蒙内铁路EPC项目桥涵属地化设计

李晓霞， 董骁

（中交铁道设计研究总院有限公司，北京100088）

0 引言

随着我国“一带一路”倡议展开，铁路项目在海外落地越来越多，特别是在东南亚及非洲地区。由于项目所在国的社会政治、风俗习惯、自然环境、设计施工标准等因素与国内差别巨大，项目在建设过程中，不确定性因素和风险普遍存在，轻则因局部方案变动影响工程投资，重则使项目停滞不前甚至搁浅，给工程总承包商造成不可估量的经济损失，更影响中国企业形象和两国政治经济关系。

1 蒙内铁路项目概述

作为“一带一路”倡议旗舰项目的肯尼亚蒙巴萨—内罗毕标准轨距铁路（简称蒙内铁路）［1］是第1条系统采用中国标准、资金、技术、装备的国际干线铁路，是按中国铁路建设标准，设计、施工、装备和运营管理全产业链输出的代表性项目。蒙内铁路2018年被《美国工程新闻纪录》（ENR）评选为年度全球优秀铁路项目。

蒙内铁路起点为东非国家肯尼亚的港口城市蒙巴萨，终点为首都内罗毕，线路全长为471.65 km，全线共设铁路桥梁92座，总长27.26 km，公路跨线桥44座，桥梁占比为5.78%。参照中国国铁Ⅰ级标准建造，采用设计、采购、施工EPC模式建设。该项目于2014年9月开工建设，2017年5月31日开通运营，该铁路的开通极大提高了肯尼亚的客运及货运能力，增加了就业岗位，促进了经济发展。蒙内铁路不仅改变了肯尼亚人民的生活，也激活了整个东非的交通乃至商业版图，助推肯尼亚成为地区物流中心和制造业中心。毫无疑问，蒙内铁路的成功建设与运营堪称中国铁路建造技术及运营管理在海外落地的典范。从国际工程总承包角度去审视海外铁路建设项目的实施，从中总结经验、汲取教训是非常必要的。

2 蒙内铁路桥涵设计标准

蒙内铁路桥涵的设计、施工均以中国铁路设计、施工规范为主，参照中国Ⅰ级铁路设计标准，采用《铁路桥涵设计基本规范》《铁路桥涵地基和基础规范》《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》《铁路桥梁钢结构设计规范》等TB 10002—2005系列规范，GB 50111—2006《铁路工程抗震设计规范》、TB 10005—2010《铁路混凝土结构耐久性设计规范》以及其他有效规范和补充规定。

公路跨线桥梁设计，主体结构采用BS-5400标准和肯尼亚《Road Design Manual》第四册Bridge Design，桥上安全防护措施以满足铁路运营安全为目标，采用铁路规范要求设置。公路引道设计采用肯尼亚《Road Design Manual》 第一册Geometric Design Of Rural Roads。

3 蒙内铁路桥涵设计属地化

每个工程项目都不可避免地带有项目所在地自然、人文、社会等属地化特色［2］，即使蒙内铁路是中国铁路技术标准的整体输出，依然会有属地化的元素贯彻到设计当中，给设计工作带来新的要求和挑战。

3.1 气候气象

肯尼亚全境位于热带季风区，但受其地势较高的影响，大部分地区属热带草原气候，季节性降水差异大，沿线年最高气温34.9℃，最低气温9.4℃。全年可施工时间长，不用考虑冬季施工等不利因素。在桥梁结构计算中，要按照当地气温条件来考虑温差引起的效应［3］。风荷载计算时，采用当地气象部门的风速统计数据，如果没有统计数据，要查找当地文献资料进行确定。

