工程機械歐盟標準鉆機——DINEN791

W.Ensinger

0 引言

巖土工程施工屬于工程機械中特種機械的施工范圍，其中工程鉆機、壓樁機、水平定向鉆機、旋噴樁機、注漿機等統一被稱為大鉆機。

在巖土工程施工中，施工工藝和裝備對于工程機械的要求是在國家法律中的安全規范章節里規定的。“VBG41壓樁機”和“VBG40土工機械”是針對巖土工程施工機械方面的兩個最基本和具有權威性的國家法律條文。

在歐洲統一促進會行業標準框架內，對于設備改裝有嚴格明確的規定，并且要按照歐洲統一指導委員會對機械設備安全性的解釋來操作。機械規范（EWG89/392、91/368、93/44和93/68）包含了對機械設備的基本安全要求，德國設備安全法第九條例對此作出了相關的規定。

歐盟標準化組織的工作，使規范要求更加具體化。針對施工和施工機械的安全性，歐盟標準化組織成立了151技術委員會，它的主要工作是制定如下兩部標準：

——DIN EN 996“壓樁機配置——安全性要求”（WG2）

——DIN EN 791“鉆機——安全性”（WG3）

歐盟標準化組織的所有成員在1995年對編制的成果提交表決結果，大多數的標準草案被采納。按照有關約定的協議，這個標準于1996年上半年在所有的歐盟成員國中得到一致的推廣。

當前的草稿已經作為新的標準被確定下來，并且由相關部門來解釋。完整的標準文本可以通過出版社來訂購。

這篇文章分為2部分，第1部分講述DIN EN 791“鉆機——安全性”，第2部分講述DIN EN 996“壓樁機配置——安全性要求”，對于壓樁機和吊車的要求，同樣也適用于連續墻抓斗和注漿設備，今后這部分內容同樣會在巖土工程施工雜志中公開發表。

1 DINEN791的制定

受歐盟委員會和歐盟自由貿易協會的委托，在1995年制定出“鉆機——安全性”的標準化草案，這個工作組由U.Ritzler（瑞典）先生領導。

依據國際上的表決程序，表決取得了完美的結果，因此這個標準于1996年1月在德國作為DIN EN 791標準公開發表并出版。

2 DIN EN 791“鉆機——安全性”的內容

2.1 適用范圍

這個標準包含了施工和裝備對于鉆機的要求，這種鉆機主要應用于如下施工場所：

——建筑施工；

——水井鉆孔施工；

——巖石破碎；

——礦山施工；

——隧道施工；

這些施工包括了所有的一般鉆孔工藝方式，如沖擊鉆進、回轉鉆進和潛孔鉆進。

如果使用挖機底盤作為鉆機底盤，則這一部分裝備必須符合和滿足相應的、具有特殊要求的標準，例如：DIN EN 474，特別是第五部分“液壓挖機”和第12部分“鋼絲繩起重機”。一般地說，在DINEN791標準中不包含這些特別要求的條款。

如果一個鉆機可以轉換為壓樁機，那么對于這種鉆機的配置應執行DIN EN 996“壓樁機配置——安全性要求”中的相關規定.下面的部分在DINEN791標準中沒有規定：

——在周圍環境易爆炸的情況下使用的補充要求。例如，在煤田礦山施工；

——對于石油和天然氣開采鉆孔的配置要求。

圖1 旋挖鉆機

圖2 搓管機

圖3 錨桿鉆機

圖4 隧道鉆車

圖5 潛孔鉆機

圖6 水平定向鉆機

圖7 水平定向鉆機

2.2 操作危險

在DIN EN 791標準中，論述了各種形式的特別嚴重的危險情況。鉆機在常規使用過程中（具體地講，就是考慮了廠家出廠前列明的工作極限情況下），機械部分容易出現這些危險。在標準中的附錄D和第四章中引入了這類危險情況下的照片，包括在運輸、安裝、拆解和工作過程中，在工作現場的維修、以及整機和部件在廠區的存放等所要考慮的問題。

在這些照片的下方，詳細說明了在設計、制造和使用期間，以及鉆機維修過程中必須注意的安全問題。

另外標準中還指出了在鉆機的設計過程中，不僅要考慮常規的使用情況，而且還要考慮其它現實中的應用情況，如多功能的應用。一般來說，所有機械部分、電氣部分、液壓、氣體和其它機器部件發生的危險，以及在標準中論述的危險，不包含在或只是作為相互參照，包含在DIN EN791標準中。

