。現場之工作人員從頭到腳均應佩帶安全護具,安全帽應比照鋼盔採用圓順之帽殼,以防高空零件或工具掉落貫穿帽殼,安全帽佩帶時應隨時妥善扣住,避免鬆脫。在高空作業時,腰帶之安全母索應隨時鉤穩鋼骨吊環或扣件,以防風吹、地震或不慎滑溜。工作鞋之鞋帶應繫入鞋子內部,且褲管末端最好綁腿或將褲管繫入鞋襪,以免高空行走時鉤到釘子而發生意外。

結語

鋼橋在工地吊裝時,幾乎都是靜定狀態,並無保留之贅餘度供作第二道防線,一旦靜定狀態失衡,就成為不穩定狀態,吊裝之風險甚高,其施工計畫除敘述施工步驟與流程外,涉及結構穩定之力學評估,亦應具備結構專業之分析與規劃,現場施作人員更應謹慎依計畫S.O.P.,確實施作與檢查,以免發生危險。

參考文獻

1.陳純森(2012)。鋼結構工程實務(第四版)。科技圖書。

2.陳純森(2013)。地主任訓練班講義-鋼構篇。內政部。

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