3.2 降雨及水文

肯尼亚3—6月、10—12月为雨季，其余为旱季。年降雨量自西南向东北由1 500 mm递减到200 mm。沿线大部分地区地表淡水缺乏，地下水埋藏普遍较深，水量分布不均匀。但是肯尼亚雨季短时降雨强度大，时有水害发生。桥涵设计孔径所需要的设计流量等水文计算，一般采用东非水流模型进行计算，其中的降雨参数需要到当地气象部门收集，但是每个地方的降雨量统计数据年限不等，多则20年，少则只有几年，不能直接满足桥涵设计流量频率的要求，需要进行数学分析后再进行采用。

3.3 地震

肯尼亚当地没有有关地震动参数的相应规定和标准，工程建设中要做地震专题研究，确定各种地震动参数，以供工程设计采用。

根据《肯尼亚地震烈度分区图》（1973）的划分，结合沿线地质条件分析，沿线地震动峰值加速度及地震基本烈度见表1。

表1 沿线地震动峰值加速度及地震基本烈度

3.4 地质岩土

中国铁路桥梁设计规范中有关桩基础设计的岩土桩侧摩阻力取值、基本承载力取值、地基系数的比例系数等岩土参数，因受项目所在地的土层形成过程、历史及当地的气候条件等因素影响，即使是同一类型的岩土，蒙内铁路项目岩土性质指标与中国规范上的规定也有所不同，基础计算时，不能直接参照中国规范中的参考取值范围进行取值，需要经过试验确定，以保证基础设计的安全、经济与合理。对于当地所特有的岩土类型，如具有膨胀性的黑棉土等，更要通过试验手段，并调查当地类似或可参照工程案例分析其性质，确保工程安全。有关岩土侧摩阻取值试验数据与按规范范围取值的对比见表2。

表2 岩土侧摩阻取值试验数据与按规范范围取值的对比kPa

3.5 环境保护

每个国家和地区都有相关的环境保护规定和要求，需根据铁路沿线动物栖息特点、类型进行统计以设置动物通道，并据此确定通道的规模和密度，必要时设置电子监控设备，以观测铁路修建对动物栖息生活的影响。对于施工过程中取土形成取土坑的防护与利用，也要结合动物饮水习惯和需要等进行改造和设置。

为保护动物正常迁徙，特意设计出14处大型动物通道，最长的察沃大桥长度超过2 km，架设的桥梁高达7 m，让个子最高的长颈鹿（成年长颈鹿一般高5.5～5.8 m）也能安全通过；除了桥梁式野生动物通道，还在沟渠处设置了100多个涵洞，既方便斑马等动物饮水，也方便小型野生动物穿过铁路。

3.6 当地建筑材料供应

当地材料的利用率及其成本影响项目的工程造价，要尽量利用当地材料，减少进口，以达到控制投资的目标［4］。中国铁路混凝土结构耐久性设计规范采用的外加剂是粉煤灰，肯尼亚当地没有粉煤灰，临近国家的粉煤灰存有量也极低，需要长距离大量进口，造成混凝土成本提高。肯尼亚为多火山国家，火山灰材料资源丰富，在这种情况下，为有效利用当地材料，研究采用火山灰替代粉煤灰的可行性，并对火山灰的性能进行试验，取得了成功，降低了混凝土成本。

3.7 劳动力资源

从经济性来讲，框架涵的经济性优于盖板涵，但框架涵的钢筋制作量比盖板涵大。项目所在国因基建项目较少，模板、钢筋制作与绑扎等技术工人数量不足，严重影响项目施工进度。考虑施工安全、合同工期等因素［5］，在先期开工的涵洞，设计优先选用盖板涵这种钢筋制作量较少的结构形式，随着项目的进展，技术工人的熟练程度和数量都在逐步改善，当能够满足施工进度及质量要求时，适时调整设计，主要选用框架涵这种结构形式，既保证了施工进度和质量，又尽可能节约工程投资。根据技术工人资源因素对桥涵设计进行调整，也是本项目的一大特点，可以在其他海外项目中借鉴这一经验。

