公路与铁路立体交叉隧道施工安全性

尹 钥

(太原市城市建设管理中心，山西 太原 030000)

0 引言

近年来，随着我国铁路交通事业的快速发展，以及高速公路覆盖范围的不断扩大，公路与铁路立体交叉、相互穿越的现象时有发生。这不仅会让施工企业面对愈加复杂的施工作业条件，同时还对施工质量、施工周期以及施工安全性等提出了更高要求[1]。怎样在保证工程建设质量与性能的前提下，使二者交叉的风险降到最低，就成为目前相关施工企业需要重点探讨的问题。

1 公路工程下穿既有铁路隧道工程的风险因素

1.1 工程概况

某高速公路主线采取四车道高速公路标准，设计路基宽度为24.5 m，速度为80 km/h，隧道净宽为10.25 m。而既有铁路隧道从该公路隧道下方穿过。相关施工企业就铁路线路段进行线位拟合，并综合地形、地质条件等因素，经过对众多方案的精选优选，初步确定公路隧道工程与铁路隧道高程的净间距为27 m，且铁路隧道轴线与公路隧道轴线之间的夹角应控制在12°。

1.2 公路隧道工程下穿铁路隧道工程施工时存在的风险因素

1.2.1在路线工程实施阶段存在的风险因素

公路工程的线形设计通常要确保路线线形舒适、连贯、顺畅，并且没有急转弯以及长大纵坡。这可以在很大程度上避免发生因线形不适而导致的交通事故。但是在公路工程建设中，如果下穿既有铁路隧道，公路工程线形走向则会受到以下几点因素干扰：

1)路线加固。公路与铁路立体交叉隧道施工，必须要保证既有铁路线路的稳固性，这是确保公路工程安全运营的必要前提。如果路线加固不到位，就很可能会在设置铁路框架桥后，影响到既有铁路轨道结构及列车的运营速度；

2)高程控制。框架桥的设置是公路与铁路立体交叉隧道施工中较为关键的一环，框架桥的高程控制对下穿铁路框架桥的科学性有着重要影响。如果高程偏差过大，既会影响到道路的竖向线形，同时又会大大增加工程的后续投资。除此之外，高程偏差过大也会给既有铁路工程的安全性造成影响[2]。

1.2.2在施工过程中存在的风险因素

在施工过程中，如果没有采取科学严谨的防护措施或者防护工作不到位，都会增加发生车辆伤害事故或者坍塌事故的概率。其中，公路与铁路立体交叉隧道施工过程中主要存在以下风险：

1)顶进施工风险。进行顶进施工作业时，势必会对周边土体产生扰动，并对既有工程的受力状态进行改变，一旦地层位移或者变形超出限定范围后，就会直接威胁到运营线上列车运行的安全[3]；

2)管理风险。由于公路与铁路立体交叉隧道施工更为复杂，对于项目管理也有着更为严苛的要求。一旦管理不到位，不仅会影响到工程施工进度，同时还会因为施工工艺与机械设备等不达标而影响到施工质量，进而危害到车辆的安全通行。

2 分析公路与铁路立体交叉隧道施工的安全性

2.1 爆破施工振动影响分析

爆破是公路与铁路立体交叉隧道施工中较为关键的工序。相关施工企业在爆破前，需要根据《爆破安全规程》的相关流程，明确该工程爆破振动安全允许距离，必要时还需采取一定的减震技术措施，来减小对既有铁路隧道的影响[4]。具体来说，要按照以下公式进行计算，来得到爆破振动安全允许距离：

其中，R为爆破振动安全允许距离,m；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，而延时爆破为最大一段药量,kg；V为保护对象所在地质点振动安全允许速度,cm/s；K，α分别为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数以及衰减指数，既可以按表选取，也可以通过现场试验来确定。

在《爆破安全规程》中明确规定，受保护对象为“交通隧道”的振速要求为15 cm/s，而本次工程施工实际所需安全振动速度基本确定为12 cm/s。在经过上述公式计算得出，本路段与铁路隧道交叉的公路隧道之间的净距离要超过爆破振动安全距离。换句话说，此次施工爆破对既有铁路隧道的影响很小。

2.2 三维数值模拟仿真

为确保公路与铁路立体交叉隧道施工的安全性以及科学性，明确施工对既有铁路隧道受力以及变形影响，同时对铁路隧道结构及其围岩应力场受影响程度及范围大小等进行确定，相关企业可以利用先进技术，使用有限元数值分析软件来对该工程施工进行三维数字模拟分析。

隧道横向方向，以公路隧道两侧设线之间的中点作为起点，分别向两侧横向选取60 m，总宽度为120 m；然后根据实际下穿状况选取隧道纵向150 m范围作为计算区域；之后选取铁路隧道衬砌底部标高以下26 m为底。由于该工程隧道穿越山体坡面较缓，并且没有明显的横向变化，所以可以以线性渐变斜面等效模拟山体地表，隧道拱顶土体厚度由浅端的17.8 m过渡到深端的67.8 m。确定计算模型后，就要按照以下顺序进行计算，第一步，计算自重作用下围岩应力场以及初始位移；第二步，计算铁路隧道开挖支护工况；第三步，计算公路隧道开挖支护工况。在计算结束后可以得到相应的沉降云图以及围岩应力云图[5]。通过沉降云图可以得知，下方铁路隧道侧墙以及底部衬砌采取的直墙形断面形式，在开挖时对周边土体的扰动要远比曲墙形对周边土体扰动大得多。同时这种断面形式很容易在角部出现应力集中现象，进而威胁到隧道结构整体的稳固性。而从围岩应力云图可以得知，仅隧道开挖轮廓外约一倍的洞径区域的围岩应力极易受扰动影响，而除这一区域外的位置，土体位移变化量仅有隧道开挖面处的1/10倍～1/5倍，影响十分微小，恰好处在可控范围内。

