王光輝 WANG Guang-hui

（北京首創(chuàng)生態(tài)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司，北京 100032）

1 設(shè)計(jì)背景

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加速，為配合城市建設(shè)、滿足多元化的用水需求，供水管網(wǎng)的遷改、建設(shè)也越來越廣泛。供水管道鋪設(shè)是一種臨時性的地下管溝工程，具有復(fù)雜性和多樣性，其施工過程中的安全問題也時有發(fā)生，如基坑不能完全支護(hù)、基坑不具備放坡條件，地下水充盈無法處理等，這些問題不僅會影響管溝施工的施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，也會對管溝中施工作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大危脅。

2 研究目的

本文旨在探討基坑安全防護(hù)籠的相關(guān)問題，分析市政管網(wǎng)地質(zhì)條件的多樣性，以及在復(fù)雜環(huán)境下現(xiàn)有防護(hù)措施存在的不足，導(dǎo)致基坑出現(xiàn)安全問題的原因，并提出了在特殊條件下補(bǔ)充安全防護(hù)手段的必要性及可行性。

3 管溝基坑防護(hù)的現(xiàn)狀分析

通過對大量文獻(xiàn)的回顧和施工現(xiàn)場分析，主要影響基坑安全的因素有土質(zhì)、基坑形狀、支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下水處理等。其中，土質(zhì)是影響基坑穩(wěn)定性的重要因素，不同的土質(zhì)條件需要采取不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工方法；支護(hù)結(jié)構(gòu)是保障基坑安全的關(guān)鍵措施，需要根據(jù)土質(zhì)條件和基坑形狀選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型和施工方法；供水管道的管溝基坑施工具有其特殊性，主要有施工時間短且戰(zhàn)線長、鋪設(shè)路由審批間距較小、容易受城市基礎(chǔ)建設(shè)限制（如供電、燃?xì)狻⑷蹼姟⑾滤龋⒅苓叢痪邆浞牌聴l件（或無法達(dá)到規(guī)范放坡比）、管溝周邊地下水位較高等。

4 安全防護(hù)籠的設(shè)計(jì)及應(yīng)用場景

4.1 設(shè)計(jì)理念

安全防護(hù)籠的主要作用是在作業(yè)的基坑中形成一個安全防護(hù)區(qū)，從而保護(hù)基坑內(nèi)作業(yè)人員不被外部環(huán)境物理傷害，保障作業(yè)人員的安全。使用安全防護(hù)籠能有效防護(hù)基坑失穩(wěn)坍塌，支護(hù)樁受力傾倒，坑頂物體脫落，以及吊裝過程中出現(xiàn)的繩索斷裂、管道滑落等物理打擊。

4.2 安全防護(hù)籠設(shè)計(jì)要求

①安全防護(hù)籠必須覆蓋作業(yè)人員，并且必須能夠提供足夠的作業(yè)安全空間；②安全防護(hù)籠必須有足夠的強(qiáng)度，以承受自然災(zāi)害和意外沖擊等因素的影響；③安全防護(hù)籠的長度、寬度、高度應(yīng)根據(jù)管徑、作業(yè)方式的具體要求而定；④安全防護(hù)籠材料必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性能，以應(yīng)對惡劣環(huán)境的侵蝕；⑤安全防護(hù)籠材料表面應(yīng)平整、光滑、無銳角和尖角。

4.3 安全防護(hù)籠固定方式

安全防護(hù)籠必須可靠地固定在地面，以避免因護(hù)籠移位、傾倒而導(dǎo)致的安全事故。

4.4 安全防護(hù)籠表面處理

①護(hù)籠表面必須進(jìn)行防銹處理，以增加其使用壽命；②護(hù)籠表面可以進(jìn)行噴漆或烤漆等表面處理，但必須符合國家有關(guān)環(huán)保法規(guī)；③護(hù)籠表面處理必須平整、光滑、無銳角和尖角，以減少誤傷事故的發(fā)生；④安全防護(hù)籠的絕緣處理：因防護(hù)籠使用金屬材料，且金屬材料具有良好的導(dǎo)電性能，建議在表面進(jìn)行防銹處理，涂刷絕緣漆，再用絕緣熱縮套管套接，從而避免因觸電導(dǎo)致的額外風(fēng)險。

