王光輝 WANG Guang-hui

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

1 設計背景

隨著城市化建設進程的加速，為配合城市建設、滿足多元化的用水需求，供水管網(wǎng)的遷改、建設也越來越廣泛。供水管道鋪設是一種臨時性的地下管溝工程，具有復雜性和多樣性，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、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度和工程質(zhì)量，也會對管溝中施工作業(yè)人員的生命財產(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籠的相關問題，分析市政管網(wǎng)地質(zhì)條件的多樣性，以及在復雜環(huán)境下現(xiàn)有防護措施存在的不足，導致基坑出現(xiàn)安全問題的原因，并提出了在特殊條件下補充安全防護手段的必要性及可行性。

3 管溝基坑防護的現(xiàn)狀分析

通過對大量文獻的回顧和施工現(xiàn)場分析，主要影響基坑安全的因素有土質(zhì)、基坑形狀、支護結(jié)構、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結(jié)構和施工方法；支護結(jié)構是保障基坑安全的關鍵措施，需要根據(jù)土質(zhì)條件和基坑形狀選擇合適的支護結(jié)構類型和施工方法；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、鋪設路由審批間距較小、容易受城市基礎建設限制（如供電、燃氣、弱電、下水等）、周邊不具備放坡條件（或無法達到規(guī)范放坡比）、管溝周邊地下水位較高等。

4 安全防護籠的設計及應用場景

4.1 設計理念

安全防護籠的主要作用是在作業(yè)的基坑中形成一個安全防護區(qū)，從而保護基坑內(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。使用安全防護籠能有效防護基坑失穩(wěn)坍塌，支護樁受力傾倒，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 安全防護籠設計要求

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

4.3 安全防護籠固定方式

安全防護籠必須可靠地固定在地面，以避免因護籠移位、傾倒而導致的安全事故。

4.4 安全防護籠表面處理

①護籠表面必須進行防銹處理，以增加其使用壽命；②護籠表面可以進行噴漆或烤漆等表面處理，但必須符合國家有關環(huán)保法規(guī)；③護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安全防護籠的絕緣處理：因防護籠使用金屬材料，且金屬材料具有良好的導電性能，建議在表面進行防銹處理，涂刷絕緣漆，再用絕緣熱縮套管套接，從而避免因觸電導致的額外風險。

4.5 安全防護籠的應用場景

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

4.5.1 承插式球墨管安全防護籠

球墨管施工安全防護籠是由六根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屏障。

防護籠尺寸為：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籠結(jié)構示意圖

適用環(huán)境：管溝深度達到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/支護到位的，為應對復雜環(huán)境下的管溝施工，作為安全補充手段使用。工作人員進入籠體的安全保護區(qū)內(nèi)進行球墨管安裝作業(yè)時，防護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，能夠有效應對復雜環(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 鋼管施工安全防護籠

鋼管施工安全防護籠是由六根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屏障；此防護籠為兩個一組，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作用。

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

圖2 鋼管施工安全防護籠結(jié)構示意圖

適用環(huán)境：管溝深度達到2m 或2m 以上的鋼管焊接，管溝不能按規(guī)范規(guī)定放坡/支護到位的，為應對復雜環(huán)境下的管溝施工，作為安全補充手段使用。工作人員進入籠體的物理防護區(qū)內(nèi)進行鋼管焊接施工時，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，能夠有效應對復雜環(huán)境下的基坑變化，從而保障作業(yè)人員人身財產(chǎn)安全。

4.6 安全防護籠的重量及承壓

①安全防護籠的籠體重量：以DN800 球墨承插防護籠為例，14a 號槽鋼的基本參數(shù)(單位長度重g、截面模量W)，查閱《機械設計手冊》g=14kg/m=0.14kg/cm，W=80.5cm3。其中按長1600mm，寬1300mm，高2500mm 計算，整體防護籠重量約為：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)構容許應力[b]=1400kg/cm2，在國標GB/T 706-2016 中，12#槽鋼的規(guī)格為受拉承載力為最大可達到200 千牛頓（20 噸力），受壓承載力為最大可達到205.8 千牛頓（20.58 噸力），受彎承載力為最大可達到400 千牛頓（40 噸力）。如要準確確定防護籠的承載能力，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 吊裝前的準備工作

安全防護籠經(jīng)驗收合格后，起重司索工和起重指揮人員必須做好吊裝作業(yè)前的準備：包括作業(yè)前的技術準備，明確和掌握作業(yè)內(nèi)容及作業(yè)安全技術要求、聽取技術與安全交底、掌握吊裝防護籠的吊點位置；認真檢查并落實作業(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硬，吊車支腿下面采取墊鋼板和方木的方式增大支點的受力面積，確保起吊作業(yè)過程中吊車的穩(wěn)定，在夜晚作業(yè)時，應準備足夠的照明條件。

