下穿高速公路橋梁改造方案及交通組織研究

陳登峰

（百色樞紐通航投資有限公司，廣西 百色 533000）

隨著國家經濟建設的穩步持續發展，為滿足鐵路、公路、市政道路及電力、輸油輸氣管道等設施的規劃或設計要求，需上跨、下穿公路設施的工程日趨增加。對運行中的高速公路或開放交通時的公路下穿橋梁開展改造施工，容易破壞原有的道路結構及配套設施，更會對道路功能的發揮和行車安全造成一定影響。

因區域條件限制，部分下穿高速公路橋梁常常是其他道路及管線穿越的最優通道。但由于部分橋梁跨徑不足，為滿足下穿構筑物修建施工及運營，需對其進行改造。下穿高速公路橋梁的改造采取何種方式最佳，采取何種交通組織方式對運營的高速公路通行影響較小，需對其進行研究。本文結合昆明東繞城高速公路某下穿橋梁改造項目進行改造方案及交通組織進行研究，能為類似項目實施提供重要的參考。

1 工程概況

昆明的東繞城高速已于2006年12月28日通車，橋梁下穿改造處，昆明東繞城按80km/h 速度設計，采用雙向六車道瀝青混凝土路面，路幅35 米，中分帶寬2.5m，現場調查交通量如下表所示：

表1 所涉及道路交通情況統計表

需改造的下穿橋梁原為單線鐵路下穿通道，為滿足鐵路遠期客貨運需求，需在該鐵路線路附近增設一處雙線鐵路。改造增設橋為一座（4+14+4)m 的鋼筋混凝土剛構橋。

2 改造及交通組織方案

2.1 改造設計及施工方案

下穿橋梁改造原設計采用一座1-12.5m 框架橋下穿既有昆明東繞城高速公路，橋梁采用分幅頂進施工，設計及保通方案于2013年1月通過了由昆明樞紐建設指揮部組織的專家評審。

變更設計采用（4+14+4）剛構橋，全長24.51m，橋面總寬35m，分左、右兩幅，中間設置2m 寬的中央分隔帶，每幅組成為：0.5m 防撞墻+14.75m 行車道+0.75m 路緣帶+0.5m 防撞墻，橋面設2%的人字形橫坡，橋面橫坡通過梁部結構傾斜設置，橋面橋墩及基礎混凝土為C40，梁部混凝土為C40。

變更后此處橋梁將采用蓋挖逆作法進行施工作業。首先，在鐵路穿越處昆明東繞城高速公路的中央綠化帶采用12 根1.25×1.25m×7m 人工挖孔樁防護進行防護，以防止路基在后面的借道保通過程中路基的穩定性；其次，進行左幅橋梁施工；再次，進行有福橋梁施工；最后進行剛構橋橋下路基開挖及土釘墻防護施工。

2.2 交通組織方案

第一階段防護樁施工期間占用高速兩側靠近綠化帶各一條車道，通過導流將車輛導入外側兩條車道，保證兩側各有兩條車道60km/h 通過。

第二階段公路橋施工期間將占用昆曲路方向全部車道，將原昆曲路方向車輛導入原廣福路方向兩內側車道，車輛并行段斷面形式為0.5m（側向凈距)+3.5×2(車行道)+0.5（雙黃線）+3.5×2（車行道）+0.75（路肩）=16m。保證雙向各有兩條車道60km/h 通行。

第三階段公路橋施工期間將占用廣福路方向全部車道，將原廣福路方向車輛導入原昆曲路方向兩內側車道，車輛并行段斷面形式為0.5m(側向凈距)+3.5×2(車行道)+0.5（雙黃線）+3.5×2（車行道）+0.75（路肩）=16m。保證雙向各有兩條車道60km/h 通行。

3 改造及交通組織方案分析

3.1 改造方案分析

為了較為準確的判別橋梁改造方案是否合理，項目采用MIDAS/GTS 有限元分析軟件對項目施工過程進行分析，分析采用的參數及過程如下：

根據有限元分析處理經驗，在水平方向的影響范圍為3～5 倍開挖深度（開挖邊界外），而豎向的影響范圍則為開挖底部向下2～4 倍開挖深度。綜合考慮模型實際情況，整體三維模型尺寸為131m×150m×52m(寬×長×高)。

表2 巖土體物理力學參數

對本項目建立三維有限元模型，計算模型的網格節點為86758 個，單元為109142 個。

圖1 網格模型細部（項目施工后）

橋梁施工階段中最為關鍵的階段為左幅橋、右幅橋開挖及開挖橋下鐵路路基路塹、施工土釘墻等3 個階段。結合MIDAS/GTS 有限元分析可知：

（1）左幅橋路基開挖階段。左幅橋施工階段，引起的基坑最大水平向變形為4.21mm，最大豎向變形為9.0mm。左幅橋路基開挖階段，塑性應變主要影響范圍為開挖面及臨近右幅橋待開挖部分土體。對比左幅橋開挖前和開挖后的基坑應力應變云圖，基坑開挖存在一定程度的應力釋放，但是整體影響較小。

