關(guān)于河道整治引起既有鐵路橋梁改造的方案研究

高一凡

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司鄭州勘察設(shè)計院，河南 鄭州 450000）

1 研究背景

以習(xí)近平生態(tài)文明思想為指導(dǎo)，全面貫徹黨的十九大和十九屆二中、三中、四中、五中全會精神，近年來多地印發(fā)了關(guān)于水生態(tài)建設(shè)實(shí)施方案的通知，旨在以生態(tài)文明建設(shè)為統(tǒng)攬，深入推進(jìn)水資源節(jié)約集約利用，持續(xù)解決水生態(tài)環(huán)境惡化，加快構(gòu)建興利除害的現(xiàn)代水利基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)體系，為城市高質(zhì)量建設(shè)提供水安全保障和支撐。

河道整治是解決水生態(tài)環(huán)境惡化，推進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)的重要措施之一，主要措施有河道疏浚，地方填筑，生態(tài)濕地建設(shè)，文化建設(shè)等，提高河道行洪流量。對跨越河道的既有鐵路橋梁產(chǎn)生改造需求。

鄭州市人民政府于2020 年發(fā)布了《鄭州市2020 年水生態(tài)建設(shè)實(shí)施方案》，對市區(qū)內(nèi)多條河道進(jìn)行綜合治理，鄭州地處中原腹地，鐵路縱橫交錯，河道整治工程引起多座鐵路橋改造。本文以鄭州市潮河綜合治理引起京廣鐵路既有橋梁的改造為例，討論橋梁改造的幾種方法。

2 河道整治概況

現(xiàn)狀潮河不滿足防洪除澇要求，河道治理主要目的為形成統(tǒng)一完整的防洪除澇體系。主要治理內(nèi)容為：河道疏浚、堤防填筑、生態(tài)濕地建設(shè)、攔蓄水建筑物、配套橋梁工程、濱河景觀及水文化建設(shè)等，使治理后的河道具有防洪、景觀及旅游等多種功能，達(dá)到水清、界明、岸綠、通暢。生態(tài)治理標(biāo)準(zhǔn)：100 年一遇防洪，5 年一遇防澇；50 年一遇的流量為742m3/s，100 年一遇的流量為879m3/s。

圖1 鐵路橋梁現(xiàn)狀（一）

圖2 鐵路橋梁現(xiàn)狀（二）

圖3 河道改移平面示意圖

圖4 河道改移方案橫斷面布置圖

3 既有鐵路概況

現(xiàn)狀京廣鐵路跨越潮河上下行分離，均采用單線橋梁跨越河道，線間距約50m，橋梁于1991 年完成上部結(jié)構(gòu)換梁改造，改造后上行線采用（9.4+9.4+10.35+10.35）m 普通鋼筋混凝土低高度T 形梁， 下行線采用（10+10+9.4+9.4）m 普通鋼筋混凝土低高度T 形梁，下部結(jié)構(gòu)均為實(shí)體墩，1 號、3 號墩為沉井基礎(chǔ)，2 號橋墩為木樁基礎(chǔ)，橋臺均為T 型橋臺，木樁基礎(chǔ)。既有橋梁處百年流量為442m3/s，不滿足河道整治流量要求。

4 改造方案

結(jié)合河道設(shè)計流量及河床底標(biāo)高等因素，現(xiàn)狀京廣鐵路潮河橋在規(guī)模、基礎(chǔ)形式上，不滿足要求。若原位通過須對既有鐵路橋梁進(jìn)行改造才能滿足需求。京廣鐵路為繁忙干線，根據(jù)生態(tài)治理河道線位及河道斷面，盡量減少對既有京廣鐵路線路運(yùn)營的影響、河道沖刷對鐵路路基的影響。綜合考慮河道走向、鐵路狀況、地形、地物、地質(zhì)、施工、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等條件進(jìn)行方案研究。擬定以下三種方案。

4.1 改移河道

對既有線路進(jìn)行架空加固，在既有京廣鐵路潮河橋小樁號側(cè)，頂進(jìn)新建框架橋滿足規(guī)劃河道過水?dāng)嗝娴男枨蟆?/p>

在既有京廣鐵路潮河橋的小樁號側(cè)，新建（2-12）m+（2-12）m 框架結(jié)構(gòu)，采用架空頂進(jìn)施工方案?？蚣軜虬凑?9°斜交斜做。在京廣鐵路上下行線間及上下行坡腳外大于20m 范圍均設(shè)置“U”型槽順接，防止沖刷鐵路路基，并方便與兩端河道順接。堤頂路在改移河道的位置斷行，河道右側(cè)的堤頂路通過既有潮河橋下通道貫通。

