管道基坑槽钢支护在水环境治理工程中的应用

欧阳祺

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 应用背景

2015年，国务院印发了水污染防治行动计划的通知(国家“水十条”)，明确提出到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内；同年，深圳市治水提质指挥部发布《深圳市治水提质工作计划(2015-2020年)》，提出“三年消除黑涝，五年基本达标，八年让碧水和蓝天共同成为深圳亮丽的城市名片”的基本目标，为建设“蓝天常在、青山常在、绿水常在”的美丽中国而奋斗[1]。

2019年龙岗区龙岗河流域、观澜河流域、深圳河流域消除黑臭及河流水质保障工程(坂田工区一)落实国家“水十条”和《深圳市治水提质工作计划(2015-2020年)》的主要工程项目，该工程位于龙岗区坂田街道，新建管道71km，其中涉及槽钢支护的管道共43.9km。施工项目多面临分布范围广、作业面多、施工点位分散、作业面狭窄、施工干扰大、工期紧等特点，保障工程施工安全、质量、进度，沟槽支护是施工关键[2]。

根据目前各设计单位对管道沟槽支护开挖出具的设计图纸内容显示，当场地狭窄，施工条件受限无法放坡开挖、深度在1.5m

表1 槽钢支护型式

常规设计管道槽钢支护具体布置如图1所示。龙岗区龙岗河流域、观澜河流域、深圳河流域消除黑臭及河流水质保障工程在施工过程中，对常规设计管道槽钢支护断面进行了优化(优化后的管道槽钢支护断面见图2)，总结设计出了一套适用于水环境治理工程管道沟槽支护开挖施工的快速支护装置。管道沟槽快速支护装置的目的是在保证工程质量的前提下，提高施工的便捷性，加快支护速度，同时降低安全风险，保障工程的施工进度，降低资源的投入，节约施工成本。优化思路是在沟槽支护施工前，通过对槽钢进行改造，预先按照设计图纸中横向支撑位置及参数，对槽钢进行开孔，增加围檩的支撑及牵引装置来解决上述支护不及时、不便捷的问题。

图1 常规设计管道槽钢支护断面

图2 优化后管道槽钢支护断面

2 管道基坑槽钢支护优化

2.1 槽钢优化处理

为保障沟槽深度开挖至50cm时，横向[30槽钢围檩能够进行安装、加固，在施工前需对[20a槽钢进行优化。主要采取的方式为在槽钢上进行开孔及焊接Q235钢板梯形角铁(梯形角铁上同样做开孔处理)，梯形角铁上底宽100cm、下底宽250mm、高180mm、厚度为20mm；同时在[20a槽钢上顶部向下15cm处开孔，开孔直径为40cm。竖向[22a槽钢上开孔及焊接梯形角铁的主要目的是为[30横向槽钢安装时梯形角铁能够为横向[30槽钢提供支撑以及后期导链能够保障放置在梯形角铁上的[30槽钢初步固定。

图3 Q235钢板梯形角铁示意

2.2 增加横向槽钢牵引及固定装置

竖向[20a槽钢处理优化完成后，为保障横向[30槽钢固定在梯形角铁上不会因外界干扰(震动、机械设备碰撞)而产生移动、掉落，拟采用导链(G80链条)通过[22a槽钢顶部开孔部位与梯形角铁上孔口相连初步固定[30横向槽钢，导链为横向槽钢安装φ250钢管提供便利(无需人工固定)。槽钢支护、加固断面见图4。

图4 槽钢支护、加固纵断面

2.3 调整[30槽钢安装方向

根据设计图纸要求，明确了横向固定[30槽钢腿部安装方向向外，[30横向槽钢安装方向按图纸方向进行施工时，若在施工中受外界碰撞、机械振动、对向横撑安装吃力不到位等外界因素干扰时，可能造成横向φ250钢管松动、脱落。

针对以上问题，在增加固定及牵引装置外，调整横向围檩[30槽钢腿部安装方向，将原图纸中[30槽钢腿部向外调整为向内，以保证在φ250钢管安装时槽钢腿部同样能够为φ250钢管及可调节丝杠端部提供支撑，保证横向支撑的稳定。可调节丝杠示意见图5。