4.5 安全防護(hù)籠的應(yīng)用場景

安全防護(hù)籠根據(jù)使用場景和要求不同，可以分為承插式球墨管安全防護(hù)籠，鋼管焊接安全防護(hù)籠。

4.5.1 承插式球墨管安全防護(hù)籠

球墨管施工安全防護(hù)籠是由六根12# 槽鋼組成立柱、六根5#角鋼組成橫向支撐柱、4mm 鋼板為頂端蒙板，?12mm 圓鋼筋格柵制作而成的物理性保護(hù)屏障。

防護(hù)籠尺寸為：長1600mm，寬1300mm，高2500mm（此為DN800 管道施工尺寸，尺寸的大小可根據(jù)安裝管道的大小決定）。材料構(gòu)成有：12#槽鋼，?12mm 圓鋼筋，5#角鋼，4mm 鋼板。如圖1 所示。

圖1 承插式球墨管安全防護(hù)籠結(jié)構(gòu)示意圖

適用環(huán)境：管溝深度達(dá)到2m 或2m 以上的球墨管安裝，管溝不能按規(guī)范規(guī)定要求放坡/支護(hù)到位的，為應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境下的管溝施工，作為安全補(bǔ)充手段使用。工作人員進(jìn)入籠體的安全保護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行球墨管安裝作業(yè)時，防護(hù)籠前后和頂部密封形成一個整體，可有效防止上方墜物和溝槽邊坡塌方，且移動方便，能夠有效應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境下的基坑變化，從而保障作業(yè)人員的人身安全。

4.5.2 鋼管施工安全防護(hù)籠

鋼管施工安全防護(hù)籠是由六根12#槽鋼組成立柱、六根5#角鋼組成橫向支撐柱、中間用12#槽鋼滿焊連接加固，4mm 鋼板為頂端蒙板，?12mm 圓鋼筋格柵制作而成的三面封閉一面敞開的物理性保護(hù)屏障；此防護(hù)籠為兩個一組，需焊接的鋼管兩側(cè)各放置一個，對兩側(cè)焊接人員起到安全防護(hù)作用。

防護(hù)籠尺寸為：長1750mm，寬800mm，高2500mm，材料構(gòu)成有：12#槽鋼，?12mm 圓鋼筋，5#角鋼，4mm 鋼板。如圖2 所示。

圖2 鋼管施工安全防護(hù)籠結(jié)構(gòu)示意圖

適用環(huán)境：管溝深度達(dá)到2m 或2m 以上的鋼管焊接，管溝不能按規(guī)范規(guī)定放坡/支護(hù)到位的，為應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境下的管溝施工，作為安全補(bǔ)充手段使用。工作人員進(jìn)入籠體的物理防護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行鋼管焊接施工時，焊接產(chǎn)生的焊接煙塵通過兩邊鏤空部分排出籠體，減少了焊接煙塵對工作人員的影響，背部和頂部密封可以防止上方墜物和溝槽邊坡塌方問題，能夠有效應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境下的基坑變化，從而保障作業(yè)人員人身財(cái)產(chǎn)安全。

4.6 安全防護(hù)籠的重量及承壓

①安全防護(hù)籠的籠體重量：以DN800 球墨承插防護(hù)籠為例，14a 號槽鋼的基本參數(shù)(單位長度重g、截面模量W)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》g=14kg/m=0.14kg/cm，W=80.5cm3。其中按長1600mm，寬1300mm，高2500mm 計(jì)算，整體防護(hù)籠重量約為：200kg。如表1 所示。

表1 14 號槽鋼基本參數(shù)

②安全防護(hù)籠的承壓參數(shù)，如圖3 所示。

普通槽鋼一般為Q235 型號的碳素鋼，結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力[b]=1400kg/cm2，在國標(biāo)GB/T 706-2016 中，12#槽鋼的規(guī)格為受拉承載力為最大可達(dá)到200 千牛頓（20 噸力），受壓承載力為最大可達(dá)到205.8 千牛頓（20.58 噸力），受彎承載力為最大可達(dá)到400 千牛頓（40 噸力）。如要準(zhǔn)確確定防護(hù)籠的承載能力，還需要綜合考慮尺寸、幾何形狀以及工程中的應(yīng)力分布等因素。經(jīng)初步估算，能夠承載在3m左右深度基坑坍塌形成的壓力。

