“4.2”国际展览中心城市更新项目 全套管连续入岩钻机事故 技术分析报告
“4.2”国际展览中心城市更新项目
全套管连续入岩钻机事故
技术分析报告
深圳市金鼎安全技术有限公司
2017年5月15日
一、事故经过
2017年4月2日15时10分左右，深圳市国际展览中心城市更新单元基坑支护、土石方工程项目施工工地，一台租用的TR8341全套管连续入岩机（以下简称桩机）在现场进行组装调试，并采用单根绑带捆绑固定钻杆与桩机立柱，防止钻杆摆动。组装调试完毕后，桩机向试桩位移动，桩机前行27.1米时，桩机司机张华明发现地面松软，机架倾斜，立即将桩机回退5.2米，在地面铺垫钢板后继续向试桩位行驶。15时40分左右桩机接近试桩位，桩机4个支腿尚未调整到位时，桩机操作辅助人员松开钻杆与立柱捆绑固定的绑带，此时重约30吨的钻杆向桩机左侧摆动，随后向右侧摆动，当再次向左侧摆回时，摆动幅度变大，钻杆底部超出了履带外缘，钻杆顶部与动力头连接处断裂，瞬间钻杆向桩机左侧甩出，钻杆锤头底部砸到地面，桩机立柱受到钻杆巨大的反作用力，左后侧斜撑被扭弯变形，同时立柱最下端高强螺栓全部断裂，倒向桩机左后方，桩机立杆砸在空压机、冲孔桩机上，斜撑击中未及时撤离的桩机杂工邓友田头部。事故发生后项目部立即启动应急措施并拨打120，伤者经120抢救无效死亡。
2017年4月5日，受福田区安监局委托，我公司组织安全技术专家对该事故现场进行了勘察与调查。
1.事故现场平面位置
金鼎安全技术专家对事故现场进行了实地测量，绘制事故现场平面图，如图-1所示。
图-1 事故现场平面图
2.事故桩机
事故桩机为滦州重工自主研发的全液压连续入岩桩机，桩机型号为TR8341。桩机回转速0-0.6r/min，行走速度0-0.35Km/h，机体重量100T，配重20T，标准立柱长度35.3m，液压系统压力28Mpa。该桩机适合嵌岩钻孔灌注桩、嵌岩根植桩、咬合桩连续墙等多种工法施工。本桩机由深圳市基础工程有限公司租用，桩机出租方为深圳市晟辉机械有限公司（配有桩机操作工：张华明），桩机结构如图-2所示。
图-2 桩机结构图
3.桩机行驶轨迹
桩机从组装作业点，向试桩位置前行27.1米，在接近试桩位时，司机张华明发现桩机产生沉降与倾斜，立即回退5.2米，在松软的地面上铺垫钢板后，继续前行至试桩位置，如图-3所示。
图-3 桩机行驶轨迹图
4.桩机行驶的地面
桩机行驶的地面松软且不平整，第一次向试桩位行驶时地面上未铺设钢板，见图-4所示。
图-4 桩机行驶轨的地面
5.钻杆固定捆绑带
桩机采用单根绑带捆绑固定钻杆与桩机立柱，防止钻杆摆动。桩机到达试桩位置，4个支腿未调整到位时，提前松开钻杆与立柱捆绑固定的绑带，导致钻杆向桩机左侧摆动，产生钟摆效应，捆绑固定绑带如图-5所示。
图-5 捆绑固定绑带
6.钻杆摆幅
桩机钻杆与立柱只有上端动力装置一处连接点，钻杆与立柱下端无固定连接装置，每次作业都是通过人工捆绑固定，增大了钻杆摆动的机率，钻杆摆动增加了立柱的弯矩载荷，如图-6a所示。
国外同类产品钻杆与立柱下端，采用的是刚性固定导向装置如图-6b所示。
(a)事故桩机无刚性固定导向装置固定
(b)同类桩机用刚性固定导向装置固定
图-6 桩机钻杆下端固定装置
7.桩机立柱使用的高强度螺栓连接副
从事故现场收集到的桩机立柱高强度螺栓，未发现锈蚀和裂纹现象，但部分螺栓断裂面不规整，如图-7所示。
图-7 桩机立柱使用的高强度螺栓连接副
8.致害物
桩机倾倒时,桩机立柱的斜撑击中邓友田（男，64岁，湖南人），伤者经120抢救无效死亡，见图-8所示。
图-8 致人死亡的斜支承构件
1.操作工持证情况：桩机司机张华明持有唐山滦州重型工程机械制造有限公司桩机操作培训合格证，经过培训考核合格上岗。
2.专项施工方案：制定了《深圳市国际展览中心城市更新单元基坑支护及土石方工程潜孔锤综合成孔施工专项方案》。
3.操作环境：作业场地为松软且地面不平整，行走路线局部坡度在3°左右，桩机第一次平移时，行走路面未铺垫钢板。桩机在松软且不平整的地面上行驶，在加速、制动过程中产生动载荷作用。
4.钻杆与桩机立柱固定：使用柔性捆绑带捆绑固定。在桩机前、后支腿还没有完全展开接触地面前，钻杆底端与桩机立柱捆绑带已被提前取下，增大了钻杆摆幅。
5.现场指挥：现场作业指挥为深圳市晟辉机械有限公司总经理尚增弟。
6.现场人员：与桩机无关的人员未撤离至安全地点。
7.本桩机由深圳市基础工程有限公司租用，桩机出租方为深圳市晟辉机械有限公司。
三、相关计算
1.整机重心高度（G）计算
重心高度G=c×tanα
