高速公路施工防护措施研究论文
摘要：渝万铁路客运专线连续梁上跨沪蓉高速公路施工，交通安全要求高，保通压力大。依据实际情况针对刚性棚架防护与挂篮兜底防护方案进行比选；介绍防护棚架设计尺寸；利用软件建立实体模型进行稳定性检算；阐述上跨高速公路施工安全管理要点。计算表明棚架的［10槽钢、Ⅰ40a工字钢、Ⅰ28a工字钢、φ400mm×10mm立柱稳定性均满足规范要求，方案切实可行。连续梁采用刚性棚架防护措施，克服了高速公路边坡陡峭、场地困难、高速公路车流量大、车流保通压力大等困难，达到了工期短、效率高、安全性好的施工成效，对高速铁路上跨高等级公路连续梁施工提供借鉴。
关键词：上跨；高速公路；连续梁；施工防护；防护棚架；稳定性；挂篮
1工程概况
渝万铁路客运专线新湾双线大桥在DK98+968.35—DK99+145.65处跨越沪蓉高速公路，设计为（48+80+48）m三跨预应力混凝土连续梁。连续梁桥面宽12.2m，底宽6.4m，梁底距高速路面净高11.4m，采用挂篮悬臂浇筑施工。连续梁主跨80m跨越沪蓉高速公路，线路中心交叉里程为渝万铁路DK99+057、沪蓉高速公路G50K1673+300，斜交夹角40°。沪蓉高速公路为国家干线公路，交通不能中断且车流量大，连续梁距离路面净高较大，高速公路边坡陡峭，施工作业环境困难，连续梁施工安全及对高速公路行车安全管理的任务较重。
2防护方案比选
随着国家铁路建设的持续推进，铁路跨越高速公路、国道等高等级公路的情况越来越多，一般设计为上跨高速公路以连续梁的方式通过，但施工期间存在高空坠物导致对高速行车的物体打击等风险。目前国内普遍采取的风险源控制措施是对高速公路进行刚性棚架防护或挂篮兜底防护，采用重大危险源辨识方法按照作业条件危险性评价法：D=LEC[1-3]（式中L为事故发生的可能性，E为暴露于危险环境的频繁程度，C为发生事故的后果，D为危险值分值）对2种防护形式进行比选，评价结果见表1。从2者的风险等级评价比较可见，应优先选择刚性棚架防护。
3防护棚架结构设计
3.1结构形式结合现场情况，设计的刚性防护棚架结构如下：棚架基础采用条形基础，道路两侧高×宽×长尺寸为1m×1m×42m，中央绿化带基础采用高×宽×长尺寸为1m×0.6m×57m。立柱采用φ400mm×8mm钢管按间距3m布设，道路两侧单根长5.09m，每侧14根共28根；中央分隔带单根长4.5m共19根。钢管立柱之间连接设剪刀撑和横撑，侧面设置斜撑，立柱上设Ⅰ28a工字钢纵梁，纵梁上设Ⅰ40a工字钢横梁，间距3m；横梁上铺设［10槽钢分配梁，间距按1m布设。分配梁上铺设2cm厚竹胶板，顶面铺2mm厚铁皮，防护棚与既有沪蓉高速公路的位置关系及设计构造见图1、图2。3.2安全检算根据设计的棚架结构，建立有限元模型见图3。3.2.1计算参数［10槽钢、Ⅰ40a工字钢、Ⅰ28a工字钢、钢管均采用梁单元（钢材为Q235），铁皮采用板单元布置，2cm竹胶板（密度为860kg/m3）单位面积荷载为0.172kN/m2，竹胶板均布压力加载于板单元上，模型考虑自质量及人群荷载，人群荷载取3.5kN/m2。3.2.2［10槽钢［10槽钢共15根，横向间距1m，纵向间距3m，支撑于Ⅰ40a工字钢上。［10槽钢的弯曲应力分布见图4，最大弯曲应力为83MPa，小于钢材的容许强度215MPa。［10槽钢的剪应力分布见图5，可知最大剪应力为5MPa，小于钢材的抗剪强度容许值125MPa。3.2.3Ⅰ40a工字钢型钢Ⅰ40a的弯曲应力和剪应力分布图见图6、图7，最大弯曲应力发生在跨中位置的上下翼缘，最大应力为133MPa，小于钢材的`容许强度215MPa；剪应力最大发生在支座（和Ⅰ28a工字钢接触处）为17MPa，小于钢材的抗剪强度容许值125MPa。型钢Ⅰ40a的最大挠度发生在跨中位置为1.59cm，小于钢材的容许挠度2.54cm。3.2.4Ⅰ28a工字钢型钢Ⅰ28a的应力分布见图8，最大弯曲应力发生在边跨的上翼缘，最大弯曲应力为94MPa，小于钢材的容许强度215MPa。3.2.5φ400mm×10mm立柱该棚架通过28根φ400mm×10mm立柱来支承，支座竖向反力见图9，边支座的竖向反力为Nmax=142.7kN。