新建高速公路涉路工程的安全性評價分析

吳志敏，康舒顏

(廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

目前，我國高速公路建設(shè)里程逐年上升，其發(fā)展勢頭離不開經(jīng)濟(jì)強(qiáng)有力的支撐。在建設(shè)過程中，新建高速公路難免跨越山谷、河流以及現(xiàn)有高速公路等不同地理特征，尤其在跨越高速公路是安全隱患較大、也是亟待解決的問題?，F(xiàn)有公路技術(shù)規(guī)范與相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對涉路工程涉及較少，且缺乏一套行之有效的體系。因此，往往在開展有關(guān)涉路工程工作時，由于缺少較為詳細(xì)的規(guī)范要求，執(zhí)行起來相對困難。為保證新建高速公路涉路工程的安全，需對涉路工程進(jìn)行全面深入的分析，減少涉路工程施工存在的安全隱患，同時在后期運(yùn)營中降低安全風(fēng)險。

針對上述問題，本文以新建花莞高速公路跨京珠高速公路涉路工程為例，對各方提供的設(shè)計方案與施工方案，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范要求，對各項安全指標(biāo)進(jìn)行評價分析，確保各項指標(biāo)符合規(guī)范以及現(xiàn)場施工要求，為施工與運(yùn)營安全提供有力保障。

1 工程概況

花莞高速公路為雙向六車道，設(shè)計時速100km/h，路基寬度33m，現(xiàn)跨越京珠高速公路，所跨線橋總共五座，如圖1所示。其中主線橋跨越部位采用T型梁，其他4座匝道橋采用鋼箱梁進(jìn)行跨越。京珠高速公路目前為雙向六車道，設(shè)計時速100km/h，路基寬度為33.5m。為了滿足未來交通的需求，將由雙向六車道擴(kuò)建至雙向八車道。

圖1 花莞高速公路跨京珠高速公路平面

主線橋上部結(jié)構(gòu)采用跨徑(35m+35m)的預(yù)制T梁上跨京珠高速公路；橋梁基礎(chǔ)為混凝土鉆孔樁，其中45#墩和47#墩位于京珠高速公路路基邊坡上，下部結(jié)構(gòu)為圓柱橋墩+暗埋系梁；46#墩位于京珠高速公路中央分隔帶處，下部結(jié)構(gòu)為薄壁橋墩+暗埋承臺。A、B、C、D四條匝道橋通過路基拼寬和橋梁上跨與京珠高速公路相接形成互通樞紐，其中A、B、C、D匝道上部結(jié)構(gòu)以鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式上跨京珠高速公路，且在京珠高速公路中央分隔帶處設(shè)薄壁橋墩。

2 設(shè)計方案安全性評價

根據(jù)現(xiàn)有公路設(shè)計規(guī)范要求，對涉路工程設(shè)計方案進(jìn)行安全評價分析。本文分別從交叉角度、建筑界限、擴(kuò)建后對現(xiàn)有高速公路的影響以及視距等方面對其進(jìn)行分析，對設(shè)計方案存在的安全問題進(jìn)行探討，為完善設(shè)計方案提供建議。

2.1 交叉型式評價

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01-2014)和《公路路線設(shè)計規(guī)范》(JTG D20-2017)，本項目交叉屬于“高速公路與高速公路交叉”，本工程采用的是樞紐互通式立體交叉的交叉型式，滿足規(guī)范要求。

2.2 跨越工程與公路交叉角度

在金盆互通立交范圍內(nèi)，跨越工程所包含的主線橋、A 匝道橋、B 匝道橋、C 匝道橋和D 匝道橋分別以不同的斜交角度上跨京珠高速公路，具體內(nèi)容見表1。

表1 各跨越橋與京珠高速公路交叉角度

根據(jù)公路設(shè)計規(guī)范規(guī)定，金盆樞紐互通各跨線橋與京珠高速公路的交叉夾角雖不滿足規(guī)范要求，但通過適當(dāng)增大橋梁跨徑、改變中間墩的角度與被交路平行，可保證行車安全要求。

2.3 變速車道長度

根據(jù)公路設(shè)計規(guī)范對變速車道長度的規(guī)定，采用主線設(shè)計速度對互通式立交變速車道長度進(jìn)行評價，其各匝道變速車道長度見表2。

表2 金盆互通立交變速長度

注：-表示未設(shè)置變速車道

結(jié)合規(guī)范要求，金盆互通立交的變速車道長度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2.4 京珠高速公路遠(yuǎn)期擴(kuò)建的影響評價

京珠高速公路遠(yuǎn)期將由雙向六車道擴(kuò)建至雙向八車道，其道路寬度由33.5m變?yōu)?1.0m。其中涉路工程為金盆互通立交范圍內(nèi)的5座跨線橋，擴(kuò)建后跨越工程凈空與凈寬將會發(fā)生相應(yīng)變化，因此要對京珠高速公路遠(yuǎn)期擴(kuò)建進(jìn)行影響評價。

