鐵路增建二線工程中的橋涵設計

龐國文

摘要:既有線增建二線工程越來越來,其設計和施工相對較為復雜,通過對大鄭線增建二線工程的設計,可以對增建二線橋或既有橋改造的設計和施工及對既有線的防護都有一個初步了解。

關鍵詞:大鄭線;橋梁;預留復線條件;增二線;病害;沖刷;基礎埋深;排水失效

隨著鐵路跨越式發展,單線既有鐵路越來越不能滿足繁忙的運輸現狀,鐵路增建二線工程或既有線改建工程也越來越多。大鄭線(大虎山至鄭家屯)大虎山至通遼段是東北西部齊齊哈爾至大虎山第二南北大通道的主要組成部分,是平行于哈大線、縱貫東北西部地區的重要鐵路干線,也是中俄貿易的后方通道,在東北路網中具有十分重要的作用。大鄭線新立屯至通遼段已完成增建二線設計,正處在施工階段,大虎山至新立屯段現為單線,隨著大齊線鐵路通道的全面實施,大虎山至新立屯段的單線通過能力已經制約運輸發展的需要,急需增二線改建。

大虎山至新立屯段,線路全長為58.4km,共有大中小橋25座,涵洞32座,因增建二線工程引起的二線橋涵再所難免。因大鄭線工程工期較緊,三階段設計將連續進行,因此本次可研設計在設計深度上已達到了初步設計的精度,在總結前幾期大鄭線增二線工程的設計與施工中的經驗,本次可研橋涵設計可歸納如下:

1 大中橋水文勘測方法及計算說明

大鄭線鐵路于1922年至1927年間修建,至今已運營了80多年,該期間歷史洪水記載清晰,該段內既有橋梁歷史洪水位記錄齊全,所以本次大中橋水文計算以形態法為主,并以三院一法為輔進行校核,這也是前幾期大鄭線增建二線工程水文計算方法。若橋位上游有水庫且對橋梁有影響之工點,橋梁設計流量采用水庫百年下泄量加區間的匯水量的辦法予以確定。

2 橋涵的設計方案

2.1 大中橋:增建單線橋

既有大鄭線現在運營橋梁多建于五六十年代,雖運營了四五十年,但大部分橋梁并沒有產生較大病害,稍加整治仍可正常運營,本著以最少的投資達到最大效益的宗旨,并綜合考慮運營、施工、交通、經濟、技術等條件及線路、站場的要求,增建單線橋最為經濟合理,所以,本次大中橋的增二線多為增加單線橋。若既有橋存在較大病害不能利用時,可以采用便橋過渡,原位修建雙線橋。

2.2 小橋:頂進框構橋

既有大鄭線小橋多為低高度板(梁),軌底到梁低的高度只有1m左右,而現形跨度最小的12m梁,其軌底到梁底高度為1.95m。對于增二線來說,為了保證二線橋不低于既有橋(二線橋梁底不低于既有梁底),這就要求增二線軌面標高要高于既有線的軌面標高1m左右,對線路專業拉坡同時為了減少二線橋施工時對既有線安全的影響,應保證二線橋與既有橋的線間距,一般在10m以上,小橋多時,對線路大方案影響較大。而小橋采用接框構橋來增建二線橋,既可保證以既有線的運營安全,也可以將增二線的線間距控制在4.0m。

2.3 涵洞多為圓涵及蓋板涵接長

涵洞接長采用圓涵接圓涵,蓋板涵接蓋板涵,矩形涵和拱涵考慮到設計施工的難易程度,可采用蓋板涵接長。施工時采用吊軌梁和打拔鋼軌樁對既有路進行安全防護。

3 既有橋涵存在病害:

3.1 孔徑不足:

水文計算:該段橋涵有多處橋涵存在著既有橋涵孔徑下足的情況,本次可研的水文計算采用形態法與三院一法互相印證,因大鄭線絕大部分橋涵都有歷史洪水位,所發用形態法計算既有橋涵的流量會較為準確。部分沒有歷史洪水位的橋涵,利用印證后的三院一法進行水文計算。

橋涵結構形式的選擇及孔跨布置:該段孔徑不足的橋涵多為小橋及涵洞,為了減少對既有線及增二線的抬道,本次多采用框構橋及框架涵,孔徑可根據流量來確定,若流量較大,可采用多孔。

基礎埋深不足:既有橋基礎埋深不足的情況,多被工務部門列為A類病害,大部分橋墩臺的基礎埋深都在2m以內,有個別的埋深不足1m,且地質多為粘土或細砂,易沖刷。根據橋梁的現場實際情況,流量不大,沖刷較小的橋梁,可采用漿砌片石鋪砌河底,防止橋墩臺基礎不再繼續沖刷。對流量較大,沖刷嚴重的橋梁,本次考慮將既有橋一并進行改造。

