公路工程上跨高速鐵路風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與措施研究

劉馳達(dá) 張涵 張?jiān)讫?王英凡 盧元昊

摘要：本文針對(duì)公路工程上跨高速鐵路在復(fù)雜條件與風(fēng)險(xiǎn)下的風(fēng)險(xiǎn)控制，對(duì)于保障公路上跨的建設(shè)的順利進(jìn)行，推動(dòng)公路上跨建設(shè)技術(shù)進(jìn)步具有重大意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)分類風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相似材料施工方法措施研究

高速鐵路具有速度快、行車(chē)密度大的特點(diǎn)，為確保高速鐵路列車(chē)行車(chē)安全運(yùn)行，新建道路與高速鐵路交叉時(shí)，應(yīng)按“鐵路優(yōu)先上跨公路”的原則進(jìn)行。但由于地形地貌和線路平、縱斷面的限制，城鎮(zhèn)發(fā)展、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等造成上述條件不具備時(shí)，實(shí)際工程中仍然有道路上跨高速鐵路的情況。因此為了確保高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全，有效控制道路建設(shè)投資，需對(duì)上跨高速鐵路立交設(shè)計(jì)及防護(hù)措施進(jìn)行重點(diǎn)研究。且公路上跨高速鐵路投資量大，施工周期相對(duì)較長(zhǎng)，涉及到的環(huán)節(jié)比較復(fù)雜進(jìn)而導(dǎo)致在實(shí)際開(kāi)展施工的過(guò)程中，會(huì)受到多種不確定因素影響而存在施工風(fēng)險(xiǎn)。

一、上跨高速鐵路風(fēng)險(xiǎn)及其評(píng)估

（一）上跨高速鐵路風(fēng)險(xiǎn)

高速公路交通意外事故影響高速鐵路施工人員及設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn);高速鐵路臨近高速公路的橋墩及基礎(chǔ)施工影響高速公路路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的安全風(fēng)險(xiǎn);高速鐵路梁部施工發(fā)生垮塌或墜落的安全風(fēng)險(xiǎn);交通安全防護(hù)缺陷導(dǎo)致車(chē)輛及乘坐人受到傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

（二）評(píng)估

上跨高速鐵路可分為對(duì)普通路段和隧道段的跨越。為防止施工路段的建設(shè)對(duì)下方既有高速鐵路產(chǎn)生較大影響，應(yīng)在正式施工前建立模型對(duì)結(jié)構(gòu)受力，巖土受力以及材料選取的一系列問(wèn)題進(jìn)行模擬分析，做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以制定應(yīng)對(duì)措施與施工方法。

普通路段可使用架橋方式進(jìn)行公路的建設(shè)，主要考慮的風(fēng)險(xiǎn)為橋梁支柱對(duì)于地面的擠壓導(dǎo)致的沉降，施工前要對(duì)地層結(jié)構(gòu)性質(zhì)、種類進(jìn)行實(shí)地勘探評(píng)估，之后建立模型分析建設(shè)后的支柱對(duì)地面的壓力是否會(huì)在建設(shè)后一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致地面有較大幅度的沉降影響公路與下方高速鐵路的安全，同時(shí)可選取合適的建設(shè)方法進(jìn)行預(yù)演，將風(fēng)險(xiǎn)降至最小。

對(duì)于隧道段需要從隧道上方進(jìn)行跨越，可使用MIDAS-NX軟件對(duì)施工部分進(jìn)行實(shí)況模擬（即完全按照實(shí)際地形進(jìn)行建立模型）分析施工引起的既有鐵路隧道結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力變化。尤其下方隧道在施工后的絕大部分位移是由上方公路路塹的挖掘造成的，可通過(guò)這種方式提前對(duì)路塹的開(kāi)挖地點(diǎn)和方式進(jìn)行規(guī)劃，規(guī)避對(duì)下方隧道通行及安全的影響。

