運營中高速公路天橋拆除方案研究

劉忠剛

(遼寧省交通建設(shè)管理有限責(zé)任公司 沈陽市 110005)

橋梁拆除屬于建筑拆除的一個分支，方案選取受到自身結(jié)構(gòu)型式特點、周邊環(huán)境、社會需求、施工能力、經(jīng)濟分析等控制，要達到安全、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、高效的拆橋目標(biāo)。

1 橋梁拆除法概述

傳統(tǒng)上橋梁拆除法根據(jù)采用的工具、動力及材料不同，將橋梁拆除方法劃分為人工拆除、爆破拆除、機械拆除、綜合拆除等。人工拆除應(yīng)用范圍日益減少。除人工拆除外，主要以“是否采用爆破技術(shù)”為依據(jù)，將舊橋拆除方法分為爆破拆除法和機械(非爆破)拆除法。綜合拆除是指整合各個工法優(yōu)勢相互配合，用多種方法聯(lián)合拆除。綜合拆除法既包括爆破與機械的組合應(yīng)用拆除，也包括不同機械聯(lián)合應(yīng)用。為了突顯拆除特點，一般保留了控制性工具作為工法的名稱。

1.1 爆破拆除法

爆破法是指使用炸藥(雷管)、水及化學(xué)膨脹劑等特殊材料的膨脹原理，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點，將膨脹材料放置于橋梁重要部位，通過化學(xué)或物理反應(yīng)進行肢解和破壞的施工工藝。根據(jù)所用爆破材料的不同，將爆破技術(shù)分為控制性爆破法、靜態(tài)爆破法、水壓爆破法及綜合爆破法等[1]。

1.2 機械拆除法

機械法是指使用附帶動力系統(tǒng)的大型機械，針對橋梁重要部位開展解體和切割施工方法。該方法的關(guān)鍵節(jié)點在于所用切割機器的性能，常用的切割機器有以下幾種：風(fēng)鉆、風(fēng)鎬、重力錘、液壓式破碎機、推力臂、牽引機械、劈裂機以及切割設(shè)備等。在切割技術(shù)上除上述機械切割外,尚有高壓水射流切割、高壓電流切割、火焰噴射切割和激光切割技術(shù)等[2]。依據(jù)機械設(shè)備工藝不同進行分類，分為直接拆除、支撐拆除、吊裝拆除等。因為新機械發(fā)明和機械制造能力提升，機械拆除應(yīng)用越來越廣。

2 SPMT智能移運技術(shù)拆除

SPMT(自行式模塊運輸車)智能移運技術(shù)屬于機械類綜合拆除法，是國內(nèi)新興橋梁拆除方法，操作順序是：SPMT車輛就位，切斷橋梁連接，整跨梁體頂升，移位運輸?shù)胶线m場地，再行解體橋梁構(gòu)件。SPMT車滿載時，通常運輸距離不大于500m，需要合適的卸梁場地。適用于城市高架橋、高速公路的整橋新建或拆除。SPMT模塊車拆建單座橋梁通常只需3～5h，相比于12h左右的直接拆除法省時高效。能夠有效解決交通繁忙路段的不能長時間封閉痛點。

3 工程背景

京哈高速公路在遼寧乃至東北區(qū)域公路網(wǎng)中占據(jù)運輸主動脈的地位，占高速公路進出東北三省總量的81%。2019 年，京哈高速公路綏中至沈陽段年平均日交通量達到 76601 輛小客車/日，其中葫蘆島至錦州段最高達到 100471 輛小客車/日。規(guī)劃改擴建工程起自綏中(冀遼界)，止于盤錦樞紐立交，全長230km。現(xiàn)狀為雙向六車道高速公路，整體式路基寬度34.5m。改擴建采用原路外側(cè)整體式拼寬，路基寬55.0m，雙向十車道標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度120km/h。公路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面：中央分隔帶3.0m，左側(cè)硬路肩2×3.0m，行車道寬度2×(2×3.75+0.5+3×3.75)m，硬路肩寬為2×3.0m，土路肩寬度2×0.75m，總寬55m。改擴建段交通量接近飽和，沿線大廣、長深、國道G102分流過境車輛作用有限，原則上要求建設(shè)期間高速公路雙向5車道保通(北京至沈陽3車道，沈陽至北京2車道)。按照交通管理部門要求，橋梁拆除要保證車輛通行安全，盡量減少交通干擾，原則上雙向封閉時長不大于12h。

