沪杭高铁松江特大桥跨沪春铁路168169#墩施工安全监控

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  1 工程概况
  沪杭高铁松江特大桥上跨铁路沪春线(上海-春申)。沪春铁路为电气化铁路,运行速度高,行车密度大,跨线桥施工安全要求高,其中168#~169#墩的桩基、承台、墩身、防护棚架基础施工安全风险特别大,列入上海铁路局安全监控重点。
  跨沪春铁路连续梁桥为四跨连续梁,中心桩号为DK12+481.995,墩号为166#~170#。其中168#、169#墩的上部结构斜跨既有沪春铁路,与铁路交角为28d。沪春铁路为双线,宽度19.76m(以防护栏边缘线为准),属于铁路运输繁忙干线。
  跨线连续梁主墩为168#、169#墩,分别位于沪春铁路两侧。连续梁主墩168#承台中心处原地面标高为3.395m;169#承台中心处原地面标高为2.453m。168#承台最近点伸入护栏1.51m,距上行线外侧轨道2.59m;169#承台伸入护栏3.88m,距下行线外侧轨道5.08m。
  2 铁路既有线施工安全原则
  ①以安全第一、预防为主的原则,确保既有沪春铁路的安全。②结合沪春铁路既有线工程施工特点,使施工方案更具有适用性、合理性、先进性和经济性,并对铁路运营影响时间最短和最小。③在保证施工及铁路营业线运营安全、保证工程质量条件下,全面考虑新设备、新工艺、新工法和新材料。
  3 168#、169#墩桩基、承台、墩身施工存在的安全隐患
  沪春铁路为电气化铁路,运行速度高,行车密度大。跨线桥施工存在两大安全隐患,一是跨线桥的施工对既有沪春铁路运营的影响,二是电气化铁路高压带电体对施工人员、机具设备的影响及高速运行的列车对施工人员的安全影响。
  1)桩基施工的安全隐患。钻孔桩施工可能破坏既有线地下管线、电缆;钻机可能发生倾覆,影响既有线运营;大型设备可能侵入铁路限界;吊装钢筋笼可能侵入铁路限界或引发触电事故,碰撞铁路外侧的铁路回流线。钻孔桩孔壁可能发生坍塌,导致铁路轨道标高局部发生变化,影响列车运行。
  为进行承台开挖而设置的钢板桩结构及防护棚架结构的基础施工存在对既有线边坡坍塌,影响营业线运营的安全风险,边坡坍塌导致路基不稳定的可能性。
  2)承台、墩身施工对营运线路的影响。承台开挖可能导致既有线边坡坍塌,也可能导致边坡滑坡,产生局部位移,使既有轨面标高发生变化,影响既有线运营,导致铁路晃车等;铁路边开挖基坑抽水可能导致既有路基沉降,影响线路轨面标高;开挖可能造成管线、电缆破坏;承台、墩身模板和其他物资设备可能侵线。开挖机具、吊车等大型设备可能发生侵线事故。
  3)施工进入铁路线栅栏内的安全隐患。既有线施工,不可避免存在安全防护人员、测量人员等进入铁路栅栏内进行作业,因此对营业线运营存在一定安全隐患,同时也对进入的施工人员存在一定的人身伤害隐患。
  4 施工安全防护措施
  1)严格执行铁路既有线施工安全管理规定。与既有线设备管理单位签订安全协议,确保施工中同时与莘庄车站、春申车站、铁路派出所等取得联系,施工期间安排驻站联络员长期驻站,掌握列车运营动向,及时向现场反馈情况,确保铁路运输安全。
  2)既有管线的调查和迁改措施。开工前,在既有线附近采取挖探沟或仪器探测相结合的方式,对既有线附近进行地毯式搜索,确保在进行钻孔桩施工前探明所有地下管线,同时与设备管理单位协商,确定迁改方案,先迁改,迁改完成后再施工。
  3)安全防护措施。①车辆防护。有驻站联络员进驻莘庄车站、春申站,采用对讲机等通讯工具向现场发布施工命令后才能采取施工措施。②现场防护。安排安全防护人员对施工作业现场进行安全防护,现场安全防护员每班至少2人,全天候安排现场防护人员进行安全防护。③远端防护。在工地两侧各800米处的安全防护。一般情况下,下行线在施工位置靠上海方向800米处设置安全防护员,带齐对讲机、三色旗、封锁牌、慢行牌、口哨等防护工具进行安全防护;上行线在靠杭州侧距施工地点800米处进行安全防护。④高压电线防护。安排有证且现场经验丰富的专职电工、接触网专业专职人员对施工现场附近的高压电、接触网等进行安全防护,确保设备、吊装机具、模具等与高压带电体保持一定的安全距离。
