尹 鑰

(太原市城市建設(shè)管理中心，山西 太原 030000)

0 引言

近年來，隨著我國鐵路交通事業(yè)的快速發(fā)展，以及高速公路覆蓋范圍的不斷擴(kuò)大，公路與鐵路立體交叉、相互穿越的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。這不僅會讓施工企業(yè)面對愈加復(fù)雜的施工作業(yè)條件，同時(shí)還對施工質(zhì)量、施工周期以及施工安全性等提出了更高要求[1]。怎樣在保證工程建設(shè)質(zhì)量與性能的前提下，使二者交叉的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，就成為目前相關(guān)施工企業(yè)需要重點(diǎn)探討的問題。

1 公路工程下穿既有鐵路隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)因素

1.1 工程概況

某高速公路主線采取四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)路基寬度為24.5 m，速度為80 km/h，隧道凈寬為10.25 m。而既有鐵路隧道從該公路隧道下方穿過。相關(guān)施工企業(yè)就鐵路線路段進(jìn)行線位擬合，并綜合地形、地質(zhì)條件等因素，經(jīng)過對眾多方案的精選優(yōu)選，初步確定公路隧道工程與鐵路隧道高程的凈間距為27 m，且鐵路隧道軸線與公路隧道軸線之間的夾角應(yīng)控制在12°。

1.2 公路隧道工程下穿鐵路隧道工程施工時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)因素

1.2.1在路線工程實(shí)施階段存在的風(fēng)險(xiǎn)因素

公路工程的線形設(shè)計(jì)通常要確保路線線形舒適、連貫、順暢，并且沒有急轉(zhuǎn)彎以及長大縱坡。這可以在很大程度上避免發(fā)生因線形不適而導(dǎo)致的交通事故。但是在公路工程建設(shè)中，如果下穿既有鐵路隧道，公路工程線形走向則會受到以下幾點(diǎn)因素干擾：

1)路線加固。公路與鐵路立體交叉隧道施工，必須要保證既有鐵路線路的穩(wěn)固性，這是確保公路工程安全運(yùn)營的必要前提。如果路線加固不到位，就很可能會在設(shè)置鐵路框架橋后，影響到既有鐵路軌道結(jié)構(gòu)及列車的運(yùn)營速度；

2)高程控制?？蚣軜虻脑O(shè)置是公路與鐵路立體交叉隧道施工中較為關(guān)鍵的一環(huán)，框架橋的高程控制對下穿鐵路框架橋的科學(xué)性有著重要影響。如果高程偏差過大，既會影響到道路的豎向線形，同時(shí)又會大大增加工程的后續(xù)投資。除此之外，高程偏差過大也會給既有鐵路工程的安全性造成影響[2]。

1.2.2在施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素

在施工過程中，如果沒有采取科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆雷o(hù)措施或者防護(hù)工作不到位，都會增加發(fā)生車輛傷害事故或者坍塌事故的概率。其中，公路與鐵路立體交叉隧道施工過程中主要存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

1)頂進(jìn)施工風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)行頂進(jìn)施工作業(yè)時(shí)，勢必會對周邊土體產(chǎn)生擾動，并對既有工程的受力狀態(tài)進(jìn)行改變，一旦地層位移或者變形超出限定范圍后，就會直接威脅到運(yùn)營線上列車運(yùn)行的安全[3]；

2)管理風(fēng)險(xiǎn)。由于公路與鐵路立體交叉隧道施工更為復(fù)雜，對于項(xiàng)目管理也有著更為嚴(yán)苛的要求。一旦管理不到位，不僅會影響到工程施工進(jìn)度，同時(shí)還會因?yàn)槭┕すに嚺c機(jī)械設(shè)備等不達(dá)標(biāo)而影響到施工質(zhì)量，進(jìn)而危害到車輛的安全通行。

2 分析公路與鐵路立體交叉隧道施工的安全性

2.1 爆破施工振動影響分析

爆破是公路與鐵路立體交叉隧道施工中較為關(guān)鍵的工序。相關(guān)施工企業(yè)在爆破前，需要根據(jù)《爆破安全規(guī)程》的相關(guān)流程，明確該工程爆破振動安全允許距離，必要時(shí)還需采取一定的減震技術(shù)措施，來減小對既有鐵路隧道的影響[4]。具體來說，要按照以下公式進(jìn)行計(jì)算，來得到爆破振動安全允許距離：

其中，R為爆破振動安全允許距離,m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，而延時(shí)爆破為最大一段藥量,kg；V為保護(hù)對象所在地質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度,cm/s；K，α分別為與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)以及衰減指數(shù)，既可以按表選取，也可以通過現(xiàn)場試驗(yàn)來確定。

