李永强
中铁十五局集团第二工程有限公司 上海 201703
摘要：下穿在役高速公路顶推施工具有较高的风险等级，在施工前合理设计优化施工方案，通过辨识施工风险源并进行风险控制，可提高施工安全能力。
关键词：大跨度，浅埋，箱涵，顶推，安全风险
一、工程概况
某在建框架桥下穿在营高速公路，2 孔单箱单室箱涵长 39m，宽 2*22.1m，两箱净距 1.5m，其中顶板厚度1.35m，底板厚度1.3m，侧墙1.3m，顶板倒角1.8x0.6m，底板倒角0.5x0.5m，单节纵向长度13m。框架桥顶部覆土均1.5m，上跨高速公路为双向四车道。
二、施工安全性影响特点分析
2.1 施工工期紧张，影响工期因素多
本工程的总工期为 180 日历天，其中设计工期 20 日历天，施工工期 160 日历天。项目工期紧张，且涉及到高速的保通要求，同时在项目实施的后期，可能会与高速春运交叉，导致交通保畅压力更大。同时施工后期在冬季，混凝土强度上升速度较慢，且项目所在地区冬季多雨，对框架桥顶推的影响较大，且框架桥顶进属于关键节点，一旦延误将影响总体施工工期。
2.2 施工对交通影响大
本工程为以下穿方式穿越已建成高运量高速公路的顶推框架桥施工，施工顶进期间，要对高速进行导行，势必需要占用高速公路的路幅，影响高速的正常交通通行。若交通导行不利，可能在交通高峰期产生拥堵现象。
2.3 降水及地下水对施工的影响
根据市政道路规划，本项目框架桥位于线路最低点，雨天极易积水，雨水浸泡会引起高速公路及涵底基础沉降，对高速通行和框架桥顶推施工与运营造成重大的安全隐患。
2.4 框架桥顶进施工难度大
顶进框架桥在顶进时容易出现“扎头”和“抬头”的现象，其调整比较困难；同时框架桥顶进时有可能出现框架桥底的黏土粘结到框架桥底板上随框架桥滑动的现象，这种情况也比较难处理。在框架桥顶推的过程中，框架桥和路基的摩擦力有可能使路基产生位移，尤其是在框架桥将推出路基的时候，出口处的路基很容易被推裂或移动，同时框架桥顶部的管棚也可能在摩擦力的作用下产生顺顶进方向的滑动，造成高速公路路面沉降或破坏。
框架桥与高速公路斜交 106°，框架桥总宽 46.3m，顶进长度 62m，如此大的斜交角度、箱体宽度和顶进长度决定框架桥顶进过程中容易产生左右偏位，对框架桥顶推进行监控和纠偏是本工程的重难点。
三、箱涵桥结构安全性分析
3.1 整体模型
采用Midas civil 2019取单个节段框架桥14m进行计算，计算模型如图2所示，顶板跨中底板及顶板与侧墙连接位置均按三层28mm HRB400级钢筋计算，顶板与侧连接位置箍筋间距25cm，跨中区域37.5cm；纵向间距12.5cm，112根单肢箍，箍筋直径10mm。
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图1 结构有限元模型
3.2 边界条件
底板下方采用仅受压节点弹性支承模拟，地基竖向抗力系数取300000kN/m3，节点横向弹簧取400kN/m，底顶板与侧墙采用刚性连接。
3.3 土压力
a、顶板上竖向土压力γh=1.5m * 18kN/m3=27kN/m2，转为梁单元线荷载27 kN/m2*14m=378 kN/m。b、侧墙受到的土压力，ep=γh tan2(45-φ/2)-2c tan(45-φ/2)，按地勘资料计算得侧墙所受土压力。c、活载作用下侧墙所受土压力，ep=γh tan2(45-φ/2)，h为等代土层厚度。
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式中B取单个节段长度14m；l0按45-φ/2扩散计算，根据地勘资料，求得l0范围5.6~7.8m，沿高速方向最多布置标准车辆后两轴，横向按4台车布置，并考虑横向折减系数0.67，可行∑G=750.4kN；考虑最不利情况，l0取5.6m，γ取18kN/m3，由此计算得等效高度0.53m。
顶板裂缝最大宽度为0.13mm，小于规范规定的0.2mm，满足要求.短期效应组合下结构顶板跨中相对挠度8.1mm，按桥规6.5.2，钢筋混凝土结构开裂后刚度折减取0.8，根据6.5.3条C50混凝土长期增长系数1.425，得到钢筋混凝土受弯构件考虑长期效应的挠度值14.43mm，小于规范要求的L/600=35.17mm。
四、施工安全风险评估
4.1 风险评估等级
通过对该项目施工阶段的预先危险性分析可知：在施工阶段该项目存在着物体打击、车辆伤害、机械伤害、起重伤害、坍塌伤害、触电、高处坠落等危险有害因素。主要的危险、有害因素是坍塌伤害和起重伤害，危险等级为Ⅲ级（高度风险）；然后是物体打击、车辆伤害、机械伤害、触电和高处坠落，危险等级为Ⅱ级（中度）。
4.2 风险响应措施
（1）工作井、接收井周围做好硬性围护栏，围挡前后内禁止停车，并按规定设置警示牌和警示灯；（2）夜间施工时设置照明，配置适当警示标志；（3）开挖部位及时开挖、及时恢复，并采取相应措施保证安全；（4）开挖土方不乱抛，集中堆放及时运出；（5）雨前对土体和支护进行检查，并采取排水、防护措施，雨后对土体和支护进行检查；（6）雨季施工各种车辆机械不得在开挖基础边缘2m内行驶、停放；（7）对于危险区域，应树立标识牌、警示牌，并派专人24小时值班，待土建施工结束回填后，再拆除围挡。
五、结论
下穿高速公路箱涵顶推施工主要的危险、有害因素是坍塌伤害和起重伤害，危险等级为Ⅲ级（高度风险）；物体打击、车辆伤害、机械伤害、触电和高处坠落，危险等级为Ⅱ级（中度），经设计施工优化，可将风险等级控制在可控范围内。
参考文献
[1]郑云辉. 大断面,长距离下穿铁路顶推箱涵节段间连接型式研究[D]. 2019.
[2]曹豫涛. 下穿高速公路顶推箱涵设计与施工关键技术[J]. 交通标准化, 2010.
[3]王道彬. 箱涵施工关键技术与质量安全管控要点探讨[J]. 农业科技与信息, 2019.
作者简介：李永强，1985年5月，陕西扶风人，桥梁工程师，主要从事公路工程施工及安全技术管理工作。