运营高速公路收费站拆除施工关键技术

摘 要：结合杭州绕城良渚收费站顶棚拆除工程，对运营高速公路收费站拆除施工关键技术进行研究，通过数值仿真模拟，优化了安全支架的结构形式，保证了通车状态下收费站的安全拆除，将拆除施工对运营高速的影响降至最低，可为同类工程提供参考。

关键词：高速公路收费站;通车状态;大跨度钢桁架;施工安全;

作者简介：周陈忠（1984—），男，浙江象山人，高级工程师，研究方向为土木工程。;

高速公路作为最基本的交通运输设施，已成为国家经济发展的重要支柱[1,2]。随着国家经济的快速发展，高速公路车流量迅猛增加，给高速公路收费站的服务能力带来了巨大挑战[3]。提高收费站的通行能力和服务水平，是目前高速公路收费站亟待解决的问题[4]。如何在不影响高速公路正常运营的条件下，完成高速公路收费站的拆建，是解决问题的关键。

杭州绕城良渚收费站位于杭州绕城高速公路良渚出口处，为提升收费站通行能力和服务水平，对服务站进行拆建改造。收费站顶棚建筑面积约1 425m2，长75m、宽19m，高约10m，需拆除网架钢结构地坪至以上部分，拆除过程中实行道路通道轮流通车施工，以此保证收费站正常运营。拆除工程涉及大量地面监控等设施保护，施工场地集中，拆除网架钢结构时需要保护收费站地面设施，拆除时间节点及拆除工程过程中扬尘、噪声控制要求较高，为施工带来巨大难度。为实现边通车边施工，拟采用满堂脚手架进行地面安全防护，脚手架组成的支撑系统的安全合理性是施工成败的关键。

支架采用小钢管支架，由ϕ48mm×3.5mm钢管组成，计算时为确保安全，按ϕ48×3.0mm计算，其横截面面积A=4.241cm2，截面惯性矩I=10.783cm4，回转半径i=1.594cm，截面模量W=4493mm3。

脚手架顶部设置可调顶托，底部设置长宽高为0.2m×0.2m×0.2m的混凝土垫块。小钢管支架步距为1.2m，纵横距分别为0.5m、0.9m。为保证施工期间交通，小钢管支架落在船岛基础上，收费站车道内不设置支架，在满足净空5m的要求下，搭设横向支架跨过车道。对收费亭上方的支架，可将立杆放置于收费亭顶棚上。

采用Midas Civil2019建模进行整体计算分析，支架立杆、纵横向连杆利用杆单元模拟，共建立19 168个节点30 560个杆单元，3 344个板单元，单元之间的连接采用弹性连接模拟，如图1所示。根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ 166—2016），按照模板支撑架，荷载分项系数按最不利工况取1.2×（自重 网架钢棚重） 1.4×（施工荷载 风荷载）验算。

图1 模型整体透视图 下载原图

顶部板单元与立杆顶部采用弹性连接模拟（见图2），弹性连接刚度取值为：Fx=10000000kN/m,Fy=1000kN/m,Fz=1000kN/m,Mx=1000kN·m,My=1000kN·m,Mz=1000 kN·m。立杆底部与混凝土垫块节点采用弹性连接模拟（见图3），弹性连接刚度取值为：Fx=10000000kN/m,Fy=1000kN/m,Fz=1000kN/m,Mx=1000kN·m,My=1000kN·m,Mz=1000kN·m。

根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ 166—2016），按照模板支撑架，当有风荷载存在时，模型中提取的脚手架立杆最大组合应力为109.9MPa，如图4所示。取规范手算应力结算结果与模型中提取的组合应力中的较大值为应力设计值，为159.4MPa，小于Q235钢材抗拉、抗压抗弯容许应力215MPa，验算满足要求。

图2 板单元与立杆顶部弹性连接 下载原图

图3 立杆底部与混凝土垫块节点弹性连接示意图 下载原图

图4 脚手架立杆应力图（单位：MPa) 下载原图

根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ 166—2016),Midas模型中脚手架横杆最大组合应力为59.1MPa，如图5所示。取规范手算应力计算结果与模型中提取的组合应力中的较大值为水平杆弯曲应力设计值，为59.1MPa，小于Q235钢材抗拉、抗压抗弯容许应力215MPa，验算满足要求。

图5 脚手架水平杆强度、稳定性组合工况应力图（单位：MPa) 下载原图

根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ 166—2016），验算脚手架抗倾覆时，由于恒载是有利荷载，因此其分项系数取0.9，风荷载为不利荷载，因此其分项系数取1.4，荷载组合作用下，最小支反力如图6所示。由图6可知，在工况三荷载组合作用下，最小反力为0.2kN，不出现负反力，满足要求。

收费站顶棚拆除时由中间向两侧方向拆除，逐跨推进。拆除工作的流程为：拆除施工准备→搭设满堂脚手架→安装耐力雨棚→地面设施保护→顶棚拆除→立柱拆除。

图6 脚手架最小支反力图（单位：kN) 下载原图

拆除机械：拟拆除的网架结构高度在10m以下，根据现场施工环境，结合本公司以往的拆除经验，网架结构选用ZA320LC型23m长臂液压剪。该机械拆除高度22m，平伸长度17m，工艺较为成熟，拆除过程中噪声小，拆除安全有保证。

吊装机械：采用110t大型起重吊车。

收费站单位在拆除前进行收费大棚切断、移位与待拆部位相连的各种管线（水、电、气、电杆拉线等）。建设单位对施工方进行工地周边管线及其他需要重点防护和注意设施的安全技术交底，并办理书面交接手续。开工前办理好相关占路手续、动火证，按照施工步骤搭设围挡及防护脚手架、密目网，做好安全防护和警戒措施。做好机械、机具进场工作，同时要扎实抓好拆除区域内的卫生工作，达到文明施工要求。

