高铁连续梁上跨高速公路施工安全管控技术

高铁连续梁上跨高速公路施工安全管控技术

余坤洋

中铁一局集团铁路建设工程有限公司 陕西西安 712000

摘要：现浇箱梁挂篮施工既是大桥工程的重难点，也是安全生产和质量控制的重点。本文结合工程实例,研究上跨既有高速公路桥梁现浇箱梁挂篮安全管控技术,从挂篮结构设计、安装、挂篮推进、专用塔吊安拆、现场清理等方面,介绍挂篮施工的安全管控技术与对策。文中提出了强化上跨施工安全的思考，其根本目的不仅限于本工程施工安全，也是保证既有道路通行安全，和促进社会和谐发展的基本要求。

关键词：连续梁；上跨；高速公路；施工安全；管控

0  引言

    近年来，随着我国高速铁路、高速公路和城市道路交通建设的飞速发展，路网纵横交错，出现了大量铁路与铁路、公路与公路、铁路与公路之间上跨、下穿的交叉点。多数情况下，后建道路需要施行跨越施工，高速铁路、高速公路相对城市道路交通而言，更具备远距离调整纵坡的条件以改善线路平顺性，因此更多采用上跨穿越。上跨穿越的主要施工方法有挂篮施工、支架门洞和转体施工，而支架门洞法对既有高速公路正常通行影响较大，转体施工则有相对较高、较复杂的施工工艺。因此，在工期要求不那么紧张的条件下，我们一般会选择挂篮施工。

1  工程概况

合新铁路某特大桥上跨既有滁淮高速公路，交叉角度62°，梁全长177.5m，采用(48＋80＋48)m预应力混凝土连续梁跨越。梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，底板、腹板、顶板局部向内侧加厚，全梁在支点、中支点处设横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。跨滁淮高速主墩563#、564#墩中心距离高速封闭栅栏分别为11m、20m，连续梁采用挂篮悬臂浇筑施工。连续梁施工完成后梁底距离滁淮高速路面净空约10.1m，符合国家一级高速公路横向建筑物限高要求。

    桥址所在区域为平原区，地势平坦开阔，多为农田，少量池塘沟渠。桥址所在地原地基表层为粉质粘土硬塑。

2  上跨高速公路施工风险辨识与施工方案

2.1  施工风险辨识

根据本工程连续梁施工特点，存在的危险源主要有：支撑体系失稳、挂篮倾覆、梁体失稳、临时用电触电、大型模板吊装、高处坠落、汛期施工等。其中前3项出现失稳、倾覆时，可能造成大量人员伤亡，必须对挂篮设计等支撑体系进行强度和刚度检算并满足施工要求；高空作业、坠物伤人引起人员伤亡，尤其是跌落至高速公路时，会出现连锁伤害甚至演变成负面社会舆情。因此，不仅要做好现浇梁施工安全的设计与管理工作，更要杜绝坠物、跌落对高速公路的影响，形成综合性、立体化施工安全管控。

2.2  施工方案

总体施工方案以确保滁淮高速行车安全和施工人员、设备安全为关键控制点，采用菱形挂篮悬浇施工方法，以“统筹规划、科学组织、重点先行、分段展开、均衡生产、标准化作业、有序推进”为原则展开施工。

材料、小型机具、挂篮安拆上下桥采用塔式起重机作业，边跨现浇采用吊车进行作业。钢筋由自建钢筋加工厂制作，现场绑扎；钢管支撑体系在施工现场加工制作；混凝土由自建拌合站拌制，罐车运输，泵送入模；人员上桥采用固定于墩身侧人行筒梯；施工养护用水采用就近池塘抽水解决；施工用电在跨滁淮高速两侧设置二级配电箱，分支引入各墩位施工现场。

挂篮施工时，其中0#块利用“承台＋条形基础”为基础搭设“钢管柱＋分配梁＋调坡桁架”的支撑体系现浇施工，边跨现浇段采用搭设“钢管柱＋分配梁”的支撑体系现浇施工，其余对称节段采用菱形挂篮悬臂浇筑施工。施工步骤如下：

1）搭设0#块施工钢管柱支撑体系→0#块支架预压检验→在支架上安装模板、绑扎钢筋及预应力管道→0#块砼浇筑→预应力张拉、压浆→在 0#块上安装挂篮→0#块两端对称悬臂浇筑各节段及预应力施工；

