既有長(zhǎng)圖鐵路K437+213橋水害整治方案研究

鄧運(yùn)成

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

許多既有鐵路在汛期都會(huì)發(fā)生因極端天氣、地方水利設(shè)施潰決、超量泄洪以及水工建筑物施工等原因造成的鐵路中斷行車事件，危害旅客出行安全。因此，對(duì)既有橋梁抗洪能力的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究具有重要意義。以既有長(zhǎng)圖鐵路為研究背景，分析K437+213橋水害成因，提出水害整治的原則為“永臨結(jié)合”，同時(shí)要保證既有線的運(yùn)輸安全。經(jīng)分析比選，采用原位改建整治方案[1-4]。

1 長(zhǎng)圖鐵路概況

長(zhǎng)圖鐵路自長(zhǎng)春站向東引出，依次連接吉林、蛟河、敦化、延吉、圖們，期間跨越飲馬河、松花江，過老爺嶺、威虎嶺、哈爾巴嶺，此后沿著布爾哈通河一路向東(并多次跨越)，線路全長(zhǎng)530.1 km。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)鐵II級(jí)，單線內(nèi)燃半自動(dòng)閉塞，最小曲線半徑為300 m，限制坡度17‰(上行)/15.2‰(下行)，機(jī)車類型為DF、HXN系列，牽引質(zhì)量為3 000～5 000 t，到發(fā)線有效長(zhǎng)度為550 m、部分1 050 m?，F(xiàn)狀日均開行貨車6對(duì)、客車15對(duì)。

2 K437+213橋概況

長(zhǎng)圖鐵路K437+213橋位于榆樹川至葆園區(qū)間，又名第七布爾哈通河大橋，中心里程為K437+213，全長(zhǎng)87.6 m，橋梁形式為4-20 m上承式鋼板梁，橋基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)。

該橋軌面高程為277.10 m，梁底高程為274.71 m。最高洪水位為275.03 m，已超梁底32 cm。百年水位為274.74 m，已超梁底3 cm。2017年7月，該橋圖們側(cè)橋臺(tái)護(hù)錐被沖毀(見圖1)。

圖1 K437+213橋水害情況

3 水害成因分析

(1)自然因素

布爾哈通河是圖們江水系的一大支流，發(fā)源于吉林省敦化市哈爾巴嶺，流經(jīng)安圖縣和延吉市，在圖們市境內(nèi)與嘎呀河匯合流入圖們江，主要支流有二道河、海蘭江、朝陽(yáng)河等三條支流。布爾哈通河流域中有大西水庫(kù)、安圖水庫(kù)等10座水庫(kù)。2017年7月，持續(xù)多日降雨和流域內(nèi)水庫(kù)泄洪導(dǎo)致布爾哈通河水位上漲，為超百年一遇洪水位，對(duì)該橋造成嚴(yán)重?fù)p害。

(2)人為因素

該橋位于布爾哈通河轉(zhuǎn)彎處，因河堤遭到破壞導(dǎo)致布爾哈通河河道改變，河道向圖們側(cè)偏移，雖然歷經(jīng)多次搶險(xiǎn)后恢復(fù)通車，但是布爾哈通河河道已經(jīng)改變，沖空段路基常年位于河道中，安全隱患大。同時(shí)，該橋修建年代較早，基礎(chǔ)埋置深度不足，威脅長(zhǎng)圖線運(yùn)營(yíng)安全。

4 地質(zhì)水文勘察情況[5-8]

4.1 地質(zhì)概況

(1)地形地貌

河流溝谷地貌，大部被辟為耕地，橋梁小里程方向有村落，地勢(shì)起伏較小，相對(duì)高差3～8 m。

(2)地層巖性

第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)，層厚3～8 m。

第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)，層厚2～3 m。

華力西晚期花崗巖(γ4)，層厚3～5 m。

(3)水文地質(zhì)

地表水：橋下為布爾哈通河，流量約為10 m3/s。

地下水：主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，地下水埋深0.5～2 m，水量較豐富，水質(zhì)對(duì)普通混凝土無(wú)侵蝕性。

(4)地層巖土物理力學(xué)參數(shù)

地層巖土物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 地層巖土物理力學(xué)參數(shù)

(5)場(chǎng)地地震效應(yīng)

地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震基本烈度為Ⅶ度，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

