运营中高速公路天桥拆除方案研究

刘忠刚

(辽宁省交通建设管理有限责任公司 沈阳市 110005)

桥梁拆除属于建筑拆除的一个分支，方案选取受到自身结构型式特点、周边环境、社会需求、施工能力、经济分析等控制，要达到安全、环保、优质、高效的拆桥目标。

1 桥梁拆除法概述

传统上桥梁拆除法根据采用的工具、动力及材料不同，将桥梁拆除方法划分为人工拆除、爆破拆除、机械拆除、综合拆除等。人工拆除应用范围日益减少。除人工拆除外，主要以“是否采用爆破技术”为依据，将旧桥拆除方法分为爆破拆除法和机械(非爆破)拆除法。综合拆除是指整合各个工法优势相互配合，用多种方法联合拆除。综合拆除法既包括爆破与机械的组合应用拆除，也包括不同机械联合应用。为了突显拆除特点，一般保留了控制性工具作为工法的名称。

1.1 爆破拆除法

爆破法是指使用炸药(雷管)、水及化学膨胀剂等特殊材料的膨胀原理，根据桥梁结构的受力特点，将膨胀材料放置于桥梁重要部位，通过化学或物理反应进行肢解和破坏的施工工艺。根据所用爆破材料的不同，将爆破技术分为控制性爆破法、静态爆破法、水压爆破法及综合爆破法等[1]。

1.2 机械拆除法

机械法是指使用附带动力系统的大型机械，针对桥梁重要部位开展解体和切割施工方法。该方法的关键节点在于所用切割机器的性能，常用的切割机器有以下几种：风钻、风镐、重力锤、液压式破碎机、推力臂、牵引机械、劈裂机以及切割设备等。在切割技术上除上述机械切割外,尚有高压水射流切割、高压电流切割、火焰喷射切割和激光切割技术等[2]。依据机械设备工艺不同进行分类，分为直接拆除、支撑拆除、吊装拆除等。因为新机械发明和机械制造能力提升，机械拆除应用越来越广。

2 SPMT智能移运技术拆除

SPMT(自行式模块运输车)智能移运技术属于机械类综合拆除法，是国内新兴桥梁拆除方法，操作顺序是：SPMT车辆就位，切断桥梁连接，整跨梁体顶升，移位运输到合适场地，再行解体桥梁构件。SPMT车满载时，通常运输距离不大于500m，需要合适的卸梁场地。适用于城市高架桥、高速公路的整桥新建或拆除。SPMT模块车拆建单座桥梁通常只需3～5h，相比于12h左右的直接拆除法省时高效。能够有效解决交通繁忙路段的不能长时间封闭痛点。

3 工程背景

京哈高速公路在辽宁乃至东北区域公路网中占据运输主动脉的地位，占高速公路进出东北三省总量的81%。2019 年，京哈高速公路绥中至沈阳段年平均日交通量达到 76601 辆小客车/日，其中葫芦岛至锦州段最高达到 100471 辆小客车/日。规划改扩建工程起自绥中(冀辽界)，止于盘锦枢纽立交，全长230km。现状为双向六车道高速公路，整体式路基宽度34.5m。改扩建采用原路外侧整体式拼宽，路基宽55.0m，双向十车道标准，设计速度120km/h。公路标准横断面：中央分隔带3.0m，左侧硬路肩2×3.0m，行车道宽度2×(2×3.75+0.5+3×3.75)m，硬路肩宽为2×3.0m，土路肩宽度2×0.75m，总宽55m。改扩建段交通量接近饱和，沿线大广、长深、国道G102分流过境车辆作用有限，原则上要求建设期间高速公路双向5车道保通(北京至沈阳3车道，沈阳至北京2车道)。按照交通管理部门要求，桥梁拆除要保证车辆通行安全，尽量减少交通干扰，原则上双向封闭时长不大于12h。

4 天桥现状

改扩建工程规划拆除公公分离式桥和天桥共39座，文中统称天桥[3]。重大周边环境控制方面，工程段落内有秦皇岛至沈阳客运专线铁路并行，根据调查统计二者间距在50～150m范围的路段内分布11座天桥。

天桥分为五种类型如下：

(1)现浇钢筋混凝土连续箱梁桥有33座，数量最多，桥孔布置是(18+27+27+18)m、(14+27+27+14)m和(18+25+25+18)m，其中2-27m、2-25m上跨高速公路，净空6.1～7.2m，在中央分隔带有桥墩。

(2)预应力混凝土空心板桥1座，桥孔布置6-30m+6-16m，其中2-30m上跨高速公路，净空7.0m，在中央分隔带有桥墩。

(3)现浇预应力钢筋混凝土连续箱梁1座，桥孔布置是(23.5+47+23.5)m，其中47m上跨高速公路，净空6.1m。

(4)斜腿刚构桥梁3座，桥孔布置是(18+40+18)m和(10+40+10)m，其中40m上跨高速公路，净空分别为6.8m、7.2m、11m。

(5)单孔上承式空腹钢筋混凝土拱桥1座，净跨径56m上跨高速公路，净空12m。

5 天桥拆除方案

在地方路和高速公路双重保通压力下，规划分四批次拆除天桥，每批次拆除7～13座。在满足工期和安全要求前提下，考虑周边环境和进场条件可选的桥梁拆除方法如下：

(1)控制性爆破法拆除天桥

采用微爆破、延时起爆技术的控制性爆破法。流程为：施工准备→桥梁附带线缆移除→天桥防护网、桥面铺装和主梁箱室顶板拆除→桥梁特殊部位防护→填装路面防护沙袋→高速护栏拆除→护栏、主梁、斜腿及桥台打眼→装药→高速交通导流→高速行车道及硬路肩路面防护→起爆→废渣清理→恢复通车→剩余废渣清理及桥台机械拆除。整体工期在12日，临时封闭高速公路每次12h。前期桥梁上部作业时，高速公路半幅通行。此方法不适用于施工风险等级评估为极高的油料储备库、化工等特殊企业及秦沈客专铁路段的天桥。