4.2 便線方案

充分利用交叉位置處京廣鐵路線間距較大的特點(diǎn)，修建便線，對既有跨潮河鐵路橋拆除重建，并滿足河道行洪要求，完成后恢復(fù)上下行線路。

根據(jù)《鐵路大型臨時工程和過渡工程設(shè)計暫行規(guī)定》8.0.4 條相關(guān)要求，正線過渡工程設(shè)計采用便線過渡方案時，應(yīng)根據(jù)被改建線路的既有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，客貨運(yùn)輸最低要求，以及過渡期限等因素，確定便線的速度目標(biāo)值及相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。便線的速度目標(biāo)值不宜小于100km/h，相應(yīng)的最小曲線半徑為600m；便線的最大坡度不應(yīng)大于既有線路的最大限制坡度。

圖5 便線方案平面示意圖

圖6 橋梁改造方案平面示意圖

圖7 橋梁改造方案立面示意圖

京廣線為客貨共線Ⅰ級鐵路，結(jié)合既有線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本次施工便線設(shè)計速度目標(biāo)值為120km/h，最小曲線半徑800m，限制坡度采用6‰，其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及軌道結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)與既有京廣線標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

先期實(shí)施上行便線，上行便線由既有上行線SK619+477.72 處引出，終點(diǎn)至既有上行線K692+507.62，便線長度1.03km，對孔既有線潮河橋處新設(shè)1-10m 框架橋，保證潮河正常排水。

上行便線施工完成后，在一個天窗時間內(nèi)，將既有上行線兩端撥接至便線，利用便線行車，限速120km/h，然后封鎖既有上行線，拆除既有上行線潮河橋，新建6-16m 簡支T 梁潮河橋，新建潮河橋施工完成后，恢復(fù)既有線路，在一個天窗時間內(nèi)，由便線撥接回既有上行線，恢復(fù)上行線行車。

上行線工點(diǎn)建設(shè)完成后，實(shí)施下行便線，下行便線自既有下行線XK691+509.06 處引出，終點(diǎn)至下行線 XK692+491.82， 便線長度0.98km， 其 中 XAK691+960.17～XAK692+037.94 段為利用上行便線。

下行便線施工完成后，在一個天窗時間內(nèi)，將既有下行線兩端撥接至便線，利用便線行車，限速120km/h，封鎖既有下行線，拆除既有下行線潮河橋，新建8-16m 簡支T 梁潮河橋，新建潮河橋施工完成后，恢復(fù)既有線路，在一個天窗時間內(nèi)，由便線撥接回既有下行線，恢復(fù)下行線行車。

在既有上下行線工點(diǎn)實(shí)施完成后，拆除便線工程。

4.3 橋梁改造

對既有梁橋原位改造，更換2號橋墩，新橋墩采用圓端形橋墩，樁基礎(chǔ)，保留3# 和4# 橋墩，拆除既有橋臺，同時在既有橋梁兩側(cè)各增設(shè)2 孔12m 橋孔，改造后上行線橋跨為2×12T 梁+（2×9.4+2×10.35）既有梁橋+2×12T 梁，下行線 橋 跨 為 2 ×12T 梁 +（10+10+9.4+9.4）既有梁橋+2×12T 梁，施工采用線路架空結(jié)合上部梁橫移完成。

第一步，首先更換2 號橋墩，對橋上四電設(shè)備進(jìn)行遷改防護(hù)，拆除第2 孔和第3 孔橋梁人行道，角鋼欄桿支架，電纜槽等設(shè)施，切割鋼軌，同時在對應(yīng)第2 孔和第3 孔橋下和兩側(cè)搭設(shè)平臺，并在鐵路西側(cè)拼裝架空結(jié)構(gòu)，線路架空采用工字鋼梁拼裝的橫抬縱挑法進(jìn)行?！耙c(diǎn)”將上部梁橫移至線路東側(cè)，同時將線路架空結(jié)構(gòu)橫移至線路處，整修線路后，滿足通行條件，列車按45km/h 慢行。后在慢行條件下施工樁基礎(chǔ)，并現(xiàn)澆橋墩，樁基礎(chǔ)施工需采用低凈空鉆機(jī)進(jìn)行。橋墩施工完成后，“要點(diǎn)”將線路架空結(jié)構(gòu)橫移至線路西側(cè)，同時將上部梁橫移回原位，完成既有2#橋墩更換。