2）在悬臂浇筑节段施工过程中采用支架法完成边跨现浇段施工；

3）最后进行结构体系转化，具体操作顺序：安装合龙吊架→浇筑边跨合龙段→张拉边跨合龙段应力束→浇筑中跨合龙段→解除临时固结→张拉中跨合龙段应力束。

3  挂篮施工安全

   3.1  挂篮结构设计

1）挂篮构造

挂篮为菱形挂篮,菱形架竖杆及前后斜杆采用双[32#普通热轧槽钢组焊，前上横梁采用双40工字钢，前后托梁采用双40工字钢，中门架由2[12组焊，底纵梁采用32#工字钢，外导梁采用双[32#普通热轧槽钢，内导梁采用双[32#普通热轧槽钢，吊杆采用PSB830φ32精轧螺纹钢。

    2）挂篮结构强度检算

计算采用有限元软件MIDAS/civil进行计算，计算采用整体模型，主构架各节点的连接释放销轴的自由度，计算模型如图3-1所示。以挂篮主桁承重系统强度和稳定性计算为例，说明挂篮强度的计算方法，其目的是通过强度检算，使所设计的挂篮结构强度满足施工安全要求。

图3-1  挂篮整体计算模型

（1）计算依据与参数取值

主要计算依据包括：《钢结构设计规范》GB50017-2017、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010、《建筑结构荷载规范》GB50009-2012等。

主要参数取值来源于施工图、上述规范、行业标准，以及挂篮所使用材料类别、数量对应的材料手册等。

（2）强度荷载组合：混凝土荷载＋挂篮自重＋模板自重＋施工机具及人群荷载＋倾倒和振捣混凝土荷载＋护栏荷载＋兜底荷载。此时处于挂篮混凝土浇筑结束前，是一种最不利荷载工况，此时所有混凝土浇筑完毕(考虑混凝土胀模而体积增加的影响)q1＝1.05×G混凝土，振动系统仍然在振捣。所以，还要考虑挂篮施工的动力附加荷载，人员机具仍在施工，因而挂篮结构还要承受人员机具荷载。

（3）强度计算结果分析

   ①底托系统最大应力为170MPa＜215MPa（许用应力），位于底板下纵梁位置，如图3-2，满足要求。

图3-2  底托系统应力计算结果           图3-3  导梁系统应力计算结果

②导梁系统最大应力为183MPa＜215MPa，满足要求。

③前横梁最大应力为97MPa＜215MPa，如图3-4。满足要求。

④主构架最大应力为173.8MPa＜215MPa，如图3-5。满足要求。

图3-4  前上横梁应力计算结果            图3-5主构架应力计算结果

    3.1 挂篮浇筑状态计算

（4）刚度荷载组合：混凝土荷载＋挂篮自重＋模板自重＋施工机具及人群荷载＋护栏荷载＋兜底荷载。计算模型如图 3-6。

图 3-6  刚度荷载组合计算模型              图3-7  变形等值线图

（5）强度计算结果分析：刚度荷载组合下，挂篮变形等值线图如图3-7所示，最大综合变形值为18.2mm＜20mm额度限值，满足要求。

    3.2  挂篮及临时设施使用安全要求

1）临时支座设置及锚固措施

为避免悬臂浇筑梁施工时前后梁段荷载不平衡产生倾斜，且不使永久支座过早受力，在悬臂浇筑梁施工过程中，设置临时支座，并临时将桥墩与梁体固结。临时支座和临时锚固设于563#、564#桥墩上，每个主墩设置4个，宽 0.5m，长3m，两侧对称布置，厚度为梁体底到墩顶距离。每处临时支座在墩顶与箱梁内埋入26根中32精轧螺纹钢筋,下端伸入墩身不小于1.3m，上端伸入梁体底板内，埋设深度不小于1.3m，临时固结采用C50混凝土。

2）专用塔吊、挂篮安拆

跨滁淮高速连续梁材料、小型机具、挂篮安拆上、下桥采用塔式起重机作业，分别是在563#、564#承台侧设置塔吊。编制《跨滁淮高速公路连续梁塔吊安拆专项施工方案》及《跨滁淮高速连续梁挂篮拆除专项施工方案》，对危险源及有害因素进行辨识，提出控制技术措施，明确挂篮及兜底防护的拆除顺序。

