云南大理鐵路鋼箱梁橋頂推施工安全風(fēng)險分析摘要：云南大理錦場村樞紐互通主線橋上跨鐵路鋼箱梁采用頂推法施工，鋼箱梁在制作廠采取分段預(yù)制，運至施工現(xiàn)場采取節(jié)段吊裝，根據(jù)施工現(xiàn)場情況采取專家調(diào)查法確定施工安全風(fēng)險，并采取相應(yīng)的安全控制措施，對鋼箱梁頂推全過程進行有限元數(shù)值分析，并結(jié)合現(xiàn)場線型和應(yīng)力檢測，對頂推全過程進行實時監(jiān)控，確保施工安全。對公司首個跨越高鐵線的頂推鋼箱梁工程提供了技術(shù)支持，對公司后續(xù)承接此類橋梁工程積累了安全管理經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：鋼箱梁；高速鐵路；頂推施工；風(fēng)險分析；施工監(jiān)控工程概況楚大高速公路擴容工程錦場村樞紐互通主線橋設(shè)計為分離式橋梁，24#?29#墩左幅共4聯(lián)28+(30.5+26.5)+63+39.8全長187.8米；右幅共4聯(lián)28+(30.5+28.3)+63+38全長187.8米。橋梁下部結(jié)構(gòu)橋墩采用單樁單柱加系梁結(jié)構(gòu)其中29#墩最高32.072m；柱間設(shè)置系梁，墩頂設(shè)置蓋梁。全橋上部結(jié)構(gòu)除左幅第4聯(lián)，右幅第4聯(lián)為鋼箱梁，其余均為簡支T梁。左幅第4聯(lián)、右幅第4聯(lián)跨度63m，采用鋼箱梁頂推施工工藝跨越楚大線、既有廣大線，共需向前頂推97.2m。圖1結(jié)構(gòu)立面圖鋼箱梁為單箱五室，分左右兩幅，錯孔1.8m布置，與鐵路交角為85度，左幅跨徑為63.16米，右幅跨徑為62.84米。箱梁全橋縱向等梁高布置，內(nèi)輪廓高3.3米，外輪廓高3.348米、3.336米及3.34米。箱梁頂面全寬24.5米，兩側(cè)各設(shè)2米寬挑臂。橋梁平面位于R=2400m的曲線上，采用曲梁直做，左右幅橫斷面上梁頂?shù)拙捎?%的單向坡。每幅橋頂面寬24.5m(0.50m防撞欄+1.5m異物監(jiān)測網(wǎng)+0.50m防撞欄+21.5m車行道+0.50m防撞欄)，箱梁頂板為單向橫坡2%，箱梁中心線位置梁高3.3m，采用Q345D材質(zhì)。鋼結(jié)構(gòu)總重共2362.6t。鋼箱梁底面與鐵路接觸網(wǎng)最小凈空為10m。頂推施工系統(tǒng)鋼箱梁采用拖拉法頂推，施工采用左右兩幅同時頂推的方案，單幅橋采用一次拼裝完成后頂推到位。在支撐架上安裝頂推支座和頂推軌道，在拼裝平臺上拼裝鋼箱梁和導(dǎo)梁。安裝液壓頂推設(shè)備，包括油管、傳感器等，并進行空載調(diào)試。調(diào)試完成后開始正式頂推。頂推到位后，拆除導(dǎo)梁，頂推用臨時措施，將鋼箱梁落至設(shè)計標(biāo)高，頂推落梁施工完成，等待其他梁體的安裝和對接。第六步：拆除38m前導(dǎo)梁；拆除拼裝平臺；第七步：安裝落梁臨時措施，將鋼箱梁落至設(shè)計位置。施工工藝(1)工藝流程拼裝和頂推平臺T導(dǎo)梁設(shè)計和安裝T滑道系統(tǒng)T橫向糾偏系統(tǒng)T頂推設(shè)備布置T頂升設(shè)備布置T頂升落梁T落梁糾偏。（2）工藝要點導(dǎo)梁設(shè)計導(dǎo)梁委托西南交通大學(xué)設(shè)計院進行設(shè)計，前導(dǎo)梁由2片變高度工字形實腹板鋼板主梁組成，橫向中心距12.3m，縱向長38m，根部高度與鋼箱梁對應(yīng)一致（3.348m）。