2.3 安全要求

2.3.1 鉆機及其部件、和它的配置的操作

對于鉆機或者其部件的起吊，必須要清楚鉆機底盤上標明的起吊點；在運輸過程中，上下車之間的旋轉和擺動，必須通過一個有效的機械阻止裝置將其固定鎖緊。

鉆機的部件或裝配件，由于它的外形尺寸或者它的重量過大不能用手來搬動，因此在安裝時必須使用升降機，這時升降機運行的行程限制器必須保證能可靠的使用。

在用機械或液壓來控制的桅桿或鉆孔平臺上，必須使用安全裝置。以便在升降機構出現故障時，該裝置可以自動起作用，防止物體下落。

圖8 底架上的起吊點

圖9 水平定向鉆機部件上的起吊點

2.3.2 操作通道和維護通道

所有的工作范圍，必須便于操作人員進行操作、調整、保養和維修；并且要配備標識，盡可能地保證安全通道暢通。對于這樣的通道系統，在ISO2867“土木機械——通向駕駛員位置和維護保養位置的通道系統”中給出了指導說明。

對于許多工程機械，在運行或維護保養工作中，操作者會在比較高的桅桿或鉆塔上進行工作。在DIN EN 791中，對工作臺和通道的配置作出了規定。

圖10 上車通道上的腳踏板

圖11 帶有防護裝置的爬升梯子

圖12 旋挖鉆機上的載人電梯

（1）工作臺：

通往工作臺的通道必須盡可能地配置一個比較適合的梯子或者樓梯，如果梯子的長度大于3米，操作人員必須攜帶保險器具，并且將保險帶扣在滑道上；每隔9米長的樓梯位置上，要設置一個休息平臺。

（2）正常工作情況下的載人電梯：

很多不同的從事大型工程機械設備制造的企業都提供載人電梯，作為鉆機裝備一體化的一部分，它可以滿足在高處工作的要求；按照施工工藝，通過載人電梯完成定期經常的上、下桅桿，不僅提高了工作中的安全性，還可以提高效率。

在DIN EN 791中，明確地提出了這樣的系統，它的應用，可以減少墜落風險。電梯平臺必須設置在旋轉鉆桿的活動半徑之外，電梯容許的行駛速度被限定在0.5m/s之內,提升鋼絲繩的安全系數最小是10，并且最細為8毫米。卷揚機要配備一個行程開關、一個緊繩器和一個自動防脫落的制動裝置。

（3）為維修、保養服務的可移動平臺

在一些裝配里，上面提到的載人電梯，經常或者有時以平臺的形式安放在鉆機配置的部件上，例如固定在鉆機動力頭的承力結構上，行駛速度限定在0.5m/s，承載系統的安全系數最小是10。

2.3.3 駕駛位置、副駕駛位置、操作位置

（1）視線情況、位置要求

駕駛位置、副駕駛位置、操作位置必須這樣設計和制造：設備操作運行時，駕駛員本人和停留在設備周圍的人沒有危險；這是以鉆機在行駛和工作范圍內駕駛員的良好視野情況為基礎的，必要時可以采用光學儀器的幫助，例如：反光鏡、攝像機、顯示器等，或者采取另外的措施。關于駕駛員所需的位置大小，放腳室等等，請參閱標準DIN EN 23411和ISO 6682，這些標準的說明，也同樣適用于土木機械。

（2）操作位置、駕駛室

鉆機必須配置一個駕駛室，可以保護駕駛員免受噪音、灰塵和惡劣氣候的干擾和傷害。只有在鉆機和工作環境條件不適合使用駕駛室或不可能的情況下，方可考慮放棄配置駕駛室。

根據工作環境條件，駕駛室里應安裝帶有空氣濾清器的通風裝置、暖氣和空調。駕駛室必須具有防噪音（最大85dB（A）——測量條件見標準的附錄A）和防震動功能。原則上應該配置一個與操作者的體重和身材相適應的可調整的座椅，并且帶有一個優化的緩沖器。

