高一凡

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司鄭州勘察設(shè)計(jì)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(huì)精神，近年來(lái)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(duì)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(duì)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(cuò)，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(mǎn)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(xiàn)橋梁跨越河道，線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(hào)、3 號(hào)墩為沉井基礎(chǔ)，2 號(hào)橋墩為木樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)均為T(mén) 型橋臺(tái)，木樁基礎(chǔ)。既有橋梁處百年流量為442m3/s，不滿(mǎn)足河道整治流量要求。

4 改造方案

結(jié)合河道設(shè)計(jì)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(mǎn)足要求。若原位通過(guò)須對(duì)既有鐵路橋梁進(jìn)行改造才能滿(mǎn)足需求。京廣鐵路為繁忙干線(xiàn)，根據(jù)生態(tài)治理河道線(xiàn)位及河道斷面，盡量減少對(duì)既有京廣鐵路線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)的影響、河道沖刷對(duì)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(duì)既有線(xiàn)路進(jìn)行架空加固，在既有京廣鐵路潮河橋小樁號(hào)側(cè)，頂進(jìn)新建框架橋滿(mǎn)足規(guī)劃河道過(guò)水?dāng)嗝娴男枨蟆?/p>

在既有京廣鐵路潮河橋的小樁號(hào)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。框架橋按照69°斜交斜做。在京廣鐵路上下行線(xiàn)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(guò)既有潮河橋下通道貫通。

4.2 便線(xiàn)方案

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

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

圖5 便線(xiàn)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(xiàn)為客貨共線(xiàn)Ⅰ級(jí)鐵路，結(jié)合既有線(xiàn)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本次施工便線(xiàn)設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值為120km/h，最小曲線(xiàn)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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

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

上行便線(xiàn)施工完成后，在一個(gè)天窗時(shí)間內(nèi)，將既有上行線(xiàn)兩端撥接至便線(xiàn)，利用便線(xiàn)行車(chē)，限速120km/h，然后封鎖既有上行線(xiàn)，拆除既有上行線(xiàn)潮河橋，新建6-16m 簡(jiǎn)支T 梁潮河橋，新建潮河橋施工完成后，恢復(fù)既有線(xiàn)路，在一個(gè)天窗時(shí)間內(nèi)，由便線(xiàn)撥接回既有上行線(xiàn)，恢復(fù)上行線(xiàn)行車(chē)。

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

下行便線(xiàn)施工完成后，在一個(gè)天窗時(shí)間內(nèi)，將既有下行線(xiàn)兩端撥接至便線(xiàn)，利用便線(xiàn)行車(chē)，限速120km/h，封鎖既有下行線(xiàn)，拆除既有下行線(xiàn)潮河橋，新建8-16m 簡(jiǎn)支T 梁潮河橋，新建潮河橋施工完成后，恢復(fù)既有線(xiàn)路，在一個(gè)天窗時(shí)間內(nèi)，由便線(xiàn)撥接回既有下行線(xiàn)，恢復(fù)下行線(xiàn)行車(chē)。

在既有上下行線(xiàn)工點(diǎn)實(shí)施完成后，拆除便線(xiàn)工程。

4.3 橋梁改造

對(duì)既有梁橋原位改造，更換2號(hào)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(tái)，同時(shí)在既有橋梁兩側(cè)各增設(shè)2 孔12m 橋孔，改造后上行線(xiàn)橋跨為2×12T 梁+（2×9.4+2×10.35）既有梁橋+2×12T 梁，下行線(xiàn) 橋 跨 為 2 ×12T 梁 +（10+10+9.4+9.4）既有梁橋+2×12T 梁，施工采用線(xiàn)路架空結(jié)合上部梁橫移完成。

第一步，首先更換2 號(hào)橋墩，對(duì)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(shí)在對(duì)應(yīng)第2 孔和第3 孔橋下和兩側(cè)搭設(shè)平臺(tái)，并在鐵路西側(cè)拼裝架空結(jié)構(gòu)，線(xiàn)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(xiàn)路東側(cè)，同時(shí)將線(xiàn)路架空結(jié)構(gòu)橫移至線(xiàn)路處，整修線(xiàn)路后，滿(mǎn)足通行條件，列車(chē)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(xiàn)路架空結(jié)構(gòu)橫移至線(xiàn)路西側(cè)，同時(shí)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(xiàn)路架空立面示意圖

圖9 橋梁改造線(xiàn)路架空平面示意圖

第二步，拆除既有橋臺(tái)，增設(shè)橋孔，在橋臺(tái)后方相應(yīng)位置開(kāi)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(tái)人行道，角鋼欄桿支架，電纜槽等設(shè)施，切割鋼軌，對(duì)新建橋梁施工范圍進(jìn)行線(xiàn)路架空，線(xiàn)路架空采用工字鋼梁結(jié)構(gòu)形式。橋臺(tái)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(tái)，并新建橋墩和橋臺(tái)，期間在線(xiàn)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(tái)背回填，做好路橋過(guò)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(duì)既有橋梁影響較小。2、施工工期短。3、避免河道水流過(guò)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(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全影響較小。2、對(duì)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(zhǎng)。2、便線(xiàn)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，影響鐵路運(yùn)營(yíng)里程，對(duì)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(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)影響大。2、線(xiàn)路長(zhǎng)時(shí)間架空，多次橫移，施工不確定因素多，風(fēng)險(xiǎn)較高。3、施工工期較長(zhǎng)。4、施工臨時(shí)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(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(jiān)人水和諧的社會(huì)環(huán)境的重要保證。河道整治引起的洪水流量增大，對(duì)既有鐵路橋過(guò)流能力提出更高的要求，老舊鐵路橋梁一般很難滿(mǎn)足。相應(yīng)引起的橋梁整治可滿(mǎn)足河道整治的景觀要求，同時(shí)改善鐵路的通行條件。

既有鐵路橋梁改造對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)影響均較大，設(shè)計(jì)方案時(shí)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(duì)鐵路影響較小，但其外部影響因素較多，河道改移會(huì)直接影響河流的水力特性，需綜合評(píng)定其對(duì)泄洪和河勢(shì)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(chǎng)地開(kāi)闊，等級(jí)較低的河道。

新建鐵路便線(xiàn)對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全影響也較小，但因調(diào)整鐵路線(xiàn)路，對(duì)鐵路運(yùn)輸組織影響較大，方案設(shè)計(jì)需調(diào)查改建線(xiàn)路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，客貨運(yùn)輸最低要求，以及過(guò)渡期限等因素，確定便線(xiàn)的速度目標(biāo)值及相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。核實(shí)線(xiàn)路的改線(xiàn)條件，主要核實(shí)便線(xiàn)的土地使用可行性，便線(xiàn)兩端的線(xiàn)路接駁條件以及沿線(xiàn)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(xiàn)方案的經(jīng)濟(jì)性和合理性。本方案適用于場(chǎng)地開(kāi)闊地區(qū)的等級(jí)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(duì)河道的影響最小，對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全的影響最大，方案設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮線(xiàn)路架空在橋梁改造過(guò)程中的應(yīng)用，針對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)形式作出針對(duì)性方案，做到一橋一方案，對(duì)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(xiàn)路架空方案復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)較高。本方案適用于場(chǎng)地條件受限，鐵路行車(chē)較少的河道。

本文所論述方案僅針對(duì)普速鐵路，對(duì)于高速鐵路橋梁應(yīng)避免對(duì)其改造。