3）0#块支撑体系施工

0#块支撑体系采用梁柱式支架组织施工，涉及结构安全和施工安全的主要内容为：地基处理及基础施工、钢管立柱(柱间连接、墩身附着)施工、柱顶横梁安装、调坡桁架吊装、桁架联接、模板系统安装等。根据施工组织设计和各项专项方案制定的安全策略，合理安排施工顺序，确保支撑体系结构安全。

4）挂篮施工安全要求

为确保高速公路上车辆行车安全、连续梁施工质量、安全编制《关于确保滁淮高速公路连续梁施工安全重要事项的通知》，提出具体工作要求：

（1）施工前必须进行班前安全宣讲，明确危险源及安全措施。

（2）挂篮行走、节段浇筑砼，必须要有项目部、分部领导及相关技术人员全过程盯控，挂篮行走前高速公路安全配合单位必须到场，配合单位人员未到场不得不得施工。

（3）特种作业人员必须持证上岗，非特种作业人员不得从事特种作业。

（4）施工期间如需电焊、气割作业时，必须要有挡渣板及接渣箱等措施，防止电气焊渣掉入高速路，消除行车安全隐患。

（5）挂篮行走必须检查模板与混凝土连接、挂篮限位装置、模板及挂篮卡扣连接是否全部解除。挂篮行走前检查后锚压梁，是否稳固，行走时注意控制油顶行走速度。

（6）爬梯、平台、通道等必须牢固可靠，临空面、悬空作业必须挂好安全网。梁端作业平台、梁面、侧膜、兜底零散的杂物、材料、漂浮物及小型工机具等物品，清理存放到指定位置。

（7）在跨高速公路上跨施工浇筑时，出泵、收泵时泵管口必须采用套袋方式封闭泵口，防止泵管残留砼掉落高速路面，砼浇筑时必须两人稳固泵管，控制泵管大浮动摆动，避免砼洒落致高速公路上，影响车辆行车安全。

（8）转运及起重作业前应对起重或捆绑用具及设施进行检查，正确选择和使用，并严格执行“十不吊”规定，确保其安全性符合要求。

（9）大件吊装必须严格执行吊装方案，统一指挥、信号清楚、协同配合。

（10）安装(拆除)大部件应设置安全作业警戒线，并派设安全警戒人员，禁止无关人员进入。

（11）施工现场应悬挂必要的安全标识牌。

5）标准节段施工安全

（1）挂篮安装：拼装挂篮时要自下而上对称进行，因主构架前后悬臂较大，容易造成倾覆；构件螺栓连接，应对号入孔并紧固至规定力矩；安装挂篮时，若为滚动走行装置，钢轨上下支座应卡死牢固，前移要同步缓慢，后倒链固定牢靠，以防走行装置滚出桥面，造成重大事故；人工转运小构件时须选用合理的抬放方式，防止人为伤害；过程必须由专人操作，统一指挥，其设备的防护装置必须齐全；拼装使用的工器具必须放置牢固，高处作业时工器具应可靠拴挂或采用其它安全防护措施，防止其坠落伤人；已拼装好的部件必须摆放整齐且支垫牢固可靠，防止滑落伤人，高处作业场地清理的杂物不得随意抛投，防止意外伤人。

（2）预压：挂篮现场安装完毕后、节段施工前须对挂篮进行预压，以检测挂篮主桁承重系统的强度和稳定性，消除其非弹性压缩变形和测出弹性变形即挂篮(模板)前端点的下挠度，为以后各梁段施工的预拱度提供参数。

（3）节段施工：挂篮压载完成后，按照压载数据进行模板线性及标高精确调整和固定。然后开始模板工程、钢筋工程、混凝土工程及预应力工程，与0#块施工相同。每一节段对称施工之前均须对线性及标高进行精调。

（4）挂篮滑移：上一节段箱梁悬浇完成后，砼强度达到设计要求，并完成预应力工程后方可进行挂篮滑移。在已浇梁段设计位置安装滑道，并做好滑道及主梁的限位；安装走行装置，遵循“两主梁同步滑移、两端挂篮同步滑移”的原则，挂篮逐步走行至设计位置；挂篮移动到位后，将主桁后端进行锚固，锚固时用千斤顶将后锚杆预拉、上紧，同时将各锚杆受力调节均匀；检查紧固各部件，正常后开始节段施工。

