高速公路施工防護措施研究論文
摘要：渝萬鐵路客運專線連續(xù)梁上跨滬蓉高速公路施工，交通安全要求高，保通壓力大。依據實際情況針對剛性棚架防護與掛籃兜底防護方案進行比選；介紹防護棚架設計尺寸；利用軟件建立實體模型進行穩(wěn)定性檢算；闡述上跨高速公路施工安全管理要點。計算表明棚架的［10槽鋼、Ⅰ40a工字鋼、Ⅰ28a工字鋼、φ400mm×10mm立柱穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，方案切實可行。連續(xù)梁采用剛性棚架防護措施，克服了高速公路邊坡陡峭、場地困難、高速公路車流量大、車流保通壓力大等困難，達到了工期短、效率高、安全性好的施工成效，對高速鐵路上跨高等級公路連續(xù)梁施工提供借鑒。
關鍵詞：上跨；高速公路；連續(xù)梁；施工防護；防護棚架；穩(wěn)定性；掛籃
1工程概況
渝萬鐵路客運專線新灣雙線大橋在DK98+968.35—DK99+145.65處跨越滬蓉高速公路，設計為（48+80+48）m三跨預應力混凝土連續(xù)梁。連續(xù)梁橋面寬12.2m，底寬6.4m，梁底距高速路面凈高11.4m，采用掛籃懸臂澆筑施工。連續(xù)梁主跨80m跨越滬蓉高速公路，線路中心交叉里程為渝萬鐵路DK99+057、滬蓉高速公路G50K1673+300，斜交夾角40°。滬蓉高速公路為國家干線公路，交通不能中斷且車流量大，連續(xù)梁距離路面凈高較大，高速公路邊坡陡峭，施工作業(yè)環(huán)境困難，連續(xù)梁施工安全及對高速公路行車安全管理的任務較重。
2防護方案比選
隨著國家鐵路建設的持續(xù)推進，鐵路跨越高速公路、國道等高等級公路的情況越來越多，一般設計為上跨高速公路以連續(xù)梁的方式通過，但施工期間存在高空墜物導致對高速行車的物體打擊等風險。目前國內普遍采取的風險源控制措施是對高速公路進行剛性棚架防護或掛籃兜底防護，采用重大危險源辨識方法按照作業(yè)條件危險性評價法：D=LEC[1-3]（式中L為事故發(fā)生的可能性，E為暴露于危險環(huán)境的頻繁程度，C為發(fā)生事故的后果，D為危險值分值）對2種防護形式進行比選，評價結果見表1。從2者的風險等級評價比較可見，應優(yōu)先選擇剛性棚架防護。
3防護棚架結構設計
3.1結構形式結合現(xiàn)場情況，設計的剛性防護棚架結構如下：棚架基礎采用條形基礎，道路兩側高×寬×長尺寸為1m×1m×42m，中央綠化帶基礎采用高×寬×長尺寸為1m×0.6m×57m。立柱采用φ400mm×8mm鋼管按間距3m布設，道路兩側單根長5.09m，每側14根共28根；中央分隔帶單根長4.5m共19根。鋼管立柱之間連接設剪刀撐和橫撐，側面設置斜撐，立柱上設Ⅰ28a工字鋼縱梁，縱梁上設Ⅰ40a工字鋼橫梁，間距3m；橫梁上鋪設［10槽鋼分配梁，間距按1m布設。分配梁上鋪設2cm厚竹膠板，頂面鋪2mm厚鐵皮，防護棚與既有滬蓉高速公路的位置關系及設計構造見圖1、圖2。3.2安全檢算根據設計的棚架結構，建立有限元模型見圖3。3.2.1計算參數［10槽鋼、Ⅰ40a工字鋼、Ⅰ28a工字鋼、鋼管均采用梁單元（鋼材為Q235），鐵皮采用板單元布置，2cm竹膠板（密度為860kg/m3）單位面積荷載為0.172kN/m2，竹膠板均布壓力加載于板單元上，模型考慮自質量及人群荷載，人群荷載取3.5kN/m2。3.2.2［10槽鋼［10槽鋼共15根，橫向間距1m，縱向間距3m，支撐于Ⅰ40a工字鋼上。［10槽鋼的彎曲應力分布見圖4，最大彎曲應力為83MPa，小于鋼材的容許強度215MPa。［10槽鋼的剪應力分布見圖5，可知最大剪應力為5MPa，小于鋼材的抗剪強度容許值125MPa。3.2.3Ⅰ40a工字鋼型鋼Ⅰ40a的彎曲應力和剪應力分布圖見圖6、圖7，最大彎曲應力發(fā)生在跨中位置的上下翼緣，最大應力為133MPa，小于鋼材的容許強度215MPa；剪應力最大發(fā)生在支座（和Ⅰ28a工字鋼接觸處）為17MPa，小于鋼材的抗剪強度容許值125MPa。型鋼Ⅰ40a的最大撓度發(fā)生在跨中位置為1.59cm，小于鋼材的容許撓度2.54cm。3.2.4Ⅰ28a工字鋼型鋼Ⅰ28a的應力分布見圖8，最大彎曲應力發(fā)生在邊跨的上翼緣，最大彎曲應力為94MPa，小于鋼材的容許強度215MPa。3.2.5φ400mm×10mm立柱該棚架通過28根φ400mm×10mm立柱來支承，支座豎向反力見圖9，邊支座的豎向反力為Nmax=142.7kN。構件的應力σ=N/A=28MPa，小于鋼材的允許強度215MPa。