公路與鐵路立體交叉隧道施工安全性

尹 鑰

(太原市城市建設管理中心，山西 太原 030000)

0 引言

近年來，隨著我國鐵路交通事業的快速發展，以及高速公路覆蓋范圍的不斷擴大，公路與鐵路立體交叉、相互穿越的現象時有發生。這不僅會讓施工企業面對愈加復雜的施工作業條件，同時還對施工質量、施工周期以及施工安全性等提出了更高要求[1]。怎樣在保證工程建設質量與性能的前提下，使二者交叉的風險降到最低，就成為目前相關施工企業需要重點探討的問題。

1 公路工程下穿既有鐵路隧道工程的風險因素

1.1 工程概況

某高速公路主線采取四車道高速公路標準，設計路基寬度為24.5 m，速度為80 km/h，隧道凈寬為10.25 m。而既有鐵路隧道從該公路隧道下方穿過。相關施工企業就鐵路線路段進行線位擬合，并綜合地形、地質條件等因素，經過對眾多方案的精選優選，初步確定公路隧道工程與鐵路隧道高程的凈間距為27 m，且鐵路隧道軸線與公路隧道軸線之間的夾角應控制在12°。

1.2 公路隧道工程下穿鐵路隧道工程施工時存在的風險因素

1.2.1在路線工程實施階段存在的風險因素

公路工程的線形設計通常要確保路線線形舒適、連貫、順暢，并且沒有急轉彎以及長大縱坡。這可以在很大程度上避免發生因線形不適而導致的交通事故。但是在公路工程建設中，如果下穿既有鐵路隧道，公路工程線形走向則會受到以下幾點因素干擾：

1)路線加固。公路與鐵路立體交叉隧道施工，必須要保證既有鐵路線路的穩固性，這是確保公路工程安全運營的必要前提。如果路線加固不到位，就很可能會在設置鐵路框架橋后，影響到既有鐵路軌道結構及列車的運營速度；

2)高程控制。框架橋的設置是公路與鐵路立體交叉隧道施工中較為關鍵的一環，框架橋的高程控制對下穿鐵路框架橋的科學性有著重要影響。如果高程偏差過大，既會影響到道路的豎向線形，同時又會大大增加工程的后續投資。除此之外，高程偏差過大也會給既有鐵路工程的安全性造成影響[2]。

1.2.2在施工過程中存在的風險因素

在施工過程中，如果沒有采取科學嚴謹的防護措施或者防護工作不到位，都會增加發生車輛傷害事故或者坍塌事故的概率。其中，公路與鐵路立體交叉隧道施工過程中主要存在以下風險：

1)頂進施工風險。進行頂進施工作業時，勢必會對周邊土體產生擾動，并對既有工程的受力狀態進行改變，一旦地層位移或者變形超出限定范圍后，就會直接威脅到運營線上列車運行的安全[3]；

2)管理風險。由于公路與鐵路立體交叉隧道施工更為復雜，對于項目管理也有著更為嚴苛的要求。一旦管理不到位，不僅會影響到工程施工進度，同時還會因為施工工藝與機械設備等不達標而影響到施工質量，進而危害到車輛的安全通行。

2 分析公路與鐵路立體交叉隧道施工的安全性

2.1 爆破施工振動影響分析

爆破是公路與鐵路立體交叉隧道施工中較為關鍵的工序。相關施工企業在爆破前，需要根據《爆破安全規程》的相關流程，明確該工程爆破振動安全允許距離，必要時還需采取一定的減震技術措施，來減小對既有鐵路隧道的影響[4]。具體來說，要按照以下公式進行計算，來得到爆破振動安全允許距離：

其中，R為爆破振動安全允許距離,m；Q為炸藥量，齊發爆破為總藥量，而延時爆破為最大一段藥量,kg；V為保護對象所在地質點振動安全允許速度,cm/s；K，α分別為與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數以及衰減指數，既可以按表選取，也可以通過現場試驗來確定。

在《爆破安全規程》中明確規定，受保護對象為“交通隧道”的振速要求為15 cm/s，而本次工程施工實際所需安全振動速度基本確定為12 cm/s。在經過上述公式計算得出，本路段與鐵路隧道交叉的公路隧道之間的凈距離要超過爆破振動安全距離。換句話說，此次施工爆破對既有鐵路隧道的影響很小。

2.2 三維數值模擬仿真

為確保公路與鐵路立體交叉隧道施工的安全性以及科學性，明確施工對既有鐵路隧道受力以及變形影響，同時對鐵路隧道結構及其圍巖應力場受影響程度及范圍大小等進行確定，相關企業可以利用先進技術，使用有限元數值分析軟件來對該工程施工進行三維數字模擬分析。

隧道橫向方向，以公路隧道兩側設線之間的中點作為起點，分別向兩側橫向選取60 m，總寬度為120 m；然后根據實際下穿狀況選取隧道縱向150 m范圍作為計算區域；之后選取鐵路隧道襯砌底部標高以下26 m為底。由于該工程隧道穿越山體坡面較緩，并且沒有明顯的橫向變化，所以可以以線性漸變斜面等效模擬山體地表，隧道拱頂土體厚度由淺端的17.8 m過渡到深端的67.8 m。確定計算模型后，就要按照以下順序進行計算，第一步，計算自重作用下圍巖應力場以及初始位移；第二步，計算鐵路隧道開挖支護工況；第三步，計算公路隧道開挖支護工況。在計算結束后可以得到相應的沉降云圖以及圍巖應力云圖[5]。通過沉降云圖可以得知，下方鐵路隧道側墻以及底部襯砌采取的直墻形斷面形式，在開挖時對周邊土體的擾動要遠比曲墻形對周邊土體擾動大得多。同時這種斷面形式很容易在角部出現應力集中現象，進而威脅到隧道結構整體的穩固性。而從圍巖應力云圖可以得知，僅隧道開挖輪廓外約一倍的洞徑區域的圍巖應力極易受擾動影響，而除這一區域外的位置，土體位移變化量僅有隧道開挖面處的1/10倍～1/5倍，影響十分微小，恰好處在可控范圍內。