前端3.1m底板抬高80cm，便于導(dǎo)梁上墩，為了運輸和拼裝方便，將38m長前導(dǎo)梁縱向分成4段，采用栓接拼裝而成。工字形鋼板主梁頂、底板厚度前段16mm，中段28mm，后段44mm；腹板厚度前段16mm，中段24mm，后段24mm；相應(yīng)翼板寬度500mm、760mm、1060mm。前導(dǎo)梁設(shè)置12mm、16mm、20mm厚的橫向加勁肋和縱向加勁肋。兩片前導(dǎo)梁之間設(shè)有圓鋼管組成的橫聯(lián)、平聯(lián)，將整個前導(dǎo)梁形成整體。后導(dǎo)梁工字形鋼板主梁頂、底板厚度44mm；腹板厚度24mm；翼板寬度1060mm。后導(dǎo)梁設(shè)置20mm厚的橫向加勁肋和縱向加勁肋。兩片后導(dǎo)梁之間設(shè)有圓鋼管組成的橫聯(lián)、平聯(lián)，將整個后導(dǎo)梁形成整體。鋼導(dǎo)梁制造的工藝要求，應(yīng)按《鐵路鋼橋制造規(guī)范》辦理，本設(shè)計中的各個梁段制造，應(yīng)嚴格控制其長度誤差。要求梁段的全長（上、下蓋板長）誤差為±2mm；豎向加勁板的間距誤差為±0.5mm；梁高誤差±1.0mm。前后導(dǎo)梁頂板、底板、腹板及加勁肋鋼材均采用Q345B，平聯(lián)、橫聯(lián)及法蘭接頭鋼材均采用Q235B。導(dǎo)梁各桿件均系在工廠加工制造好，現(xiàn)場連接。單幅橋一套前導(dǎo)梁總重約116.1t每延米重3.1t；單幅橋一套后導(dǎo)梁總重約40.4t，每延米重5.1t。液壓同步頂推技術(shù)特點1）采用“液壓同步頂推施工技術(shù)”施工大跨度鋼結(jié)構(gòu)，技術(shù)成熟，有大量類似工程成功經(jīng)驗可供借鑒，安裝過程的安全性有保證；2）頂推過程中采用計算機同步控制，液壓系統(tǒng)傳動加速度極小、且可控，能夠有效保證整個安裝過程的穩(wěn)定性和安全性；3）液壓同步頂推設(shè)備、設(shè)施體積和重量較小，機動能力強，倒運和安裝方便；4）頂推、反力點等與其他臨時結(jié)構(gòu)合并設(shè)置，加之液壓同步頂推動荷載極小的優(yōu)點，可使頂推臨時設(shè)施用量降至最小。頂推臨時設(shè)施布置頂推臨時設(shè)施主要有滑道大梁，滑道梁，滑靴，千斤頂反力座，拉錨器等。1）頂推軌道設(shè)計在廣大鐵路靠近楚雄一側(cè)，在支撐架上設(shè)置4條頂推軌道（滑道大梁），4條頂推軌道的長度分別為98.8m，97.3m，100.3m，98.8m。頂推軌道（滑道大梁）由雙拼HN700x300x13x24型鋼（材質(zhì)為Q235B）和不銹鋼板組成，雙拼H型鋼設(shè)置在支撐架分配梁上，不銹鋼板滿鋪在雙拼H型鋼上表面。2）滑板滑靴、滑道梁和MGE滑板a滑靴滑靴與鋼箱梁或前后導(dǎo)梁底面連接，滑道梁與臨時墩連接，滑靴與滑道梁都用于將上部鋼結(jié)構(gòu)豎向荷載傳遞到支撐架上。滑靴下方設(shè)置MGE滑板。滑板最下層光滑面，與不銹鋼板接觸，上層為粗糙面，與頂推支座底板接觸。MGE滑板與頂推支座采用限位塊進行限位，限位塊設(shè)置在滑移方向后部。滑板規(guī)格為-30mmx1000mmx600mm。滑板表面涂硅脂油以減少頂推摩阻力，滑道表面的光潔度要保證，保持清潔并避免劃傷。b滑道梁滑道梁設(shè)置在L1#、L2#臨時墩上，前后兩端設(shè)置限位，下方設(shè)置橡膠墊，上表面滿鋪2mm厚不銹鋼板。滑道梁與鋼箱梁或前后導(dǎo)梁之間通過滑板進行接觸，滑板采用MGE滑板。滑板規(guī)格為-30x600mmx600mm。MGE滑板下表面涂硅脂油以減少頂推摩阻力，滑道表面的光潔度要保證，保持清潔并避免劃傷。