橋梁排水失效:主要體現在既有橋泄水孔附近長期濕潤;圬工梁上道碴槽積水,翻漿冒泥;梁片漏水等。本次可研掌握的基本原則是A類病害進行整治,B類病害由工務部門自已維修。整治的方案主要是在增二線全線開通前,利用二線作便線,既有線轉至二線行車,將既有橋病害治理完后,再轉至既有線行車。

存在其它A類病害的橋涵:混凝土梁裂縫超限;梁體不能自由伸縮;鑄鋼支座移位超限;橋面道碴厚度不足;橋渡護錐損壞;欄桿人行道安檢設備應設未設等,可結合現場實際情況和治理方案的條件進行處理。

4 既有橋涵預留復線條件:

4.1 黑山立交橋:

既有橋概況:該橋建于1966年,結構形式為1-16mπ形簡支梁,橋臺高約11m,預留二線條件,線間距為5.0m。該橋位于在黑山縣城內,為跨越交通繁忙的省道S102而設,且路基兩側居民較多。該橋沒有病害。

利用理由:一是該橋無病害;二是預留復線線間距滿足增二線4.0m要求;三是現使用的16m簡支梁(通橋(2005)2101)與既有16mπ梁相比,長度與高度均相近,二線橋梁橫向聯結可操作的情況下,可以利用既有橋的復線條件,而且可以減少大量的排遷工程造價。

4.2 百谷河大橋:

既有橋概況:該橋建于1973年,結構形式為8-16mπ形簡支梁,預留二線條件,線間距為4.0m,該橋沒有無病害。該橋為跨越百谷河而設,百年流量:1977m3/s,流速:3.95m/s。

建單線橋的理由:一是該橋基礎全部為沉井基礎,沉井基礎埋深約為5m,現場部分沉井基礎沖刷嚴重,并且經沖刷計算,沉井基礎已不能滿足沖刷要求;二是復線線間距為4.0m要求,單線架梁設計時,新舊梁無法結合,橫向預應力也無法施工;三是橋墩臺也不滿足新的設計標準。

4.3 牛蹄洼河中橋:

既有橋概況:該橋建于1961年,結構形式為4-16mπ形簡支梁,橋臺預留二線條件,線間距為4.0m,臺身為漿砌片石,托盤及以上為混凝土,橋墩為單線墩,墩身為漿砌片石,托盤及頂帽為混凝土。該橋梁的排水部分失效,無其它病害。該橋為跨越牛蹄洼河而設,百年流量:171.6m3/s,流速:2.01m/s。

建單線橋的理由:一是該橋墩臺身材料標準過低;二是橋墩為單線墩,且墩臺較高(約為10m)無法進行包墩;三是線間距4.0m,新舊梁無法結合。

4.4 王屯莊中橋:

既有橋概況:該橋建于1961年,結構形式為2-10mπ形簡支梁,橋臺預留二線條件,線間距為4.0m,該橋無病害。

建單線橋的理由:現行標準梁沒有12m梁,無法與舊梁結合。

5 施工方案:

大中橋的二線橋線間距在10~15m之間,保證施工時既有橋不受影響。小橋接框構橋可采用空頂施工方案,可減小對既有線運輸及安全的影響。既有孔徑不足的小橋涵,采用施工便梁加固既有線路進行接長,框構橋或框架涵。既有大中橋需改造的,多采用施工便線過渡,原位修建雙線橋或框構橋。涵洞接長可采用打拔鋼軌樁或采用吊軌進行線路防護,條件允許可在既有橋涵外側直接現澆或拼裝。草袋堆碼防護既有路基過坡。

6 其它事項

既有橋涵調查必須仔細,可收集既有橋涵的竣工圖或設計圖紙、工務臺帳、既有橋涵的劣化表。現場調查時,要特別注意有的既有線涵洞在路肩位置有1m長的非承重板,涵洞接長設計時,必須拆除非承重板后進行接長。

7 平改立工程:

本次增二線工程為全線封閉,這就要求該段所有平交道口將全部改成立交道口,方案有三種,一是頂進式下穿框構橋;二是公路上跨鐵路立交橋;三是站內可采用人行天橋。

結束語

總結前三期增二線工程的設計施工經驗,本次大鄭四期可研做的較為詳細,為下一階段的初步設計或施工圖奠定了較好的基礎。隨著鐵路的快速發展,增二線或既有線改造工程會逐漸增加,在設計施工中不可避免地會遇到各種各樣的問題,但隨著工作的深入與延伸,這些問題會迎刃而解。

參考文獻

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