在《爆破安全規(guī)程》中明確規(guī)定，受保護(hù)對象為“交通隧道”的振速要求為15 cm/s，而本次工程施工實(shí)際所需安全振動速度基本確定為12 cm/s。在經(jīng)過上述公式計(jì)算得出，本路段與鐵路隧道交叉的公路隧道之間的凈距離要超過爆破振動安全距離。換句話說，此次施工爆破對既有鐵路隧道的影響很小。

2.2 三維數(shù)值模擬仿真

為確保公路與鐵路立體交叉隧道施工的安全性以及科學(xué)性，明確施工對既有鐵路隧道受力以及變形影響，同時(shí)對鐵路隧道結(jié)構(gòu)及其圍巖應(yīng)力場受影響程度及范圍大小等進(jìn)行確定，相關(guān)企業(yè)可以利用先進(jìn)技術(shù)，使用有限元數(shù)值分析軟件來對該工程施工進(jìn)行三維數(shù)字模擬分析。

隧道橫向方向，以公路隧道兩側(cè)設(shè)線之間的中點(diǎn)作為起點(diǎn)，分別向兩側(cè)橫向選取60 m，總寬度為120 m；然后根據(jù)實(shí)際下穿狀況選取隧道縱向150 m范圍作為計(jì)算區(qū)域；之后選取鐵路隧道襯砌底部標(biāo)高以下26 m為底。由于該工程隧道穿越山體坡面較緩，并且沒有明顯的橫向變化，所以可以以線性漸變斜面等效模擬山體地表，隧道拱頂土體厚度由淺端的17.8 m過渡到深端的67.8 m。確定計(jì)算模型后，就要按照以下順序進(jìn)行計(jì)算，第一步，計(jì)算自重作用下圍巖應(yīng)力場以及初始位移；第二步，計(jì)算鐵路隧道開挖支護(hù)工況；第三步，計(jì)算公路隧道開挖支護(hù)工況。在計(jì)算結(jié)束后可以得到相應(yīng)的沉降云圖以及圍巖應(yīng)力云圖[5]。通過沉降云圖可以得知，下方鐵路隧道側(cè)墻以及底部襯砌采取的直墻形斷面形式，在開挖時(shí)對周邊土體的擾動要遠(yuǎn)比曲墻形對周邊土體擾動大得多。同時(shí)這種斷面形式很容易在角部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，進(jìn)而威脅到隧道結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)固性。而從圍巖應(yīng)力云圖可以得知，僅隧道開挖輪廓外約一倍的洞徑區(qū)域的圍巖應(yīng)力極易受擾動影響，而除這一區(qū)域外的位置，土體位移變化量僅有隧道開挖面處的1/10倍～1/5倍，影響十分微小，恰好處在可控范圍內(nèi)。

3 當(dāng)前影響公路與鐵路立體交叉隧道施工安全性的因素

公路與鐵路立體交叉隧道施工復(fù)雜多變，危險(xiǎn)源以及不確定性因素較多，相關(guān)企業(yè)及施工技術(shù)人員很難準(zhǔn)確辨識和排除施工中所有的安全影響因素。目前，主要影響公路與鐵路立體交叉隧道施工安全性的因素有以下幾點(diǎn)[6]：1)環(huán)境因素。公路與鐵路立體交叉隧道施工對于工程所處環(huán)境要求較高。不良的現(xiàn)場環(huán)境雖然并不會直接導(dǎo)致安全事故的頻繁發(fā)生，但是它卻是安全事故發(fā)生的一個(gè)不容忽視的潛在因素。其中，影響公路與鐵路立體交叉隧道施工安全的不良環(huán)境因素主要包括不良的水文地質(zhì)條件、作業(yè)天氣、夜間施工環(huán)境以及既有鐵路本身抗變形能力較差等。對此，施工技術(shù)人員可以結(jié)合實(shí)際情況，采取相應(yīng)的加固措施來予以應(yīng)對；2)人為因素。現(xiàn)如今，高素質(zhì)應(yīng)用型人才短缺是整個(gè)行業(yè)都要面對的問題。而人又是工程施工建設(shè)的主要參與者與實(shí)施者，因此，施工作業(yè)人員某些不安全行為就成為引起安全事故的主要原因。再加上某些人員安全意識淡薄、對待安全教育態(tài)度敷衍了事、安全護(hù)具佩戴不正確等，都會對整個(gè)工程的安全性造成極大影響；3)組織管理因素。在公路與鐵路立體交叉隧道施工過程中，能否順利達(dá)成安全目標(biāo)，關(guān)鍵取決于工程的組織與管理。很多因人為因素、環(huán)境因素等引起的安全事故，正是由于安全管理的缺失或不到位導(dǎo)致的。而目前很多企業(yè)尚未確立完善的安全管理制度，現(xiàn)場安全管理不夠全面、徹底，有的企業(yè)甚至沒有組建相應(yīng)的安全生產(chǎn)管理部門，整個(gè)安全組織管理工作流于形式，難以確保工程各方面的安全有序。

