上跨在役高速橋梁施工安全防護及交通組織設計探討

鄧小釗 劉昶

摘要：上跨在役高速公路進行橋梁施工具有施工風險與交通風險雙重特性，是新建工程全線的控制性工程。常規的跨線橋施工一般是將防護棚搭設在地面上，而在高架橋上搭設防護棚需確保防護棚的有效性、既有橋梁的穩定性及交通安全性。文章以芙蓉大道快速化改造（湘潭段）工程主線上跨滬昆高速-紅易路跨線橋項目為例，采用MidasCivil軟件對防護棚和箱梁進行建模驗算。結果表明，二者的變形和應力均滿足規范設計要求。進行被交道路的交通分流組織設計，提高了施工安全與交通安全儲能，可為今后類似工程提供參考。

關鍵詞：上跨公路;安全防護;施工安全;交通安全;交通分流組織

0 引言

目前我國交通建設正處于網絡化的關鍵階段，在建設過程中出現了各種復雜的交叉線路。上跨在役高速公路橋梁作為現階段線路交叉最主要的形式，不僅存在一般橋梁的施工風險，還會對被交路段的交通造成較大影響。

上跨在役高速公路橋梁施工作為占道施工的一種，具有的風險源有：施工期間物件墜落、過往車輛碰撞防護棚、防護棚失穩、在役橋梁結構失穩、行車視距不良等。且在役高速公路交通流量大、交通安全要求高，因此在役高速公路橋梁施工的安全管理工作比較復雜，需在施工前做好安全防護與交通組織工作。

1 工程概況

芙蓉路快速化改造項目（湘潭段）是長株潭一體化“三干一軌”的項目之一，是落實省委省政府、市委市政府關于加快推進長株潭城市群一體化發展，構建一體化交通體系，實現“半小時經濟圈”的重要干道。其中滬昆高速—紅易路跨線橋起點樁號為K21+394.80，終點樁號為K22+300.00，與滬昆高速公路交叉（滬昆高速公路里程K1057+823），夾角為66°。全橋長905.2m，共計7聯：5×30m預制小箱梁+4×30m預制小箱梁+4×30m預制小箱梁+（35.1+60+35.1）m鋼混組合梁+5×25.6m預制小箱梁+（30+45+30）m鋼混組合梁+5×30m預制小箱梁。由于14#、15#墩上跨滬昆高速公路，上部鋼混組合梁架設對滬昆高速公路通行存在極大安全隱患，在株易高架橋南北側增設臨時支墩2#、3#墩，梁長為45m，采用汽車吊吊裝。

2 安全防護設計

2.1 安全防護棚設計

防護措施采用“門”式防護棚架遮蓋為主。防護棚長30m（棚寬度大于橋體投影面兩側各5m，有利于架梁操作，同時在兩側設置高度≥1.2m的臨時護欄和防護網），右側寬10.5m、左側寬10.5m、高5.5m。

基礎采用（0.8×1.0×0.8）mC25混凝土條形基礎，對條形基礎進行提前預制，搭設時吊裝安放。在基礎下設置砂漿墊層，同時利用膨脹螺絲與橋面進行固定，并在條形基礎正面及側面均涂刷黃黑標線及附著式雙面輪廓標識。

立柱采用（400×10）mm鋼柱，布設在高速路兩側和中間隔離帶，形成門式八立柱，間距為（3+4×6+3）m。預制條形基礎時，先預埋地腳螺栓，將立柱與基礎連接起來，在立柱間設置斜拉，采用角鋼與護欄連接，使棚架與橋梁形成整體。

在防護棚立柱前，在防護棚正面安裝防撞桶，在防護棚側面安裝隔離墩等半剛性防撞設施，在條形基礎與鋼管立柱上貼黑黃相間立面標記，并設置夜光燈及頻閃燈。

以八立柱頂面沿高速公路方向通長Ⅰ40b鋼梁作為縱向主梁。在主梁頂面沿橋梁橫向，按間距2.0m設置Ⅰ40b鋼梁作為橫向次梁。在次梁頂面沿高速公路方向，按間距0.6m設Ⅰ12a槽鋼。主、次鋼梁及槽鋼之間通過焊接處理，形成整體。

頂面封閉層結構設計為3.5mm鋼板+彩鋼瓦，形成封閉緩沖層和隔水層。

2.2 防護棚穩定性驗算

選擇右側防護棚，采用MidasCivil軟件建立三維有限元模型（見圖1）。風速取最大值10級風速V=34m/s，結構采用實體單元，材料參數選取見表1。

考慮護欄模板系統中6m長、40mm加厚工字鋼梁從5m高處掉落所產生的沖擊力，工字鋼梁自重G=59.9×6×10=3.6kN。假定工字鋼垂直掉落在梁板中心，作用面積約為0.01m2，模型在工字鋼靜載作用下的變形如圖2所示。

