深圳外環(huán)高速公路橋梁與西氣東輸二線工程近距離并行安全影響分析

　　摘要:深圳市土地資源寶貴，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃西氣東輸二線天然氣管道與深圳外環(huán)高速公路大量路段共用同一走廊，且有5.2km橋梁段存在與西二線近距離并行、交叉等問題。由于西二線為超高壓輸氣管道且先于外環(huán)高速開工建設(shè)，外環(huán)高速公路開工建設(shè)時西二線已正式投入運營。因此，外環(huán)高速橋梁段施工時大型機械的振動將直接影響運營燃?xì)夤芫�的安全。此外，高速公路通車運營時期的運營車輛都可能對近距離并行和穿越高速公路的燃?xì)夤芫�形成安全威脅。為更好的指導(dǎo)項目建設(shè)，該文對近距并行時的相關(guān)安全影響因素進行了分析。

　　關(guān)鍵詞:樁基施工,振動,燃?xì)夤艿?數(shù)值計算

　　高速公路論文范文閱讀：淺析高速公路施工對生態(tài)環(huán)境的影響以及防護措施

　　摘要：中國高速公路的快速發(fā)展，為中國經(jīng)濟做出了巨大貢獻，與此同時，高速公路快速建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響也日趨嚴(yán)重。為此，分析高速公路建設(shè)過程對生態(tài)環(huán)境的影響是很有必要的。將從高速公路建設(shè)對沿線水土、植被、動物、水資源以及農(nóng)業(yè)等方面的影響進行分析，并提出相關(guān)防護對策與措施。

　　深圳市土地資源寶貴，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃西氣東輸二線天然氣管道與深圳外環(huán)高速公路5.2km的橋梁存在近距離并行與交叉等問題。鑒于項目進展的不同，西二線將先于深圳外環(huán)工程開工建設(shè)，外環(huán)高速公路開工建設(shè)時西二線已正式通氣投入運營。因此，可能造成外環(huán)高速施工時局部路段無法滿足相關(guān)法律法規(guī)[1-4]規(guī)定的安全距離，故外環(huán)高速在今后正常施工時可能存在重大安全隱患。為更好的指導(dǎo)項目建設(shè)，保證外環(huán)的順利施工和西氣東輸項目的安全運營，在外環(huán)高速設(shè)計階段就必須對項目建設(shè)及今后道路運營過程中相關(guān)安全問題進行分析，以便在設(shè)計階段及后期運營階段采取有效的保護措施，保障兩項目的正常建設(shè)及安全運營。

　　1橋梁施工階段安全問題分析

　　外環(huán)高速初步設(shè)計階段橋梁設(shè)計外邊線距離西二線管道的距離為7～58m之間，施工中的不安全因素主要有三個方面:①樁基成孔施工中沖錘自由下落沖擊能產(chǎn)生的振動對運營天然氣管道安全的影響;②施工期間架橋機械設(shè)備可能突發(fā)意外造成對穿越橋梁段管道安全的影響;③后期高速公路運營車輛對穿越橋梁段管道安全的影響;通過對場地工程水文地質(zhì)條件，道路施工過程中現(xiàn)場環(huán)境、施工技術(shù)水平、機械設(shè)備性能、管道設(shè)計施工參數(shù)進行綜合分析，確定采用有限元數(shù)值計算方法，對樁基沖擊成孔施工振動對管道的影響進行數(shù)值仿真計算。計算采用有限元非線性分析軟件ABAQUS進行。

　　1.1樁基施工機械參數(shù)

　　外環(huán)高速樁基設(shè)計一般采用1.5m左右的樁徑，開孔采用落錘沖擊成孔施工，沖錘重為5t，落錘距離為3m，在計算過程中采用自由落體。

　　1.2西二線管道設(shè)計參數(shù)及安全評定指標(biāo)

　　西二線為世界最長的跨國天然氣管道，總長超過9102km。管道為直縫埋弧焊超高壓輸氣管鋼管，管徑91.4cm，壁厚25.4mm，埋深1.5m，運營壓力為4.5MPa。根據(jù)相關(guān)理論經(jīng)驗及設(shè)計規(guī)范，管道設(shè)計中受外界影響約束時，其主要安全控制指標(biāo)及最大承受能力參數(shù)上限值如下:(1)鋼管截面徑向變形量要求:鋼管截面失穩(wěn)最大徑向變形量2.742cm。(2)振動速率要求:公路施工造成的振動到達在管道處的最大垂直振動速度應(yīng)≤10cm/s。

　　1.3模擬計算

　　對于振動對運營燃?xì)夤艿赖挠绊懓匆话愎�況和特殊工況兩類考慮。一般工況是指施工中的大多數(shù)情況下，主要考慮距離燃?xì)夤茌^近距離范圍內(nèi)僅有一根樁基施工的情況，分析計算僅考慮一根樁基施工產(chǎn)生的振動對不同距離位置管道的影響。特殊工況是指正常施工時可能出現(xiàn)兩根樁基同時沖擊成孔的極端情況，當(dāng)兩根對角相鄰的樁基同時沖孔施工時，振動能對運營燃?xì)夤艿挠绊懽畲螅�在進行分析計算時需重點考慮。橋梁布設(shè)段經(jīng)過的主要地質(zhì)巖性區(qū)域表層為粉質(zhì)粘土厚度7.8m，下部為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

