上跨在役高速桥梁施工安全防护及交通组织设计探讨

邓小钊 刘昶

摘要：上跨在役高速公路进行桥梁施工具有施工风险与交通风险双重特性，是新建工程全线的控制性工程。常规的跨线桥施工一般是將防护棚搭设在地面上，而在高架桥上搭设防护棚需确保防护棚的有效性、既有桥梁的稳定性及交通安全性。文章以芙蓉大道快速化改造（湘潭段）工程主线上跨沪昆高速-红易路跨线桥项目为例，采用MidasCivil软件对防护棚和箱梁进行建模验算。结果表明，二者的变形和应力均满足规范设计要求。进行被交道路的交通分流组织设计，提高了施工安全与交通安全储能，可为今后类似工程提供参考。

关键词：上跨公路;安全防护;施工安全;交通安全;交通分流组织

0 引言

目前我国交通建设正处于网络化的关键阶段，在建设过程中出现了各种复杂的交叉线路。上跨在役高速公路桥梁作为现阶段线路交叉最主要的形式，不仅存在一般桥梁的施工风险，还会对被交路段的交通造成较大影响。

上跨在役高速公路桥梁施工作为占道施工的一种，具有的风险源有：施工期间物件坠落、过往车辆碰撞防护棚、防护棚失稳、在役桥梁结构失稳、行车视距不良等。且在役高速公路交通流量大、交通安全要求高，因此在役高速公路桥梁施工的安全管理工作比较复杂，需在施工前做好安全防护与交通组织工作。

1 工程概况

芙蓉路快速化改造项目（湘潭段）是长株潭一体化“三干一轨”的项目之一，是落实省委省政府、市委市政府关于加快推进长株潭城市群一体化发展，构建一体化交通体系，实现“半小时经济圈”的重要干道。其中沪昆高速—红易路跨线桥起点桩号为K21+394.80，终点桩号为K22+300.00，与沪昆高速公路交叉（沪昆高速公路里程K1057+823），夹角为66°。全桥长905.2m，共计7联：5×30m预制小箱梁+4×30m预制小箱梁+4×30m预制小箱梁+（35.1+60+35.1）m钢混组合梁+5×25.6m预制小箱梁+（30+45+30）m钢混组合梁+5×30m预制小箱梁。由于14#、15#墩上跨沪昆高速公路，上部钢混组合梁架设对沪昆高速公路通行存在极大安全隐患，在株易高架桥南北侧增设临时支墩2#、3#墩，梁长为45m，采用汽车吊吊装。

2 安全防护设计

2.1 安全防护棚设计

防护措施采用“门”式防护棚架遮盖为主。防护棚长30m（棚宽度大于桥体投影面两侧各5m，有利于架梁操作，同时在两侧设置高度≥1.2m的临时护栏和防护网），右侧宽10.5m、左侧宽10.5m、高5.5m。

基础采用（0.8×1.0×0.8）mC25混凝土条形基础，对条形基础进行提前预制，搭设时吊装安放。在基础下设置砂浆垫层，同时利用膨胀螺丝与桥面进行固定，并在条形基础正面及侧面均涂刷黄黑标线及附着式双面轮廓标识。

立柱采用（400×10）mm钢柱，布设在高速路两侧和中间隔离带，形成门式八立柱，间距为（3+4×6+3）m。预制条形基础时，先预埋地脚螺栓，将立柱与基础连接起来，在立柱间设置斜拉，采用角钢与护栏连接，使棚架与桥梁形成整体。

在防护棚立柱前，在防护棚正面安装防撞桶，在防护棚侧面安装隔离墩等半刚性防撞设施，在条形基础与钢管立柱上贴黑黄相间立面标记，并设置夜光灯及频闪灯。

以八立柱顶面沿高速公路方向通长Ⅰ40b钢梁作为纵向主梁。在主梁顶面沿桥梁横向，按间距2.0m设置Ⅰ40b钢梁作为横向次梁。在次梁顶面沿高速公路方向，按间距0.6m设Ⅰ12a槽钢。主、次钢梁及槽钢之间通过焊接处理，形成整体。

顶面封闭层结构设计为3.5mm钢板+彩钢瓦，形成封闭缓冲层和隔水层。

2.2 防护棚稳定性验算

选择右侧防护棚，采用MidasCivil软件建立三维有限元模型（见图1）。风速取最大值10级风速V=34m/s，结构采用实体单元，材料参数选取见表1。

考虑护栏模板系统中6m长、40mm加厚工字钢梁从5m高处掉落所产生的冲击力，工字钢梁自重G=59.9×6×10=3.6kN。假定工字钢垂直掉落在梁板中心，作用面积约为0.01m2，模型在工字钢静载作用下的变形如图2所示。