构件的应力σ=N/A=28MPa，小于钢材的允许强度215MPa。3.2.6结构稳定性立柱之间连接采用剪刀撑和横撑，侧面设置了横撑，从而保证立柱的面外稳定。由于型钢Ⅰ40a上翼缘与［10槽钢通过点焊连接，保证型钢Ⅰ40a不发生面外失稳，不需要对其进行稳定计算。φ400mm×10mm立柱长度为5.09m，取该立柱的计算长度系数为μ=1,回转半径i=195.1mm，得到最大长细比λ=26，查稳定系数表得到ψ=1。根据稳定计算公式，大于立柱的最大轴力Nmax=142.7kN，满足规范要求。3.2.7检算结论通过以上计算，可知该棚架的［10槽钢、Ⅰ40a工字钢、Ⅰ28a工字钢、φ400mm×10mm立柱均满足要求[4]，结构安全。
4施工安全管理
考虑沪蓉高速交通不能中断且车流量大的特点，防护棚架分2次施工，每次施工临时封锁高速公路的一侧车道，并派专人负责协助高速公路执法队维持交通秩序[5-6]。具体防护棚架搭设施工分为以下步骤。
4.1棚架搭设施工前的交通管制
首先封闭高速路左幅。施工前对K1672+300—K1674+300实施交通控制，设置施工告示牌，施工控制区域按照警告区、上游过渡区、缓冲区、施工区、下游过渡区、终止和解除控制等区域，采用警示柱和锥筒进行控制，同时按照施工安全作业要求设置警告标志、禁令标志、指示标志、施工标志和其他实际需要设置的提示标志牌以疏导道路通行，并增设护栏等隔离设施及夜间警示灯光标志，保证行车安全。通过以上交通管制措施，合理引导左幅车流经中央分隔带进入右幅道路，车辆通过施工段后，再经过中央分隔带进入右幅道路。以下为应急情况紧急处理措施：（1）对于车辆故障停驶于改道施工路段时，安全员应敦促司机尽快驶离施工路段，如车辆确实无法行驶应协助司机摆放警示标志，同时调整施工路段安全设施摆放并迅速通知高速执法和施救部门。（2）对于施工路段发生交通事故，安全员应立即报告高速执法和施工部门，并做好车辆前期疏导工作，高速执法人员和施救部门赶到后，协助维护现场交通。（3）对于改道路段因交通事故造成交通中断，施工单位应协助高速执法人员和施工部门清理路障或在其施工路段另一侧条件允许的情况下，进行车辆分流行驶，确保交通不出现堵塞。（4）对于诸如大雨、大雾等恶劣天气出现时，应中止施工路段作业，施工人员撤离施工现场，将施工机械和工具撤离至安全地带，并将道路扩宽确保高速路的畅通。
4.2交通管制下搭设防护棚架
实施交通管制后先在高速公路左幅上行30m处设置限高架，然后开始吊装高速公路左幅防护棚架。吊装时应严格按照《防护棚架搭设施工交通组织方案》中的吊装顺序进行施工，严禁吊车臂伸入高速公路右幅上空进行吊装作业。高速公路左幅防护棚架施工完毕后，开始实施右幅高速公路的交通管制，开放左幅车道通行，搭设左幅防护棚架。棚架搭设属于高空作业，作业人员必须严格使用安全绳，保证作业过程的人员安全，防止高空坠落事图8Ⅰ28a工字钢应力分布图图9立柱反力分布图研究探讨故的发生。此外现场施工人员须遵守交通规则，禁止一切横穿高速公路的行为发生。
4.3搭设后的安全维护防护棚架搭设
完成后安排专人定期检查棚架周围防护栏杆，确保防护栏杆安全可靠，并定期清理防护棚架上的建筑垃圾。清理时禁止直接向下倾倒垃圾，防止物体打击事故的发生。
4.4夜间通行安全施工现场
除了有足够的照明外，在警示牌及减速带还应涂刷反光漆，并设置安全警示灯。限高架上粘贴反光片以显示限高架轮廓，保证夜间行车安全。
4.5防护棚架的拆除
防护棚架的拆除同样采用与安装时的交通管制方法，在此不再赘述。
5结束语
渝万铁路客运专线上跨沪蓉高速公路（48+80+48）m连续梁工程已顺利完成，实现了安全零事故的目标。本连续梁采用刚性棚架防护措施，克服了高速公路边坡陡峭、场地困难、高速公路车流量大、车流保通压力大等困难，达到了工期短、效率高、安全性好的施工成效，在交通安全防护方面的工艺和管理方法均具有参考性，对高速铁路上跨越高速公路、国道等高等级公路连续梁施工具有一定的应用价值。
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