根據以上結果，主梁最大撓度為8mm，小于規范L/500=20mm，剛度滿足規范要求。由沖擊系數計算公式可得式（1）：

防護棚應力最大值為33MPa，小于鋼材應力設計值275MPa，結構安全。

2.3 被跨箱梁穩定性計算

結構自重：預應力鋼筋混凝土容重γ=26kN/m3;鋼筋混凝土容重γ=25kN/m3;瀝青混凝土容重γ=24kN/m3。二期恒載：鋪裝80mm鋼筋混凝土+100mm瀝青混凝土;防撞墻按實取值。活載等級：城-A級，沖擊系數按通用規范根據結構基頻取用。混凝土徐變及收縮的影響：混凝土收縮應變終極值和徐變系數，按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362-2018）取用;各個階段混凝土收縮應變和徐變系數，按規范附錄F提供的方法計算。溫度影響（T）：體系升溫、降溫30℃;橋面板局部升降溫按《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）第4.3.10條梯度溫度效應計算，其中，橋面升溫T1=14℃，T2=5.5℃;橋面降溫T1=-7℃，T2=-2.75℃。

邊界條件：支座采用彈性支承。荷載組合考慮承載能力極限狀態及正常使用極限狀態組合，相應的組合系數的分項系數按《公路橋涵設計通用規范》執行。結構計算模型如圖5所示：

經數值計算可知，主梁在準永久組合下未出現拉應力，滿足不出現拉應力的要求。主梁在標準組合下最大壓應力為11.62MPa，小于容許值16.22MPa;主梁最大撓度為19mm，小于規范L/600=58mm，防護棚方案滿足規范要求。

3 交通組織設計

3.1 防護棚架搭設期交通組織

（1）外側基礎立柱安裝施工。北側將基礎設置在應急車道上靠近橋梁邊護欄，跨度滿足10.5m;南側將基礎設置在應急車道上靠近橋梁邊護欄，跨度滿足10.5m。施工時占用應急車道。

（2）中央基礎立柱安裝施工。基礎設置在東西方向超車道內邊線與中護欄1m范圍，在澆筑條形基礎時預埋地腳螺栓將立柱與基礎連接起來，施工占用兩側超車道。

（3）北半幅防護棚架橫縱梁及頂面安裝施工。施工時封閉北半幅行車道和應急車道，期間需臨時封閉交通，每次封閉時間約3～5min，開放交通后車輛通過超車道通行。

（4）南半幅防護棚架橫縱梁及頂面安裝施工。施工時封閉南半幅行車道和應急車道，期間需臨時封閉交通，每次封閉時間約3～5min，開放交通后車輛通過超車道通行。

3.2 上跨梁體施工期交通組織

（1）汽車吊就位和鋼箱梁（共5片）吊裝施工。施工時需在施工路段近端封閉滬昆高速公路雙向交通，安排專職安全人員配合現場交警，在上游過渡區終點設置管控點。當鋼箱梁吊裝進入高速公路范圍時，指揮人員通過對講機通知管控點交通警察和安全人員開始中斷交通，并在管控點后方安排示警車，提醒后方來車，利用擴音喇叭告知停車的駕駛人員前方施工情況，請勿下車走動。管制時間約30min，開放交通后車輛在已搭設好的安全通道內通行。

（2）橋面鋪裝及橋梁附屬工程施工。車輛在已經搭設好的安全通道內通行。

3.3 防護棚架拆除期交通組織

此階段交通組織可參照防護棚搭設期交通組織。

3.4 遠端誘導分流

3.4.1 東往西方向

將殷家坳樞紐作為第一誘導分流點，誘導滬昆高速公路車輛往北繞行G4京港澳高速公路，在出口匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌;在京港澳高速公路李家塘樞紐南往北方向出口匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導高速公路車輛繞行G0401長沙繞城高速往西;在長沙繞城高速東延樞紐往西出口匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導高速公路車輛進入S50長韶婁高速公路;長韶婁高速公路赤江樞紐東往西方向匝道出口前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導高速公路車輛繞行S41長潭高速公路往北;在長潭高速公路湘潭北互通北往南出口匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導高速公路車輛轉回滬昆高速公路往西。

誘導分流路線一：G60滬昆高速公路→殷家坳樞紐→G4京港澳高速公路往北→李家塘樞紐→G0401長沙繞城高速公路（往西）→東延樞紐→S50長韶婁高速公路（往西）→赤江互通→S41長潭西高速公路（往南）→湘潭北互通→G60滬昆高速公路（往西）。