(2)直接拆除天桥

直接拆除法流程为：施工准备→桥梁附带线缆移除→天桥防护网、桥面铺装和主梁箱室顶板拆除→桥梁特殊部位防护→填装路面防护沙袋→高速护栏拆除→高速交通导流→高速行车道及硬路肩路面防护→重力锤或液压式破碎机等直接凿除跨路桥孔→废渣清理→恢复通车→剩余废渣清理及引桥和桥台机械拆除。整体工期在12日，临时封闭高速公路每次12h。前期桥梁上部作业时，少数车道通行受影响；单座天桥要求投入机械设备约20台套。

前期研究表明，直接拆除法不适用于上承式空腹钢筋混凝土拱桥、钢筋混凝土斜腿刚构桥梁这两类超静定结构桥梁和大跨预应力混凝土现浇连续箱梁桥。要求采用支撑拆除法，将超静定结构转变为静定结构，消除预应力效应后拆除。

(3)SPMT智能移运技术

SPMT智能移运技术流程为：施工准备→桥梁附带线缆移除→高速护栏拆除→高速交通导流→桥梁临时支撑→切割分离连续结构桥梁跨路桥孔→半幅托梁运输→合适场地卸梁→桥梁下部墩柱切割→吊运→剩余废渣清理→恢复通车→场地内清理及引桥和桥台机械拆除。单座桥整体工期在4日，临时封闭高速公路每次3～5h，时间最短。前期桥梁上部作业时，基本对高速公路通行无干扰。

SPMT智能移运技术可适用于全部天桥。但是拆除拱桥时经济性差，因为拱桥的拱肋不足以承受径向压力，没有合适的支撑点，需要采用定制支架。

(4)支撑拆除法拆除天桥

经过多次专家论证，推荐采用金刚石绳锯静力拆除与大型起重机械吊卸相结合的新工艺。支撑拆除法流程为：施工准备→桥梁附带线缆移除→防护支架架设→桥梁支撑并设置防护网→高速交通导流→机械切割吊装拆除桥梁跨路桥孔→剩余废渣清理→恢复通车→剩余废渣清理及引桥和桥台机械拆除。

支撑拆除法适用于全部天桥。单座天桥整体工期约24日，临时防护支架要占用硬路肩和内侧行车道，拆除桥梁段前后各2km范围内仅能保证双向4车道通行。拆除工期较长，需要较完善的交通导流措施。支撑梁架安装和拆卸过程要二次封闭半幅交通各6h。

表1中受到桥梁上部和下部结构类型、桥梁总高度、宽度、场地条件等因素影响拆除桥梁费用有差异，费用估算中仅考虑了直接工程费，封路管制费等辅助费用和管理协调水平有关，无法准确估算。

表1 天桥拆除可行性工法比较表

6 天桥拆除优选方案及结论

在达到安全、环保、优质、高效的拆桥目标前提下，经济评价决定总体方案。

6.1 方案一:“控制性爆破法拆除法+支撑拆除法拆除天桥”

控制性爆破法拆除法不能实施的11座天桥采用支撑拆除法。估算费用2078万元。缺点是控制性爆破法自身施工工序最多；社会影响大，爆破工程需要协调相关方最多，手续繁杂；在12h封闭期完成拆除要求组织管理水平较高，且还有部分支撑拆除法优缺点。施工风险等级评价为较大。

6.2 方案二:“直接拆除法+支撑拆除法拆除天桥”

估算费用1551万元。直接拆除法实施条件受限的拱桥、斜腿刚构、大跨预应力混凝土现浇连续箱梁桥采用支撑拆除法。优点是施工造价较低。缺点是在12h封闭期完成拆除要求组织管理水平较高，投入机械设备台数众多；施工过程中桥梁上部结构存在坍塌风险损伤运营路面风险，影响恢复交通，且还有部分支撑拆除法优缺点。施工风险等级评价为较大。

6.3 方案三:“SPMT智能移运技术拆除+支撑拆除法拆除拱桥”

估算拆除费用2880万元。SPMT智能移运车调运进场费用较高，结合项目规模和安全保证效率，一经引进，则能用的桥梁尽量使用，经济合理要求投入8台车，延长单次封闭时长至12h，可以满足拆除13座天桥。可以委托专业施工企业，组织管理规范，施工安全风险评价为低。缺点是工程造价偏高，要求拆除作业时段比较集中。

6.4 方案四:“支撑拆除法拆除天桥”拆除全线天桥

估算拆除费用3232万元。优点是可以大规模施工，施工安全风险评价为低。缺点是通行车道数减少为四条车道，高速通行车辆安全压力较大；支架需要拆装，影响半幅封路二次；工程造价最高。

通过综合比较可知，方案一和二经济效益好，但需要建设管理者承担风险；方案三，具有比较优势；方案四，社会效益差，造价高。

7 小结

通过对拆除保通运营中京哈高速公路绥中至盘锦段的天桥方案研究，推荐采用SPMT智能移运技术，可以验证我国工业制造水平，提升高速公路建设管理水平，锻炼新时代工程技术管理人员。高速公路改扩建工程是系统工程，桥梁工程拆除情况复杂多变，还需要结合工程实际情况进行分析处理。