式中：c为履带宽度，α为稳定角。（《TR8341全液压连续入岩桩机使用说明书》）中，履带宽度为5570 mm，稳定角为5°）
G =(5570 mm÷2) ×tan 5°
=2785 mm ×0.0875
=2437 mm
2.失稳状态破坏力力臂（L）计算
破坏力力臂L=重心高度×tan β
式中：β为桅杆左右倾斜角，为1.5°（见《TR8341全液压连续入岩桩机使用说明书》5.4.1.3）
L=24.37×tan1.5°
=0.638m。
在桩机前、后支腿尚未调整到位时，解开了钻杆底端与桩机立柱的左侧端头固定捆绑带，导致积聚的能量迅速释放，重约30吨的钻杆向桩机左侧摆动，随后向右侧摆动，产生钟摆效应。当再次向左侧摆回时，钻杆顶部与动力头连接处断裂，瞬间钻杆向桩机左侧甩出，钻杆锤头底部砸到地面上，桩机立柱受到钻杆巨大的反作用力，左后侧斜撑被扭弯变形，同时立柱最下端高强螺栓全部断裂，倒向桩机左后方。
依据1：《TR8341全液压连续入岩桩机使用说明书》第一章第1.4条“运转操作时的注意事项”警告：“不准野蛮操作，尤其是急停、急行、回转；立柱、斜撑的惯性力过大，会造成机械各部的损坏，而且安全必下降，因此绝对禁止。”
依据2：《深圳市国际展览中心城市更新单元基坑支护及土石方工程潜孔锤综合成孔施工专项方案》第4.3.2.2安全操作要点规定：“潜孔锤桩机移位前，采用钢丝绳将钻头固定，防止钻头左右来回晃动碰触造成安全隐患。”
依据3：现场勘察固定捆绑带无断裂痕迹。
1.桩机行走移位的地面松软，安全防护措施不到位。
桩机行走移位的地面未按《TR8341全液压连续入岩桩机使用说明书》的要求采取有效措施确保地基能承受最大比压。桩机第一次在松软且不平整的地面上行驶，司机发现桩机有沉降与倾斜时立即回退，铺垫钢板后继续前行（现场铺垫钢板的厚度为18MM，低于说明书中25MM要求）。在此过程中，由于桩机加速、制动所产生的动载荷作用，导致钻杆晃动，能量积聚。
依据1：《TR8341全液压连续入岩桩机使用说明书》第一章第1.2条“基本注意事项”警告：“本桩架的立柱不允许左右倾斜，否则会引起各部件损坏及整机倾斜的危险。为此，必须要求作业地面水平”；1.3条“一般注意事项”警告：“对于松软地面必须进行改造或垫铺铁质垫板以确保地基能承受最大比压。防止因地面下沉而导致桩架倾倒”；第1.9条“行走时注意事项”警告：“行走时，地面上必须铺设钢板（建议钢板厚度30MM以上）”；第二章第2.2.3.9“安全操作规程”：“3、检查施工地面，必须铺设25MM厚以上的钢板以确地面满足桩机的接地比压要求”；第三章3.5.9条“注意”：“经过路面必须仔细平整，软弱地面要采用垫板保护”。
依据2：《深圳市国际展览中心城市更新单元基坑支护及土石方工程潜孔锤综合成孔施工专项方案》第4.3.2.2安全操作要点规定：“因大型、重型机械及设备较多，现场工作面需进行平整压实，防止机械下陷，甚至发生机械倾覆事故”、“当旋挖桩机、潜孔锤、履带吊等机械行走移位时，施工作业面保持基本平整，设专人现场统一指挥，无关人员撤离现作业现场，避免发生桩机倾倒伤人事故。”
2.现场作业指挥未及时发现隐患，未平整压实松软的地面；第一次行走平移未铺钢板；第二次行走平移时铺设的钢板厚度不满足要求；桩机移动行走区域的无关人员未撤离至安全区域。
依据：现场勘察与调查。
违规作业导致桩机倾覆事故。
1.作业施工前现场工作面需进行平整压实，防止机械下陷，甚至发生机械倾覆事故。
2.机械设备操作人员和指挥人员严格遵守安全操作技术规程，工作时集中精力，谨慎工作，不擅离职守，严禁酒后操作。
3.桩机作业前，检查机械性能，不得在螺栓松动或缺失状态下启动；作业中，保持桩机液压系统处于良好的润滑；施工现场所有设备、设施、安全装置、工具配件以及个人劳动保护用品必须经常检查，保持良好使用状态，确保完好和使用安全。
4.当桩机机械行走移位时，施工作业面保持基本平整，设专人现场统一指挥，无关人员撤离现作业现场，避免发生桩机倾倒伤人事故。
5.桩机潜孔锤就位前，在桩位附近地面铺设钢板，防止因自重过大，发生机械下陷及孔口地面垮塌。已完成的桩孔和临时坑洞，及时回填、压实，防止桩机陷入发生机械倾覆伤人。
6.桩机潜孔锤作业前，检查振动桩锤减振器与连接螺栓的紧固性，不得在螺栓松动或缺件的状态下启动；夹持器与振动器连接处的紧固螺栓不得松动，液压缸根部的接头防护罩应齐全。
7.悬挂振动桩锤的起重机吊钩上设防松脱的保护装置，振动桩锤悬挂钢架的耳环上加装保险钢丝绳；潜孔锤混气罐、雾气罐属高压容器，使用前进行压力测试，确保使用安全可靠。