4 天橋現(xiàn)狀

改擴建工程規(guī)劃拆除公公分離式橋和天橋共39座，文中統(tǒng)稱天橋[3]。重大周邊環(huán)境控制方面，工程段落內(nèi)有秦皇島至沈陽客運專線鐵路并行，根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計二者間距在50～150m范圍的路段內(nèi)分布11座天橋。

天橋分為五種類型如下：

(1)現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋有33座，數(shù)量最多，橋孔布置是(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，凈空6.1～7.2m，在中央分隔帶有橋墩。

(2)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋1座，橋孔布置6-30m+6-16m，其中2-30m上跨高速公路，凈空7.0m，在中央分隔帶有橋墩。

(3)現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁1座，橋孔布置是(23.5+47+23.5)m，其中47m上跨高速公路，凈空6.1m。

(4)斜腿剛構(gòu)橋梁3座，橋孔布置是(18+40+18)m和(10+40+10)m，其中40m上跨高速公路，凈空分別為6.8m、7.2m、11m。

(5)單孔上承式空腹鋼筋混凝土拱橋1座，凈跨徑56m上跨高速公路，凈空12m。

5 天橋拆除方案

在地方路和高速公路雙重保通壓力下，規(guī)劃分四批次拆除天橋，每批次拆除7～13座。在滿足工期和安全要求前提下，考慮周邊環(huán)境和進場條件可選的橋梁拆除方法如下：

(1)控制性爆破法拆除天橋

采用微爆破、延時起爆技術(shù)的控制性爆破法。流程為：施工準(zhǔn)備→橋梁附帶線纜移除→天橋防護網(wǎng)、橋面鋪裝和主梁箱室頂板拆除→橋梁特殊部位防護→填裝路面防護沙袋→高速護欄拆除→護欄、主梁、斜腿及橋臺打眼→裝藥→高速交通導(dǎo)流→高速行車道及硬路肩路面防護→起爆→廢渣清理→恢復(fù)通車→剩余廢渣清理及橋臺機械拆除。整體工期在12日，臨時封閉高速公路每次12h。前期橋梁上部作業(yè)時，高速公路半幅通行。此方法不適用于施工風(fēng)險等級評估為極高的油料儲備庫、化工等特殊企業(yè)及秦沈客專鐵路段的天橋。

(2)直接拆除天橋

直接拆除法流程為：施工準(zhǔn)備→橋梁附帶線纜移除→天橋防護網(wǎng)、橋面鋪裝和主梁箱室頂板拆除→橋梁特殊部位防護→填裝路面防護沙袋→高速護欄拆除→高速交通導(dǎo)流→高速行車道及硬路肩路面防護→重力錘或液壓式破碎機等直接鑿除跨路橋孔→廢渣清理→恢復(fù)通車→剩余廢渣清理及引橋和橋臺機械拆除。整體工期在12日，臨時封閉高速公路每次12h。前期橋梁上部作業(yè)時，少數(shù)車道通行受影響；單座天橋要求投入機械設(shè)備約20臺套。

前期研究表明，直接拆除法不適用于上承式空腹鋼筋混凝土拱橋、鋼筋混凝土斜腿剛構(gòu)橋梁這兩類超靜定結(jié)構(gòu)橋梁和大跨預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋。要求采用支撐拆除法，將超靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o定結(jié)構(gòu)，消除預(yù)應(yīng)力效應(yīng)后拆除。

(3)SPMT智能移運技術(shù)

SPMT智能移運技術(shù)流程為：施工準(zhǔn)備→橋梁附帶線纜移除→高速護欄拆除→高速交通導(dǎo)流→橋梁臨時支撐→切割分離連續(xù)結(jié)構(gòu)橋梁跨路橋孔→半幅托梁運輸→合適場地卸梁→橋梁下部墩柱切割→吊運→剩余廢渣清理→恢復(fù)通車→場地內(nèi)清理及引橋和橋臺機械拆除。單座橋整體工期在4日，臨時封閉高速公路每次3～5h，時間最短。前期橋梁上部作業(yè)時，基本對高速公路通行無干擾。