3.2.6結構穩(wěn)定性立柱之間連接采用剪刀撐和橫撐，側面設置了橫撐，從而保證立柱的面外穩(wěn)定。由于型鋼Ⅰ40a上翼緣與［10槽鋼通過點焊連接，保證型鋼Ⅰ40a不發(fā)生面外失穩(wěn)，不需要對其進行穩(wěn)定計算。φ400mm×10mm立柱長度為5.09m，取該立柱的計算長度系數為μ=1,回轉半徑i=195.1mm，得到最大長細比λ=26，查穩(wěn)定系數表得到ψ=1。根據穩(wěn)定計算公式，大于立柱的最大軸力Nmax=142.7kN，滿足規(guī)范要求。3.2.7檢算結論通過以上計算，可知該棚架的［10槽鋼、Ⅰ40a工字鋼、Ⅰ28a工字鋼、φ400mm×10mm立柱均滿足要求[4]，結構安全。
4施工安全管理
考慮滬蓉高速交通不能中斷且車流量大的特點，防護棚架分2次施工，每次施工臨時封鎖高速公路的一側車道，并派專人負責協(xié)助高速公路執(zhí)法隊維持交通秩序[5-6]。具體防護棚架搭設施工分為以下步驟。
4.1棚架搭設施工前的交通管制
首先封閉高速路左幅。施工前對K1672+300—K1674+300實施交通控制，設置施工告示牌，施工控制區(qū)域按照警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、施工區(qū)、下游過渡區(qū)、終止和解除控制等區(qū)域，采用警示柱和錐筒進行控制，同時按照施工安全作業(yè)要求設置警告標志、禁令標志、指示標志、施工標志和其他實際需要設置的提示標志牌以疏導道路通行，并增設護欄等隔離設施及夜間警示燈光標志，保證行車安全。通過以上交通管制措施，合理引導左幅車流經中央分隔帶進入右幅道路，車輛通過施工段后，再經過中央分隔帶進入右幅道路。以下為應急情況緊急處理措施：（1）對于車輛故障停駛于改道施工路段時，安全員應敦促司機盡快駛離施工路段，如車輛確實無法行駛應協(xié)助司機擺放警示標志，同時調整施工路段安全設施擺放并迅速通知高速執(zhí)法和施救部門。（2）對于施工路段發(fā)生交通事故，安全員應立即報告高速執(zhí)法和施工部門，并做好車輛前期疏導工作，高速執(zhí)法人員和施救部門趕到后，協(xié)助維護現(xiàn)場交通。（3）對于改道路段因交通事故造成交通中斷，施工單位應協(xié)助高速執(zhí)法人員和施工部門清理路障或在其施工路段另一側條件允許的情況下，進行車輛分流行駛，確保交通不出現(xiàn)堵塞。（4）對于諸如大雨、大霧等惡劣天氣出現(xiàn)時，應中止施工路段作業(yè)，施工人員撤離施工現(xiàn)場，將施工機械和工具撤離至安全地帶，并將道路擴寬確保高速路的暢通。
4.2交通管制下搭設防護棚架
實施交通管制后先在高速公路左幅上行30m處設置限高架，然后開始吊裝高速公路左幅防護棚架。吊裝時應嚴格按照《防護棚架搭設施工交通組織方案》中的吊裝順序進行施工，嚴禁吊車臂伸入高速公路右幅上空進行吊裝作業(yè)。高速公路左幅防護棚架施工完畢后，開始實施右幅高速公路的交通管制，開放左幅車道通行，搭設左幅防護棚架。棚架搭設屬于高空作業(yè)，作業(yè)人員必須嚴格使用安全繩，保證作業(yè)過程的人員安全，防止高空墜落事圖8Ⅰ28a工字鋼應力分布圖圖9立柱反力分布圖研究探討故的發(fā)生。此外現(xiàn)場施工人員須遵守交通規(guī)則，禁止一切橫穿高速公路的行為發(fā)生。
4.3搭設后的安全維護防護棚架搭設
完成后安排專人定期檢查棚架周圍防護欄桿，確保防護欄桿安全可靠，并定期清理防護棚架上的建筑垃圾。清理時禁止直接向下傾倒垃圾，防止物體打擊事故的發(fā)生。
4.4夜間通行安全施工現(xiàn)場
除了有足夠的照明外，在警示牌及減速帶還應涂刷反光漆，并設置安全警示燈。限高架上粘貼反光片以顯示限高架輪廓，保證夜間行車安全。
4.5防護棚架的拆除
防護棚架的拆除同樣采用與安裝時的交通管制方法，在此不再贅述。
5結束語
渝萬鐵路客運專線上跨滬蓉高速公路（48+80+48）m連續(xù)梁工程已順利完成，實現(xiàn)了安全零事故的目標。本連續(xù)梁采用剛性棚架防護措施，克服了高速公路邊坡陡峭、場地困難、高速公路車流量大、車流保通壓力大等困難，達到了工期短、效率高、安全性好的施工成效，在交通安全防護方面的工藝和管理方法均具有參考性，對高速鐵路上跨越高速公路、國道等高等級公路連續(xù)梁施工具有一定的應用價值。
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