3 當前影響公路與鐵路立體交叉隧道施工安全性的因素

公路與鐵路立體交叉隧道施工復雜多變，危險源以及不確定性因素較多，相關企業及施工技術人員很難準確辨識和排除施工中所有的安全影響因素。目前，主要影響公路與鐵路立體交叉隧道施工安全性的因素有以下幾點[6]：1)環境因素。公路與鐵路立體交叉隧道施工對于工程所處環境要求較高。不良的現場環境雖然并不會直接導致安全事故的頻繁發生，但是它卻是安全事故發生的一個不容忽視的潛在因素。其中，影響公路與鐵路立體交叉隧道施工安全的不良環境因素主要包括不良的水文地質條件、作業天氣、夜間施工環境以及既有鐵路本身抗變形能力較差等。對此，施工技術人員可以結合實際情況，采取相應的加固措施來予以應對；2)人為因素。現如今，高素質應用型人才短缺是整個行業都要面對的問題。而人又是工程施工建設的主要參與者與實施者，因此，施工作業人員某些不安全行為就成為引起安全事故的主要原因。再加上某些人員安全意識淡薄、對待安全教育態度敷衍了事、安全護具佩戴不正確等，都會對整個工程的安全性造成極大影響；3)組織管理因素。在公路與鐵路立體交叉隧道施工過程中，能否順利達成安全目標，關鍵取決于工程的組織與管理。很多因人為因素、環境因素等引起的安全事故，正是由于安全管理的缺失或不到位導致的。而目前很多企業尚未確立完善的安全管理制度，現場安全管理不夠全面、徹底，有的企業甚至沒有組建相應的安全生產管理部門，整個安全組織管理工作流于形式，難以確保工程各方面的安全有序。

4 有效控制公路與鐵路立體交叉隧道施工安全的措施

針對公路與鐵路立體交叉隧道施工中存在的安全影響因素，相關企業可以采取以下措施進行防范：1)從環境因素層面來看。在施工準備階段，施工企業就需要通過收集整理現場歷年天氣資料，提前做好防范惡劣天氣的準備，并制定可行的應急方案以及安全控制措施，確保施工技術人員在施工中遭遇變異性較大的水文地質環境或者泥石流、洪水等自然災害時，可以及時采取有效應對措施。做好施工現場的照明工作。公路與鐵路立體交叉隧道施工的危險性相對較高，要求施工企業不管是在夜間還是昏暗條件下，都需要做好現場的照明工作，在保障人員安全的同時，提高施工效率與質量。在一些危險的活動區域或者設備上做好鮮明標記，比如涂紅色顏料等，確保施工現場人員及設備安全；2)從人為因素層面來看，加強對施工人員的安全意識培訓，包括專家講座、安全意識教育等，使其明確安全生產對整個工程的重要性。幫助施工人員樹立起正確的安全意識以及責任意識，定期或不定期的組織員工參加專業技能培訓，提高其業務水平以及專業素養，在實際施工過程中可以自覺遵守相關管理制度以及要求，主動配合安全管理措施的執行[7]；3)從組織管理層面來看，在施工中，應嚴格貫徹落實國家與政府制定的施工標準與要求，遵循相關法律法規，協調好各部門之間的關系，各管理層之間也需要加強相互監督，在提高管理質量的前提下，保證工程整體的施工安全。切實提高現場安全控制管理水平，企業要提高對整個工程施工安全的控制，組織邀請專業的監督管理團隊進入現場開展實時監督與管理工作，及時發現并排除公路與鐵路立體交叉隧道施工中存在的安全風險因素。糾正現場施工人員的某些不安全行為，加強制度建設與優化，實行科學的責任制度，將安全控制目標細化，并落實到個人，最大限度的維護公路與鐵路立體交叉隧道施工的安全性以及嚴謹性。

5 結語

我國公路、鐵路建設正處在高速發展階段，且新建高速公路有時會不可避免的與既有鐵路隧道發生交叉，并極大增加了施工的難度與工程量。對此，為確保公路與鐵路立體交叉隧道施工的安全性，相關企業可以通過爆破施工振動影響分析、三維數值模擬仿真，再配合具體的安全控制措施，來確保公路隧道施工對鐵路隧道的影響降到最低，并為今后的公路鐵路立體交叉隧道施工提供參考。

參考文獻:

[1] 韓 旭.鐵路隧道淺埋下穿高速公路施工技術[J].建筑技術開發,2016,43(5):109.

[2] 安麗麗.新建公路工程下穿既有鐵路工程的危害分析及安全建議[J].黑龍江科學,2014,5(5):57.

[3] 蔣賢勇.鐵路立體交叉隧道施工與地震動力影響分區研究[D].長沙：中南大學,2013.

[4] 袁良遠,唐春海,朱加雄,等.高速公路隧道下穿既有鐵路隧道控制爆破技術[J].工程爆破,2016,22(1):64-67.

[5] 徐慧芬,鄭少華,馬 超.公路與鐵路立體交叉隧道施工安全性分析[J].公路,2017,62(10):299-302.

[6] 陸莎莎.高速公路下穿既有鐵路工程安全風險評估及控制研究[D].西安：西安建筑科技大學,2013.

[7] 沈興付.城市道路下穿既有運營鐵路施工關鍵技術及安全控制研究[J].低碳世界,2016(4):157-158.