肯尼亚新建标准轨铁路并行既有线水文灾害防治措施

2016-08-01石晋涛李晓霞

铁道勘察 2016年3期

关键词：蒙内桥涵水害

陈　巍　石晋涛　李晓霞

(1.中交铁道设计研究总院有限公司，北京　100088;2.中交水运规划设计院有限公司，北京　100007)

肯尼亚新建标准轨铁路并行既有线水文灾害防治措施

陈巍1石晋涛2李晓霞1

(1.中交铁道设计研究总院有限公司，北京100088;2.中交水运规划设计院有限公司，北京100007)

摘要结合肯尼亚蒙内标准轨铁路，对新建铁路并行既有线地段水文灾害常用的防治措施进行归纳总结，然后阐述蒙内铁路桥涵设计原则，最后给出新建蒙内标准轨铁路并行既有线段既有涵洞水害防护措施建议。

关键词蒙内铁路既有线涵洞水文灾害防护措施

肯尼亚目前运营的铁路是一百多年前英国殖民时期修建的米轨铁路，其中既有蒙巴萨至内罗毕米轨铁路(简称蒙内米轨铁路)原为蒙巴萨至乌干达首都坎帕拉铁路的一部分，修建于1896年，建成于1901年。近年来，由于面临管理不善、资金匮乏和设备老化等问题，铁路的运力已远不能满足经济发展的运输需求，肯尼亚迫切需要新建一条铁路来满足运输需求。2015年1月1日正式开工建设的蒙内标准轨铁路采用中国标准[1-2]，全长为471.65 km，客运列车时速将达120 km，货运列车时速80 km。

1铁路概况

1.1线路概况

(1)新建标准轨铁路线路走向

新建蒙内铁路连接肯尼亚港口城市蒙巴萨和肯尼亚首都内罗毕，起自蒙巴萨港区站，经过马泽拉斯、沃伊、察沃、马金度、埃马利、苏丹哈姆德、阿西河等肯尼亚重要城镇，至内罗毕南站，线路全长为471.65 km。

(2)标准轨铁路桥涵等构筑物分布

全线建有梁式桥75座，框架桥11座，涵洞732座，其中位于既有线上游的排洪功能涵洞86座。

(3)既有米轨铁路存在的薄弱环节

既有米轨标准偏低，且曾长时间停运，维护不及时，设备老化破旧，路基破损严重，桥涵构筑物特别是涵洞大多淤积，排洪能力基本丧失。

(4)标准轨铁路与既有米轨铁路位置关系

新旧铁路在标准轨铁路线位DK18至DK30，DK80至DK240，DK280至DK360，DKDK420至DK451等四段平行且距离较近；其中在DK120至DK240及DK280至DK360，既有米轨铁路既位于新建铁路下游，两线较近(如图1)。

图1　新建铁路与既有米轨铁路的关系(蒙巴萨至内罗毕段)

1.2沿线自然条件

(1)地形地貌

线路行经区域沿线按地面绝对高程可以分为平原区和高原区。蒙巴萨位于印度洋西岸，地面高程约20 m左右，从海岸线往内陆20 km范围内地面高程一般在200 m内，属平原区。往内罗毕方向，地面高程逐渐抬升到1 600 m左右，属高原区。

(2)水文气象特征

蒙内铁路线位途径区域主要为热带草原气候下的季风区，受季风影响，四季不是很分明。每年3～6月和10～12月是雨季，其余月份是旱季。其中雨季还分为两段：3～6月是大雨季，10～12月是小雨季。拟建铁路沿线年平均降水量300～1 400 mm，年均蒸发量为1 450～2 400 mm。沿线地表水系发育，经过的主要水系有沃伊(Voi)河、察沃(Tsavo)河及阿西(Athi)河西岸的支流[3-5]。

2诱发既有线水文灾害的因素

根据相关资料[6-9]，新建蒙内铁路并行既有线，既有线水害的形成是自然因素、设计标准和工程因素共同作用的结果，以位于新建铁路下游的既有线涵洞附近水害最为严重。

2.1自然因素

通过现场调查，新建蒙内铁路并行既有线区域地形大多较为平坦，没有明显的冲沟，涵洞入口处汇水条件差。雨季短期降水量大，地表容易形成大面积漫流，当受到路基约束时，可通过沿线设置的桥涵将水排至线路下游侧。但当排洪桥涵的孔径不足，过水断面不能满足要求时，水流遇有低洼地势时形成积水，随着积水深度加深及水面扩张，如路基边坡无防护或防护较弱时，路基土体较长时间受水侵泡，极易造成路基破损；如雨量巨大，洪水甚至会淹没路基。同时，并行区段植被根系不发达，覆盖层薄，雨季水土流失严重，当瞬时雨量较大时，地表漫流夹持大量泥沙通过既有线桥涵，桥涵孔径不足时，泥沙极易沉淀造成淤积，压缩桥涵过水断面，对既有铁路安全构成威胁。

2.2新旧铁路设计标准不匹配

既有蒙内铁路修建于19世纪末，建设之初标准偏低，相对于目前按中国标准设计建造的蒙内铁路，既有线路基填料不合格，路基边坡缺少起码的防护措施，部分路段路肩高程不满足百年洪水位要求。既有线桥涵基础较浅、孔径不满足新建铁路标准要求、过水能力严重不足等是造成既有线桥涵被毁的主要因素。

2.3工程因素

新建铁路建设对既有线附近的地形地貌改变较大，新建线路对原有排洪体系进行重新划分，使得原来地表漫流较为平缓的区段，汇流后对冲既有线，而新旧桥涵孔径排洪能力不同，加剧了既有线的损毁。