4 有效控制公路與鐵路立體交叉隧道施工安全的措施

針對公路與鐵路立體交叉隧道施工中存在的安全影響因素，相關(guān)企業(yè)可以采取以下措施進(jìn)行防范：1)從環(huán)境因素層面來看。在施工準(zhǔn)備階段，施工企業(yè)就需要通過收集整理現(xiàn)場歷年天氣資料，提前做好防范惡劣天氣的準(zhǔn)備，并制定可行的應(yīng)急方案以及安全控制措施，確保施工技術(shù)人員在施工中遭遇變異性較大的水文地質(zhì)環(huán)境或者泥石流、洪水等自然災(zāi)害時(shí)，可以及時(shí)采取有效應(yīng)對措施。做好施工現(xiàn)場的照明工作。公路與鐵路立體交叉隧道施工的危險(xiǎn)性相對較高，要求施工企業(yè)不管是在夜間還是昏暗條件下，都需要做好現(xiàn)場的照明工作，在保障人員安全的同時(shí)，提高施工效率與質(zhì)量。在一些危險(xiǎn)的活動區(qū)域或者設(shè)備上做好鮮明標(biāo)記，比如涂紅色顏料等，確保施工現(xiàn)場人員及設(shè)備安全；2)從人為因素層面來看，加強(qiáng)對施工人員的安全意識培訓(xùn)，包括專家講座、安全意識教育等，使其明確安全生產(chǎn)對整個(gè)工程的重要性。幫助施工人員樹立起正確的安全意識以及責(zé)任意識，定期或不定期的組織員工參加專業(yè)技能培訓(xùn)，提高其業(yè)務(wù)水平以及專業(yè)素養(yǎng)，在實(shí)際施工過程中可以自覺遵守相關(guān)管理制度以及要求，主動配合安全管理措施的執(zhí)行[7]；3)從組織管理層面來看，在施工中，應(yīng)嚴(yán)格貫徹落實(shí)國家與政府制定的施工標(biāo)準(zhǔn)與要求，遵循相關(guān)法律法規(guī)，協(xié)調(diào)好各部門之間的關(guān)系，各管理層之間也需要加強(qiáng)相互監(jiān)督，在提高管理質(zhì)量的前提下，保證工程整體的施工安全。切實(shí)提高現(xiàn)場安全控制管理水平，企業(yè)要提高對整個(gè)工程施工安全的控制，組織邀請專業(yè)的監(jiān)督管理團(tuán)隊(duì)進(jìn)入現(xiàn)場開展實(shí)時(shí)監(jiān)督與管理工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除公路與鐵路立體交叉隧道施工中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)因素。糾正現(xiàn)場施工人員的某些不安全行為，加強(qiáng)制度建設(shè)與優(yōu)化，實(shí)行科學(xué)的責(zé)任制度，將安全控制目標(biāo)細(xì)化，并落實(shí)到個(gè)人，最大限度的維護(hù)公路與鐵路立體交叉隧道施工的安全性以及嚴(yán)謹(jǐn)性。

5 結(jié)語

我國公路、鐵路建設(shè)正處在高速發(fā)展階段，且新建高速公路有時(shí)會不可避免的與既有鐵路隧道發(fā)生交叉，并極大增加了施工的難度與工程量。對此，為確保公路與鐵路立體交叉隧道施工的安全性，相關(guān)企業(yè)可以通過爆破施工振動影響分析、三維數(shù)值模擬仿真，再配合具體的安全控制措施，來確保公路隧道施工對鐵路隧道的影響降到最低，并為今后的公路鐵路立體交叉隧道施工提供參考。

參考文獻(xiàn):

[1] 韓 旭.鐵路隧道淺埋下穿高速公路施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā),2016,43(5):109.

[2] 安麗麗.新建公路工程下穿既有鐵路工程的危害分析及安全建議[J].黑龍江科學(xué),2014,5(5):57.

[3] 蔣賢勇.鐵路立體交叉隧道施工與地震動力影響分區(qū)研究[D].長沙：中南大學(xué),2013.

[4] 袁良遠(yuǎn),唐春海,朱加雄,等.高速公路隧道下穿既有鐵路隧道控制爆破技術(shù)[J].工程爆破,2016,22(1):64-67.

[5] 徐慧芬,鄭少華,馬 超.公路與鐵路立體交叉隧道施工安全性分析[J].公路,2017,62(10):299-302.

[6] 陸莎莎.高速公路下穿既有鐵路工程安全風(fēng)險(xiǎn)評估及控制研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2013.

[7] 沈興付.城市道路下穿既有運(yùn)營鐵路施工關(guān)鍵技術(shù)及安全控制研究[J].低碳世界,2016(4):157-158.