  5 施工安全技术措施
  1)桩基础施工安全技术措施。一是现场全封闭施工措施。采用栅栏进行全封闭围护,在施工承台位置的铁路既有栅栏需要向铁路方向平移,距线路线路中心线3.67米和2.97米,满足铁路运输安全限界要求。二是加强对现场的管理。在靠近铁路位置栅栏设置门锁,门锁安排专人管理,进入铁路区域进行安全防护、测量作业的,必须征得现场负责人的同并安排好防护人员后,才能进入施工现场。进入铁路区域的作业人员,必须穿戴黄色防护背心,严格按照防护人员的指令进行作业,确保人身安全。
  2)钻孔桩基础施工安全技术措施。由于桩孔较深,达97米,因此为避免桩孔造成坍塌,需要采取膨润土造浆,确保泥浆护壁效果,避免桩孔坍塌,影响既有线轨面标高。钻进过程中控制泥浆比重在1.1—1.3之间,清孔后要迅速组织混凝土灌注,尽快将桩孔灌注完毕,避免暴露时间过长发生意外。
  对钻孔桩设备的固定:在远离营业线的位置并排打入两根地锚梁,采用揽风绳将钻孔桩设备与地锚梁成人字形固定,确保钻孔过程中钻机不向营业线方向倾倒。
  在营业线附近进行吊装作业,必须采取一人一机的防护方式,对吊车进行专项防护。吊装钢筋笼时,事先拉揽风绳,采用吊车吊装、人工拉揽风绳定位的方式吊装钢筋笼,吊装作业时应该在远离营业线侧进行起吊作业,吊装稳定后再通过吊车转向下落入孔,在进行钢筋笼焊接时,由于时间较长,吊车发动机不得熄火,直到整节钢筋笼入孔吊车收臂完成后才能熄灭发动机,防止发生意外。
  3)钢板桩施工安全技术措施。对已测设钢板桩打入轮廓线及开挖线坐标进行复核,确定无误后方可施工。由于168#墩、169#墩基坑开挖线距既有沪春铁路线路中心间距仅3.21米,为保证既有线安全,基坑采用有支护垂直形式开挖,在基坑四周轮廓线外0.2米打设28c槽钢防护,槽钢正反插打。①钢板桩材料。选用I30b型钢板桩作为本工程基坑的主要维护材料,I30b型钢板桩的几何尺寸为:长度L=6m、宽度B=86mm,高度h=280mm,最大厚度t1=11.5mm,最小厚度t2=11.0mm,每延长米面积S=51.234cm2,断面模量W=627cm3,每延米单位重40.219kg。钢板桩嵌固深度3米,单根长6米;采用双I40b型工字钢围囹1道,钢围囹距钢板桩顶往下0.8米处;在钢板桩围堰拐角设置斜撑,斜撑采用双I40b工字钢。②打插钢板桩。对好桩位下桩,儀器校准桩的垂直度及桩的平面位置,让桩自沉,若桩位有偏差,吊起,重新校准到位,同时控制好桩的垂直度,将偏差控制在允许范围内。先轻锤轻击,待桩入土一定深度后,再重锤重击,直至施工深度或贯入度。
  4)承台施工安全技术措施。①承台防护措施。168#和169#墩紧靠既有铁路,为了不影响既有线行车安全,承台开挖时,必须对营业线进行防护后再进行承台开挖,确保营业线运营安全。168#墩承台边缘距线路中心线3.38米,168#墩原地面标高为3.395米,承台底面标高为1.375米,承台开挖深度为2.01米,为了确保施工安全,采用钢板桩进行防护,采取先防护后开挖的方式开挖168#承台。打入桩长6m长28c型槽钢钢板桩,距既有线中心线3.22米,钢板桩正反插打,互相紧扣,连成整体,边开挖边采取内支撑形成整体支撑体系,确保承台开挖基坑的稳定性。
  169#墩承台边缘距线路中心线5.83米,169#墩原地面标高为2.453米,承台底面标高为0.403米,承台开挖深度为2.05米,为了确保施工安全,我们采用钢板桩进行防护,采取先防护后开挖的方式开挖169#承台。打入桩长6m长28c型槽钢钢板桩,距既有线中心线5.05米,钢板桩正反插打,互相紧扣,连成整体,边开挖边采取內支撑形成整体支撑体系,确保承台开挖基坑的稳定性。②承台开挖安全措施。承台开挖的原则是:先做好防护措施后再进行开挖,开挖施工时,申请列车慢行,货车45km/h、客车80km/h速度,直到承台开挖,完成混凝土浇注,整个基坑回填完毕。