图5 可调节丝杠结构

3 管道基坑槽钢支护施工工艺

施工准备→槽钢处理优化→槽钢支护(施打)→沟槽开挖→两侧围檩安装→导链牵引、固定→横撑安装及加固。

3.1 施工准备

管道基槽施工时遵循先支后挖的原则，基槽开挖深度在1.5m～3.0m时基槽开挖支护时，竖向槽钢采用[22a槽钢，间距0.4m，设计横撑采用φ250钢管，水平方向间距4.0m，横向槽钢采用[30槽钢。

加固在槽钢支护前，提前在槽钢顶部做开孔处理，槽钢顶部距下部50cm处焊接梯形角铁(角铁纵向间距为2m设置一个)，角铁材质采用Q235钢板，角铁中心也做开孔处理。

3.2 槽钢支护

槽钢施打采用GZB-600型液压振动沉桩机，施打槽钢以一个井段为作业单元，按基槽宽度在地面上施放出槽钢桩中心线，现场采用8t汽车吊吊起槽钢竖直，人工将槽钢扶正对准位置，打桩机工具头夹紧桩端后将槽钢打入土中。

3.3 沟槽开挖

槽钢支护施工完成后在开挖时采用反铲分层垂直开挖，局部反铲无法开挖的部位，人工开挖。在开挖过程中掌握好“分层、分步、对称、均衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层、纵向分段”和“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则[3]。基槽开挖分两层进行，第一层开挖厚度为50cm，安装第一道钢围檩和钢支撑，待支护施工完成后开挖至比基槽底部设计高程高出20cm处，预留20cm保护层采用人工开挖。

3.4 管道支护、加固

待开挖至小于1m深度后，停止开挖进行支护，支护时清理槽钢内侧土体，采用导链穿过三角铁开孔部位，然后将横向槽钢放置在三角角铁顶部，采用导链牵引的方式进行初步固定，然后采用φ250钢管进行对撑固定，钢管一段采用调节丝杠进行调节、加固。

3.5 注意事项

为保证沟槽支护施工时的安全，应注意以下事项：

(1)在开挖时，严格参照设计图纸要求，对管槽开挖的结构尺寸对应的布设支护形式。

(2)遵循“竖向分层、纵向分段”和“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的施工原则[3]。基槽开挖时根据地质情况可分数层进行，每层开挖至底部时应立即进行支撑。

(3)尽量保持桩的垂直并保持桩身在一条直线上。施打工程中要求槽钢、钢板桩垂直，保证其轴线位移不得大于50mm，垂直度不得大于2.5%。

4 技术先进性分析

增加横撑支座及牵引固定装置后，在实际运用过程中较传统方式优势明显、施工更便捷、操作更简单、提质增效效果显著。具体优势如下。

传统支护是在竖向槽钢施工完成后，开挖至50cm后纵向需采用纵向围檩进行加固，基槽支护时均按照人工固定纵向槽钢围檩，左右侧各2人固定[30a槽钢后，另配备2名人员对横撑进行安装固定，外加2～3人进行辅助，基槽支护至少需要9人，深基坑内无法达到快速支护，存在较大的安全风险，且无法保证施工进度。

采用在槽钢上焊接纵向槽钢围檩支座及开孔安装牵引加固装置，在基槽开挖完成后采用螺栓与横撑连接支座进行固定，纵向槽钢围檩吊装时单人指挥吊装至支座部位，安排1人进行固定，两端采用导链与槽钢围檩进行连接固定，另一端吊装固定方式一致，当两侧吊装、固定完成后，中间横撑仅需1～2人即可安装加固，且在施工过程中存在震动而影响对撑丝杠也无法将对撑丝杠震动脱落，在工字钢上开孔及增加导链可多次重复利用，施工更加便捷。

5 结语

通过对传统施工方法进行改进后，能够大幅度地降低安全风险，加强槽钢支护的可靠性，能较好地保护施工作业人员的安全；同时也可减少施工人员的投入，提高施工功效，加快施工进度，节约管理及施工成本。