如果鉆機在具有翻轉風險的場地工作，那么要設計好司機的操作位置，在這個位置上，司機可以安全操作機器，或者使用遙控器操作。此外，在其它方面，要按照ISO3471-1標準設置一個防翻車的保護系統。

如果在鉆機所處的工作范圍里，駕駛員隨時會被施工場地掉落下來的物體砸傷，那么要配置一個防落物的FOPS系統，以防止司機和鉆機被掉落下來的物體砸傷或砸壞。

在這樣的工作情況下，除了這個危險以外，如果再沒有可選擇的操作位置，按照ISO 3449標準要求，配置FOPS二級是必須的。

打樁機在任何情況下都要按照ISO3449一級標準的要求配置一個保護蓬。根據鉆進工藝，如有可能，也要安裝一個防護裝置，來防止從水平方向旋轉出來的物體的打擊，例如：長螺旋鉆機在使用過程中甩出的泥渣打擊。

圖13 駕駛室

圖14 樁機駕駛室的FOPS-I裝置

2.3.4 控制裝置

除了對主驅動系統的啟動，對于鉆機的停止，也必須有一個控制裝置，以便駕駛員能隨意操作。一個上了鎖的駕駛室等，諸如此類的可以阻止通過點火開關非法起動機器，如果有更多的起動開關，例如對于鉆機不同的運行狀況，則這些開關應具備互鎖功能。

如果遇到停電或在中斷電源后又忽然來電的情況，應保證不會有危險的情況出現。如果要使鉆機重新運轉，那么必須按照開機時的操作進行，鉆機在未受控制的情況下，自動地進入重新運行狀態的情況是禁止的。

控制裝置應該是使鉆機與控制效果相協調一致，各功能手柄要有明確的標牌。在附錄E包含了很多圖示，根據這些統一的標記，使人很容易明白這些控制手柄的功能，附錄中還包括推薦使用的警告標牌和信息標牌的符號。

所有的控制手柄必須在放開后自動回到中性位置（自動回位功能），這個要求只是對于控制一個持續功能的控制手柄而言的，如氣體手柄或者對于要求固定的鉆孔和搓管機的持續工作的手柄。

在ISO 6682標準中包含了關于控制裝置配置的要求（對于操作環境來說，良好的人機工程要求操作手柄的工作半徑是第一位，正常要求的工作半徑是第二位）。如果控制臺是這樣安置的，通過隨機操作就可以消除帶來的危險，那么就必須要安裝一個保護裝置，可以避免意外的發生。

這個安全開關可以放在駕駛室的上車位置處，它可以避免在上下車時無意抓住或衣角掛在操縱桿上等意外的發生，從而使鉆機發生危險的轉動。同時在操作桿的四周還要安裝一個保護框。

圖17 防護框

圖15 錨桿鉆機上的操作臺

圖16 安放在駕駛室進門處的安全開關

2.3.5 急停開關

鉆機上必須安裝急停開關，通過它可以盡可能快的使處于危險運行狀態的鉆機停止。在標準里，也規定了在操作和駕駛位置上要安裝這樣的急停開關。

在按下急停開關后，鉆機必須一直保持在關機狀態，直到手動將急停開關旋起，只有通過平時正常的鉆機起動過程開動鉆機，才能使鉆機繼續運轉。

圖18 水平定向鉆機操作臺上的急停開關

圖19 放在鉆桿旁邊工作范圍之內的拉線安全開關

2.3.6 回轉和給進安全裝置

為防止被旋轉的鉆桿卷進去這樣嚴重的事故發生，主管巖土工程施工的專門委員會，很多年前就已經提出在錨桿鉆機上安裝有效的自動保護裝置的要求。自1987年起德國所有的錨桿鉆機上都陸續安裝了這樣的保護裝置。

從現在起，這種要求在歐洲DIN EN 791標準中作了統一的規定，對于帶給進平臺的鉆機，工作人員有可能被旋轉部分卷進去，造成受傷的危險，所以必須配置一個能快速反應的保護裝置。

這個保護裝置必須位于旋轉鉆桿的附近，放置在人員可以接觸到的地方。在緊急情況下，通過保護裝置，可以立即使鉆桿停止旋轉和給進。當人體或人體的一部分靠近危險區時，這個防護裝置就會有足夠的時間自動起作用。