根据以上结果，主梁最大挠度为8mm，小于规范L/500=20mm，刚度满足规范要求。由冲击系数计算公式可得式（1）：

防护棚应力最大值为33MPa，小于钢材应力设计值275MPa，结构安全。

2.3 被跨箱梁稳定性计算

结构自重：预应力钢筋混凝土容重γ=26kN/m3;钢筋混凝土容重γ=25kN/m3;沥青混凝土容重γ=24kN/m3。二期恒载：铺装80mm钢筋混凝土+100mm沥青混凝土;防撞墙按实取值。活载等级：城-A级，冲击系数按通用规范根据结构基频取用。混凝土徐变及收缩的影响：混凝土收缩应变终极值和徐变系数，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）取用;各个阶段混凝土收缩应变和徐变系数，按规范附录F提供的方法计算。温度影响（T）：体系升温、降温30℃;桥面板局部升降温按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）第4.3.10条梯度温度效应计算，其中，桥面升温T1=14℃，T2=5.5℃;桥面降温T1=-7℃，T2=-2.75℃。

边界条件：支座采用弹性支承。荷载组合考虑承载能力极限状态及正常使用极限状态组合，相应的组合系数的分项系数按《公路桥涵设计通用规范》执行。结构计算模型如图5所示：

经数值计算可知，主梁在准永久组合下未出现拉应力，满足不出现拉应力的要求。主梁在标准组合下最大压应力为11.62MPa，小于容许值16.22MPa;主梁最大挠度为19mm，小于规范L/600=58mm，防护棚方案满足规范要求。

3 交通组织设计

3.1 防护棚架搭设期交通组织

（1）外侧基础立柱安装施工。北侧将基础设置在应急车道上靠近桥梁边护栏，跨度满足10.5m;南侧将基础设置在应急车道上靠近桥梁边护栏，跨度满足10.5m。施工时占用应急车道。

（2）中央基础立柱安装施工。基础设置在东西方向超车道内边线与中护栏1m范围，在浇筑条形基础时预埋地脚螺栓将立柱与基础连接起来，施工占用两侧超车道。

（3）北半幅防护棚架横纵梁及顶面安装施工。施工时封闭北半幅行车道和应急车道，期间需临时封闭交通，每次封闭时间约3～5min，开放交通后车辆通过超车道通行。

（4）南半幅防护棚架横纵梁及顶面安装施工。施工时封闭南半幅行车道和应急车道，期间需临时封闭交通，每次封闭时间约3～5min，开放交通后车辆通过超车道通行。

3.2 上跨梁体施工期交通组织

（1）汽车吊就位和钢箱梁（共5片）吊装施工。施工时需在施工路段近端封闭沪昆高速公路双向交通，安排专职安全人员配合现场交警，在上游过渡区终点设置管控点。当钢箱梁吊装进入高速公路范围时，指挥人员通过对讲机通知管控点交通警察和安全人员开始中断交通，并在管控点后方安排示警车，提醒后方来车，利用扩音喇叭告知停车的驾驶人员前方施工情况，请勿下车走动。管制时间约30min，开放交通后车辆在已搭设好的安全通道内通行。

（2）桥面铺装及桥梁附属工程施工。车辆在已经搭设好的安全通道内通行。

3.3 防護棚架拆除期交通组织

此阶段交通组织可参照防护棚搭设期交通组织。

3.4 远端诱导分流

3.4.1 东往西方向

将殷家坳枢纽作为第一诱导分流点，诱导沪昆高速公路车辆往北绕行G4京港澳高速公路，在出口匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌;在京港澳高速公路李家塘枢纽南往北方向出口匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导高速公路车辆绕行G0401长沙绕城高速往西;在长沙绕城高速东延枢纽往西出口匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导高速公路车辆进入S50长韶娄高速公路;长韶娄高速公路赤江枢纽东往西方向匝道出口前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导高速公路车辆绕行S41长潭高速公路往北;在长潭高速公路湘潭北互通北往南出口匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导高速公路车辆转回沪昆高速公路往西。

诱导分流路线一：G60沪昆高速公路→殷家坳枢纽→G4京港澳高速公路往北→李家塘枢纽→G0401长沙绕城高速公路（往西）→东延枢纽→S50长韶娄高速公路（往西）→赤江互通→S41长潭西高速公路（往南）→湘潭北互通→G60沪昆高速公路（往西）。

