高速公路施工防護(hù)措施研究論文

高速公路施工防護(hù)措施研究論文

　　摘要：渝萬鐵路客運(yùn)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(jù)實(shí)際情況針對(duì)剛性棚架防護(hù)與掛籃兜底防護(hù)方案進(jìn)行比選；介紹防護(hù)棚架設(shè)計(jì)尺寸；利用軟件建立實(shí)體模型進(jìn)行穩(wěn)定性檢算；闡述上跨高速公路施工安全管理要點(diǎn)。計(jì)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(shí)可行。連續(xù)梁采用剛性棚架防護(hù)措施，克服了高速公路邊坡陡峭、場(chǎng)地困難、高速公路車流量大、車流保通壓力大等困難，達(dá)到了工期短、效率高、安全性好的施工成效，對(duì)高速鐵路上跨高等級(jí)公路連續(xù)梁施工提供借鑒。

　　關(guān)鍵詞：上跨；高速公路；連續(xù)梁；施工防護(hù)；防護(hù)棚架；穩(wěn)定性；掛籃

　　1工程概況

　　渝萬鐵路客運(yùn)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(shè)計(jì)為（48+80+48）m三跨預(yù)應(yīng)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(duì)高速公路行車安全管理的任務(wù)較重。

　　2防護(hù)方案比選

　　隨著國家鐵路建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，鐵路跨越高速公路、國道等高等級(jí)公路的情況越來越多，一般設(shè)計(jì)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(dǎo)致對(duì)高速行車的物體打擊等風(fēng)險(xiǎn)。目前國內(nèi)普遍采取的風(fēng)險(xiǎn)源控制措施是對(duì)高速公路進(jìn)行剛性棚架防護(hù)或掛籃兜底防護(hù)，采用重大危險(xiǎn)源辨識(shí)方法按照作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)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(xiǎn)環(huán)境的頻繁程度，C為發(fā)生事故的后果，D為危險(xiǎn)值分值）對(duì)2種防護(hù)形式進(jìn)行比選，評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。從2者的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)比較可見，應(yīng)優(yōu)先選擇剛性棚架防護(hù)。

　　3防護(hù)棚架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　3.1結(jié)構(gòu)形式結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)的剛性防護(hù)棚架結(jié)構(gòu)如下：棚架基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，道路兩側(cè)高×寬×長尺寸為1m×1m×42m，中央綠化帶基礎(chǔ)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(shè)，道路兩側(cè)單根長5.09m，每側(cè)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(shè)剪刀撐和橫撐，側(cè)面設(shè)置斜撐，立柱上設(shè)Ⅰ28a工字鋼縱梁，縱梁上設(shè)Ⅰ40a工字鋼橫梁，間距3m；橫梁上鋪設(shè)［10槽鋼分配梁，間距按1m布設(shè)。分配梁上鋪設(shè)2cm厚竹膠板，頂面鋪2mm厚鐵皮，防護(hù)棚與既有滬蓉高速公路的位置關(guān)系及設(shè)計(jì)構(gòu)造見圖1、圖2。3.2安全檢算根據(jù)設(shè)計(jì)的棚架結(jié)構(gòu)，建立有限元模型見圖3。3.2.1計(jì)算參數(shù)［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?jí)毫�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(yīng)力分布見圖4，最大彎曲應(yīng)力為83MPa，小于鋼材的容許強(qiáng)度215MPa。［10槽鋼的剪應(yīng)力分布見圖5，可知最大剪應(yīng)力為5MPa，小于鋼材的抗剪強(qiáng)度容許值125MPa。3.2.3Ⅰ40a工字鋼型鋼Ⅰ40a的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力分布圖見圖6、圖7，最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在跨中位置的上下翼緣，最大應(yīng)力為133MPa，小于鋼材的容許強(qiáng)度215MPa；剪應(yīng)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(qiáng)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(yīng)力分布見圖8，最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在邊跨的上翼緣，最大彎曲應(yīng)力為94MPa，小于鋼材的容許強(qiáng)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(gòu)件的應(yīng)力σ=N/A=28MPa，小于鋼材的允許強(qiáng)度215MPa。3.2.6結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性立柱之間連接采用剪刀撐和橫撐，側(cè)面設(shè)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(diǎn)焊連接，保證型鋼Ⅰ40a不發(fā)生面外失穩(wěn)，不需要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。φ400mm×10mm立柱長度為5.09m，取該立柱的計(jì)算長度系數(shù)為μ=1,回轉(zhuǎn)半徑i=195.1mm，得到最大長細(xì)比λ=26，查穩(wěn)定系數(shù)表得到ψ=1。根據(jù)穩(wěn)定計(jì)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(jié)論通過以上計(jì)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(jié)構(gòu)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(diǎn)，防護(hù)棚架分2次施工，每次施工臨時(shí)封鎖高速公路的一側(cè)車道，并派專人負(fù)責(zé)協(xié)助高速公路執(zhí)法隊(duì)維持交通秩序[5-6]。具體防護(hù)棚架搭設(shè)施工分為以下步驟。