4.7.2 吊裝中的人員管理

吊裝作業(yè)中需要進行嚴格的人員管理。施工現(xiàn)場應劃分出安全區(qū)域，禁止未經(jīng)授權的人員進入。同時，指定專人負責現(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，并進行必要的安全提醒和培訓。

4.7.3 吊裝時必須注意的技術要素

①吊裝設備（起重機）的性能和結(jié)構必須符合要求，并通過必要的測試和檢驗，禁止使用挖掘機反鏟吊裝。②吊裝裝置必須與被吊物體的形狀、重心和尺寸相適應，吊裝裝置的位置需準確。③吊裝裝置必須固定可靠，避免裝置滑脫或擦傷。④在吊裝安全防護籠前，需對安全防護籠的狀態(tài)進行檢查，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 防護籠使用注意事項

①作業(yè)票審批，施工單位應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)構成、地下水情況，充分考慮補充性防護措施的必要性，上報申請使用安全防護籠，并接受安全防護籠技術交底，辦理防護籠作業(yè)票，簽署完成后方可進行使用；②防護籠吊裝作業(yè)中，人員必須站在安全距離外，待防護籠放置穩(wěn)固后方可通過爬梯進入籠體；③作業(yè)人員在管道吊裝及承插過程中，禁止離開防護籠的安全防護區(qū)；④防護籠作業(yè)期間應設置監(jiān)護人全程監(jiān)護基坑穩(wěn)定性；⑤防護籠通體由鋼材構成，具有導電性，為避免觸電事故，在防護籠作業(yè)過程中，禁止將電線纏繞在防護籠上；⑥防護籠作業(yè)中務必全程穿戴安全防護物品，如安全帽、五點式安全帶、勞保鞋、勞保手套等；⑦防護籠臨邊兩側(cè)需采用透氣板或竹籬笆封閉，防止因基坑坍塌導致人員被掩埋；⑧防護籠作業(yè)的應急救援：在防護籠使用過程中，如遇基坑坍塌，導致防護籠被填埋，挖掘機可從隔柵封閉面進行疏土施救，切記不可從開放面開挖。

4.9 安全防護籠的優(yōu)缺點

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

4.10 安全防護籠的使用案例

繁昌區(qū)峨溪北路（閘口調(diào)節(jié)池—城區(qū)）DN800 給水管道工程項目，區(qū)消防隊地塊，貫穿長度18m，預計開挖深度1.8m-2m，該段管線因地形限制，規(guī)劃批復路由兩側(cè)及底部分布供電、燃氣、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)境較為復雜，因多次開挖，土質(zhì)均為回填土，支護樁及放坡手段不適用當前復雜地形，經(jīng)現(xiàn)場研判，決定盡量進行降坡處理，并使用安全防護籠進行DN800 球墨鑄鐵管安裝，首先吊索工將吊索牢牢固定在防護籠兩側(cè)的吊耳上，進行垂直起吊，將防護籠固定在管道承口上方，此時DN800 管道承口位于防護籠中央，為下一步的插口進入留下空間，從而在管道的承插口上方形成一個物理防護屏障，準備就緒后管溝作業(yè)人員進入安全防護區(qū)，對球墨管承插口進行清理刷油作業(yè)，現(xiàn)場安全監(jiān)護人員全程監(jiān)護，作業(yè)過程中安全防護籠穩(wěn)固，基坑穩(wěn)定。作業(yè)人員全程處于安全防護區(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)，使用安全防護籠是非常有必要的，防護籠可以對基坑壁形成有效支護，可以有效彌補特殊環(huán)境下安全防護手段的不足，給作業(yè)人員提供全方位的安全防護。

4.11 未來研究思路及方向

因現(xiàn)行的安全防護籠體積大，移動不便，后續(xù)將對多種材料的受壓、受拉、受彎的承載力進行實驗，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險?，F(xiàn)行的安全防護籠均為單一管徑設計，通用性差，后續(xù)將考慮研究拼接式防護籠/便攜式可拉伸防護籠的可行性，在保障安全強度的前提下，提升防護籠的通用性、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、支護是管道基坑防護的關鍵要素，安全防護籠僅作為在特殊情況下不能按規(guī)范要求放坡和支護到位的補充安全措施；其次，在特殊環(huán)境下采用合理的補充防護措施能夠有效提高管道基坑作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性；安全防護籠可作為基坑防護的重要補充手段，從而最大限度地避免安全風險。安全防護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，未能對長期防護效果進行深入探討。未來研究將進一步拓展樣本范圍，以更全面地評估防護措施的效果。同時，針對不同地域、不同工程特點展開深入研究，為制定更加適用、可靠的防護方案提供依據(jù)。