（2）右幅橋路基開挖階段。右幅橋實施時導致的地層最大水平向變形為2.12mm，最大豎向變形為8.99mm。右幅橋施工階段，塑性應變主要影響范圍為開挖面及左右幅橋坡底土體。對比左右幅橋開挖階段的應力應變云圖可知，其應力及應變有小幅增長。

（3）剛架橋施工完成階段。剛架橋施工完成時，引起的基坑最大水平變形為3.26mm，最大豎向變形為9.10mm。施工完成，引起臨近既有橋臺結構的最大水平變形為0.53mm，最大豎向變形為5.86mm。可見，剛架橋施工對既有鐵路橋的變形影響較小。

下穿高速公路橋梁蓋挖逆作法施工中左右幅橋及進行橋梁清方和土釘墻施工時，既有鐵道橋受基坑開挖影響的應力及塑性應變分布范圍較小，橋臺位移值滿足相關技術規范要求。因此，采取蓋挖逆作法施工對其影響甚微，方案是有效可行的。

3.2 區域交通組織分析

結合項目道路參數及現場調查情況，建立仿真路網模型，模型結合現場調查情況及委托方所提供的施工方案為背景，建模涉及昆明東繞城高速公路涉路施工段900m 范圍，在建模起終點插入行程時間檢測器和檢測點，仿真確定在未施工時單車通過擬施工區域昆明東繞城高速公路行程時間及排隊情況。

結合委托方所提供的方案，其中對項目實施期間道路保通說明較為詳細，對保通方案的分析結合方案分三個階段進行具體分析如下：

（1）綠化隔離帶人工挖孔樁施工（封閉兩側最內側車道）。通過導流將車輛導入外側兩條車道，保證兩側各有兩條車道通行，區域限速60km/h 通過，對施工路段進行模擬分析如下：

圖2 項目實施第一階段路段仿真

（2）監控門式桁架拆除與安裝及左幅剛構橋施工（封閉左幅車道車輛借道通行）。封閉左幅路（王家營西側），將左幅（王家營西側）公路車流分至右幅（昆明東側）通行，區域限速60km/h 通過，對施工路段進行模擬分析如下：

圖3 項目實施第二階段路段仿真

（3）右幅剛構橋施工期間的保通（封閉右幅車道車輛借道通行）。左幅（王家營西側）恢復路面通行后，將右幅（王家營西側）公路車流分至左幅（昆明東側）通行，區域限速60km/h 通過，對施工路段進行模擬分析如下：

圖4 項目實施第三階段路段仿真

3.3 道路交通組織優化

由于該道路交通流量相對較大，在施工未進行時，該路段按調查交通量分析時，昆曲高速公路方向、廣福路方向服務水平為二級；按委托方方案進行保通施工時，第一、二、三階段均導致東繞城高速公路服務水平降為四級。但保通方案未考慮擁堵期間的交通分流措施，需進一步完善。具體分析數據詳見下表：

表3 項目實施過程中路段通行情況分析結果統計表

為確保施工過程中道路通行順暢、安全，建議需對本項目交通組織做進一步優化及補充。具體分階段組織實施情況如下：

（1）第一階段。結合施工實際情況及分析計算結論，建議在施工第一階段完成：中央分隔帶開口拆除施工及人工挖孔樁施工作業，該階段施工過程中考慮區域限速60km/h，封閉兩方向最內側行車道，車輛通過剩余車道通行，在交通流量較大的情況下可考慮增加硬路肩通行，實施過程中設置相應安全防護設施及警示標志通行，具體保通及交通組織示意圖詳見下圖所示。

圖5 建議第一階段施工期間交通組織

（2）第二階段。結合施工實際情況及分析計算結論，建議在施工第二階段完成：電子監控門式桁架拆除與安裝及左幅剛構橋施工，該階段施工過程中考慮區域限速60km/h，封閉東繞城高速公路昆曲高速公路方向所有行車道，該方向車流通過第一階段拆除的中央分隔帶跨越至對向車道進行通行，在交通流量較大的情況下組織車輛繞行分流通行，實施過程中設置相應安全防護設施及警示標志通行。

圖6 建議第二階段施工期間交通組織

（3）第三階段。結合施工實際情況及分析計算結論，建議在施工第三階段完成：右幅剛構橋施工，該階段施工過程中考慮區域限速60km/h，封閉東繞城高速公路廣福路方向所有行車道，該方向車流通過第一階段拆除的中央分隔帶跨越至對向車道進行通行，在交通流量較大的情況下組織車輛繞行分流通行，實施過程中設置相應安全防護設施及警示標志通行。交通組織方式與第二階段相似。

（4）第四階段。結合施工實際情況及分析計算結論，建議在施工第四階段完成：中央分隔帶開口恢復施工作業，該階段施工過程中考慮區域限速60km/h，封閉兩方向最內側行車道，車輛通過剩余車道通行，在交通流量較大的情況下可考慮增加硬路肩通行，實施過程中設置相應安全防護設施及警示標志通行。

4 結語

采用蓋挖逆作法進行運營公路橋梁改造是行之有效的施工工藝，對施工區域結合施工工序分階段采取借道、分車道等交通組織方式，可在確保區域施工時有效地保障施工區域車輛基本通行及行車安全。本工程作為一個下穿高速公路橋梁改造及交通組織應用案例，希望對以后的同類工程有借鑒作用。