2.4.1 設(shè)計預(yù)留擴(kuò)建寬度取值評價

京珠高速公路現(xiàn)狀路基寬度為33.5m，雙向六車道，路基各組成部分為：行車道寬2×3×3.75m、硬路肩寬2×3m、中間帶寬3.5m、土路肩寬2×0.75m。設(shè)計時速為100km/h。京珠高速公路遠(yuǎn)景擴(kuò)建為雙向八車道，路幅寬度為41.0m：行車道寬2×4×3.75m、硬路肩寬2×3m、中間帶寬3.5m、土路肩寬2×0.75m。

根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》(JTG D20-2017)第6.4.2 條第2 款“高速公路整體式路基雙向八車道以上路段，宜設(shè)置左側(cè)硬路肩，其寬度應(yīng)不小于2.5m”。根據(jù)該條款，八車道標(biāo)準(zhǔn)路基橫斷面總寬度應(yīng)為41m，硬路肩寬度為2×3m，未考慮設(shè)置左側(cè)硬路肩。

2.4.2 互通立交跨線橋?qū)┲楦咚俟窋U(kuò)建影響評價

按照遠(yuǎn)期寬度設(shè)計后，結(jié)合金盆立交平面布置圖，除對各跨線橋產(chǎn)生影響外，還發(fā)現(xiàn)A匝道橋22#～38#墩與E匝道橋18#～20#墩上方橋面已侵入擴(kuò)建后的京珠高速公路路基范圍內(nèi)，因此核查各侵入橋下凈空以及各墩柱是否侵入京珠高速公路路基。

通過核查發(fā)現(xiàn)，京珠高速公路擴(kuò)建為8車道時，A匝道橋中28#～33#墩凈空高度將不滿足規(guī)范要求，34#～37#墩橋面高程低于京珠高速公路路面高程，38#墩(橋臺)已在京珠高速公路路基范圍內(nèi)，需進(jìn)行拆除重建。為了減少擴(kuò)建的拆除量，建議拆除27#～38#墩11跨，并結(jié)合擴(kuò)建后的路基進(jìn)行有效銜接。而擴(kuò)建后的京珠高速公路路基邊緣已侵入E匝道橋18#～20#墩柱，需對17#～20#墩三跨進(jìn)行拆除重建。

2.5 建筑界限評價

針對各橋梁跨越處的凈空高度，本文根據(jù)給定的路面高程與設(shè)計高程對各跨越處的凈空高度進(jìn)行了計算，其結(jié)果見表3。

表3 各橋梁跨越京珠高速公路的凈空高度

結(jié)合規(guī)范要求，經(jīng)核查上跨京珠高速公路橋梁位置，凈高均未侵入京珠高速公路現(xiàn)狀建筑限界，滿足規(guī)范要求。

2.6 視距

視距是保證公路安全的一項重要設(shè)計指標(biāo)。公路沿線應(yīng)有足夠的視距，使駕駛員能及時察覺潛在的危險，并做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。金盆互通主線橋以及4座匝道橋上跨京珠高速公路所在區(qū)域線型為直線段，不處在變坡點范圍內(nèi)，且5座跨越橋梁墩柱離京珠高速公路路面邊緣較遠(yuǎn)，不存在影響視距的事故隱患因素。

根據(jù)評價分析，金盆互通主線橋及4座匝道橋不影響上跨區(qū)域視距，該區(qū)域視距良好，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3 施工方案安全性評價

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等依據(jù)，分析和評價本項目的施工方案對京珠高速公路質(zhì)量和安全的影響。施工方案必須符合相關(guān)規(guī)范的要求，施工時應(yīng)確保施工安全。

金盆互通立交涉京珠高速公路區(qū)域施工方案主要為5座橋梁上跨施工，橋梁上跨共有1座主線橋以及4座匝道橋。橋梁上跨區(qū)域為中間帶落墩，其中，主線橋上跨部分為預(yù)制T梁，而4座匝道橋上跨部分為鋼箱梁。本文主要對樁基施工、承臺施工、墩身施工、預(yù)制T梁、鋼箱梁吊裝施工及臨時支架穩(wěn)定性進(jìn)行評價。

3.1 樁基施工

金盆互通立交樁基成孔采取沖擊鉆施工方案。泥漿池布置在京珠高速公路外側(cè)，設(shè)置泥漿池，泥漿經(jīng)過濾、沉淀后用泥漿泵循環(huán)至樁孔內(nèi)，保證泥漿循環(huán)利用。出漿池、沉淀池通過溝槽連通，利用泥漿泵向外排渣，樁孔上層的泥漿經(jīng)事先開挖好的溝槽流入沉淀池，保證泥漿循環(huán)利用，降低對臨時通行車輛的不利影響。

