大跨度悬索桥施工风险评估与防范

　　悬索桥是一种以悬索为主要承重结构的桥。其主要构造包括:主缆、桥塔、锚碇、吊索和加劲梁。悬索桥因其主要受力构件只受拉力作用、材料利用效率最高的优点,已经成为大跨度桥梁的主要形式。大跨度悬索桥由于其施工环境恶劣、施工工序多、施工工艺复杂的特点,在施工过程中将面临各种风险、极易出现各种事故。

　　一、桥梁风险事故的分析方法

　　在工程领域,工程风险可定义为“一项工程在设计、施工及移交运营各个阶段,造成实际结果与预期目标的差异性,以及这种差异发生的概率和所造成的损失”,是人们对未来行为的决策及客观条件不确定性而引起的后果与预定目标发生多种偏离的综合。

　　常用风险分析方法有很多,大致可以分为三大类:(1)定性的分析方法;(2)定量的分析方法;(3)定性与定量相结合的分析方法。在进行风险分析时,应该根据具体问题、问题的不同阶段和不同目的、可获得信息量的多少以及分析方法的特点,来选取适合而有效的风险分析方法。在工程实际中,定量分析所依据的数据的可靠性很难保证,再加上数据统计缺乏长期性,计算参数的假定及过程的不准确性,这使得分析结果的准确性很难得到保证。因此,目前工程实际应用的风险分析以定性分析为主。

　　二、悬索桥施工风险的分类

　　根据风险源的不同,悬索桥施工风险大致可分为施工质量风险、施工组织风险、施工技术风险和环境影响风险等,如图1所示。

　　(一)施工质量风险

　　施工质量风险源主要来自于材料质量风险和结构线型风险。

　　材料质量风险主要包括混凝土的配制、浇筑和养护质量,钢筋的质量、数量、焊接质量,预应力钢束质量,预应力孔道塌陷、堵塞、灌浆不实和位置偏差,钢束张拉时的滑丝、断丝。

　　结构线型质量问题主要包括主梁线型质量问题、桥塔线型质量问题以及主缆线型质量问题,其风险源主要来自于模板缺陷、模板变形误差、支架预拱度偏差、支架变形误差、梁体自重偏差、预应力施加偏差。

　　(二)施工组织风险

　　1.施工进度风险。施工进度风险主要表现在工期延误所导致的财务风险、建造时间延长以及由此带来的施工风险,如跨江大桥若不能在汛期到来之前完成基础施工,将增大基础施工的风险,并可能威胁堤岸安全。

　　2.施工设备事故。悬索桥施工设备事故主要有:钻孔灌注桩施工中的卡钻、掉钻和钻杆折断事故,混凝土现浇施工中的挂篮破坏和失稳事故,加劲梁、主鞍、散索鞍吊装施工中的机械故障、吊索断裂事故。

　　3.临时工程事故。为完成主体工程所建造的临时工程,如施工便桥、临时码头、临时变电站,若发生事故将对主体工程施工产生重大影响,造成较大的人员伤亡和财产损失。

　　(三)施工技术风险

　　桥梁跨径的不断增大和结构形式的日趋复杂给桥梁施工带来了巨大的挑战,从而导致了施工技术风险。

　　(四)环境影响风险

　　环境影响风险因素主要有通航、水文、地质、地震、气象等。

　　三、悬索桥施工技术风险

　　悬索桥的施工质量风险、施工组织风险和环境影响风险可通过加强管理、制定应急预案等措施得到规避,因而其施工风险主要是施工技术风险。

　　(一)锚碇基坑施工风险

　　基坑工程施工周期长,常需经历多次降雨、周边堆载、振动、施工失当等许多不利条件, 故深基坑工程事故时有发生。在软土、高水位及其他复杂场地条件下开挖基坑,发生事故的几率更高。

　　对策:在开挖前应制定了详尽的施工标准,对坑外堆载、水平支撑堆载、降水设施及监测点的保护等均作了严格规定并准备了可靠的预案措施。按分层、分步、对称、平衡及限时的原则进行基坑开挖与支撑的施工。在每层中分区开挖和分段浇筑支撑,适当减少每步开挖土方的空间尺寸,并减少每步开挖未支撑前基坑坑壁所暴露的时间,将每层、每区开挖和支撑的施工时间限制在控制指标之内。