  承台开挖时超挖20cm,完成开挖后立即采用20cm的C40混凝土封底,并在远离营业线位置预留集水井抽水,混凝土封底的目的是保持基坑基底快速稳定,再进行桩头凿出、绑扎钢筋、浇注承台混凝土等各项工作,承台模板采用竹胶板,竹胶板紧贴防护钢板桩组装,浇注混凝土以后,直接回填,不拆除模板和拔除槽钢。
  承台开挖后应组织24小时施工,尽可能减少基坑暴露时间,减少降低地下水的时间,防止抽水造成的铁路既有线沉降,影响运行。
  5)墩身施工安全措施。墩身施工存在的安全隐患主要是吊装大块钢模板对既有线运营产生的影响,以及模板安装好后是否会发生倾覆危险,或者墩身加固不牢固,在混凝土浇注过程中发生模板崩塌而引发的安全事故。另外墩身脚手架在台风的情况下可能发生倾覆,倒向铁路既有线的安全隐患。采取的措施:一是在封闭线内施工,采取一机一人的防护措施,另外在大块模板吊装过程中,要求拉揽风绳对大块模板定位,确保不大快模板不倾入限界,确保吊装的安全,确保既有线运营的绝对安全。二是对模板和脚手架利用地锚梁拉人字形的揽风绳,确保不发生倾覆危险。三是墩身大块模板要满足强度、刚度要求,加固牢靠,确保在浇筑混凝土过程中不崩塌,对营业线无安全隐患。同时在浇筑时可放慢速度,确保安全。
  6)棚架基础施工安全措施。①防护棚架概况。在沪春既有线168号墩~169墩,对应DK12+481.995~DK12+545.995位置处施工沪杭客专连续梁,主跨64m上跨既有线,为防止坠物以及接触网27.5KVA的高压电流危及施工安全,在铁路既有线上方搭设防护棚架。
  跨沪杭铁路防护棚架沿铁路方向长76米,净高12.2米,跨径19米。各部位采用主要材料如下:棚架基础:条形基础,断面尺寸为1.5m×1.0m,采用C30钢筋混凝土;立柱:直径500mm壁厚8.0mm的钢管,高度为12.2m,间距按3m布设;横梁:45a工字钢为横梁;主纵梁:25a工字钢为主纵梁; 面板:40mm木板、1mm镀锌钢板。钢管立柱之间连接设水平杆和剪刀撑([20槽钢),立柱单侧69根,共138根。
  横梁采用吊车进行安装。吊装时,先将每两根横梁采用25a工字钢连接成一体,再焊接次纵梁,次纵梁每侧悬臂1.5m以便与另一片拼接。②棚架基础施工方法。将基础范围内的地表进行清理,对基础的位置进行精确放样,根据放样的立柱中心点,引出基础的外边线,对地面标高进行测量,根据测得原地面标高计算出基础的开挖深度。基础开挖采用人工作业,施工前联系相关部门,确认无管线的情况下在再进行基础的开挖。待基础开挖至基础底标高后,对基础底进行加固处理。地基处理完成后在基础四周支立模板,将φ10钢筋加工成网片,铺设在基础底部。模板施工时注意对模板的加固和每隔15m伸缩缝的设置。模板加固完成后开始固定基础的预埋钢板(带预埋钢筋),为保证预埋件的位置准确,预埋件固定后必须经测量人员复核后,方可进行下一步的施工。在预埋基础钢板的同时还要设置防护棚架的接地电阻,接地电阻的预埋必须经专职检测人员检查合格后才可进行下一步的施工。所有预埋件设置完成并经检查合格后开始进行基础的浇筑,混凝土的浇筑采用现场浇筑,施工时为减少混凝土对预埋件的扰动,混凝土的下料必须在两个预埋件空隙间下放,经振捣引至预埋件四周。同时为保证混凝土浇筑过程中预埋件不被扰动,施工时注意避免振捣器具碰撞预埋件。混凝土浇筑完成后及时覆盖并洒水养生。③施工安全防护措施。棚架条形基础距离线路中心线仅6.4m,位置靠近营业线较近,因此条形施工安全隐患较大。为确保棚架条形基础施工安全,我们拟在桩基钢板桩围堰施工即在列车慢行期间进行棚架条形基础施工,同时加快施工速度,开挖后及时浇筑砼。