除了進(jìn)行三維建模之外，還可以選取材料建造縮小比例的實(shí)物模型，以此觀測(cè)選取不同材料作為施工建設(shè)材料對(duì)于路面以及既有高速鐵路的影響。對(duì)所得數(shù)值進(jìn)行計(jì)算得出沉降程度并綜合考慮對(duì)下方高速鐵路影響，作為依照來(lái)進(jìn)行建設(shè)材料的選擇。

除此之外也應(yīng)對(duì)建設(shè)工地的布置對(duì)周邊地形情況的影響進(jìn)行模擬分析，防止在山地高坡等地理位置進(jìn)行建設(shè)時(shí)造成意外情況。

二、針對(duì)上跨鐵路介紹兩種施工方法：

（一）轉(zhuǎn)體施工法

橋梁轉(zhuǎn)體施工工藝的工作原理，就像挖掘機(jī)鏟臂隨意旋轉(zhuǎn)一樣，在橋臺(tái)（單孔橋）或橋墩（多孔橋）上分別預(yù)制一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸心，以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為界把橋梁分為上、下兩部分，上部整體旋轉(zhuǎn)，下部為固定墩臺(tái)、基礎(chǔ)，這樣可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，上部構(gòu)造可在路堤上或河岸上預(yù)制，旋轉(zhuǎn)角度也可以根據(jù)施工情況隨意旋轉(zhuǎn)。

橋梁轉(zhuǎn)體施工工藝適用于跨徑較大的單孔或多孔鋼筋混凝土橋梁施工。尤其適用于跨越深谷、水深流急和公鐵立交、風(fēng)景勝地、自然保護(hù)區(qū)等施工受限制的現(xiàn)場(chǎng)，而在公路上跨高速鐵路更是極為受用。由于橋梁轉(zhuǎn)體施工是靠結(jié)構(gòu)自身旋轉(zhuǎn)就位，不用吊裝設(shè)備，并可節(jié)省大量支架木材或鋼材。采用混凝土軸心轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體工藝簡(jiǎn)便易行，轉(zhuǎn)體重量全部由橋墩（或橋臺(tái)）球面混凝土軸心承受，承載力大，轉(zhuǎn)動(dòng)安全、平衡、可靠。

轉(zhuǎn)體施工的受力分析目的是保證結(jié)構(gòu)的平衡，以防傾覆;保證受力在容許值內(nèi)，以防結(jié)構(gòu)破壞;保證錨固體系的可靠性。轉(zhuǎn)體過(guò)程歷時(shí)較短，少則幾十分鐘多不超過(guò)一天，所以主要考慮施工荷載。在大風(fēng)地區(qū)按常見(jiàn)的風(fēng)力考慮，通常不考慮地震荷載和臺(tái)風(fēng)影響，這主要從工期選擇來(lái)保證。此外，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的變形控制、合攏構(gòu)造與體系轉(zhuǎn)換也是轉(zhuǎn)體施工應(yīng)考慮的重要問(wèn)題。

沒(méi)有一種方法可以稱之為完美，轉(zhuǎn)體施工法同樣也有著自己的缺點(diǎn)。轉(zhuǎn)體施工法需要有足夠成熟的橋梁技術(shù)，半橋梁在實(shí)行對(duì)接時(shí)，需要計(jì)算好距離和卡口，一處出錯(cuò)將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工程毀于一旦。轉(zhuǎn)體施工法需要進(jìn)行充分的受力分析，對(duì)壓力、應(yīng)力、重力的分析精準(zhǔn)到分毫，對(duì)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估到自己掌控的范圍內(nèi)。

（二）頂推施工方法

頂推施工方法的雛形來(lái)自早期鋼橋的拖拉法、導(dǎo)梁拖拉法、縱向連接拖拉法等。在早期施工機(jī)具比較原始的情況下，上述方法最大限度地利用了有限的設(shè)備，并為后來(lái)的頂推施工方法提供了很大的參考價(jià)值。