3.2 承臺施工

承臺施工時，將開挖京珠高速公路的路基，施工方案中未對此處承臺施工提供明確的開挖防護(hù)措施。施工中可采取兩種開挖方式：垂直開挖和放坡開挖。

如采取放坡開挖，按照基坑開挖邊坡率1:1計算，主線橋及匝道橋開挖面上方寬度分別為7.28m、7.68m、6.96m、8.06m及7.96m。京珠高速公路超車道路基部分將被挖除，放坡開挖會帶來兩種負(fù)面影響，第一是基坑的回填質(zhì)量得不到保證，因為小面積基坑回填無法用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行碾壓，回填碎石可能會造成新老路基的不均勻沉降；第二是延長了臨時封閉高速公路的時間，對高速公路的安全運(yùn)營產(chǎn)生不利影響，也破壞了原有高速公路路基的完整性。

3.3 墩身施工

在承臺施工完成后，應(yīng)盡快進(jìn)行墩身的施工。墩身施工時，隨時觀測墩身的變形，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以保證墩身的幾何形狀符合設(shè)計要求。

經(jīng)過核查，墩柱施工方案比較常規(guī)，占用現(xiàn)有公路范圍較小。對已經(jīng)安裝好的立柱鋼筋骨架，在安裝模板前應(yīng)有臨時穩(wěn)定措施，防止傾倒，影響交通；對高度大于9m 的墩身鋼筋，應(yīng)安裝風(fēng)纜，使其保持穩(wěn)定。

3.4 預(yù)制T梁架設(shè)施工

互通內(nèi)主線橋上跨既有高速京珠高速公路，采用預(yù)制T梁一跨跨越京珠高速公路。架設(shè)采用1臺WQJQ30-150 型三角桁架雙導(dǎo)梁架橋機(jī)完成。T梁運(yùn)輸采用運(yùn)輸車，兩端用鋼絲和支撐桿在兩端固定牢靠，運(yùn)輸至架橋機(jī)尾部喂梁處。T梁安裝過程中采用半幅架設(shè)。

經(jīng)核查，上跨京珠高速公路預(yù)制T梁采用架橋機(jī)架設(shè)法，工法成熟，技術(shù)可靠，架梁安全性高；架設(shè)施工時采用封閉半幅交通的改道方式，對橋下交通影響較小。但架橋機(jī)應(yīng)采用有效的限位裝置，在軌道有效行程范圍內(nèi)設(shè)置緩沖器及端部止擋。

3.5 臨時支架穩(wěn)定性

A、B、C、D匝道均采用鋼管柱支架作為搭設(shè)鋼箱梁支撐，其中A、B匝道采用φ600mm鋼管作為支架的主要立柱結(jié)構(gòu)，φ420mm鋼管作為連接系。頂部設(shè)置2I40a作為分配梁，分配梁上根據(jù)鋼梁截面分段口設(shè)置千斤頂和臨時墊座來完成鋼梁的拼裝調(diào)整。支架底口根據(jù)地基的實際情況采用樁基礎(chǔ)或擴(kuò)大基礎(chǔ)處理，底口需要設(shè)置防撞墩。

C、D匝道采用用φ600mm鋼管作為支架的主要立柱結(jié)構(gòu)，φ420mm鋼管作為連接系。頂部設(shè)置2I40a作為分配梁，分配梁上根據(jù)鋼梁截面分段口設(shè)置千斤頂和臨時墊座來完成鋼梁的拼裝調(diào)整。支架底口根據(jù)地基的實際情況采用樁基礎(chǔ)或者擴(kuò)大基礎(chǔ)處理，底口需要設(shè)置防撞墩。

對于各跨越匝道橋(A、B、C、D)的臨時支墩進(jìn)行了詳細(xì)計算，包括對臨時支墩受力、穩(wěn)定性以及基礎(chǔ)(型鋼、混凝土和打入樁)等方面的計算。經(jīng)計算可以得出，A～D匝道橋鋼箱梁臨時支墩各構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足受力要求，確保了施工安全。在臨時支架穩(wěn)定性驗算中，受壓穩(wěn)定系數(shù)較大，支墩安全可靠；型鋼、混凝土以及打入樁基礎(chǔ)驗算中，型鋼、混凝土基礎(chǔ)考慮不對稱荷載的情況下，基底壓力滿足要求，而打入樁基礎(chǔ)承載力高于最不利反力。因此，臨時支墩各構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性能均滿足施工要求，支架搭設(shè)方案可滿足金盆樞紐互通立交A、B、C、D匝道橋鋼箱梁拼裝施工要求。

4 結(jié)語

涉路工程安全是公路建設(shè)工程領(lǐng)域的熱點與難點之一。本文根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)道路交通安全技術(shù)，對設(shè)計方案中交叉型式評價、交叉角度、變速車道長度、京珠高速公路遠(yuǎn)期擴(kuò)建對安全的影響、視距技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行安全評價分析，同時對施工方案中的樁基施工、承臺施工、墩身施工、預(yù)制T梁及臨時支架穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了安全評價，并對現(xiàn)有的方案提出了對策與建議，為后期施工安全提供了相應(yīng)的安全技術(shù)保障，提升了施工安全管理質(zhì)量與水平。