(6)凍土深度

土壤最大凍結(jié)深度為1.71 m。

4.2 水文

既有橋梁軌面高程為277.10 m，梁底高程為274.71 m；水文計(jì)算成果：Q1/100=1 050 m3/s，H1%=274.74 m，V=2.9 m/s，最大水深為5.9 m。

5 水害整治總體原則[9-15]

加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)管理，在汛期前對(duì)存在水害隱患的橋涵及時(shí)整治，做到“永臨結(jié)合”。對(duì)受汛期影響較大、破壞嚴(yán)重的橋涵，及時(shí)加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警。長(zhǎng)圖鐵路水害橋的整治原則如下：

(1)保證既有線運(yùn)營(yíng)安全。

(2)落實(shí)中國(guó)鐵路總公司關(guān)于“永臨結(jié)合”的整治要求，整治后的線路橋涵應(yīng)符合鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。整治工程規(guī)劃應(yīng)預(yù)留線路進(jìn)一步擴(kuò)能、提速改造的條件。

(3)結(jié)合水害情況、水文條件及線橋設(shè)備技術(shù)狀況和周邊地形條件，對(duì)不滿足水文條件要求的地段(即路肩高程或梁底高程低于百年洪水位的水害地段)，采取改線(繞避河流)或擴(kuò)孔抬高梁底高程的方案。

(4)對(duì)水害影響較小的涵洞，可采取單個(gè)水害工點(diǎn)整治，加固路基防護(hù)設(shè)施。

6 水害整治方案研究

按本橋的水害整治總體原則，全面分析橋梁水害成因，檢算該橋最高水位、百年水位、梁底高程等水文數(shù)據(jù)成果。橋涵設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求，還要考慮水文地質(zhì)等因素。針對(duì)K437+213橋水害，給出了樁基托換、原位整治、原位改建(便線、便橋)、移位改建等4種整治方案。由于該橋最高水位及百年水位均已超既有橋梁底高程，樁基托換和原位整治方案已無(wú)法解決該橋水害問題，必須通過抬高橋梁梁底高程或橋梁擴(kuò)孔來(lái)解決水害。因此，重點(diǎn)研究了原位改建(便線、便橋)、移位改建兩種方案。

6.1 原位改建方案

在原線位左側(cè)約14 m新建便橋過渡，新建便線長(zhǎng)度為535.5 m，便橋采用20 m-24 m-20 m-24 m D型鋼便梁，將既有橋梁改建為6-24 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋，橋長(zhǎng)159.0 m，較既有橋長(zhǎng)71.4 m，改建后橋梁軌面高程不小于278.036 m，較既有橋軌面高0.936 m。原位改建后，橋梁梁底最低高程為275.12 m，較既有梁底高(274.71 m)抬高0.41 m。既有線抬道長(zhǎng)度為740 m。

改建后橋梁水文成果為Q1%=1 050 m3/s，H1%=274.57 m，V=2.28 m/s。

K437+213橋水害原位改建方案平面示意見圖2。

圖2 K437+213橋水害原位改建方案平面示意

該方案的優(yōu)點(diǎn)是改建后線路平面維持既有直線，線路條件較好。缺點(diǎn)是修建便線及便橋?qū)е鹿こ掏顿Y較移位改建方案略高，施工過渡期間影響運(yùn)營(yíng)效率。

6.2 移位改建方案

向線路左側(cè)拉開線間距新建橋梁，為減小工程，采用R-1 800 m、R-700 m、R-1 400 m的3個(gè)曲線拉開橋梁間距。改建段落為K436+850～K437+600，線路長(zhǎng)度為0.752 km。改建范圍內(nèi)新建7-24 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋，橋長(zhǎng)184.1 m，改建后橋梁軌面高程不小于278.17 m。

K437+213橋水害移位改建方案平面示意見圖3。

圖3 K437+213橋水害移位改建方案平面示意

該方案的優(yōu)點(diǎn)是新建線一次實(shí)施，無(wú)需修建便線及便橋，建成后撥接既有線即可，對(duì)運(yùn)營(yíng)干擾最小；工程投資略小于原位改建方案，缺點(diǎn)是增加3處曲線，線路平面條件略差。

7 推薦方案

以上兩個(gè)方案的橋位選擇基本一致，橋位處河床穩(wěn)定、水流暢通，均可最大限度減少橋涵水害發(fā)生的可能性。采用原位改建方案可保持原既有線平面條件，施工過渡期間對(duì)運(yùn)營(yíng)的干擾有限，可通過限速等措施保證運(yùn)營(yíng)安全。因此，推薦采用原位改建方案。