具體的頂推法施工工序如下：預(yù)制場(chǎng)準(zhǔn)備工作→制作模板與安裝鋼導(dǎo)梁→頂推設(shè)備安裝→預(yù)制節(jié)段→張拉預(yù)應(yīng)力筋→頂推預(yù)制節(jié)段→管道壓漿（循環(huán)第四至第七步驟）→頂推就位→放松臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋及拆除輔助設(shè)備→張拉后期預(yù)應(yīng)力筋→管道壓漿→落梁與更換支座→橋面工程→驗(yàn)收。

隨著國(guó)內(nèi)頂推技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)趨于成熟且具有以下特點(diǎn)：

（1）頂推法施工具有占地少、不需要支架、質(zhì)量穩(wěn)定、施工安全和成本低廉的特點(diǎn)，尤其在中等橋跨橋梁施工中非常具有競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）由于頂推法施工中連續(xù)梁重復(fù)經(jīng)過(guò)橋墩或者臨時(shí)墩。施工控制內(nèi)力為最大負(fù)彎矩。計(jì)算和實(shí)踐表明，當(dāng)頂推跨徑大于50m時(shí)，頂推橋梁彎矩包絡(luò)圖急劇增加，導(dǎo)致所需預(yù)應(yīng)力鋼筋成倍增加。所以當(dāng)頂推橋跨大于50m，頂推施工的難度就會(huì)顯著增加。

（3）適用范圍在不斷擴(kuò)大，隨著頂推法施工的不斷完善和發(fā)展，頂推法的適用范圍也在不斷擴(kuò)大。就梁體結(jié)構(gòu)類型而言，頂推法不僅適用于連續(xù)梁，還開(kāi)始應(yīng)用于連續(xù)剛構(gòu)、拱橋、斜拉橋和懸索橋。就梁體形式而言，頂推法不僅適用于等高直線梁，還適用于變高度梁、曲線梁和斜梁橋。就梁體制作方式而言，頂推法施工既可以逐段澆筑，也可以逐段拼裝。

根據(jù)頂推法施工工序、工藝與特點(diǎn)，提出了以下三點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)控制措施：

（1）由于鋼箱梁頂推施工和落梁施工風(fēng)險(xiǎn)概率較高，因此，在鋼箱梁頂推過(guò)程中，要安裝應(yīng)變計(jì)等檢測(cè)儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證頂推過(guò)程的安全性;在落梁施工前，確保臨時(shí)墩的穩(wěn)定性;在落梁過(guò)程中，為防止梁發(fā)生傾覆事故，需要設(shè)置防落梁擋塊，并且要多次檢測(cè)臨時(shí)墩的承載力變化;同時(shí)，避免在大風(fēng)等惡劣天氣下施工。

（2）為防止發(fā)生基樁塌孔等安全事故，在基樁與橋墩施工過(guò)程中，要使用相應(yīng)配套設(shè)備及時(shí)對(duì)基樁樁位、垂直度、沉渣厚度、鋼筋籠綁扎、混凝土質(zhì)量等相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè);另外，對(duì)起吊設(shè)備等施工機(jī)械器具進(jìn)行全面檢查、維修和定期保養(yǎng)，以免在作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)故障，發(fā)生安全事故。

（3）在主梁的焊接與拼裝施工過(guò)程中，要嚴(yán)格把控焊接精度。除了對(duì)每個(gè)焊接完成的焊縫進(jìn)行對(duì)焊和角焊的無(wú)損檢測(cè)以外，還要在頂推過(guò)程中，對(duì)接縫部位進(jìn)行隨時(shí)檢測(cè)，防止因焊縫質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致在鋼箱梁雙向頂推施工過(guò)程中拼裝處出現(xiàn)斷裂而發(fā)生落梁事故。

三、結(jié)論

高速公路上跨高速鐵路的施工與運(yùn)營(yíng)中，研究上跨風(fēng)險(xiǎn)性主要因素，研究施工過(guò)程中采用何種工法可以有效保證上跨高速鐵路的安全是本文的主要內(nèi)容。

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項(xiàng)目名稱：公路工程上跨高速鐵路風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與措施研究

項(xiàng)目編號(hào)：ZD2020010008