SPMT智能移運技術(shù)可適用于全部天橋。但是拆除拱橋時經(jīng)濟性差，因為拱橋的拱肋不足以承受徑向壓力，沒有合適的支撐點，需要采用定制支架。

(4)支撐拆除法拆除天橋

經(jīng)過多次專家論證，推薦采用金剛石繩鋸靜力拆除與大型起重機械吊卸相結(jié)合的新工藝。支撐拆除法流程為：施工準(zhǔn)備→橋梁附帶線纜移除→防護支架架設(shè)→橋梁支撐并設(shè)置防護網(wǎng)→高速交通導(dǎo)流→機械切割吊裝拆除橋梁跨路橋孔→剩余廢渣清理→恢復(fù)通車→剩余廢渣清理及引橋和橋臺機械拆除。

支撐拆除法適用于全部天橋。單座天橋整體工期約24日，臨時防護支架要占用硬路肩和內(nèi)側(cè)行車道，拆除橋梁段前后各2km范圍內(nèi)僅能保證雙向4車道通行。拆除工期較長，需要較完善的交通導(dǎo)流措施。支撐梁架安裝和拆卸過程要二次封閉半幅交通各6h。

表1中受到橋梁上部和下部結(jié)構(gòu)類型、橋梁總高度、寬度、場地條件等因素影響拆除橋梁費用有差異，費用估算中僅考慮了直接工程費，封路管制費等輔助費用和管理協(xié)調(diào)水平有關(guān)，無法準(zhǔn)確估算。

表1 天橋拆除可行性工法比較表

6 天橋拆除優(yōu)選方案及結(jié)論

在達到安全、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、高效的拆橋目標(biāo)前提下，經(jīng)濟評價決定總體方案。

6.1 方案一:“控制性爆破法拆除法+支撐拆除法拆除天橋”

控制性爆破法拆除法不能實施的11座天橋采用支撐拆除法。估算費用2078萬元。缺點是控制性爆破法自身施工工序最多；社會影響大，爆破工程需要協(xié)調(diào)相關(guān)方最多，手續(xù)繁雜；在12h封閉期完成拆除要求組織管理水平較高，且還有部分支撐拆除法優(yōu)缺點。施工風(fēng)險等級評價為較大。

6.2 方案二:“直接拆除法+支撐拆除法拆除天橋”

估算費用1551萬元。直接拆除法實施條件受限的拱橋、斜腿剛構(gòu)、大跨預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋采用支撐拆除法。優(yōu)點是施工造價較低。缺點是在12h封閉期完成拆除要求組織管理水平較高，投入機械設(shè)備臺數(shù)眾多；施工過程中橋梁上部結(jié)構(gòu)存在坍塌風(fēng)險損傷運營路面風(fēng)險，影響恢復(fù)交通，且還有部分支撐拆除法優(yōu)缺點。施工風(fēng)險等級評價為較大。

6.3 方案三:“SPMT智能移運技術(shù)拆除+支撐拆除法拆除拱橋”

估算拆除費用2880萬元。SPMT智能移運車調(diào)運進場費用較高，結(jié)合項目規(guī)模和安全保證效率，一經(jīng)引進，則能用的橋梁盡量使用，經(jīng)濟合理要求投入8臺車，延長單次封閉時長至12h，可以滿足拆除13座天橋?？梢晕袑I(yè)施工企業(yè)，組織管理規(guī)范，施工安全風(fēng)險評價為低。缺點是工程造價偏高，要求拆除作業(yè)時段比較集中。

6.4 方案四:“支撐拆除法拆除天橋”拆除全線天橋

估算拆除費用3232萬元。優(yōu)點是可以大規(guī)模施工，施工安全風(fēng)險評價為低。缺點是通行車道數(shù)減少為四條車道，高速通行車輛安全壓力較大；支架需要拆裝，影響半幅封路二次；工程造價最高。

通過綜合比較可知，方案一和二經(jīng)濟效益好，但需要建設(shè)管理者承擔(dān)風(fēng)險；方案三，具有比較優(yōu)勢；方案四，社會效益差，造價高。

7 小結(jié)

通過對拆除保通運營中京哈高速公路綏中至盤錦段的天橋方案研究，推薦采用SPMT智能移運技術(shù)，可以驗證我國工業(yè)制造水平，提升高速公路建設(shè)管理水平，鍛煉新時代工程技術(shù)管理人員。高速公路改擴建工程是系統(tǒng)工程，橋梁工程拆除情況復(fù)雜多變，還需要結(jié)合工程實際情況進行分析處理。