5）挂篮及支架拆除

（1）挂篮拆除：拆卸作业前对拆卸人员进行安全教育和安全交底，讲清方法、措施和安全注意事项；所有拆卸人员必须带安全帽、系安全带、穿防滑鞋。工作人员在桥面下作业时，必须将安全绳系在桥面钢筋或可靠的地方，不得悬挂于挂篮任何部位，使安全绳与拆卸部件完全分离；必须按照规定的程序和方法进行拆卸。在新旧吊点置换之前，必须检查新吊点连接牢固可靠后，方可松掉原节点；在挂篮主桁架后移和底模、侧模下落时，应缓慢开动卷扬机，使底模缓慢落地；在底模下落时，拆卸人员必须全部撤至桥面上，桥下不得有人，无关人员不得进入拆卸区域。拆卸区域应设安全警戒标志；底模移动、卸落不得在晚上作业。起落、下放应规定明确唯一的指挥信号，做到令行禁止；本体防护角钢拆除时，作业人员必须配备安全带和安全帽，如遇大风时禁止一切拆除作业。

（2）支架拆除：支架拆除前必须完成梁体所有主要预应力束的张拉，底模板及支架系统在混凝土达到设计强度的90%后方可拆除，并保证整个拆除过程中待拆除结构的安全性；模板、支架的拆除应遵循后支先拆、先支后拆的原则顺序进行；边跨现浇段合龙后，达到模板拆除条件时，模板宜从合龙段向支座方向依次循环卸落。在底温、干燥或大风环境下拆除模板采用专用养护剂养生避免混凝土表面产生裂缝，也防止养护水落到公路，影响行车安全。

4  强化上跨施工安全的思考

1）路况监控预警：利用高科技手段，建立远程监控系统收集上下行路况车辆动态，与高速公路管理部门联动，在施工交叉点前后1km外设置醒目电子显示屏，提示如前方施工、限高限速、减速慢行、是否拥堵等信息，避免在施工点处出现车辆堵塞；有条件时及时发布到各个实时导航平台，提供出行提示和建议。

2）利用公共资源宣传普及高速公路交通规则：一些司机不了解上跨高速公路施工对下方通行车辆的危险性，对限高、限宽、限速或高空坠物没有警觉意识，甚至围观看热闹。这就要求利用公共资源宣传普及相关规则和要求，确保施工点畅通、平安。

3）合理分道车流：对于特殊时期可能出现的拥堵，除请求交警协助管理外，可临时采取分道分流的方式引导大车、小车各行其道。有条件时，可在施工点高速公路两侧开辟临时疏解通道，正常情况时关闭通行，遇特殊情况时开通运行。

4）扩大施工交叉点警示范围：在有条件的地方从前后方高速入口进行提示性管控，警示拟进入的司机前方有重要施工交叉点，可能引起选择性通行变化。但减少通行车辆数量，可缓解施工点安全生产压力。

5  结语

在既有高速公路进行上跨施工，本身就是一种高风险、高投入的工作情景，从挂篮进场起，到完成现浇梁全部施工完成，到安全撤场，自始至终都贯穿着安全生产、文明施工的要求。同时，挂篮施工的安全管控必须从细节入手，一个细小的部件，不管是螺帽、钢筋，还是钢板，只要坠落就是大事，尤其是作业人员更不能有任何安全上的闪失和恶果。做好挂篮施工安全管控，就是对参建人员的爱护和关心，也是对社会、对国家的安全承诺。总而言之，项目工程安全管控的目的不仅限于本工程施工安全，也是保证既有道路通行安全和促进社会和谐发展的基本要求。

参考文献:

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[2] 李维生. 浅议跨高速公路现浇箱梁施工期间交通安全维护[J]. 公路.2009（05）

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[4] 孔冬梅. 上跨高速公路35m简支箱梁现浇支架设计[J]. 四川建筑.2023（09）

[5] 刘櫆. 上跨既有高速公路桥梁现浇箱梁支架设计技术[J]. 西部交通科技. 2019（11）

作者简介：余坤洋，男，工程师，主要从事高速铁路、高速公路等的施工技术研究和施工技术管理工作。