　　1.3.1一般工況計算

　　隨著震動距離的增加，監(jiān)測點的震動速率呈現(xiàn)指數(shù)下降趨勢，在震動距離為5m時其最大震動速率為12.3cm/s，超過規(guī)范值(10cm/s);當(dāng)震動距離為10m時，最大震動速率迅速降低到6.5cm/s，滿足規(guī)范要求。根據(jù)曲線展示，當(dāng)震動距離為7m左右是，監(jiān)測點的最大震動速率約為10cm/s。從中可以看出管道的水平方向的徑向變形與垂直向的徑向變形近似呈現(xiàn)對稱性，即:當(dāng)管道在水平方向擴張時，則在垂直方向上呈現(xiàn)壓縮狀態(tài);而當(dāng)管道在水平方向壓縮時，則在垂直方向上呈現(xiàn)擴張狀態(tài)。

　　但從總的變形量上來看，該工況下的變形量小于0.2mm遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求(最大徑向變形量2.742cm)。根據(jù)上述分析，當(dāng)夯錘落距為3m時管道的徑向變形也不是控制管道穩(wěn)定的主要因素，而管道附近土體的震動速度則是主要的控制因素。根據(jù)上述分析，當(dāng)夯擊點距管道的垂直距離約為7m時，管道附近土體的最大震動速率約為10cm/s。因此，單樁施工的情況下，最小的震動安全距離約為7m。

　　1.3.2特殊工況計算

　　兩根樁基同時施工時，在計算過程中分別對距離夯擊點最近位置(S點)及距離兩根施工樁排對稱中心最近位置(M點)的土體運動速度及管道的變形進行了監(jiān)測。振動引起管道處的質(zhì)點振動速度及管道徑向變形值的計算結(jié)果。在當(dāng)夯擊距離較近的情況下(小于20m時)S點土體的震動速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于M點土體的震動速率，而后隨著震動距離的增加，兩點間震動速率的差異性越來越小，這主要是由于隨著震動距離的增加，兩個夯擊點產(chǎn)生的震動波到達M點及S點的差異性越來越小，由此產(chǎn)生的震動差異性也逐漸減小。

　　當(dāng)震動距離為5m時M點及S點土體的震動速率均不滿足規(guī)范要求;當(dāng)震動距離為10m是S點不滿足震動速率要求，而M點滿足;當(dāng)震動距離超過20m是M點和S點土體的震動速率均滿足要求。在所計算的工況內(nèi)管道的徑向壓縮及徑向擴張量基本小于0.6mm，均滿足規(guī)范要求的2.742cm，因此，該工況下管道的徑向變形也不是控制管道穩(wěn)定的主要因素。此外，當(dāng)震動距離約為16m時S點剛滿足震動速率要求，M點也滿足。綜上分析可知，當(dāng)夯擊高度為3m且兩個樁基同時施工時最小的震動安全距離為16m。

　　2穿越橋梁段管道安全影響分析

　　西二線管道穿越外環(huán)橋梁時，為保障管道距離兩側(cè)施工樁基有足夠的安全距離，采用垂直于路線走向沿橋梁跨中穿過的方案，并保證管道距離樁基位置不小于16m。考慮到管道位于橋梁正投影下方的段落上方有架橋設(shè)備和施工機械通過，任何施工意外(構(gòu)件或設(shè)備可能出現(xiàn)意外墜落砸中管道)都可能對其下方的運營燃?xì)夤艿腊踩珮?gòu)成威脅。

　　因此，西二線管道施工時，在橋下穿越段設(shè)置箱涵保護。雖然西二線在橋下穿跨段采用了箱涵保護，但到后期運營階段如發(fā)生交通意外，車輛沖出路基仍可能砸中管道。由于管道埋深較淺，安全存在重大隱患，因此，在橋梁跨越區(qū)兩側(cè)征地界限外15m范圍，管道采用套管進行保護。

　　3結(jié)論

　　隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，公路路線與運營燃?xì)夤芫�近距離并行，且施工中相互干擾的情況會越來越多。深圳外環(huán)高速項目在設(shè)計階段，通過對橋梁施工及后期運營過程中諸多影響燃?xì)夤艿肋\營安全的因素進行分析認(rèn)為:①為保證安全，橋梁樁基與運營燃?xì)夤艿赖陌踩�距離應(yīng)不小于16m;②管道穿越橋梁段落應(yīng)采取涵、管進行保護;③在橋梁跨越區(qū)兩側(cè)征地界限外15m范圍，要求管道采用套管進行保護。分析結(jié)論對橋梁施工過程中安全距離的控制以及采取合理的保護措施都具有重要的指導(dǎo)作用，同時也為類似工程項目提供借鑒。

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