將龍頭鋪樞紐作為第二誘導分流點，誘導滬昆高速公路車輛往北繞行S21長株高速公路，在出口匝道前2km、1km、500m設置誘導分流單懸臂標志牌;長株高速公路干杉樞紐南往北匝道前2km、1km、500m設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導高速公路車輛繞行G0401長沙繞城高速公路往西至經過李家塘樞紐直行，并在李家塘樞紐東往西方向設置誘導分流標志。

誘導分流路線二：G60滬昆高速公路→龍頭鋪樞紐→S21長株高速公路往北→干杉樞紐→G0401長沙繞城高速公路（往西）→李家塘樞紐→G0401長沙繞城高速公路（往西）→東延樞紐→S50長韶婁高速公路（往西）→赤江互通→S41長潭西高速公路（往南）→湘潭北互通→G60滬昆高速公路（往西）。

3.4.2 南往西方向

將殷家坳樞紐作為誘導分流點，在南往北方向匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導車輛直行經李家塘樞紐繞行G0401長沙繞城高速公路，同分流路線一。

3.4.3 北往西方向

在李家塘樞紐北往南方向匝道出口前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導車輛繞行G0401長沙繞城高速公路，同分流路線一;在殷家坳樞紐北往南匝道口前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導車輛在殷家坳樞紐調頭轉回G4京港澳高速公路，在李家塘樞紐繞行G0401長沙繞城高速公路，同分流路線一。

3.4.4 西往東方向

將湘潭北作為第一誘導分流點，誘導滬昆高速公路車輛往北繞行S41長潭西高速公路，在出口匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌;在長潭西高速公路赤江樞紐北往南方向出口匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導高速公路車輛繞行S50長韶樓高速公路往東;在長韶樓高速公路東延樞紐往東出口匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導高速公路車輛進入S41長沙繞城高速公路;在長沙繞城高速公路李家塘樞紐西往東方向匝道出口前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導高速公路車輛繞行G4京港澳高速公路往南;在京港澳高速公路殷家坳樞紐南往北出口匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導高速公路車輛轉回滬昆高速公路往東。

誘導分流路線三：G60滬昆高速公路→湘潭北互通→S41長潭西高速公路（往北）→赤江互通→S50長韶婁高速公路→東延樞紐→G0401長沙繞城高速公路（往東）→李家塘樞紐→G4京港澳高速公路（往南）→殷家坳樞紐→滬昆高速公路往東。

將塔嶺樞紐作為第二誘導分流點，誘導滬昆高速公路車輛往北繞行G0421許廣高速公路，在出口匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌;在許廣高速公路道林樞紐南往北匝道前2km、1km、500m處設置誘導分流單懸臂標志牌，誘導高速公路車輛繞行S50長韶婁高速公路往東至經過東延樞紐直行，同分流路線三。

誘導分流路線三：G60滬昆高速公路→塔嶺樞紐→G0421許廣高速公路（往北）→道林樞紐→S50長韶婁高速公路→東延樞紐→G0401長沙繞城高速公路（往東）→李家塘樞紐→G4京港澳高速公路（往南）→殷家坳樞紐→滬昆高速公路往東。

4 結語

得益于恰當的防護方案和交通組織設計，芙蓉大道快速化改造（湘潭段）工程主線上跨滬昆高速—紅易路施工得以順利實施。可以看出，上跨高速公路橋梁施工需要做好以下工作：用有限元軟件對防護棚及被交箱梁進行數值分析，確保防護棚及被交箱梁在施工期的穩定性;設計切實可行的交通組織方案，保證施工期的交通安全。

參考文獻：

[1]張世平.考慮施工交通組織的橋梁改擴建方案設計—滬寧高速公路（江蘇段）擴建工程[J].中外公路，2008，28（2）：202-206.

[2]王國富，胡永利，路林海.高架區間上跨濟廣高速橋施工方案模糊比選[J].施工技術，2015，44（17）：36-39.

[3]付元坤，江興旺，韋 剛.單喇叭形互通式立交改擴建工程施工期交通組織設計[J].中外公路，2012（5）：277-280.

[4]楊敏捷.新建公路上跨高速鐵路立交橋安全防護措施研究[J].鐵道建筑，2012（8）：35-38.

[5]許蔚華.高速公路橋梁大修期間的交通組織[J].華東公路，2009（4）：21-23.

[6]王明慧，李開蘭，朱永波.山區高速鐵路特大橋上跨高速公路施工安全管理[J].鐵道建筑，2015（2）：52-54.