高速公路施工防護措施研究論文

　　摘要：渝萬(wàn)鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)連續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(shí)際情況針對剛性棚架防護與掛籃兜底防護方案進(jìn)行比選；介紹防護棚架設計尺寸；利用軟件建立實(shí)體模型進(jìn)行穩定性檢算；闡述上跨高速公路施工安全管理要點(diǎn)。計算表明棚架的［10槽鋼、Ⅰ40a工字鋼、Ⅰ28a工字鋼、φ400mm×10mm立柱穩定性均滿(mǎn)足規范要求，方案切實(shí)可行。連續梁采用剛性棚架防護措施，克服了高速公路邊坡陡峭、場(chǎng)地困難、高速公路車(chē)流量大、車(chē)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梁施工提供借鑒。

　　關(guān)鍵詞：上跨；高速公路；連續梁；施工防護；防護棚架；穩定性；掛籃

　　1工程概況

　　渝萬(wàn)鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)新灣雙線(xiàn)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梁。連續梁橋面寬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。連續梁主跨80m跨越滬蓉高速公路，線(xiàn)路中心交叉里程為渝萬(wàn)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(xiàn)公路，交通不能中斷且車(chē)流量大，連續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，連續梁施工安全及對高速公路行車(chē)安全管理的任務(wù)較重。

　　2防護方案比選

　　隨著(zhù)國家鐵路建設的持續推進(jìn)，鐵路跨越高速公路、國道等高等級公路的情況越來(lái)越多，一般設計為上跨高速公路以連續梁的方式通過(guò)，但施工期間存在高空墜物導致對高速行車(chē)的物體打擊等風(fēng)險。目前國內普遍采取的風(fēng)險源控制措施是對高速公路進(jìn)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(jià)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(jìn)行比選，評價(jià)結果見(jiàn)表1。從2者的風(fēng)險等級評價(jià)比較可見(jiàn)，應優(yōu)先選擇剛性棚架防護。

　　3防護棚架結構設計

　　3.1結構形式結合現場(chǎng)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(cháng)尺寸為1m×1m×42m，中央綠化帶基礎采用高×寬×長(cháng)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(cháng)5.09m，每側14根共28根；中央分隔帶單根長(cháng)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(guān)系及設計構造見(jiàn)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(jiàn)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?jiǎn)卧�（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(zhì)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(guò)28根φ400mm×10mm立柱來(lái)支承，支座豎向反力見(jiàn)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定。由于型鋼Ⅰ40a上翼緣與［10槽鋼通過(guò)點(diǎn)焊連接，保證型鋼Ⅰ40a不發(fā)生面外失穩，不需要對其進(jìn)行穩定計算。φ400mm×10mm立柱長(cháng)度為5.09m，取該立柱的計算長(cháng)度系數為μ=1,回轉半徑i=195.1mm，得到最大長(cháng)細比λ=26，查穩定系數表得到ψ=1。根據穩定計算公式，大于立柱的最大軸力Nmax=142.7kN，滿(mǎn)足規范要求。3.2.7檢算結論通過(guò)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(mǎn)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(chē)流量大的特點(diǎn)，防護棚架分2次施工，每次施工臨時(shí)封鎖高速公路的一側車(chē)道，并派專(zhuān)人負責協(xié)助高速公路執法隊維持交通秩序[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(shí)施交通控制，設置施工告示牌，施工控制區域按照警告區、上游過(guò)渡區、緩沖區、施工區、下游過(guò)渡區、終止和解除控制等區域，采用警示柱和錐筒進(jìn)行控制，同時(shí)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(shí)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(chē)安全。通過(guò)以上交通管制措施，合理引導左幅車(chē)流經(jīng)中央分隔帶進(jìn)入右幅道路，車(chē)輛通過(guò)施工段后，再經(jīng)過(guò)中央分隔帶進(jìn)入右幅道路。以下為應急情況緊急處理措施：（1）對于車(chē)輛故障停駛于改道施工路段時(shí)，安全員應敦促司機盡快駛離施工路段，如車(chē)輛確實(shí)無(wú)法行駛應協(xié)助司機擺放警示標志，同時(shí)調整施工路段安全設施擺放并迅速通知高速執法和施救部門(mén)。（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法和施工部門(mén)，并做好車(chē)輛前期疏導工作，高速執法人員和施救部門(mén)趕到后，協(xié)助維護現場(chǎng)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)助高速執法人員和施工部門(mén)清理路障或在其施工路段另一側條件允許的情況下，進(jìn)行車(chē)輛分流行駛，確保交通不出現堵塞。（4）對于諸如大雨、大霧等惡劣天氣出現時(shí)，應中止施工路段作業(yè)，施工人員撤離施工現場(chǎng)，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(shí)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(kāi)始吊裝高速公路左幅防護棚架。吊裝時(shí)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(jìn)行施工，嚴禁吊車(chē)臂伸入高速公路右幅上空進(jìn)行吊裝作業(yè)。高速公路左幅防護棚架施工完畢后，開(kāi)始實(shí)施右幅高速公路的交通管制，開(kāi)放左幅車(chē)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(guò)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。此外現場(chǎng)施工人員須遵守交通規則，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(zhuān)人定期檢查棚架周?chē)�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(shí)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場(chǎng)

　　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(chē)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(shí)的交通管制方法，在此不再贅述。

　　5結束語(yǔ)

　　渝萬(wàn)鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)上跨滬蓉高速公路（48+80+48）m連續梁工程已順利完成，實(shí)現了安全零事故的目標。本連續梁采用剛性棚架防護措施，克服了高速公路邊坡陡峭、場(chǎng)地困難、高速公路車(chē)流量大、車(chē)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梁施工具有一定的應用價(jià)值。

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