芜湖首创积极探索管沟施工安全防护新举措——暨管沟施工安全防护笼的应用探讨

王光辉 WANG Guang-hui

（北京首创生态环保集团股份有限公司，北京 100032）

1 设计背景

随着城市化建设进程的加速，为配合城市建设、满足多元化的用水需求，供水管网的迁改、建设也越来越广泛。供水管道铺设是一种临时性的地下管沟工程，具有复杂性和多样性，其施工过程中的安全问题也时有发生，如基坑不能完全支护、基坑不具备放坡条件，地下水充盈无法处理等，这些问题不仅会影响管沟施工的施工进度和工程质量，也会对管沟中施工作业人员的生命财产安全造成极大危胁。

2 研究目的

本文旨在探讨基坑安全防护笼的相关问题，分析市政管网地质条件的多样性，以及在复杂环境下现有防护措施存在的不足，导致基坑出现安全问题的原因，并提出了在特殊条件下补充安全防护手段的必要性及可行性。

3 管沟基坑防护的现状分析

通过对大量文献的回顾和施工现场分析，主要影响基坑安全的因素有土质、基坑形状、支护结构、地下水处理等。其中，土质是影响基坑稳定性的重要因素，不同的土质条件需要采取不同的支护结构和施工方法；支护结构是保障基坑安全的关键措施，需要根据土质条件和基坑形状选择合适的支护结构类型和施工方法；供水管道的管沟基坑施工具有其特殊性，主要有施工时间短且战线长、铺设路由审批间距较小、容易受城市基础建设限制（如供电、燃气、弱电、下水等）、周边不具备放坡条件（或无法达到规范放坡比）、管沟周边地下水位较高等。

4 安全防护笼的设计及应用场景

4.1 设计理念

安全防护笼的主要作用是在作业的基坑中形成一个安全防护区，从而保护基坑内作业人员不被外部环境物理伤害，保障作业人员的安全。使用安全防护笼能有效防护基坑失稳坍塌，支护桩受力倾倒，坑顶物体脱落，以及吊装过程中出现的绳索断裂、管道滑落等物理打击。

4.2 安全防护笼设计要求

①安全防护笼必须覆盖作业人员，并且必须能够提供足够的作业安全空间；②安全防护笼必须有足够的强度，以承受自然灾害和意外冲击等因素的影响；③安全防护笼的长度、宽度、高度应根据管径、作业方式的具体要求而定；④安全防护笼材料必须符合国家标准，且应具有足够的强度和耐腐蚀性能，以应对恶劣环境的侵蚀；⑤安全防护笼材料表面应平整、光滑、无锐角和尖角。

4.3 安全防护笼固定方式

安全防护笼必须可靠地固定在地面，以避免因护笼移位、倾倒而导致的安全事故。

4.4 安全防护笼表面处理

①护笼表面必须进行防锈处理，以增加其使用寿命；②护笼表面可以进行喷漆或烤漆等表面处理，但必须符合国家有关环保法规；③护笼表面处理必须平整、光滑、无锐角和尖角，以减少误伤事故的发生；④安全防护笼的绝缘处理：因防护笼使用金属材料，且金属材料具有良好的导电性能，建议在表面进行防锈处理，涂刷绝缘漆，再用绝缘热缩套管套接，从而避免因触电导致的额外风险。

4.5 安全防护笼的应用场景

安全防护笼根据使用场景和要求不同，可以分为承插式球墨管安全防护笼，钢管焊接安全防护笼。

4.5.1 承插式球墨管安全防护笼

球墨管施工安全防护笼是由六根12# 槽钢组成立柱、六根5#角钢组成横向支撑柱、4mm 钢板为顶端蒙板，ϕ12mm 圆钢筋格栅制作而成的物理性保护屏障。

防护笼尺寸为：长1600mm，宽1300mm，高2500mm（此为DN800 管道施工尺寸，尺寸的大小可根据安装管道的大小决定）。材料构成有：12#槽钢，ϕ12mm 圆钢筋，5#角钢，4mm 钢板。如图1 所示。

图1 承插式球墨管安全防护笼结构示意图

适用环境：管沟深度达到2m 或2m 以上的球墨管安装，管沟不能按规范规定要求放坡/支护到位的，为应对复杂环境下的管沟施工，作为安全补充手段使用。工作人员进入笼体的安全保护区内进行球墨管安装作业时，防护笼前后和顶部密封形成一个整体，可有效防止上方坠物和沟槽边坡塌方，且移动方便，能够有效应对复杂环境下的基坑变化，从而保障作业人员的人身安全。