3.8 施工装备配置

现场施工机械、模板等物资装备，大多从我国进口，运输周期长，运输成本高，桥梁设计方案要根据现场的施工机械和模板配备情况进行设计，尽量统一桥梁墩台类型，有效利用既有设备，避免设备配备大而全［6］，因个别工点设计造成新的施工装备采购运输，致使工程成本增加。

3.9 当地设计习惯

肯尼亚不接受素混凝土结构，若设计采用了素混凝土，咨询工程师会提出疑义，影响图纸审批进度。综合考虑当地材料和气候对混凝土配比的影响等因素，同时为避免素混凝土结构表面出现裂纹，蒙内铁路对盖板涵边墙、明挖扩大基础均配防裂钢筋网，保证了审批进度和施工质量。

3.1 0设计理念的沟通

我国传统工程设计理念是大量采用标准化设计，铁路行业是标准化设计推广较好的行业。采用标准设计，具有减少设计工作量、缩短设计周期、有利于施工的优点，这与西方工点特色化设计的理念有较大冲突，如桥梁跨径，外方咨询工程师认为跨径组合应当因地制宜地设计才最为经济，但是跨径组合过多，就失去了标准设计的意义，对模板的需求、架梁设备的配置以及桥梁附属设施的安装都会带来很大影响，尤其对铁路这种多专业配合的行业，每个接口都是经过标准化设计过程中多次实践形成的，更改任何一个环节，都将带来连锁变化，更存在后期设备安装出现问题的风险。与外方咨询工程师在设计理念方面的沟通是项目顺利推进的重要一环，轻则影响其对我国铁路设计水平的质疑，重则设计图纸得不到批复影响工期。

在涵洞设计时，应尽量按照因地制宜的原则，设置涵洞的净宽和净高，而不是简单照搬我国采用的高边墙、低边墙统一模式进行涵洞的设计。

4 建议

蒙内铁路已经成功运营2年多，其桥涵设计属地化经验可供类似海外铁路项目借鉴。根据蒙内EPC铁路项目成功的设计、施工及运营经验，桥涵设计属地化需要注意以下几点。

4.1 勘察阶段

要提前做好桥涵设计的属地化影响因素研究工作，按自然环境、技术水平和社会因素分类列好清单，以免现场调查和收集资料时出现缺漏。清单格式示范见图1。

图1 项目现场调查收集资料清单示范

4.2 施工图设计阶段

在EPC项目的施工图设计阶段，施工单位已进场做准备工作，设计与施工的有效沟通可以对项目现场自然和人文社会条件有更为深入的了解：首先要与施工单位就这些影响设计的因素进行沟通，对图1进行补充和修正；其次要对施工单位主要施工机械的配备情况有所了解，设计方案具有适应性，尽量满足现场需求，当因施工机械局限性引起设计方案工程成本增加较多时，要进行技术经济比选，结合设备采购周期和施工工期等因素进行综合比选后确定。

4.3 施工配合阶段

海外项目的一大特点就是建设周期长、变化因素多。在项目施工过程中，存在前期工作不足、上阶段遗留、自然环境和人文环境改变等各种原因引起的设计变更，对施工配合人员要求较高，不仅要对施工变更具有判识能力，能够第一时间确定解决方案，完成变更图纸，履行变更手续，还要对变更造成的造价变动做到心中有数，与咨询工程师充分沟通，维护EPC总承包方的整体利益。就海外铁路项目而言，可以说施工配合工作决定着桥涵设计的最终成败。

4.4 项目延伸成果

肯尼亚没有相关的铁路设计规范，在项目顺利实施后，作为EPC总包方有责任对铁路设计过程中规范采用情况进行整理和总结，提高我国铁路技术标准的科学性、先进性、适应性［7］，对适合肯尼亚铁路设计的规范内容进行梳理，不适合的内容进行剔除，逐渐形成一套符合当地实际情况的设计规范［8］，这既是项目的属地化总结，又是中国铁路全产业链输出的一部分，授人以鱼不如授人以渔，带动项目所在国基础设施建设规范化也是“一带一路”实施过程中的重要一环，意义深远。