滑板需連續(xù)喂入，喂滑板時一面朝下與不銹鋼板接觸，另一面朝上與鋼箱梁底面接觸。當(dāng)梁體向前行進時，帶動滑板一起前進，MGE滑板便在不銹鋼板上滑行，當(dāng)滑板滑到滑道的盡頭時，便從前端掉下來，此時應(yīng)將它拾起來拿到后端重新喂進去，這樣滑板不斷吐出、喂進，周而復(fù)始，梁體便可繼續(xù)向前滑行。在頂推過程中，滑板始終與不銹鋼板之間滑動。MGE滑板與不銹鋼鋼板的滑動摩擦系數(shù)約為0.05，靜摩擦系數(shù)約為0.07?0.1。摩擦系數(shù)隨荷載壓在MGE滑板上的滯留時間增長而增加。在頂推過程中，短暫停留后再啟動的摩擦系數(shù)變動不大，但當(dāng)停留時間較長時，摩擦系數(shù)應(yīng)按靜摩擦系數(shù)計算。為安全起見，本方案中所有與摩擦系數(shù)相關(guān)的計算，均按靜摩擦系數(shù)取值。限位與糾偏裝置頂推過程中由于各種原因造成箱梁的橫向偏位，在頂推過程中如果不對橫向偏位加以控制，有可能會導(dǎo)致梁體失穩(wěn)或偏離頂推路線。1）限位裝置本工程采用滑靴在滑道大梁上滑動作為限位措施。在頂推過程中，滑靴下方的T型板始終在滑道大梁的兩側(cè)，滑靴始終沿著滑道大梁滑動。2）主動糾偏裝置在頂推過程中可通過限位導(dǎo)向措施控制鋼箱梁橫向偏差，頂推到位后可利用千斤頂進行糾偏。頂推過程安全風(fēng)險與控制措施鋼箱梁頂推施工過程中一旦發(fā)生安全風(fēng)險事故，易造成人員傷亡且社會影響惡劣，因此在施工前必須對施工過程中的潛在風(fēng)險進行分析。不僅要保證鋼箱梁頂推施工自身安全，還應(yīng)避免施工對既有運營線產(chǎn)生不利的影響。在正式施工前應(yīng)根據(jù)所采取的施工技術(shù)方案，識別并評估施工中可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險，對施工風(fēng)險做出正確的評價和判斷，并制定控制措施對施工安全風(fēng)險進行主動控制，確保施工安全。通過施工風(fēng)險分析并采取相應(yīng)措施確保鋼箱梁頂推施工的順利完成及既有高鐵線路的正常運營。4.1風(fēng)險源辨識鋼箱梁橋跨越既有線頂推施工由于其存在的特殊施工難點，施工中的風(fēng)險需要結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查及施工方案進行風(fēng)險源辨識。施工前，通過專家調(diào)查法對施工過程中潛在的風(fēng)險源進行篩選，分類、分層次對所有施工過程中的主要潛在風(fēng)險進行整理分類，4.2鋼箱梁風(fēng)險由于鋼箱梁自身及施工工藝的特性，施工過程中鋼箱梁存在若干潛在風(fēng)險：1）隨著頂推的不斷進行，懸臂段長度不斷增長導(dǎo)致傾覆力矩增大，鋼箱梁可能會產(chǎn)生縱向傾覆的危險，因此必須對所有相對危險的工況進行抗傾覆驗算并采取鎖定措施2）頂推過程中，如果一側(cè)橫向限位裝置作用失效有可能導(dǎo)致鋼梁橫向偏移過大，應(yīng)在頂推運行過程中實施橫向糾偏。3）大懸臂工況下鋼箱梁懸臂末端豎向支撐反力較大，鋼箱梁部分板件可能發(fā)生局部屈曲。施工過程中應(yīng)實時監(jiān)測，密切注意鋼梁關(guān)鍵位置的屈曲現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)及時采取加肋措施。