3水害整治及蒙内铁路桥涵设计原则

防治措施分为水害主动防治措施和水害被动防治措施。根据现场每个排洪位置的实际情况，采取不同的水害防治措施，以保证不加剧目前既有线水害或尽量将其改善。

3.1水害主动防治措施

水害主动防治措施主要是灵活处理新建铁路的桥涵设置以及加强既有线自身的排洪能力。根据调查，既有线位于新建线路下游的区段，大多涵洞口都被淤积或被植被填塞，影响排洪能力。所以疏通既有线桥涵，定期清淤除渣是非常必要的。同时，现场调查发现既有线涵洞孔径大多是小于1 m的单孔圆管涵，而新建的蒙内铁路涵洞排洪孔径一般为2～6 m，排洪能力严重不对等。因此，必须通过加强线间排水或对既有铁路增建圆管涵来增强既有铁路的排洪能力。

3.2水害被动防治措施

水害被动防治措施是指通过对既有线的路基进行防冲刷护砌，对新建线路排洪涵洞增加一定的消能设计，降低出口流速，来消减水流对冲既有线的不利影响；或是采用一定的措施，使水流流向改变，不直接冲刷路基护坡。防冲刷护砌为直接防护，后两者为间接防护。

直接防护措施比较简单，施工周期短。肯尼亚水文资料不完善，消能等措施没有较为准确的参数供设计；如采用水害被动防治措施，还是以直接防护为主。

直接防护时应注意作好防护工程的总体布置，整个防护的外形轮廓线应平顺，不可有明显的突出部分或凹进部分，以免扰乱水流的性质，并宜尽量不压缩或少压缩水流断面，以减少一般冲刷。在水流直冲或斜冲地段，防护建筑的迎水面边坡有条件时应适当放缓，以减轻局部冲刷。

3.3蒙内铁路涵洞设计原则

(1)蒙内铁路地势总体较为平缓，新建铁路涵洞采用小孔径、小间距设置，以利于分散排水。

(2)既有线在上游时，新建铁路桥涵设置可按“不考虑既有线”设计孔径及位置。

(3)既有线在下游时，新建桥涵原则上遵循对应既有桥涵设置；对于确实需要排洪的桥涵处，而既有线无排洪设施时，对既有线增建排洪桥涵；对于既有线不具有增加排洪桥涵条件时(填土高度较低)，需增大线间排水沟，以及增强对线间排水沟两侧路基的冲刷防护，以保证既有线路基安全。新建铁路与既有线较近时，无增大线间排水沟条件时，需在新建铁路上游侧增大边沟，将水引致桥涵处，同时加强路基边坡防护。

3.4防护措施方案

通过现场调查得知，既有线涵洞孔径普遍较小；肯尼亚既有米轨铁路在雨季水量较大时会中断运营。由于多年的停运，设计标准低，道砟多为火山喷发物，路肩基本紧贴地面，现场施工材料和人员技术水平有限。为保证工程质量及防护效果，建议对既有线涵洞周边一定范围内路基进行直接防护，主要以浆砌片石护坡、混凝土板护坡等方法为主。

综合肯尼亚当地情况，并参考蒙内标准轨铁路涵洞通用图水力特征表和国内多条铁路既有线水害处理的实例[11-14]，建议同时采用水害主动防治措施和被动防治措施，即采用浆砌片石护坡、混凝土板护坡等方法对既有铁路涵洞两侧一定范围内的路基进行防护，同时对既有线桥涵定期清淤，适当增加既有线涵洞，并加强并行段线间排水。

4结束语

水害是新建铁路并行既有线的一大危害，由于水害发生的不确定性因素多，难于定量地给出相关防护方法，目前涉及该方面保护的措施主要是经验方法。从水害的成因分析，直接原因是不可避免的雨季强降水，地形、地质因素也是客观存在的，不合理的人为活动加剧了水害的形成和危害程度。尝试定性地对新建蒙内铁路并行既有线段的既有涵洞进行水害防护措施研究，但新建铁路位于肯尼亚境内，有其自身的特点：当地水文资料缺乏，瞬时雨量大，既有线建造时间久远，标准低，路基高度很低，既有线在雨季甚至会中断运营。因此，蒙内铁路建成通车后，应加强沿线调查研究，积累更多的水文资料，有针对性地采取合理的措施，进行综合治理，减少水害的发生，从而减少经济损失并确保铁路的运营安全。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范[S].北京: 中国铁道出版社，2005

[2]中华人民共和国铁道部.TB10017—1999铁路工程水文勘测设计规范[S].北京:中国铁道出版社，1999

[3]Kenya Railways Corporation. Assessment of Bridges and Culverts on Nairobe-Momba Railway Line[R]. Kenya: 1995

[4]G..O.K. Ministry of Water Development. Rainfall Frequency Atlas of Kenya[R]. Kenya: 1978

[5]石晋涛.肯尼亚蒙内铁路桥涵水文计算分析[J].铁道勘察，2014(6):69-73

[6]铁道部第三勘测设计院. 铁路工程设计手册( 桥渡水文)[M].北京：中国铁道出版社，1993

[7]易思蓉.铁路选线设计[M].成都：西南交通大学出版社，2001

[8]裘伯永，盛兴旺，乔建东，等.桥梁工程[M].北京：中国铁道出版社，2001

[9]张玉娥.桥渡设计[M].北京：中国铁道出版社，2008

[10]中华人民共和国铁道部.TB 10001—2005铁路路基设计规范[S].北京:中国铁道出版社，2005

[11]陈旭.兰武增建二线设计概况[J].铁道标准设计，2004( 7):93-98