塔梁同步施工的安全防護措施

藺炳輝，唐立昕

(中交隧道局第二工程有限公司，陜西 西安 710000)

0 引 言

斜拉索橋梁因其跨越能力強的優(yōu)勢，成為中國大跨度橋梁建設(shè)中最主要的橋型。隨著社會的發(fā)展，對斜拉橋施工的要求也越來越高[1]，塔梁同步施工方法作為一種新興的技術(shù)，具有節(jié)省工程工期和施工成本的優(yōu)點。國內(nèi)已有塔梁同步施工的成功案例，但由于交叉作業(yè)的限制，其安全問題需要重點關(guān)注。

目前，塔梁同步階段采取的安全防護措施主要有搭設(shè)安全防護平臺、設(shè)置安全區(qū)域、覆蓋防火材料等。陳干等將有限元模型應(yīng)用于九江新長江公路大橋，介紹了從安全防護棚的設(shè)計、安裝、注意事項等方面保證橋塔上下同步施工的安全性；陳飛介紹了重慶東水門長江大橋正橋塔偏的控制和雙層作業(yè)安全防護工作；周文等介紹了廣佛江快速通道江順大橋主橋塔柱及橫梁異步施工、上塔柱與鋼箱梁同步施工及液壓爬模防護平臺的防護技術(shù)[2]。

從相關(guān)研究成果可以看出，對于塔梁同步施工的安全防護措施多集中在防護平臺設(shè)計，對材料的阻燃防護提及較少。本文以國道108線禹門口黃河公路大橋主橋塔梁同步施工為例，分析施工中存在的風(fēng)險，并針對具體風(fēng)險提出5種安全防護措施，有效降低施工風(fēng)險，為今后類似的工程提供參考。

1 工程概況

國道108線禹門口黃河公路大橋起點位于山西省河津市國道108線禹門口公路超限檢測站南側(cè)，順接108國道河津段改建終點，向西在抗日英雄紀(jì)念碑南側(cè)跨越黃河，進入陜西省韓城市境內(nèi)，沿既有G108線向西，經(jīng)渚北村，止于上峪口超限監(jiān)測站西側(cè)，順接G108韓城北線改建段終點，路線全長4.45 km。主橋為245 m+565 m+245 m的三跨雙索面鋼-混結(jié)合梁斜拉橋，全長1 055 m，采用半漂浮結(jié)構(gòu)支撐體系，以及雙工字型鋼主梁與混凝土板共同受力的結(jié)合梁。主梁斷面全寬30.25 m，橋面以上塔高約139 m。索塔采用H型橋塔，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置上、下2道橫梁，塔柱分為上、中、下3個部分。斜拉橋扇形布置，梁上索距為12.0、8.0、4.5 m三種，塔上索距為2.5～3.5 m，主橋總體布置如圖1所示。

斜拉索采用環(huán)氧涂層鋼絞線，公稱直徑為15.2 mm。斜拉索在主梁上采用錨拉板構(gòu)造錨固，在索塔上采用鋼錨梁構(gòu)造錨固，張拉端均設(shè)置在塔端。每個主塔布置23對平面索，斜拉索外護套管采用同步熱擠圓形截面雙層HDPE管，內(nèi)層為黑色，外層為白色，表面同時被擠出具有抗風(fēng)雨激振的螺旋線。

圖1 主橋總體布置

2 塔梁同步交叉作業(yè)的安全風(fēng)險

傳統(tǒng)的斜拉橋采取先主塔、后主梁的施工順序，施工周期長，經(jīng)濟效益不明顯[3]。塔梁同步施工技術(shù)采用索塔塔柱、斜拉索、主梁同時施工的立體化作業(yè)方式，上部主塔節(jié)段與下部鋼箱梁、斜拉索同時施工，縮短施工周期，對資源的合理化調(diào)配等方面均起到了重要的作用[4-5]。

但是，由于塔梁同步施工重疊交叉作業(yè)面多，施工安全風(fēng)險高，具體施工風(fēng)險如下[6-7]。

(1)在上塔柱鋼筋安裝過程中，臨時構(gòu)件及主體結(jié)構(gòu)物的施焊，將有大量焊花、焊渣產(chǎn)生，對此作業(yè)面以下的作業(yè)面施工人員存在燒傷風(fēng)險；對此作業(yè)面以下的易燃易爆物品(如：斜拉索保護層HDPE外護套管、氧氣乙炔瓶、混凝土養(yǎng)護土工布、塑料薄膜等)而言，焊花、焊渣將成為極大的安全隱患。

(2)上塔柱鋼錨梁安裝、鋼筋栓接過程中，大量小型物品(直螺紋套筒、扳手、短鋼筋頭、焊條、小塊混凝土渣等)極易從施工作業(yè)面掉落，對下方作業(yè)人員的人身安全構(gòu)成威脅。

