公路工程上跨高速鐵路風險評估與措施研究

劉馳達 張涵 張云龍 王英凡 盧元昊

摘要：本文針對公路工程上跨高速鐵路在復雜條件與風險下的風險控制，對于保障公路上跨的建設的順利進行，推動公路上跨建設技術進步具有重大意義。

關鍵詞：風險分類風險評估相似材料施工方法措施研究

高速鐵路具有速度快、行車密度大的特點，為確保高速鐵路列車行車安全運行，新建道路與高速鐵路交叉時，應按“鐵路優先上跨公路”的原則進行。但由于地形地貌和線路平、縱斷面的限制，城鎮發展、社會經濟等造成上述條件不具備時，實際工程中仍然有道路上跨高速鐵路的情況。因此為了確保高速鐵路運營安全，有效控制道路建設投資，需對上跨高速鐵路立交設計及防護措施進行重點研究。且公路上跨高速鐵路投資量大，施工周期相對較長，涉及到的環節比較復雜進而導致在實際開展施工的過程中，會受到多種不確定因素影響而存在施工風險。

一、上跨高速鐵路風險及其評估

（一）上跨高速鐵路風險

高速公路交通意外事故影響高速鐵路施工人員及設備的安全風險;高速鐵路臨近高速公路的橋墩及基礎施工影響高速公路路基結構穩定的安全風險;高速鐵路梁部施工發生垮塌或墜落的安全風險;交通安全防護缺陷導致車輛及乘坐人受到傷害的風險。

（二）評估

上跨高速鐵路可分為對普通路段和隧道段的跨越。為防止施工路段的建設對下方既有高速鐵路產生較大影響，應在正式施工前建立模型對結構受力，巖土受力以及材料選取的一系列問題進行模擬分析，做好風險評估以制定應對措施與施工方法。

普通路段可使用架橋方式進行公路的建設，主要考慮的風險為橋梁支柱對于地面的擠壓導致的沉降，施工前要對地層結構性質、種類進行實地勘探評估，之后建立模型分析建設后的支柱對地面的壓力是否會在建設后一段時間內導致地面有較大幅度的沉降影響公路與下方高速鐵路的安全，同時可選取合適的建設方法進行預演，將風險降至最小。

對于隧道段需要從隧道上方進行跨越，可使用MIDAS-NX軟件對施工部分進行實況模擬（即完全按照實際地形進行建立模型）分析施工引起的既有鐵路隧道結構變形及應力變化。尤其下方隧道在施工后的絕大部分位移是由上方公路路塹的挖掘造成的，可通過這種方式提前對路塹的開挖地點和方式進行規劃，規避對下方隧道通行及安全的影響。

除了進行三維建模之外，還可以選取材料建造縮小比例的實物模型，以此觀測選取不同材料作為施工建設材料對于路面以及既有高速鐵路的影響。對所得數值進行計算得出沉降程度并綜合考慮對下方高速鐵路影響，作為依照來進行建設材料的選擇。

除此之外也應對建設工地的布置對周邊地形情況的影響進行模擬分析，防止在山地高坡等地理位置進行建設時造成意外情況。

二、針對上跨鐵路介紹兩種施工方法：

（一）轉體施工法

橋梁轉體施工工藝的工作原理，就像挖掘機鏟臂隨意旋轉一樣，在橋臺（單孔橋）或橋墩（多孔橋）上分別預制一個轉動軸心，以轉動軸心為界把橋梁分為上、下兩部分，上部整體旋轉，下部為固定墩臺、基礎，這樣可根據現場實際情況，上部構造可在路堤上或河岸上預制，旋轉角度也可以根據施工情況隨意旋轉。

橋梁轉體施工工藝適用于跨徑較大的單孔或多孔鋼筋混凝土橋梁施工。尤其適用于跨越深谷、水深流急和公鐵立交、風景勝地、自然保護區等施工受限制的現場，而在公路上跨高速鐵路更是極為受用。由于橋梁轉體施工是靠結構自身旋轉就位，不用吊裝設備，并可節省大量支架木材或鋼材。采用混凝土軸心轉體施工，轉體工藝簡便易行，轉體重量全部由橋墩（或橋臺）球面混凝土軸心承受，承載力大，轉動安全、平衡、可靠。

轉體施工的受力分析目的是保證結構的平衡，以防傾覆;保證受力在容許值內，以防結構破壞;保證錨固體系的可靠性。轉體過程歷時較短，少則幾十分鐘多不超過一天，所以主要考慮施工荷載。在大風地區按常見的風力考慮，通常不考慮地震荷載和臺風影響，這主要從工期選擇來保證。此外，轉體結構的變形控制、合攏構造與體系轉換也是轉體施工應考慮的重要問題。