3 当前影响公路与铁路立体交叉隧道施工安全性的因素

公路与铁路立体交叉隧道施工复杂多变，危险源以及不确定性因素较多，相关企业及施工技术人员很难准确辨识和排除施工中所有的安全影响因素。目前，主要影响公路与铁路立体交叉隧道施工安全性的因素有以下几点[6]：1)环境因素。公路与铁路立体交叉隧道施工对于工程所处环境要求较高。不良的现场环境虽然并不会直接导致安全事故的频繁发生，但是它却是安全事故发生的一个不容忽视的潜在因素。其中，影响公路与铁路立体交叉隧道施工安全的不良环境因素主要包括不良的水文地质条件、作业天气、夜间施工环境以及既有铁路本身抗变形能力较差等。对此，施工技术人员可以结合实际情况，采取相应的加固措施来予以应对；2)人为因素。现如今，高素质应用型人才短缺是整个行业都要面对的问题。而人又是工程施工建设的主要参与者与实施者，因此，施工作业人员某些不安全行为就成为引起安全事故的主要原因。再加上某些人员安全意识淡薄、对待安全教育态度敷衍了事、安全护具佩戴不正确等，都会对整个工程的安全性造成极大影响；3)组织管理因素。在公路与铁路立体交叉隧道施工过程中，能否顺利达成安全目标，关键取决于工程的组织与管理。很多因人为因素、环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导致的。而目前很多企业尚未确立完善的安全管理制度，现场安全管理不够全面、彻底，有的企业甚至没有组建相应的安全生产管理部门，整个安全组织管理工作流于形式，难以确保工程各方面的安全有序。

4 有效控制公路与铁路立体交叉隧道施工安全的措施

针对公路与铁路立体交叉隧道施工中存在的安全影响因素，相关企业可以采取以下措施进行防范：1)从环境因素层面来看。在施工准备阶段，施工企业就需要通过收集整理现场历年天气资料，提前做好防范恶劣天气的准备，并制定可行的应急方案以及安全控制措施，确保施工技术人员在施工中遭遇变异性较大的水文地质环境或者泥石流、洪水等自然灾害时，可以及时采取有效应对措施。做好施工现场的照明工作。公路与铁路立体交叉隧道施工的危险性相对较高，要求施工企业不管是在夜间还是昏暗条件下，都需要做好现场的照明工作，在保障人员安全的同时，提高施工效率与质量。在一些危险的活动区域或者设备上做好鲜明标记，比如涂红色颜料等，确保施工现场人员及设备安全；2)从人为因素层面来看，加强对施工人员的安全意识培训，包括专家讲座、安全意识教育等，使其明确安全生产对整个工程的重要性。帮助施工人员树立起正确的安全意识以及责任意识，定期或不定期的组织员工参加专业技能培训，提高其业务水平以及专业素养，在实际施工过程中可以自觉遵守相关管理制度以及要求，主动配合安全管理措施的执行[7]；3)从组织管理层面来看，在施工中，应严格贯彻落实国家与政府制定的施工标准与要求，遵循相关法律法规，协调好各部门之间的关系，各管理层之间也需要加强相互监督，在提高管理质量的前提下，保证工程整体的施工安全。切实提高现场安全控制管理水平，企业要提高对整个工程施工安全的控制，组织邀请专业的监督管理团队进入现场开展实时监督与管理工作，及时发现并排除公路与铁路立体交叉隧道施工中存在的安全风险因素。纠正现场施工人员的某些不安全行为，加强制度建设与优化，实行科学的责任制度，将安全控制目标细化，并落实到个人，最大限度的维护公路与铁路立体交叉隧道施工的安全性以及严谨性。

5 结语

我国公路、铁路建设正处在高速发展阶段，且新建高速公路有时会不可避免的与既有铁路隧道发生交叉，并极大增加了施工的难度与工程量。对此，为确保公路与铁路立体交叉隧道施工的安全性，相关企业可以通过爆破施工振动影响分析、三维数值模拟仿真，再配合具体的安全控制措施，来确保公路隧道施工对铁路隧道的影响降到最低，并为今后的公路铁路立体交叉隧道施工提供参考。

参考文献:

[1] 韩 旭.铁路隧道浅埋下穿高速公路施工技术[J].建筑技术开发,2016,43(5):109.

[2] 安丽丽.新建公路工程下穿既有铁路工程的危害分析及安全建议[J].黑龙江科学,2014,5(5):57.

[3] 蒋贤勇.铁路立体交叉隧道施工与地震动力影响分区研究[D].长沙：中南大学,2013.

[4] 袁良远,唐春海,朱加雄,等.高速公路隧道下穿既有铁路隧道控制爆破技术[J].工程爆破,2016,22(1):64-67.

[5] 徐慧芬,郑少华,马 超.公路与铁路立体交叉隧道施工安全性分析[J].公路,2017,62(10):299-302.

[6] 陆莎莎.高速公路下穿既有铁路工程安全风险评估及控制研究[D].西安：西安建筑科技大学,2013.

[7] 沈兴付.城市道路下穿既有运营铁路施工关键技术及安全控制研究[J].低碳世界,2016(4):157-158.