一种解决上跨高架桥塌陷事故的安全方案研究

阳 礼，高永安

(南京畅物网络科技有限公司，江苏 南京 210000)

1 引 言

据交通运输部发布的《2018年交通运输行业发展统计公报》(简称《统计公报》)中数据显示，我国近年交通蓬勃发展，截止2018年底，全国公路总里程为4 846 500 km，全国桥梁851 500万座，里程为55 685.900 km，如此庞大的桥梁数量，如何有效监测和预警一直是国内外学者研究的方向，特别是在江苏无锡市312国道上海方向锡港路上跨桥路段出现桥面侧翻后，加强对桥梁监测就显得尤其重要。通过简要分析无锡上垮高架桥事故原因基础上，提出一种针对上跨高架桥塌陷的安全事故解决方案。

2 事故原因简要分析

2.1 事故原因分析

2019年10月10日晚上18时10分左右，江苏无锡市312国道上海方向K315处、锡港路上跨桥路段，出现桥面侧翻，事故造成3人死亡，2人受伤。事故原因主要分为外部原因和内部原因，其中外部原因由于当时桥上有严重超载车辆通行造成桥梁侧翻。内部原因是由于事故桥梁为独柱墩桥，端部桥墩横向有两个支撑，但中部桥墩仅有一个支撑，这种桥型最怕遇上“超载加偏载”的情况。

2.2 事故过程分析

为了能够更好地获悉事故过程，我们将该事故发生过程划分为三个阶段：事故发生前(桥梁正常)→事故发生准备期(桥梁偏载)→事故发生(桥梁侧翻)。其具体演变过程如图1～图3所示。

图1 事故发生前(桥梁正常状态)

图2 事故发生准备期(桥梁偏载时)

图3 事故发生(桥梁侧翻)

2.3 安全事故解决方案

(1)总体设计思路

结合上述事故过程可知，事故发生前如果能够提前预警，势必能够规避高架桥侧翻；事故发生准备阶段时，虽然车辆已经上桥，如果能够提前预警，则能够减少人员伤亡。因此，通过提出了一种针对事故发生前能够检测出超限超载车辆，事故发生准备阶段能够检测出桥梁偏载的解决方案，其总体思路如图4所示。

图4 总体设计思路图

(2)总体布局思路

结合上述总体设计思路，在第一次预警警示中，通过应用动态称重检测系统，完成车辆的精确称重，并通过超限标准或桥梁限载要求自动识别超限货车，并将该车辆照片和车牌发布到前方匝道处设置的可变情报板中，车辆根据提示由执法人员或者驾驶员自行驶离高架桥，由匝道下高架。

在第二次预警警示中，当车辆已经上桥后，桥梁上布设的挠度、位移、偏载检测传感器检测到其监测值超过阈值后，发出预警，将该警示信息发送到后台控制系统中，再由控制系统将控制信号发送到地面下穿道路控制系统中。

第三次预警警示，主要是地面交通预警系统获取到桥梁危险预警信息后，通过控制地面交通红绿灯控制系统变为全红状态，让地面交通中的所有车辆停止通行。并通过广播系统进行广播，提示桥下车辆和行人赶紧驶离桥下危险区域。其具体布局思路如图5所示。

(3)系统构架图

为了能够有效实现上述功能系统，其涉及的系统主要包括动态称重系统，桥梁健康监测系统，地面交通预警系统，后台控制系统等，如图6所示。

图6 系统架构图

3 子系统功能介绍

3.1 公路动态称重检测系统

公路动态称重检测系统作为本方案的第一次预警警示系统，其功能是通过前端采集的动态称重传感器采集车辆重量数据，通过前抓拍系统和后抓拍系统获取车辆车牌信息、前车头车牌照片、车辆装货照片信息，并将上述信息通过称重仪表及控制器进行分析、整合和匹配，依据桥梁限载要求或者超限超载标准进行车辆超载判定，同时根据判定结果将超限车辆车牌、重量、超限率、车辆照片发送到前方可变情报板中，引导和提醒超限车辆通过匝道及时驶离高架桥，避免对前方桥梁的损坏。

3.2 桥梁健康检测系统

桥梁健康检测系统主要由的应力、 应变和位移等传感器、控制中心组成，当实时监测到桥梁竖向或者横向位移超过阈值时，向控制中心后台发出预警信息。

3.3 地面交通预警系统

地面交通预警系统主要是由交通信号灯控制系统、标志标线系统和广播系统组成，当获取到由后台控制系统发出的危险状态控制信息后，地面交通预警系统控制红绿灯变为全红，并且使用广播系统提醒桥下行人和车辆驶离到安全区域。其中，交通标志标线系统为车辆进入安全区域的引导系统，例如通过划设标线控制左转车道待转区不进入高架可覆盖范围内。

3.4 后台控制系统

后台控制系统是公路动态称重系统、桥梁健康监测系统和地面交通预警系统的控制中心，其功能是能够实现对上述系统之间的联合控制。

4 总 结

通过将上跨高架桥事故演变过程分为事故发生前(桥梁正常状态)，事故发生准备期和事故发生三个阶段，提出了针对各个阶段的预警措施：(1)提出了在事故发生前(桥梁正常状态)通过应用动态称重检测系统拦截或者提示超限货车驶离上跨高架桥；(2)在事故发生准备期借助桥梁健康监测系统监测桥梁位移(振幅)状态，当达到危险阈值时及时向后台控制系统发出预警信息；(3)通过地面交通预警系统控制信号灯变为全红，让地面交通中的所有车辆停止通行，且通过广播系统进行广播，提示桥下车辆和行人快速驶离高架桥下危险区域。