既有长图铁路K437+213桥水害整治方案研究

邓运成

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

许多既有铁路在汛期都会发生因极端天气、地方水利设施溃决、超量泄洪以及水工建筑物施工等原因造成的铁路中断行车事件，危害旅客出行安全。因此，对既有桥梁抗洪能力的基础理论和应用技术进行研究具有重要意义。以既有长图铁路为研究背景，分析K437+213桥水害成因，提出水害整治的原则为“永临结合”，同时要保证既有线的运输安全。经分析比选，采用原位改建整治方案[1-4]。

1 长图铁路概况

长图铁路自长春站向东引出，依次连接吉林、蛟河、敦化、延吉、图们，期间跨越饮马河、松花江，过老爷岭、威虎岭、哈尔巴岭，此后沿着布尔哈通河一路向东(并多次跨越)，线路全长530.1 km。主要技术标准：国铁II级，单线内燃半自动闭塞，最小曲线半径为300 m，限制坡度17‰(上行)/15.2‰(下行)，机车类型为DF、HXN系列，牵引质量为3 000～5 000 t，到发线有效长度为550 m、部分1 050 m。现状日均开行货车6对、客车15对。

2 K437+213桥概况

长图铁路K437+213桥位于榆树川至葆园区间，又名第七布尔哈通河大桥，中心里程为K437+213，全长87.6 m，桥梁形式为4-20 m上承式钢板梁，桥基础为扩大基础。

该桥轨面高程为277.10 m，梁底高程为274.71 m。最高洪水位为275.03 m，已超梁底32 cm。百年水位为274.74 m，已超梁底3 cm。2017年7月，该桥图们侧桥台护锥被冲毁(见图1)。

图1 K437+213桥水害情况

3 水害成因分析

(1)自然因素

布尔哈通河是图们江水系的一大支流，发源于吉林省敦化市哈尔巴岭，流经安图县和延吉市，在图们市境内与嘎呀河汇合流入图们江，主要支流有二道河、海兰江、朝阳河等三条支流。布尔哈通河流域中有大西水库、安图水库等10座水库。2017年7月，持续多日降雨和流域内水库泄洪导致布尔哈通河水位上涨，为超百年一遇洪水位，对该桥造成严重损害。

(2)人为因素

该桥位于布尔哈通河转弯处，因河堤遭到破坏导致布尔哈通河河道改变，河道向图们侧偏移，虽然历经多次抢险后恢复通车，但是布尔哈通河河道已经改变，冲空段路基常年位于河道中，安全隐患大。同时，该桥修建年代较早，基础埋置深度不足，威胁长图线运营安全。

4 地质水文勘察情况[5-8]

4.1 地质概况

(1)地形地貌

河流沟谷地貌，大部被辟为耕地，桥梁小里程方向有村落，地势起伏较小，相对高差3～8 m。

(2)地层岩性

第四系全新统人工填土层(Q4ml)，层厚3～8 m。

第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)，层厚2～3 m。

华力西晚期花岗岩(γ4)，层厚3～5 m。

(3)水文地质

地表水：桥下为布尔哈通河，流量约为10 m3/s。

地下水：主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，地下水埋深0.5～2 m，水量较丰富，水质对普通混凝土无侵蚀性。

(4)地层岩土物理力学参数

地层岩土物理力学参数见表1。

表1 地层岩土物理力学参数

(5)场地地震效应

地震动峰值加速度为0.10g，地震基本烈度为Ⅶ度，场地类别为Ⅱ类，地震动加速度反应谱特征周期为0.35 s。

(6)冻土深度

土壤最大冻结深度为1.71 m。

4.2 水文

既有桥梁轨面高程为277.10 m，梁底高程为274.71 m；水文计算成果：Q1/100=1 050 m3/s，H1%=274.74 m，V=2.9 m/s，最大水深为5.9 m。

5 水害整治总体原则[9-15]

加强日常养护管理，在汛期前对存在水害隐患的桥涵及时整治，做到“永临结合”。对受汛期影响较大、破坏严重的桥涵，及时加强实时监测预警。长图铁路水害桥的整治原则如下：

(1)保证既有线运营安全。

(2)落实中国铁路总公司关于“永临结合”的整治要求，整治后的线路桥涵应符合铁路主要技术标准。整治工程规划应预留线路进一步扩能、提速改造的条件。

(3)结合水害情况、水文条件及线桥设备技术状况和周边地形条件，对不满足水文条件要求的地段(即路肩高程或梁底高程低于百年洪水位的水害地段)，采取改线(绕避河流)或扩孔抬高梁底高程的方案。

(4)对水害影响较小的涵洞，可采取单个水害工点整治，加固路基防护设施。

6 水害整治方案研究

按本桥的水害整治总体原则，全面分析桥梁水害成因，检算该桥最高水位、百年水位、梁底高程等水文数据成果。桥涵设计时，不仅要考虑结构刚度和强度是否满足设计要求，还要考虑水文地质等因素。针对K437+213桥水害，给出了桩基托换、原位整治、原位改建(便线、便桥)、移位改建等4种整治方案。由于该桥最高水位及百年水位均已超既有桥梁底高程，桩基托换和原位整治方案已无法解决该桥水害问题，必须通过抬高桥梁梁底高程或桥梁扩孔来解决水害。因此，重点研究了原位改建(便线、便桥)、移位改建两种方案。

6.1 原位改建方案

在原线位左侧约14 m新建便桥过渡，新建便线长度为535.5 m，便桥采用20 m-24 m-20 m-24 m D型钢便梁，将既有桥梁改建为6-24 m预应力混凝土简支T梁桥，桥长159.0 m，较既有桥长71.4 m，改建后桥梁轨面高程不小于278.036 m，较既有桥轨面高0.936 m。原位改建后，桥梁梁底最低高程为275.12 m，较既有梁底高(274.71 m)抬高0.41 m。既有线抬道长度为740 m。

改建后桥梁水文成果为Q1%=1 050 m3/s，H1%=274.57 m，V=2.28 m/s。

K437+213桥水害原位改建方案平面示意见图2。

图2 K437+213桥水害原位改建方案平面示意

该方案的优点是改建后线路平面维持既有直线，线路条件较好。缺点是修建便线及便桥导致工程投资较移位改建方案略高，施工过渡期间影响运营效率。

6.2 移位改建方案

向线路左侧拉开线间距新建桥梁，为减小工程，采用R-1 800 m、R-700 m、R-1 400 m的3个曲线拉开桥梁间距。改建段落为K436+850～K437+600，线路长度为0.752 km。改建范围内新建7-24 m预应力混凝土简支T梁桥，桥长184.1 m，改建后桥梁轨面高程不小于278.17 m。

K437+213桥水害移位改建方案平面示意见图3。

图3 K437+213桥水害移位改建方案平面示意

该方案的优点是新建线一次实施，无需修建便线及便桥，建成后拨接既有线即可，对运营干扰最小；工程投资略小于原位改建方案，缺点是增加3处曲线，线路平面条件略差。

7 推荐方案

以上两个方案的桥位选择基本一致，桥位处河床稳定、水流畅通，均可最大限度减少桥涵水害发生的可能性。采用原位改建方案可保持原既有线平面条件，施工过渡期间对运营的干扰有限，可通过限速等措施保证运营安全。因此，推荐采用原位改建方案。