　　(二)桥塔施工风险

　　1.基础施工风险。地质条件是决定基础形式的主要条件,对基础施工风险有直接的影响。桥塔基础形式主要有桩(柱)基础、沉井、沉箱基础等形式。(1)钻孔灌注桩基础,除深度很浅的挖孔桩外,一般深度较大,易出现坍孔、卡钻、扩孔与缩孔、断桩等事故。桩数较少时处理比较麻烦,风险较大;(2)对于深水软弱地基上采用沉箱或沉井基础,由于基底以下土层主要为粘性土,固结时间较长,沉降不能较快完成,工后还会有一定沉降量,会产生较大的结构内力。沉井基础若采用墩位筑岛施工,下沉速度较慢,工期较长,自然灾害侵袭的机会较大,而且下沉过程中事故因素较多。如遇土层中含有孤石、井身位置发生偏斜等。若采用浮运沉井,则技术水平要求更高。对策:加强与以上基础形式相对应的勘探、施工技术和装备的研发,如深海施工勘探技术;大型专用起重、钻孔、挖泥设备的研发;深水海底挖泥与基床整平技术;巨型沉井(箱) 锚碇定位技术、基底深水灌浆技术等。

　　2.承台施工风险。(1)施工过程中大型船只撞击钢围堰(钢吊箱)。对策:增强钢围堰(钢吊箱)自身的防撞性能;采取相应的交通管制措施,加强航道监督管理,避免通航船只和施工船只对钢围堰(钢吊箱)的撞击事故;(2)多雨季节超额荷载导致双壁钢围堰下沉偏歪。对策:在设计双壁钢围堰时应考虑一定的洪水荷载,并避开洪水期施工,掌握水流流速资料;(3)钢围堰(钢吊箱)封底失败。对策:钢围堰(钢吊箱)封底失败主要是由不合格的混凝土浇筑所导致的,可通过控制封底混凝土的厚度和混凝土质量、控制封底导管的布置得到解决。

　　(三)主缆施工风险

　　1.猫道的风振风险。猫道由于质量小、刚度柔的特点,容易遭受大风袭击,造成重大安全事故。对策:(1)大跨度悬索桥猫道的重力刚度对于猫道的稳定取关键作用。在猫道设计时,除满足猫道施工使用外,可在猫道承重主索外增加制动索,增大猫道竖向及抗扭刚度;(2)可将猫道横梁与桥塔门架斜向联系为空间索制振系统,为了加强减振效果还可在横梁上设置阻力减振滑轮。(3)采用抗风索或猫道制振体系;(4)两幅猫道之间加设适量的横向通道也可提高猫道的抗风能力。

　　2.主缆架设风险。主缆架设施工的风险主要是索股架设中经常出现的“呼啦圈”、扭转、散丝及索股表面划伤等问题,对索股安装质量和安全造成不利影响。对策:(1)在索股牵引过程中,可采用卷扬机始终反拉索股后端或组合式被动放索支架,使索股保持一定的张力,避免索股松弛,出现“呼啦圈”现象;(2)为了避免索股扭转,可采取减小滚筒宽度、调整拽拉器平衡重位置、在拽拉器与索股锚头间采用刚性连接等措施;(3)加密塔顶、散索鞍支墩位置处的托滚,在不影响索股横移入鞍的前提下,尽可能增大此处索股滚筒所组成的曲线的竖向曲率半径,以克服索股牵引过程中的散丝现象;(4)恰当选择托滚间距,适当加大托滚直径,将握索器及夹具边角打磨成圆角,并增大握索器与主缆索股的接触面积,以降低对索股表面的损伤。

　　四、结语

　　大跨度悬索桥因其施工工序多、施工难度大和施工环境恶劣等原因,在施工过程中将面临各种风险。根据风险源的不同,可以将悬索桥的施工风险划分为施工质量风险、施工组织风险、施工技术风险和环境影响风险。针对大跨度悬索桥的结构和施工特点,本文重点讨论了大跨度悬索桥的施工技术风险,并提出了相应的防范措施。这些措施对于减少大跨度悬索桥的施工风险具有一定的指导意义。