满堂脚手架整体尺寸长宽高分别为70m×19m×6m，在脚手架各关键部位布置扫地杆和剪力杆确保抗拉抗剪力，通道的立脚采用双根立脚，增加支撑力。立脚在通道内的位置不冒出防撞杆，避免被车辆刮擦；通道内的门架高度搭建至5m高，此高度可保障通行车辆的高度要求。在脚手架顶部平面铺设钢网，钢网上面铺设建筑模板。

为保证收费站的正常运营，防止雨水漏进收费亭。将原顶棚上的信号灯移位至脚手架门架上。

制定健全的安全管理制度，配备足够的管理人员、指挥人员、专职安全员负责整个施工过程的安全工作。制定建筑垃圾场内运输通道及场外运输路线，严格控制拆除作业及出料时间，避开交通高峰期。

场地地面用钢板等材料进行保护，人工拆除面板层结构，使网架钢结构露出屋面。沿线出入口设置围挡，每个出入口设置告示牌，严格控制拆除过程中碎块、噪声、扬尘等对其他施工场地、行人及周围建筑物的影响。采用脚手架加绿网进行防护。选用高度合适的拆除机械进行施工，确保拆除时在机械高度控制范围内。在拆除作业时，无关人员应全部撤至安全范围，确保机械和施工人员安全。

在中间部位两侧采用两台110t起重吊车各在两边吊住网架结构，长臂液压剪拆断屋面钢结构中间构件，从中间断开后的部位开始，分别距离15m的位置，采用液压剪由上而下逐批进行剪断连接的网架结构，每断开一段就将此段网架物吊离至外侧场地，在地面上进行拆解工序。重复以上步骤，拆除第二部分结构至地面，在地面上进行拆解工作，以此减少高空作业范围，创造安全的施工环境。

立柱拆除，该建筑的立柱为钢立柱，因此，先用起重吊机吊住钢柱后，采用液压剪将立柱的根部剪断，然后放在地面进行拆解工作。建筑拆除至自然地坪后，整理回收材料，建筑垃圾归堆外运。

(1）执行施工现场临时用电安全技术规范，电工持证上岗；施工前由技术员进行技术交底，进场人员经过三级安全教育，所有工种必须持证上岗。

(2）搭设临时围挡措施，隔离施工区域；进入现场必须戴安全帽，高空作业正确使用安全带高挂低用；张贴醒目安全标语，营造浓厚的安全宣传氛围。

(3）专职安全员巡回施工现场检查，发现隐患立即停止施工并进行整改。

(1）应按照相关规范要求做好材料各项指标的检测。

(2）支架必须具有足够的强度、刚度、稳定性；支架的支撑部分应有足够支撑面积；所用方木必须提前过刨整平，统一规格。

(3）支撑架正式拼装前，先对到场构件进行检查验收，保证现场构件质量；现场拼装时，各构件连接紧密，拆卸过程遵守后装先拆原则，不暴力拆卸。

(4）满堂支架搭设前期，需要对支架位置进行精准放样，保证支架体系能与周边满堂盘扣支架连成整体，形成完整的结构受力体系，保证支架使用的安全。

(5）支架拆除时按程序进行，禁止用大锤敲击，防止混凝土面出现裂纹。

(1）施工过程中，必须做到“六必须、六不准”，即必须打围作业、必须硬化道路、必须设置冲洗设施、必须湿法作业、必须配齐保洁人员、必须定时清扫施工现场；不准车辆带泥出门、不准高空抛撒建渣、不准现场搅拌混凝土、不准场地积水、不准现场焚烧废弃物、不准现场堆放未覆盖的裸土。确保施工现场扬尘污染总体受控。

(2）对涉及扬尘问题的作业班组进行专项防扬尘交底，将防扬尘工作具体落实到操作层，并建立奖罚措施。

(3）项目部与作业班组逐级签订防治扬尘污染目标责任书，对防治扬尘污染工作进行目标化管理。

(4）采用低噪音的施工工艺和方法，设备选型优先考虑低噪声产品，机械设备合理布置，正确安装、固定，减少阻力及冲击振动。

(5）严格按照杭州市灯光管理有关规定执行。照明方向集中在施工区，严禁夜间在居民区投射高亮度灯光。配合当地公共管理事务单位，在交通疏解道路安装路灯。

本文结合杭州绕城良渚收费站顶棚拆除工程，对运营高速公路收费站拆除施工关键技术进行研究，保证了收费站的安全拆除，并将对交通的影响降至最低，为同类型工程提供了可参考和借鉴的工程案例。本文研究得出以下结论：

(1）通过对收费站拆除过程中安全性分析，得到支架的合理布置形式。由支架组成的支撑系统的安全合理性是施工成败的关键。

(2）采用Midas Civil2019对支架系统进行整体计算分析，验证了支撑系统的安全合理及可实施性，为实际施工提供精准指导。

(3）根据该桥拆除过程中关键工况的计算分析结果，制定了合理拆除方案，在良渚收费站顶棚拆除工程中成功应用。此外，本工程编制了完善的安全保障措施、质量保证措施以及文明环保措施，可为同类工程提供参考。

[1] 王喜刚.高速公路收费站计重收费土建改造设计方案[J].交通世界，2019(19):62-64.

[2] 高速公路丛书编委会.高速公路立交工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 艾贺申，李强.我国公路通行能力研究现状[J].公路，2001,9(9):100-104.

[4] 杨佩昆，吴兵.交通控制与管理[M].北京：人民交通出版社，2004.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范：JGJ 166—2016[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

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