将龙头铺枢纽作为第二诱导分流点，诱导沪昆高速公路车辆往北绕行S21长株高速公路，在出口匝道前2km、1km、500m设置诱导分流单悬臂标志牌;长株高速公路干杉枢纽南往北匝道前2km、1km、500m设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导高速公路车辆绕行G0401长沙绕城高速公路往西至经过李家塘枢纽直行，并在李家塘枢纽东往西方向设置诱导分流标志。

诱导分流路线二：G60沪昆高速公路→龙头铺枢纽→S21长株高速公路往北→干杉枢纽→G0401长沙绕城高速公路（往西）→李家塘枢纽→G0401长沙绕城高速公路（往西）→东延枢纽→S50长韶娄高速公路（往西）→赤江互通→S41长潭西高速公路（往南）→湘潭北互通→G60沪昆高速公路（往西）。

3.4.2 南往西方向

将殷家坳枢纽作为诱导分流点，在南往北方向匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导车辆直行经李家塘枢纽绕行G0401长沙绕城高速公路，同分流路线一。

3.4.3 北往西方向

在李家塘枢纽北往南方向匝道出口前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导车辆绕行G0401长沙绕城高速公路，同分流路线一;在殷家坳枢纽北往南匝道口前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导车辆在殷家坳枢纽调头转回G4京港澳高速公路，在李家塘枢纽绕行G0401长沙绕城高速公路，同分流路线一。

3.4.4 西往东方向

将湘潭北作为第一诱导分流点，诱导沪昆高速公路车辆往北绕行S41长潭西高速公路，在出口匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌;在长潭西高速公路赤江枢纽北往南方向出口匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导高速公路车辆绕行S50长韶楼高速公路往东;在长韶楼高速公路东延枢纽往东出口匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导高速公路车辆进入S41长沙绕城高速公路;在长沙绕城高速公路李家塘枢纽西往东方向匝道出口前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导高速公路车辆绕行G4京港澳高速公路往南;在京港澳高速公路殷家坳枢纽南往北出口匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导高速公路车辆转回沪昆高速公路往东。

诱导分流路线三：G60沪昆高速公路→湘潭北互通→S41长潭西高速公路（往北）→赤江互通→S50长韶娄高速公路→东延枢纽→G0401长沙绕城高速公路（往东）→李家塘枢纽→G4京港澳高速公路（往南）→殷家坳枢纽→沪昆高速公路往东。

将塔岭枢纽作为第二诱导分流点，诱导沪昆高速公路车辆往北绕行G0421许广高速公路，在出口匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌;在许广高速公路道林枢纽南往北匝道前2km、1km、500m处设置诱导分流单悬臂标志牌，诱导高速公路车辆绕行S50长韶娄高速公路往东至经过东延枢纽直行，同分流路线三。

诱导分流路线三：G60沪昆高速公路→塔岭枢纽→G0421许广高速公路（往北）→道林枢纽→S50长韶娄高速公路→东延枢纽→G0401长沙绕城高速公路（往东）→李家塘枢纽→G4京港澳高速公路（往南）→殷家坳枢纽→沪昆高速公路往东。

4 结语

得益于恰当的防护方案和交通组织设计，芙蓉大道快速化改造（湘潭段）工程主线上跨沪昆高速—红易路施工得以顺利实施。可以看出，上跨高速公路桥梁施工需要做好以下工作：用有限元软件对防护棚及被交箱梁进行数值分析，确保防护棚及被交箱梁在施工期的稳定性;设计切实可行的交通组织方案，保证施工期的交通安全。

参考文献：

[1]张世平.考虑施工交通组织的桥梁改扩建方案设计—沪宁高速公路（江苏段）扩建工程[J].中外公路，2008，28（2）：202-206.

[2]王国富，胡永利，路林海.高架区间上跨济广高速桥施工方案模糊比选[J].施工技术，2015，44（17）：36-39.

[3]付元坤，江兴旺，韦 刚.单喇叭形互通式立交改扩建工程施工期交通组织设计[J].中外公路，2012（5）：277-280.

[4]杨敏捷.新建公路上跨高速铁路立交桥安全防护措施研究[J].铁道建筑，2012（8）：35-38.

[5]许蔚华.高速公路桥梁大修期间的交通组织[J].华东公路，2009（4）：21-23.

[6]王明慧，李开兰，朱永波.山区高速铁路特大桥上跨高速公路施工安全管理[J].铁道建筑，2015（2）：52-54.