鄭州彩虹橋拆解涉鐵影響評估分析

周衛衛

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，河南 鄭州 450052）

1 工程概況

鄭州市彩虹橋為4跨簡支曲弦下承式鋼管混凝土桁梁拱橋，跨徑組合為（122+62+62+122）m，全長368m。該橋自西向東第一孔橋跨越鄭州鐵路北站編組場的上發場咽喉區（7股道）及機務折返段（6股道），第四孔跨越下到場咽喉區（4股道），橋下股道密集，各股道均為電氣化鐵路。中間2～62m橋孔下無鐵路股道。

該橋修建于1995年，至今已運營25年。隨著鄭州經濟與交通的快速發展，過橋重車的軸重和頻率都急劇增加，使橋梁結構出現不同程度的老化和損傷。根據外觀檢測和動靜荷載試驗報告結果，認定既有橋結構存在安全隱患，為保證鐵路與道路運營安全，擬對其拆除重建。

舊橋拆解施工步驟：根據全橋檢測情況，對損傷嚴重的桿件進行加固處理；橋下搭設防護棚，施工縱移、橫移支架系統；橫移拆解中跨兩孔62m鋼桁拱橋；縱移東側122m鋼桁拱至中跨后橫移拆除；縱移西側122m鋼桁拱至中跨后橫移拆除。

2 評估標準

高低是軌道幾何形位的重要要素，各種軌道幾何形位都存在一定的高低偏差，但不得超過其容許值；不同鐵路等級，容許的大小也不一樣。根據中國鐵路總公司《普速鐵路線路修理規則》（TG/GW 102—2019）相關規定，我國鐵路線路軌道靜態幾何尺寸高低容許偏差管理值見表1。

表1 線路軌道靜態高低容許偏差管理值（正線及到發線）

現狀彩虹橋主要跨越鐵路編組場的上發場北咽喉區、機務折返段和下到場咽喉區，均屬于到發線，有砟軌道，因此根據表1，按照計劃維修的容許偏差管理值進行控制，即靜態高低容許偏差管理值為6mm。

3 模型建立

3.1 分析手段

有限元程序分析采用MIDAS/GTS巖土工程計算軟件。采用自動劃分實體網格的方法，劃分單元為四節點的四面體單元，土體尺寸為450m×90m×50m（分別為彩虹橋的順橋向、橫橋向和土層厚度）。

通過施工階段的分析，對全橋及土層建立三維實體有限元模型進行數值模擬計算：（1）初始應力場的模擬。根據既有彩虹橋及北編組站鐵路資料，考慮不同的土體分層條件和重度，計算初始應力場分布；考慮既有鐵路橋墩對初始應力場的影響。（2）連續介質的模擬。有限元數值計算中土體采用修正“摩爾-庫倫（M-C）”土體彈塑性模型，樁基礎采用線彈性樁單元模型，同時建立摩擦界面單元（考慮了土體和樁結構之間的相互作用）；Midas/GTS NX中3D樁單元能與土體自動耦合，且能較好地模擬土體和樁之間的相互作用。（3）邊界條件的模擬。對計算土體的底面約束豎向z的位移，側面分別約束橫向x、縱向y的位移，地表為自由面；樁基礎約束z方向的轉角。（4）施工階段的模擬。通過有限元軟件的“激活、鈍化單元”模擬彩虹橋拆解過程對鄭州北編組站鐵路路基的影響。

3.2 模型建立

彩虹橋墩臺及縱移系統墩臺材料為C30混凝土，防護棚墩柱材料為Q235鋼材，基礎為C30砼，具體參數見表2、表3，施工工序見表4。

表2 土和材料特征值

表3 樁單元特性

表4 施工工序表

表5 鐵路路基豎向10m弦矢度值 單位：mm

4 計算結果

由于篇幅有限,此次結果針對樞紐上發場鐵路路基附加豎向位移進行分析。各子步驟的路基累計豎向位移結果見圖1～圖4。

圖1 防護棚施工

圖2 拆除橋面板

圖3 施工導梁、頂推系統

圖4 鋼桁拱頂推施工

由以上云圖可知，彩虹橋頂推拆解施工引起的擾動對樞紐上發場路基的豎向變形有一定的影響。為更清晰地分析路基豎向不同位置隨各個施工工況的位移，沿樞紐上發場間隔10m提取不同位置的豎向位移數據，具體數值見表5。

彩虹橋頂推拆解施工階段分析結果顯示，各施工階段鐵路路基的累計附加軌道高低偏差為1.337mm/10m，建議工程實施前工務部門對交叉范圍內的軌道線路按作業驗收標準進行整修，即軌道豎向偏差控制在4mm/10m以下；與該工程實施過程中的附加最大豎向偏差進行疊加，鐵路累計軌道豎向偏差為5.337mm/10m，小于規范中在“計劃維修”狀態下線路軌道靜態幾何尺寸容許軌道豎向偏差6mm的限值標準。

5 結束語

根據有限元分析，在軌道線路按作業標準整修的前提下，鄭州北編組站鐵路路基在彩虹橋頂推拆解過程中，豎向位移均在規范限制范圍內。由此建議實施該項目前工務部門對交叉范圍內的軌道線路按作業驗收標準進行整修，同時施工期間對鄭州北編組站鐵路路基進行變形監測，并根據監測資料的分析判斷鐵路路基變形，對鐵路運營安全進行預警。一旦監測異常，應立即停止施工，啟動事故預案處理。對觀測變形超標的路基，分析其產生原因，研究對策，提出整改措施后再進行施工，以保證鐵路運營的安全。