沒有一種方法可以稱之為完美，轉體施工法同樣也有著自己的缺點。轉體施工法需要有足夠成熟的橋梁技術，半橋梁在實行對接時，需要計算好距離和卡口，一處出錯將會導致整個工程毀于一旦。轉體施工法需要進行充分的受力分析，對壓力、應力、重力的分析精準到分毫，對可能出現的風險評估到自己掌控的范圍內。

（二）頂推施工方法

頂推施工方法的雛形來自早期鋼橋的拖拉法、導梁拖拉法、縱向連接拖拉法等。在早期施工機具比較原始的情況下，上述方法最大限度地利用了有限的設備，并為后來的頂推施工方法提供了很大的參考價值。

具體的頂推法施工工序如下：預制場準備工作→制作模板與安裝鋼導梁→頂推設備安裝→預制節段→張拉預應力筋→頂推預制節段→管道壓漿（循環第四至第七步驟）→頂推就位→放松臨時預應力筋及拆除輔助設備→張拉后期預應力筋→管道壓漿→落梁與更換支座→橋面工程→驗收。

隨著國內頂推技術的不斷發展，該技術趨于成熟且具有以下特點：

（1）頂推法施工具有占地少、不需要支架、質量穩定、施工安全和成本低廉的特點，尤其在中等橋跨橋梁施工中非常具有競爭力。

（2）由于頂推法施工中連續梁重復經過橋墩或者臨時墩。施工控制內力為最大負彎矩。計算和實踐表明，當頂推跨徑大于50m時，頂推橋梁彎矩包絡圖急劇增加，導致所需預應力鋼筋成倍增加。所以當頂推橋跨大于50m，頂推施工的難度就會顯著增加。

（3）適用范圍在不斷擴大，隨著頂推法施工的不斷完善和發展，頂推法的適用范圍也在不斷擴大。就梁體結構類型而言，頂推法不僅適用于連續梁，還開始應用于連續剛構、拱橋、斜拉橋和懸索橋。就梁體形式而言，頂推法不僅適用于等高直線梁，還適用于變高度梁、曲線梁和斜梁橋。就梁體制作方式而言，頂推法施工既可以逐段澆筑，也可以逐段拼裝。

根據頂推法施工工序、工藝與特點，提出了以下三點風險控制措施：

（1）由于鋼箱梁頂推施工和落梁施工風險概率較高，因此，在鋼箱梁頂推過程中，要安裝應變計等檢測儀器進行實時監測，保證頂推過程的安全性;在落梁施工前，確保臨時墩的穩定性;在落梁過程中，為防止梁發生傾覆事故，需要設置防落梁擋塊，并且要多次檢測臨時墩的承載力變化;同時，避免在大風等惡劣天氣下施工。

（2）為防止發生基樁塌孔等安全事故，在基樁與橋墩施工過程中，要使用相應配套設備及時對基樁樁位、垂直度、沉渣厚度、鋼筋籠綁扎、混凝土質量等相關技術指標進行檢測;另外，對起吊設備等施工機械器具進行全面檢查、維修和定期保養，以免在作業過程中出現故障，發生安全事故。

（3）在主梁的焊接與拼裝施工過程中，要嚴格把控焊接精度。除了對每個焊接完成的焊縫進行對焊和角焊的無損檢測以外，還要在頂推過程中，對接縫部位進行隨時檢測，防止因焊縫質量問題導致在鋼箱梁雙向頂推施工過程中拼裝處出現斷裂而發生落梁事故。

三、結論

高速公路上跨高速鐵路的施工與運營中，研究上跨風險性主要因素，研究施工過程中采用何種工法可以有效保證上跨高速鐵路的安全是本文的主要內容。

參考文獻

[1]莫增模，黃仕平，王衛鋒.橋梁轉體施工中球鉸接觸應力分析研究[J].公路，2021，66（02）：184-188.

[2] [2]任輝，季新宇.大跨度T構橋轉體關鍵技術研究[J].山西建筑，2021，47（02）：133-135.

[3]黃仕平，唐勇，袁兆勛，等.橋梁轉體施工接觸面應力分析及優化方法[J].哈爾濱工程大學學報，2020，41（12）：1790-1796.

項目名稱：公路工程上跨高速鐵路風險評估與措施研究

項目編號：ZD2020010008