4.7 吊裝要求

4.7.1 吊裝前的準(zhǔn)備工作

安全防護(hù)籠經(jīng)驗(yàn)收合格后，起重司索工和起重指揮人員必須做好吊裝作業(yè)前的準(zhǔn)備：包括作業(yè)前的技術(shù)準(zhǔn)備，明確和掌握作業(yè)內(nèi)容及作業(yè)安全技術(shù)要求、聽取技術(shù)與安全交底、掌握吊裝防護(hù)籠的吊點(diǎn)位置；認(rèn)真檢查并落實(shí)作業(yè)所需工具、索具的規(guī)格、件數(shù)及完好程度。吊車停放位置地面平整堅(jiān)硬，吊車支腿下面采取墊鋼板和方木的方式增大支點(diǎn)的受力面積，確保起吊作業(yè)過程中吊車的穩(wěn)定，在夜晚作業(yè)時，應(yīng)準(zhǔn)備足夠的照明條件。

4.7.2 吊裝中的人員管理

吊裝作業(yè)中需要進(jìn)行嚴(yán)格的人員管理。施工現(xiàn)場應(yīng)劃分出安全區(qū)域，禁止未經(jīng)授權(quán)的人員進(jìn)入。同時，指定專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場人員的組織和管理，確保現(xiàn)場人員遵循安全操作手冊的規(guī)定，并進(jìn)行必要的安全提醒和培訓(xùn)。

4.7.3 吊裝時必須注意的技術(shù)要素

①吊裝設(shè)備（起重機(jī)）的性能和結(jié)構(gòu)必須符合要求，并通過必要的測試和檢驗(yàn)，禁止使用挖掘機(jī)反鏟吊裝。②吊裝裝置必須與被吊物體的形狀、重心和尺寸相適應(yīng)，吊裝裝置的位置需準(zhǔn)確。③吊裝裝置必須固定可靠，避免裝置滑脫或擦傷。④在吊裝安全防護(hù)籠前，需對安全防護(hù)籠的狀態(tài)進(jìn)行檢查，如檢查是否存在損壞或缺陷，重心是否偏移，是否容易傾覆等。⑤吊裝過程中需要注意吊裝速度，控制吊裝的高度和位置，避免碰撞或沖撞。⑥在吊裝作業(yè)時，人員必須站在安全距離內(nèi)，以免發(fā)生意外。

4.8 防護(hù)籠使用注意事項(xiàng)

①作業(yè)票審批，施工單位應(yīng)在辦理管溝施工作業(yè)票后，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境、開挖管溝的土質(zhì)構(gòu)成、地下水情況，充分考慮補(bǔ)充性防護(hù)措施的必要性，上報(bào)申請使用安全防護(hù)籠，并接受安全防護(hù)籠技術(shù)交底，辦理防護(hù)籠作業(yè)票，簽署完成后方可進(jìn)行使用；②防護(hù)籠吊裝作業(yè)中，人員必須站在安全距離外，待防護(hù)籠放置穩(wěn)固后方可通過爬梯進(jìn)入籠體；③作業(yè)人員在管道吊裝及承插過程中，禁止離開防護(hù)籠的安全防護(hù)區(qū)；④防護(hù)籠作業(yè)期間應(yīng)設(shè)置監(jiān)護(hù)人全程監(jiān)護(hù)基坑穩(wěn)定性；⑤防護(hù)籠通體由鋼材構(gòu)成，具有導(dǎo)電性，為避免觸電事故，在防護(hù)籠作業(yè)過程中，禁止將電線纏繞在防護(hù)籠上；⑥防護(hù)籠作業(yè)中務(wù)必全程穿戴安全防護(hù)物品，如安全帽、五點(diǎn)式安全帶、勞保鞋、勞保手套等；⑦防護(hù)籠臨邊兩側(cè)需采用透氣板或竹籬笆封閉，防止因基坑坍塌導(dǎo)致人員被掩埋；⑧防護(hù)籠作業(yè)的應(yīng)急救援：在防護(hù)籠使用過程中，如遇基坑坍塌，導(dǎo)致防護(hù)籠被填埋，挖掘機(jī)可從隔柵封閉面進(jìn)行疏土施救，切記不可從開放面開挖。

4.9 安全防護(hù)籠的優(yōu)缺點(diǎn)