圖8 橋梁改造線路架空立面示意圖

圖9 橋梁改造線路架空平面示意圖

第二步，拆除既有橋臺，增設(shè)橋孔，在橋臺后方相應(yīng)位置開挖支點(diǎn)樁，樁頂2.5m 范圍設(shè)鋼結(jié)構(gòu)支墩，完成后拆除橋臺人行道，角鋼欄桿支架，電纜槽等設(shè)施，切割鋼軌，對新建橋梁施工范圍進(jìn)行線路架空，線路架空采用工字鋼梁結(jié)構(gòu)形式。橋臺部分架空系統(tǒng)可在橋梁西側(cè)拼裝和后橫移架設(shè)，其余路基部分架空系統(tǒng)可在既有軌道下方穿設(shè)橫梁和橫梁組，后吊裝安設(shè)縱梁方式施工。架空就位后拆除既有橋臺，并新建橋墩和橋臺，期間在線路東側(cè)拼裝T 梁，按照步驟一逐孔橫移架空系統(tǒng)和T 梁，將T 梁安裝到位。臺背回填，做好路橋過度段處理，后方可拆除架空。

5 方案優(yōu)缺點(diǎn)

方案 主要優(yōu)點(diǎn) 主要缺點(diǎn)方案一1、對既有橋梁影響較小。2、施工工期短。3、避免河道水流過渡。4、工程投資較低。1、不利于兩側(cè)河道順接。2、占地范圍大，侵占基本農(nóng)田。方案二1、對鐵路運(yùn)營安全影響較小。2、對既有河道影響較小。3、有利于河道兩側(cè)順接。1、施工工期較長。2、便線長度較長，影響鐵路運(yùn)營里程，對鐵路設(shè)備影響范圍較大。3、工程投資較高。方案三 1、有利于河道兩側(cè)順接。2、改善既有橋梁使用條件。1、“要點(diǎn)”次數(shù)較多，對鐵路運(yùn)營影響大。2、線路長時間架空，多次橫移，施工不確定因素多，風(fēng)險較高。3、施工工期較長。4、施工臨時措施較多，工程投資較高。

6 結(jié)論

河道整治可有效改善水系面貌和防洪排澇能力，是國民經(jīng)濟(jì)和社會不斷發(fā)展的重要支撐，也是促進(jìn)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展，攻堅人水和諧的社會環(huán)境的重要保證。河道整治引起的洪水流量增大，對既有鐵路橋過流能力提出更高的要求，老舊鐵路橋梁一般很難滿足。相應(yīng)引起的橋梁整治可滿足河道整治的景觀要求，同時改善鐵路的通行條件。

既有鐵路橋梁改造對鐵路運(yùn)營影響均較大，設(shè)計方案時可優(yōu)先考慮河道改移，頂進(jìn)框架橋的方案，該方案工藝成熟，施工難度低，對鐵路影響較小，但其外部影響因素較多，河道改移會直接影響河流的水力特性，需綜合評定其對泄洪和河勢穩(wěn)定的影響，結(jié)合地形、地物、地質(zhì)和地區(qū)規(guī)劃，分析河道改移的可行性。適用于平原地區(qū)場地開闊，等級較低的河道。

新建鐵路便線對鐵路運(yùn)營安全影響也較小，但因調(diào)整鐵路線路，對鐵路運(yùn)輸組織影響較大，方案設(shè)計需調(diào)查改建線路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，客貨運(yùn)輸最低要求，以及過渡期限等因素，確定便線的速度目標(biāo)值及相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。核實(shí)線路的改線條件，主要核實(shí)便線的土地使用可行性，便線兩端的線路接駁條件以及沿線主要鐵路構(gòu)筑物，重要的鐵路立交和隧道將大大增加便線方案的經(jīng)濟(jì)性和合理性。本方案適用于場地開闊地區(qū)的等級較高的河道。

既有橋梁改造方案也有一定的可行性，既有橋改造對河道的影響最小，對鐵路運(yùn)營安全的影響最大，方案設(shè)計應(yīng)綜合考慮線路架空在橋梁改造過程中的應(yīng)用，針對既有橋梁結(jié)構(gòu)形式作出針對性方案，做到一橋一方案，對于16m、24m 和32m 等跨徑的標(biāo)準(zhǔn)梁，該方案有較好的適應(yīng)性，不是標(biāo)準(zhǔn)跨徑的橋梁線路架空方案復(fù)雜，施工風(fēng)險較高。本方案適用于場地條件受限，鐵路行車較少的河道。

本文所論述方案僅針對普速鐵路，對于高速鐵路橋梁應(yīng)避免對其改造。