  7)铁路既有线轨面沉降位移监测安全防护措施。一是观测桩埋设:在防护钢板桩和承台施工开始后,需对既有线路基进行沉降和位移的监测。监测的办法是:在紧靠护栏外侧既有线路基面上,每隔10米设置一个观测点,设置范围为施工两侧各50米。观测桩应埋深2m以上。施工期间观测频次一般情况下不少于2小时/次,打桩地段或路基变形速率较快或有持续变形时,观测频次不少于1小时/次,并应根据观测结果调整打桩速度,当路基水平位移或垂直位移变化量大于2mm/d,或累计变化量大于10mm时必须停止施工,并及时通知上海铁路局上海工务段等设备管理单位到现场评定处理,并等到路基、轨面稳定后方可继续施工。二是测量精度与频次:沉降水准的测量精度为±1mm,读取位数0.1mm;剖面沉降测量精度为8mm/30m;测量频次:每分项工程开工前观测一次,施工过程中每天两次,每天施工前、结束后各一次。三是监测结果处理:在钻孔桩、钢板桩打入施工过程中,安排专人按照以上要求进行监测,若发现有沉降、位移影响到列车运营,应立即停止施工,同时通过驻站联络员向车站调度员汇报,并通知工务部门请求协助处理。
  8)防台风防洪安全措施。本地区属台风多发,因此在方案制定时要充分考虑本地区台风因素,对营业线附近的材料堆码、机具停放,及将来的棚架等均应采取措施,确保安全,防止出现台风引发铁路交通事故。本地区雨季时间较长,同时台风爆发也带来大量降雨。为减小洪涝灾害对既有线影响,确保线路运营安全,在桥墩钻孔桩施工前,对原有排水沟渠进行改移。在雨季来临时派专人对施工区排水系统进行检查和清理,保证原排水体系畅通。同时加强与气象部门、水文部门联系,掌握雨情水情,组织好防汛队伍,备足防汛物资和器材,安排专人24小时防汛值班,确保发生险情及时排除。
  9)跨线桥施工管理措施。①项目部成立了安全管理领导小组,制定了一系列的安全管理规章制度,形成了一整套安全管理体系,为安全施工提供组织与制度,确保跨线桥施工安全。②制定实施性施工方案,经监理、建设单位和设备管理单位的评审后,严格按照施工程序。③项目经理与分部经理垂直指挥,便于调动人员、物资。④加强既有线施工的教育培训工作,增强全员铁路既有线施工安全意识。一是组织全体施工人员学习《铁路营业线施工安全管理办法》(铁运【2008】190号)、《上海铁路局营业线施工安全管理实施细则》(上铁运发【2008】316号)、《铁路工务安全规则》(铁运【2007】177号)等既有线施工相关规章制度、知识,并进行考试,没有培训或培训不合格,不允许上岗作业。二是严格技术交底制度,每项工作开展前,必须对工班进行书面技术交底,将安全隐患和正确的操作规程交代清楚后再上岗作业,严禁不交底上岗作业。三是严格安全检查制度,既有线施工,采取定期或不定期的安全检查制度,对营业线排查安全隐患,将事故苗头消灭在萌芽状态,确保营业线施工安全。
  6 制定应急预案
  为确保铁路既有线施工安全,制定相应安全应急预案。一是成立应急抢险小组。项目经理是组长,下设各种应急小组,自救组、救护组、调查组、疏导组、保障组、善后组。二是应急响应预案。如,施工机械侵限应急救援,施工损坏行车设备、地下管线电缆、接触网的应急救援,发生线路位移、沉降事故的应急救援,发生触电事故的应急救援,施工人员受伤应急救援,发生边坡坍塌的应急救援等。三是应急物资设备准备。吊车、槽钢、救援车辆、手板葫芦、接触网专用接头、接触网线、绝缘套管、沙袋、黄沙、挖掘机、起道机、轨道施工机具、草包、道碴等。四是应急救援演练。按照施工过程中可能发生各种事故,进行多次以提高现场抢救技术和整体协调能力为目的的演练活动,并结合实际,不断完善应急计划,保证应急计划的适用性。五是应急电话目录。事故发生时及时传递信息,以提高应急响应的速度。
  7 结束语
  沪杭高铁松江特大桥上跨电气化铁路沪春线,其中168#~169#墩的桩基、承台、墩身、防护棚架基础施工施工难度大、工期紧、不确定因素多的不利条件下,做到保卫安全、捍卫质量,确保了沪杭高铁按时连调连试和顺利开通,得到了上海铁路局和沪杭高铁建设指挥部的一致好评,多家新闻媒体对此次进行了报道。通过从铁路大桩径钻孔桩到大跨度T梁施工,积累了大跨度上跨铁路桥施工的经验,锻炼了年轻的队伍,进一步提高了铁路既有线施工管理水平。
  
  作者简介
  王海,大学本科,中铁二十四局集团有限公司工程师,国家注册安全工程师。
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