　　4.1棚架搭設(shè)施工前的交通管制

　　首先封閉高速路左幅。施工前對(duì)K1672+300—K1674+300實(shí)施交通控制，設(shè)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(jìn)行控制，同時(shí)按照施工安全作業(yè)要求設(shè)置警告標(biāo)志、禁令標(biāo)志、指示標(biāo)志、施工標(biāo)志和其他實(shí)際需要設(shè)置的提示標(biāo)志牌以疏導(dǎo)道路通行，并增設(shè)護(hù)欄等隔離設(shè)施及夜間警示燈光標(biāo)志，保證行車安全。通過以上交通管制措施，合理引導(dǎo)左幅車流經(jīng)中央分隔帶進(jìn)入右幅道路，車輛通過施工段后，再經(jīng)過中央分隔帶進(jìn)入右幅道路。以下為應(yīng)急情況緊急處理措施：（1）對(duì)于車輛故障停駛于改道施工路段時(shí)，安全員應(yīng)敦促司機(jī)盡快駛離施工路段，如車輛確實(shí)無法行駛應(yīng)協(xié)助司機(jī)擺放警示標(biāo)志，同時(shí)調(diào)整施工路段安全設(shè)施擺放并迅速通知高速執(zhí)法和施救部門。（2）對(duì)于施工路段發(fā)生交通事故，安全員應(yīng)立即報(bào)告高速執(zhí)法和施工部門，并做好車輛前期疏導(dǎo)工作，高速執(zhí)法人員和施救部門趕到后，協(xié)助維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)交通。（3）對(duì)于改道路段因交通事故造成交通中斷，施工單位應(yīng)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(cè)條件允許的情況下，進(jìn)行車輛分流行駛，確保交通不出現(xiàn)堵塞。（4）對(duì)于諸如大雨、大霧等惡劣天氣出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)中止施工路段作業(yè)，施工人員撤離施工現(xiàn)場(chǎng)，將施工機(jī)械和工具撤離至安全地帶，并將道路擴(kuò)寬確保高速路的暢通。

　　4.2交通管制下搭設(shè)防護(hù)棚架

　　實(shí)施交通管制后先在高速公路左幅上行30m處設(shè)置限高架，然后開始吊裝高速公路左幅防護(hù)棚架。吊裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照《防護(hù)棚架搭設(shè)施工交通組織方案》中的吊裝順序進(jìn)行施工，嚴(yán)禁吊車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(hù)棚架施工完畢后，開始實(shí)施右幅高速公路的交通管制，開放左幅車道通行，搭設(shè)左幅防護(hù)棚架。棚架搭設(shè)屬于高空作業(yè)，作業(yè)人員必須嚴(yán)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(yīng)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(chǎng)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(shè)后的安全維護(hù)防護(hù)棚架搭設(shè)

　　完成后安排專人定期檢查棚架周圍防護(hù)欄桿，確保防護(hù)欄桿安全可靠，并定期清理防護(hù)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(xiàn)場(chǎng)

　　除了有足夠的照明外，在警示牌及減速帶還應(yīng)涂刷反光漆，并設(shè)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(hù)棚架的拆除

　　防護(hù)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(jié)束語

　　渝萬鐵路客運(yùn)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(shí)現(xiàn)了安全零事故的目標(biāo)。本連續(xù)梁采用剛性棚架防護(hù)措施，克服了高速公路邊坡陡峭、場(chǎng)地困難、高速公路車流量大、車流保通壓力大等困難，達(dá)到了工期短、效率高、安全性好的施工成效，在交通安全防護(hù)方面的工藝和管理方法均具有參考性，對(duì)高速鐵路上跨越高速公路、國道等高等級(jí)公路連續(xù)梁施工具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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