4.5.2 钢管施工安全防护笼

钢管施工安全防护笼是由六根12#槽钢组成立柱、六根5#角钢组成横向支撑柱、中间用12#槽钢满焊连接加固，4mm 钢板为顶端蒙板，ϕ12mm 圆钢筋格栅制作而成的三面封闭一面敞开的物理性保护屏障；此防护笼为两个一组，需焊接的钢管两侧各放置一个，对两侧焊接人员起到安全防护作用。

防护笼尺寸为：长1750mm，宽800mm，高2500mm，材料构成有：12#槽钢，ϕ12mm 圆钢筋，5#角钢，4mm 钢板。如图2 所示。

图2 钢管施工安全防护笼结构示意图

适用环境：管沟深度达到2m 或2m 以上的钢管焊接，管沟不能按规范规定放坡/支护到位的，为应对复杂环境下的管沟施工，作为安全补充手段使用。工作人员进入笼体的物理防护区内进行钢管焊接施工时，焊接产生的焊接烟尘通过两边镂空部分排出笼体，减少了焊接烟尘对工作人员的影响，背部和顶部密封可以防止上方坠物和沟槽边坡塌方问题，能够有效应对复杂环境下的基坑变化，从而保障作业人员人身财产安全。

4.6 安全防护笼的重量及承压

①安全防护笼的笼体重量：以DN800 球墨承插防护笼为例，14a 号槽钢的基本参数(单位长度重g、截面模量W)，查阅《机械设计手册》g=14kg/m=0.14kg/cm，W=80.5cm3。其中按长1600mm，宽1300mm，高2500mm 计算，整体防护笼重量约为：200kg。如表1 所示。

表1 14 号槽钢基本参数

②安全防护笼的承压参数，如图3 所示。

普通槽钢一般为Q235 型号的碳素钢，结构容许应力[b]=1400kg/cm2，在国标GB/T 706-2016 中，12#槽钢的规格为受拉承载力为最大可达到200 千牛顿（20 吨力），受压承载力为最大可达到205.8 千牛顿（20.58 吨力），受弯承载力为最大可达到400 千牛顿（40 吨力）。如要准确确定防护笼的承载能力，还需要综合考虑尺寸、几何形状以及工程中的应力分布等因素。经初步估算，能够承载在3m左右深度基坑坍塌形成的压力。

4.7 吊装要求

4.7.1 吊装前的准备工作

安全防护笼经验收合格后，起重司索工和起重指挥人员必须做好吊装作业前的准备：包括作业前的技术准备，明确和掌握作业内容及作业安全技术要求、听取技术与安全交底、掌握吊装防护笼的吊点位置；认真检查并落实作业所需工具、索具的规格、件数及完好程度。吊车停放位置地面平整坚硬，吊车支腿下面采取垫钢板和方木的方式增大支点的受力面积，确保起吊作业过程中吊车的稳定，在夜晚作业时，应准备足够的照明条件。

4.7.2 吊装中的人员管理

吊装作业中需要进行严格的人员管理。施工现场应划分出安全区域，禁止未经授权的人员进入。同时，指定专人负责现场人员的组织和管理，确保现场人员遵循安全操作手册的规定，并进行必要的安全提醒和培训。

4.7.3 吊装时必须注意的技术要素

①吊装设备（起重机）的性能和结构必须符合要求，并通过必要的测试和检验，禁止使用挖掘机反铲吊装。②吊装装置必须与被吊物体的形状、重心和尺寸相适应，吊装装置的位置需准确。③吊装装置必须固定可靠，避免装置滑脱或擦伤。④在吊装安全防护笼前，需对安全防护笼的状态进行检查，如检查是否存在损坏或缺陷，重心是否偏移，是否容易倾覆等。⑤吊装过程中需要注意吊装速度，控制吊装的高度和位置，避免碰撞或冲撞。⑥在吊装作业时，人员必须站在安全距离内，以免发生意外。