如果鉆機配置了一個自動換鉆桿操作系統，那么這個補充的保護裝置應放在鉆桿空閑的一面。

在特殊的、易于發生的、位置限定的工作環境里，不要安置這樣在近距離就有反應的保護裝置，例如：在基坑角落里的錨桿鉆孔。在這種情況下，危險區域是封閉的，任何人員的進入都是被禁止的。

2.3.7 穩定性

鉆機必須是這樣設計和制造的，在正常的操作過程中，例如：鉆進、運輸、移位和停放，應有足夠的穩定性，沒有傾翻和翻倒的風險。鉆機的穩定性必須通過計算證明取得。DIN EN 791給出了穩定性計算的說明，并且定義了安全穩定角（關于傾翻的傾翻角）。

（1）計算假設

首先計算整機重量Gt和工作狀態下的鉆機整機重心（Xt、Yt）。對于運動部件（如動力頭、桅桿等），在這里是按照操作手冊上容許的極限位置為計算條件，使鉆機具有最小的穩定性。

由自身重量合成的系統只是計算動態載荷，例如上車的旋轉、風作用力和卷場拉力等在運行時是所產生的力的疊加。按照DIN EN 791的穩定性計算方法，翻轉扭矩的影響作用等同于鉆機的整機重心在水平方向上的移動的影響作用。

鉆機在工作過程中，對于同時產生的不利的載荷合成，按照操作手冊上的規定是容許的，例如：

——桅桿最大伸出量和傾角

——在最上面位置的配備

——支承面的最大傾角

——最不利的傾翻邊的選擇

——由不利方向的風作用力和在標準中給定的風的強度等級

——上車回轉產生的離心力

——由于起吊鉆具而產生的鋼絲繩最大拉力

（2）穩定性的證明

穩定角的定義：是指通過翻轉邊的垂直平面與通過翻轉邊和相應的上面計算過程中虛構的移動了的整機重心所形成的平面之間的夾角。

（3）要求

在鉆機移位工作中，αmin=10°；

在所有其它工況下（例如正常工作情況下），αmin=5°；

（4）接地比壓

在穩定性計算中定義的載荷是計算最大接地比壓的載荷，在操作手冊中，最高的接地比壓是給定的。它的好處在于操作者能夠據此確定，工作場地的地基是否可以安全的承受這個載荷，或者是否需要地基加固處理（例如地基置換、使用枕木等）。

（5）穩定性的監控測量系統

在穩定性計算證明過程中的極限條件，如：鉆機擺放對地面的要求（最大容許的豎向和橫向的傾斜度）和負載力矩都是確定的。這樣對工作場地的限制，和鉆機在鉆進、移位或者停放過程中，可能采取的必要措施，必須按照操作手冊的說明來操作。

必須在操作手旁或者駕駛的位置，通過明確的清晰的警告提示，鉆機使用限制和特別重要的穩定性的相互關系（例如：在移位和鉆孔中容許的承載地面的最大坡度）。

所有的鉆機必須最少配備一個簡單的裝置來調整底盤的水平，這里可以使用水準儀或測傾斜角度的鐘擺來調平。

圖20 水準儀

圖21 測傾斜角度的鐘擺

圖22 在駕駛員視線范圍內的顯示儀表

為了使駕駛員能夠得到和檢查關于鉆機穩定性方面的必要的信息，鉆機上必須安裝有與之相匹配的測量和顯示儀器。

假設影響鉆機穩定性的重要因素可以消除，例如鉆機桅桿的垂直度，那么鉆機桅桿的角度就必須是可調整的，并且在桅桿上要安放一個傾角測量儀（測角儀顯示當前桅桿的位置）。

如果鉆機的一個部件要水平伸出（例如鉆臂），那么操作者必須清楚這個部件所處的位置，或者可以通過一個顯示器，可以查看到這個部件的任何具體位置。

造成鉆機翻倒事故的主要原因，大多是由于鉆機工作負載超過了鉆機允許的最高負載力矩。吊車和挖機在提升作業時，作為標準配置的負載力矩限制器或者超載警報器，也是鉆機操作者需要的有關鉆機穩定性方面的重要信息和數據，直至現在也沒有被普通地應用在鉆機上。