4）鋼箱梁頂推施工所用方法屬于間斷頂推，會產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象，使支架平臺和橋墩受到反復(fù)沖擊，會存在支架坍塌的安全風(fēng)險，頂推前項目技術(shù)聯(lián)合總包、監(jiān)理、業(yè)主單位對整個支架體系對照方案進行仔細檢查，檢查查各個受力部位是否安全圖紙施工，并履行驗收程序。施工過程中應(yīng)不斷調(diào)整墩頂滑道高程，最大限度地降低結(jié)構(gòu)受沖擊程度。5）落梁過程中，可能會出現(xiàn)某一墩頂支反力過大，致使鋼箱梁局部屈曲。落梁前，根據(jù)施工設(shè)計應(yīng)對支點斷面進行加強；落梁時，要保證各墩千斤頂下落進度一致，施工人員要密切注意梁底變形情況。4.3既有線施工風(fēng)險鋼箱梁跨越既有高鐵線路頂推由于其施工的特殊性，必然會對運營線路產(chǎn)生影響，因此也存在若干潛在風(fēng)險。1）頂推過程中，雜物有可能會落入既有高鐵線路上，造成鐵路停運的嚴重后果。施工方應(yīng)在鋼梁進入既有高鐵線路前在橋面兩側(cè)安裝護欄，防止雜物滾落，并設(shè)專人對橋面雜物進行清理。2）鋼箱梁頂推施工中前導(dǎo)梁撓度過大，導(dǎo)梁前端距離接觸線不滿足要求的安全距離，會對既有高鐵線路的正常運營產(chǎn)生影響。施工過程中必須實時監(jiān)測導(dǎo)梁撓度，確保導(dǎo)梁前端處于安全距離。3）鋼箱梁施工過程中可能無意間會產(chǎn)生列車運營指揮信號的效果，干擾既有線列車的正常運營。因此，施工前應(yīng)對施工人員進行相關(guān)知識的普及和交底，避免可能產(chǎn)生對設(shè)備使用的干擾。4）鐵路線上3米位置設(shè)有10KV的高壓電網(wǎng)，雨水雷雨天氣，頂推過程會發(fā)生雷擊觸電事故。因此頂推前左右幅箱梁尾端設(shè)置接地螺栓，接地線與管柱接地體進行可靠連接，防止頂推過程觸電事故發(fā)生。跨越公路施工風(fēng)險鋼箱梁頂推方向自南向北跨越關(guān)鳳大道，不封路，車輛正常運行。頂推過程存在以下安全風(fēng)險：1）頂推過程中，容易發(fā)生高處墜物、物體打擊，造成人員傷亡、車輛受損、交通堵塞的嚴重后果。為此將采取相應(yīng)措施：加強頂推班組安全教育培訓(xùn)；設(shè)置保通員，確保頂推期間交通順暢；專人清理箱梁雜物，防止高空墜物。2）人員防護不到位容易發(fā)生高處墜落，造成人員傷亡事故。在滑道梁兩側(cè)設(shè)置水平安全通道，通道旁設(shè)置雙防護繩，確保頂推過程施工人員個人防護到位，杜絕了高處墜落的風(fēng)險發(fā)生。設(shè)施、機械設(shè)備風(fēng)險鋼箱梁頂推施工所用設(shè)施種類多樣，施工設(shè)施的安全是完成頂推的必備條件，因此必須對各類重要的施工設(shè)施進行風(fēng)險分析。1）施工平臺作為施工過程中最重要的臨時結(jié)構(gòu)，必須對最不利工況下支架的變形與整體穩(wěn)定性進行驗算，定時對地基沉降進行觀測。2）橫向限位裝置的突然失效可能使鋼梁在頂推進行中產(chǎn)生較大的橫向偏位。在頂推運行中密切關(guān)注各側(cè)向限位裝置，一旦失效應(yīng)及時更換。3）滑道梁表面摩擦系數(shù)應(yīng)滿足頂推力設(shè)計要求，否則可能造成頂推困難。每階段頂推運行前，應(yīng)反復(fù)涂抹潤滑劑。4）施工中2臺千斤頂如未能做到同步同樣也會造成鋼箱梁發(fā)生較大橫向偏移。施工前需對頂推設(shè)備進行全方位檢查，并進行2?3次試頂推，在確保設(shè)備運行正常后開始正式頂推。