4.8 防护笼使用注意事项

①作业票审批，施工单位应在办理管沟施工作业票后，根据现场环境、开挖管沟的土质构成、地下水情况，充分考虑补充性防护措施的必要性，上报申请使用安全防护笼，并接受安全防护笼技术交底，办理防护笼作业票，签署完成后方可进行使用；②防护笼吊装作业中，人员必须站在安全距离外，待防护笼放置稳固后方可通过爬梯进入笼体；③作业人员在管道吊装及承插过程中，禁止离开防护笼的安全防护区；④防护笼作业期间应设置监护人全程监护基坑稳定性；⑤防护笼通体由钢材构成，具有导电性，为避免触电事故，在防护笼作业过程中，禁止将电线缠绕在防护笼上；⑥防护笼作业中务必全程穿戴安全防护物品，如安全帽、五点式安全带、劳保鞋、劳保手套等；⑦防护笼临边两侧需采用透气板或竹篱笆封闭，防止因基坑坍塌导致人员被掩埋；⑧防护笼作业的应急救援：在防护笼使用过程中，如遇基坑坍塌，导致防护笼被填埋，挖掘机可从隔栅封闭面进行疏土施救，切记不可从开放面开挖。

4.9 安全防护笼的优缺点

①安全防护笼的优点：可以对各种复杂地形的管沟施工起到有效的补充防护，可以有效避免因临边落石、支护桩坍塌、边坡失稳塌陷、管道吊装脱落等安全事故的发生。②安全防护笼的缺点：整体体积较大，施工过程中移动不便，吊装频次增加，导致施工速度变缓，增加触电风险（需另外做绝缘处理），且现在使用的安全防护笼尺寸往往是为单一管径设计。如（DN800DN1000）等较大管径，虽针对性强，但通用性较差。

4.10 安全防护笼的使用案例

繁昌区峨溪北路（闸口调节池—城区）DN800 给水管道工程项目，区消防队地块，贯穿长度18m，预计开挖深度1.8m-2m，该段管线因地形限制，规划批复路由两侧及底部分布供电、燃气、通信以及国防光缆，且下水管道位置不详，多次探沟均未探明，经相关单位联合勘测，下水管道与我司DN800 管道路由接近或重叠，管道深度约5m 以下，现场环境较为复杂，因多次开挖，土质均为回填土，支护桩及放坡手段不适用当前复杂地形，经现场研判，决定尽量进行降坡处理，并使用安全防护笼进行DN800 球墨铸铁管安装，首先吊索工将吊索牢牢固定在防护笼两侧的吊耳上，进行垂直起吊，将防护笼固定在管道承口上方，此时DN800 管道承口位于防护笼中央，为下一步的插口进入留下空间，从而在管道的承插口上方形成一个物理防护屏障，准备就绪后管沟作业人员进入安全防护区，对球墨管承插口进行清理刷油作业，现场安全监护人员全程监护，作业过程中安全防护笼稳固，基坑稳定。作业人员全程处于安全防护区内，有效地保障了管沟作业人员安全。针对此种特殊环境下的施工作业，使用安全防护笼是非常有必要的，防护笼可以对基坑壁形成有效支护，可以有效弥补特殊环境下安全防护手段的不足，给作业人员提供全方位的安全防护。

4.11 未来研究思路及方向

因现行的安全防护笼体积大，移动不便，后续将对多种材料的受压、受拉、受弯的承载力进行实验，如玻璃钢、铝合金等轻量化材料或绝缘材料，既降低了重量又避免了触电风险。现行的安全防护笼均为单一管径设计，通用性差，后续将考虑研究拼接式防护笼/便携式可拉伸防护笼的可行性，在保障安全强度的前提下，提升防护笼的通用性、适用性、从而避免基坑安全事故的发生。

5 结论

经过对研究数据的分析，得出以下结论：首先，按规定放坡、支护是管道基坑防护的关键要素，安全防护笼仅作为在特殊情况下不能按规范要求放坡和支护到位的补充安全措施；其次，在特殊环境下采用合理的补充防护措施能够有效提高管道基坑作业的安全性和稳定性；安全防护笼可作为基坑防护的重要补充手段，从而最大限度地避免安全风险。安全防护笼研究的限制主要在于样本数量和研究时间的限制。此外，由于时间跨度较短，未能对长期防护效果进行深入探讨。未来研究将进一步拓展样本范围，以更全面地评估防护措施的效果。同时，针对不同地域、不同工程特点展开深入研究，为制定更加适用、可靠的防护方案提供依据。