①安全防護(hù)籠的優(yōu)點(diǎn)：可以對各種復(fù)雜地形的管溝施工起到有效的補(bǔ)充防護(hù)，可以有效避免因臨邊落石、支護(hù)樁坍塌、邊坡失穩(wěn)塌陷、管道吊裝脫落等安全事故的發(fā)生。②安全防護(hù)籠的缺點(diǎn)：整體體積較大，施工過程中移動不便，吊裝頻次增加，導(dǎo)致施工速度變緩，增加觸電風(fēng)險（需另外做絕緣處理），且現(xiàn)在使用的安全防護(hù)籠尺寸往往是為單一管徑設(shè)計(jì)。如（DN800DN1000）等較大管徑，雖針對性強(qiáng)，但通用性較差。

4.10 安全防護(hù)籠的使用案例

繁昌區(qū)峨溪北路（閘口調(diào)節(jié)池—城區(qū)）DN800 給水管道工程項(xiàng)目，區(qū)消防隊(duì)地塊，貫穿長度18m，預(yù)計(jì)開挖深度1.8m-2m，該段管線因地形限制，規(guī)劃批復(fù)路由兩側(cè)及底部分布供電、燃?xì)?、通信以及國防光纜，且下水管道位置不詳，多次探溝均未探明，經(jīng)相關(guān)單位聯(lián)合勘測，下水管道與我司DN800 管道路由接近或重疊，管道深度約5m 以下，現(xiàn)場環(huán)境較為復(fù)雜，因多次開挖，土質(zhì)均為回填土，支護(hù)樁及放坡手段不適用當(dāng)前復(fù)雜地形，經(jīng)現(xiàn)場研判，決定盡量進(jìn)行降坡處理，并使用安全防護(hù)籠進(jìn)行DN800 球墨鑄鐵管安裝，首先吊索工將吊索牢牢固定在防護(hù)籠兩側(cè)的吊耳上，進(jìn)行垂直起吊，將防護(hù)籠固定在管道承口上方，此時DN800 管道承口位于防護(hù)籠中央，為下一步的插口進(jìn)入留下空間，從而在管道的承插口上方形成一個物理防護(hù)屏障，準(zhǔn)備就緒后管溝作業(yè)人員進(jìn)入安全防護(hù)區(qū)，對球墨管承插口進(jìn)行清理刷油作業(yè)，現(xiàn)場安全監(jiān)護(hù)人員全程監(jiān)護(hù)，作業(yè)過程中安全防護(hù)籠穩(wěn)固，基坑穩(wěn)定。作業(yè)人員全程處于安全防護(hù)區(qū)內(nèi)，有效地保障了管溝作業(yè)人員安全。針對此種特殊環(huán)境下的施工作業(yè)，使用安全防護(hù)籠是非常有必要的，防護(hù)籠可以對基坑壁形成有效支護(hù)，可以有效彌補(bǔ)特殊環(huán)境下安全防護(hù)手段的不足，給作業(yè)人員提供全方位的安全防護(hù)。

4.11 未來研究思路及方向

因現(xiàn)行的安全防護(hù)籠體積大，移動不便，后續(xù)將對多種材料的受壓、受拉、受彎的承載力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如玻璃鋼、鋁合金等輕量化材料或絕緣材料，既降低了重量又避免了觸電風(fēng)險?，F(xiàn)行的安全防護(hù)籠均為單一管徑設(shè)計(jì)，通用性差，后續(xù)將考慮研究拼接式防護(hù)籠/便攜式可拉伸防護(hù)籠的可行性，在保障安全強(qiáng)度的前提下，提升防護(hù)籠的通用性、適用性、從而避免基坑安全事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

經(jīng)過對研究數(shù)據(jù)的分析，得出以下結(jié)論：首先，按規(guī)定放坡、支護(hù)是管道基坑防護(hù)的關(guān)鍵要素，安全防護(hù)籠僅作為在特殊情況下不能按規(guī)范要求放坡和支護(hù)到位的補(bǔ)充安全措施；其次，在特殊環(huán)境下采用合理的補(bǔ)充防護(hù)措施能夠有效提高管道基坑作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性；安全防護(hù)籠可作為基坑防護(hù)的重要補(bǔ)充手段，從而最大限度地避免安全風(fēng)險。安全防護(hù)籠研究的限制主要在于樣本數(shù)量和研究時間的限制。此外，由于時間跨度較短，未能對長期防護(hù)效果進(jìn)行深入探討。未來研究將進(jìn)一步拓展樣本范圍，以更全面地評估防護(hù)措施的效果。同時，針對不同地域、不同工程特點(diǎn)展開深入研究，為制定更加適用、可靠的防護(hù)方案提供依據(jù)。