頂推運行過程中，必須有專人對千斤頂制動器進行控制，并實時匯報當(dāng)前油壓，頂推監(jiān)控小組須實時對鋼箱梁應(yīng)變進行監(jiān)測并匯報，頂推現(xiàn)場負責(zé)人隨時掌控當(dāng)前施工中各項信息并下達進一步施工指令。5）現(xiàn)場使用汽車吊進行吊裝作業(yè)，違章作業(yè)造成機械傷害。因此對進場設(shè)備進行檢查驗收；定期檢查設(shè)備使用性能；對汽車吊司機及配合工種進行安全交底，確保機械設(shè)備的操作安全。4.6人員施工風(fēng)險鋼箱梁左幅右幅同時頂推，分成四個滑道組，每個滑道組成員相對固定，統(tǒng)一指揮有序施工。必須配合默契，頂推過程發(fā)現(xiàn)問題必須及時處理掉，否則會給頂推帶來極大的安全隱患。涉及風(fēng)險有：1、工期緊，人員高強度施工，存在疲勞作業(yè)，注意力不集中，頂推過程帶來安全隱患。合理安排施工時間，實行換班制度，確保工人精神狀態(tài)充足。2、各組成員配合默契性，人員不固定，頂推過程容易造成操作失誤，帶來安全隱患。要求各組人員相對固定，熟悉頂推流程，統(tǒng)一聽從指揮，確保頂推過程安全平穩(wěn)。3、人員安全意識性不強，頂推過程人員安全帶時有未掛現(xiàn)象，存在高處墜落風(fēng)險，需加強頂推人員的安全教育，每個滑道專人監(jiān)護，確保人員頂推移位安全。4.7其他風(fēng)險施工中由于不可抗力及人為原因會產(chǎn)生一些難以控制的風(fēng)險因素，這些風(fēng)險同樣可能會對施工造成嚴重后果，產(chǎn)生惡劣的社會影響，成為橋梁施工中不可忽視的一類施工風(fēng)險。這就要求施工單位做好相關(guān)的風(fēng)險預(yù)案并合理處理有關(guān)矛盾沖突，同時要求施工人員嚴格遵守相關(guān)規(guī)章制度，合理安排相關(guān)事宜，妥善處理施工突發(fā)狀況頂推施工過程鋼箱梁監(jiān)測5.1頂推過程的受力分析根據(jù)頂推施工情況，采用MIDAS/CIVIL中梁單元建立鋼箱梁和前、后導(dǎo)梁有限元模型，通過約束變換來實現(xiàn)頂推的模擬，計算不同工況下結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力。5.2變形監(jiān)測變形監(jiān)測包括平面線形監(jiān)測（軸線偏位）和主梁高程監(jiān)測。平面線形監(jiān)測測點設(shè)置在每個頂推節(jié)段鋼箱梁軸線中心處和梁端中心處，通過全站儀觀測軸線偏移值，根據(jù)觀測結(jié)果，及時對梁體軸線進行糾偏。主梁高程測點每個斷面共2個設(shè)置在腹板處的頂板位置，便于觀測箱梁橫向變形和是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，根據(jù)豎向變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得到其預(yù)拱度，與模型計算分析進行對比，判斷其預(yù)拱度設(shè)置是否合理。結(jié)論與展望1）跨越既有高速鐵路施工由于其施工的特殊性及高風(fēng)險性，為了減少對鐵路線的干擾，鋼箱梁頂推施工方案被逐漸采用。對頂推施工的施工工藝與技術(shù)需進一步深入分析。2）在頂推過程中要重點監(jiān)測鋼箱梁底板及底板加勁肋易出現(xiàn)局部屈曲的位置。在設(shè)計階段不僅要考慮成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)安全也要考慮頂推過程的安全受力要求。3）頂推施工風(fēng)險分析是施工安全的重要環(huán)節(jié)，施工籌備階段應(yīng)對潛在