鉆進過程中必不可少的卷場和提升機構，DIN EN 791對它們也進行了標準化規定，它們的運行會影響到鉆機的穩定性，所以必須安裝一個顯示器，顯示當前的提升載荷或者當前的繩子拉力，通過把這個測量值和位于操作者旁邊的提升力指示牌中的相應數據相比較，操作者就能評價剩余的穩定性儲備系數。

2.3.8 制動

自動化的鉆機必須配備一個制動系統，并且保證在所有的常規工作情況下正常運轉。制動系統的設計應該是當構成系統的一個部件或零件脫落時，剎車應自動起作用，使鉆機處于靜止狀態。

配置的基本原則是

——一個運行制動系統；

——一個輔助制動系統（或者第二運行制動系統，例如：履帶行走裝置的制動系統）；

——一個駐車制動系統；

對于制動檢驗，DIN EN 791的附錄C給出了最小的制動力和證明條件。

2.3.9 提升結構、卷揚和鋼絲繩

（1）使用范圍

DIN EN 791對提升機構的描述是：“作為提升使用的卷揚、鋼絲繩和滑輪，是鉆機的一個集成部分，是鉆進過程中不可缺少的工具”，因此這個系統包含鉆具、鉆桿和搓管系統，以及鋼絲繩進給系統的運動，同樣在標準里也規定了對于構成載人電梯和安放在鉆機上的運動平臺的卷揚、鋼絲繩和滑輪的要求。

在DIN EN 791中不涉及除了前面提到的、用于材料和載人升降使用場合的卷揚、鋼絲繩和滑輪，而是在機械規范中規定它們的制造和裝配。

（2）鋼絲繩和繩子連接件

對鉆機上使用的卷揚鋼絲繩進行檢測所采用的安全系數是3，在特殊運行情況下（不經常出現的，或時間上受限制的運行狀態，例如：下放或一定程度上的反復上下工作），這時比較合適的精確的安全系數降低到2.0。

同樣在標準里也包含了對其它繩子、滑輪和滾筒的最低要求。

用螺栓夾緊的鋼絲繩夾具不允許作為鋼絲繩連接件使用，這一點在許多年前德國就已經明文規定了。

（3）卷揚制動

在標準里，運行制動系統和駐車制動系統是兩個不同的系統，這兩個系統中的每一個制動力都必須保持卷揚機最大允許拉力的1.3倍。使用運行制動必須靠一個向下的緩慢的動載荷（剎車力），直至卷揚靜止為止。

駐車制動系統必須自動起作用，要防止停車后自動滑行，如果卷揚的操作手柄放在中位，或者突然停電，那么制動系統必須自動地起作用，從而使卷揚機正在提升的負載處于靜止狀態。

（4）行程開關

鉆機上的卷揚系統必須配備一個行程開關，當卷揚達到限定的地方時就會自動停機。當卷揚提升力小于20KN時，才允許使用一個機械式的限位塊來代替行程開關。

（5）自由落鉤

在不同的鉆孔作業中，自由落鉤的功能是必需的，為了保證安全著落，即自由落鉤是有意識的，受人支配的釋放，則自由落鉤這個功能必須是用開關控制的，只有通過同時操作2個互不依賴的操作桿動作，才能實現自由落鉤。當要求一個新的自由落鉤功能前，兩個操作桿必須首先置于0位。

圖23 限位開關

一般地說，對于其它的鉆進工藝來說，自由落鉤不是必需的功能，對于大多設備，自由落鉤是通過一個轉換機構，將用力向后拉操縱桿，使卷揚運行，作為正常的卷揚運行；根據鉆孔工藝，當需要自由落鉤時，通過操作可以實現自由落鉤；在標準里也指明，允許通過一個鑰匙開關，來實現卷揚工況到自由落鉤工況的轉換。

（6）超載控制和檢查

DIN EN 791標準對于鉆機和鉆進過程中所必需的卷揚和提升機構是沒有超載開關和超載警報器要求的。緊急情況下，用于對當前鋼絲繩的拉力或者負載進行測量和顯示的系統，以及給操作者提供對比的、清晰的、適用的標牌表格在上面已經指明。