(3)在斜拉索施工的掛索、穿索過程中，鋼絞線及外護套管都存在掉落的風(fēng)險，對斜拉索施工范圍內(nèi)作業(yè)人員的人身安全構(gòu)成威脅[8]。

(4)在鋼梁拼裝時，用到的零部件、臨時物件、設(shè)備等物品如果墜落，對鋼梁以下作業(yè)或過往的施工人員的安全具有威脅。

(5)鋼錨梁、鋼箱梁、斜拉索、橋面吊機、穿束機等大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機械設(shè)備的起吊安裝，均存在墜落風(fēng)險。

3 安全防護措施

為消除或盡可能避免斜拉橋施工過程中存在的安全問題，各種形式、規(guī)模的安全防護措施層出不窮。在國道108線禹門口黃河公路大橋主橋塔梁同步施工過程中，采取的安全風(fēng)險防護措施主要有以下幾點。

(1)為防止施工過程中的碎小物件從施工平臺掉落，在主橋爬模、主梁施工平臺等作業(yè)面固定放置零碎物品歸集箱，存放與施工無關(guān)的碎小物件，作業(yè)結(jié)束時存放所有可能被風(fēng)吹落的零碎物品。

(2)對施工操作平臺與已澆筑結(jié)構(gòu)物之間的間隙，設(shè)置合頁遮板，既便于施工，又可防止零碎物品或施工人員從此類風(fēng)險孔洞掉落。

(3)為避免高處物體掉落發(fā)生的安全問題，可在上部施工作業(yè)面與下方施工作業(yè)面之間設(shè)置一道硬隔離。綜合考慮上方施工物體隨機掉落的范圍與掉落角度、風(fēng)向、風(fēng)速等因素，將安全防護棚架設(shè)置于主橋上橫梁位置處，此處可利用較少的材料搭設(shè)安全防護棚架，起到對下方施工人員、機械的大面積保護作用。

(4)由于主橋斜拉索HDPE外護套管由可燃材料制成，且主塔上部施工過程中難免有焊渣掉落，掛索與主塔同步施工極易造成斜拉索HDPE外護套管被焊渣損壞，對主體結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量產(chǎn)生影響[9]。針對此類風(fēng)險，結(jié)合大量的市場調(diào)查，最終確定采用玻璃棉(玻璃棉具有最高的防火等級，且是A級防火材料中最輕質(zhì)的材料)對斜拉索HDPE外護套管進行臨時包裹防護，確保其不被焊渣燒傷損壞。

(5)在塔區(qū)梁段施工過程中，仍然存在物體掉落的風(fēng)險，因此在施工平臺四周設(shè)置安全防護欄桿，同時在操作平臺下方掛設(shè)防墜網(wǎng)，讓掉落物體得以緩沖，減小動能，降低打擊傷害。

4 防護棚架的設(shè)計與施工

4.1 防護棚架設(shè)計

塔梁同步施工最大的安全風(fēng)險源來自施工作業(yè)面的重疊，尤其是塔區(qū)段鋼梁拼裝施工。因此，要對下部鋼主梁施工作業(yè)人員、機具等物資材料設(shè)備進行封閉防護。塔區(qū)段施工完成后，主梁施工作業(yè)面與索塔平面距離增大，安全隱患逐漸減小。

擬定于主塔上橫梁頂處設(shè)置1個安全防護棚架，由I45a、I16型鋼、Φ20鋼筋、鋼絲網(wǎng)片搭設(shè)而成，防護范圍為20.0 m×19.4 m。以12#主塔為例，按圖紙給出12#防護棚架的間距，順橋向在上橫梁頂預(yù)埋鋼板處布置長20 m的雙拼I45a工字鋼作為承重梁[10]，承重梁兩端懸挑出上橫梁邊緣6 m，緊貼上橫梁側(cè)面每側(cè)承重梁下端各焊接1個I40a工字鋼組拼牛腿，在承重梁上按1.2 m間距橫橋向布置I16工字鋼作為分配梁，工字鋼懸挑邊緣設(shè)置一圈1.5 m高的鋼管護欄，然后在分配梁上按0.5 m間距順橋向焊接Φ20鋼筋，最后鋪一層鋼絲直徑為3 mm、網(wǎng)眼大小為10 mm×10 mm的鋼絲網(wǎng)，形成防護平臺。防護棚架立面布置、側(cè)面布置如圖2、3所示。

圖2 防護棚架立面布置

圖3 防護棚架側(cè)面布置

4.2 防護棚架受力分析

在安全防護棚架設(shè)計過程中，通過Midas Civil結(jié)構(gòu)計算軟件對防護棚架進行整體建模，防護棚架與上橫梁連接部分采用一般支撐處理，各型鋼之間用焊接連接的構(gòu)件采用剛接進行處理，部分未焊接的構(gòu)件之間采用彈性連接進行處理[11-13]。整個防護棚架上部安裝及加工過程中考慮人員荷載作用，按0.5 kN·m-2的壓力荷載施加。安全防護棚架的Midas整體模型如圖4所示。