2.3.1 0操作系統

（1）概況

對巖土工程施工中出現的事故進行分析得知，直接導致事故發生的重要原因是人與機器共同作用的結果（例如載荷的沖擊、鉆具的更換）。機械規范里要求設備一般來說必須通過技術上的配置，以盡可能地保證安全。

DIN EN 791對機械規范的一般要求如下：鉆機的設計、制造和裝配要盡可能地滿足鉆機在危險區域工作中，不直接用于操作的要求。

在DIN EN 791中，下面的情況是作為異常的事故原因提及的：

——鉆桿或護筒的安防和拆卸；

——鉆桿螺旋連接部分的磨損和斷裂；

——鉆機部件的操縱和控制；

——鉆進過程的監控；

——鉆具的轉換。

不同輔助裝置的存在，可以避免這些危險情況的發生。

如果工作人員要操作一個質量大于25kg的鉆桿，那么鉆機上必須配備一個機械的鉆桿或護筒操作系統。在鉆機上裝配的輔卷揚，如同鉆桿換釬機構，可以放在鉆進平臺的一側或者二側。

如果由于工作條件的限制，不能使用這樣的系統，那么必須用一個機械式的提升機構來代替它，完成鉆桿的提升和下放工作。

（2）鉆桿卸管器

如果鉆桿是用螺紋連接的，那么必須使用一個靠力來驅動的鉆桿卸扣裝置。與此同時對于這些經常的反復性的工作應該避免使用手動工具（扳手、管鉗等）。

與鉆桿連接的夾具和鉆進用的震動錘的組合，可以作為這個鉆桿卸扣系統的一部分。

2.3.1 1對施工和配置方面要求的其它例子

（1）灰塵的抑制

小孔徑鉆孔施工是用壓力空氣作為沖洗介質的，那么鉆機必須配備一個抑制灰塵的裝置。噴水、注射泡沫和在孔口的地方使用集塵器，都能解決這個問題。對于井下作業，建議使用水作為沖洗介質。所有的集塵系統應該在鉆機工作裝置運轉之前，有足夠的行之有效的運轉時間。

（2）照明

鉆機必須配備照明裝置，在工作場地的孔口位置光強最少是100lx；鉆機行駛路上距離鉆機7m遠的地方的光強最少應是10lx。

圖24 鉆桿的操作和放置

圖25 自動換釬裝置

圖26 帶有卸管器、換釬裝置、拉線安全開關和集塵系統的鉆機部件

（3）防火設施

鉆機的制造要盡可能的采用耐火材料，并且在機器上要安裝滅火器，它的規格取決于發動機的功率。

（4）噪音和振動

不論對于操作人員，還是第三者，這兩種危害都要通過合理的設計來達到盡可能降低的目的。噪音和振動的強度主要是通過施工過程，部分是通過機械設計產生的，對于二者產生的干擾如何采取限制，在此機械設計標準中并沒有做詳細說明。附錄A規定的測量方法中，給出了比較實用的、并且可重復使用的測試條件，鉆進施工過程中產生的影響不加以考慮。

（5）報警裝置

在每一個操作位置或駕駛位置旁，必須設置一個聲音報警信號（喇叭）。在鉆機發生傾翻的時候，報警裝置必須自動的發出聲音和光的報警信號。

2.3.1 2用戶者使用信息

制造廠家在操作手冊中，必須告知鉆機的使用者所有的關于鉆機安全運轉、運輸、安裝、拆卸和維修保養方面所必須的知識。

值得特別注意的是，設備的操作者在設備首次使用前要借助于使用手冊的指導，注意機器的安裝方法和所要采取的安全預防措施。

根據維修手冊中的說明，要求在所有工作之前，包括安裝和拆卸，清楚所要注意的準備工作，以及在哪個時間段和針對哪個范圍，對鉆機的某個部位進行檢查、保養或者測試。例如由有經驗的專家，對相關的部件范圍進行檢查。

2.4 總結

在DIN EN 791標準中，規定了歐洲統一的對施工和裝備的要求。通過對這個具體化的標準的介紹，不僅對于這種先進設備的制造者，而且對于使用者來說，也可以了解今天執行的相應規則要求。對于這個新草擬的完美的標準，學術界呼吁，希望能夠在規則的制定方面，提出可參考的建議和激勵。

[1]Dipl.–Ing，W.Ensinger.Tiefbau[S].1996(5).