圖4 防護棚架Midas整體模型

通過計算可知，整個安全防護棚架所受的最大應(yīng)力為55.7 MPa，小于設(shè)計規(guī)范容許應(yīng)力215 MPa，滿足要求。梁單元應(yīng)力等值線分布如圖5所示。

采用Midas Civil軟件進行模擬，計算出整個安全防護棚架的撓度變形，最大處變形為14.5 mm，滿足剛度設(shè)計要求(≤15 mm)。防護棚架整體位移等值線分布如圖6所示。

圖5 防護棚架Midas整體模型梁單元應(yīng)力等值線分布

圖6 防護棚架Midas整體模型位移等值線分布

4.3 防護棚架安裝

防護棚架各構(gòu)件均采用現(xiàn)場焊接固定，承重梁、分配梁等通過主塔2臺施工塔吊吊裝就位，具體安裝過程如下。

(1)吊裝承重梁至上橫梁頂，與預(yù)埋鋼板進行焊接。

(2)在便橋上焊接牛腿，共8組，吊裝至承重梁底焊接。

(3)每3根分配梁為一組，在便橋上焊接完成后，利用塔吊整體吊裝就位。

(4)采用Φ20鋼筋將各分配梁固定。

(5)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片。

(6)安裝防護棚架周邊防護護欄，完成防護棚架安裝。

4.4 施工注意事項

(1)嚴(yán)禁在6級及以上風(fēng)中進行安裝作業(yè)。

(2)對所有焊縫進行探傷，確保焊縫質(zhì)量。

(3)安全防護棚架安裝、拆除時，必須有專人值班、指揮。

5 斜拉索防護

根據(jù)工期安排，在主塔塔柱施工完成前，需掛設(shè)靠近塔柱的6對斜拉索，由于工作面交叉比較復(fù)雜，施工過程中斜拉索受上塔柱施工的電焊操作及風(fēng)力影響較大。

首先要確定需要防護的范圍，根據(jù)自由落體的位移公式求得焊渣掉落所需時間為5.25 s，橋位處風(fēng)力常年6～8級，瞬時風(fēng)力可達10級，風(fēng)速按照10.8～28.5 m·s-1計算，焊渣水平位移可至149.6 m。根據(jù)設(shè)計圖紙，第六道斜拉索的水平投影長度為71.1 m[14]，如圖7所示。由計算結(jié)果得出，6對斜拉索均在防護范圍內(nèi)。

圖7 斜拉索防護范圍

為防止塔柱施工過程中焊渣、碎屑對已安裝完成的斜拉索HDPE套管、預(yù)埋鋼套筒產(chǎn)生損傷和污染，計劃從塔柱斜拉索預(yù)埋套筒根部起對斜拉索預(yù)埋鋼套筒以及HDPE套管采用玻璃棉進行纏繞防護，并用細鐵絲綁扎牢靠[15-16]。另外，在主塔索導(dǎo)管出口向外5 m范圍內(nèi)的拉索PE護層外加裝一層0.3 mm厚不銹鋼保護套管。在施工時，首先丈量拉索的實際周長和需制作的長度，制管采用折疊工藝將不銹鋼皮包裹在拉索表面；保護套在上塔柱和斜拉索全部安裝完成后，自上而下統(tǒng)一拆除。

6 結(jié) 語

國道108線禹門口黃河公路大橋主橋采用塔梁同步施工方法，與傳統(tǒng)的“先塔后梁”的施工方法相比較，“塔梁同步”在縮短工期和節(jié)約成本等方面具有明顯的優(yōu)勢，但同時也增加了施工控制難度和安全風(fēng)險，通過制定一系列防護措施，有效地控制了施工風(fēng)險，取得了良好的效果。

(1)設(shè)置防護棚架有效避免了材料、工具等墜落至橋面，防護效果顯著，杜絕了安全事故的發(fā)生。另外，防護棚架搭設(shè)在上橫梁頂，既利用了現(xiàn)有的操作平臺，又不占用下部操作空間。防護棚架的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安裝過程快捷，大大縮短了安全防護周期。

(2)斜拉索保護套可以避免焊花或焊渣飄出塔外損傷斜拉索、燒傷橋面作業(yè)人員。

以上防護措施不僅有效降低了同步施工的風(fēng)險性，最大限度地保護了人員、機具安全，展現(xiàn)了橋梁建設(shè)工程的文明形象，也充分體現(xiàn)出項目建設(shè)人性化施工的管理理念，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

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