如何提高山区铁路涵洞设计质量的探析

杨秀开

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

铁路建设的不断加速，越来越多的铁路线路穿越山区。而在山区铁路建设中，涵洞作为建设在铁路上的重要构筑物，其质量直接关系到铁路运输的安全和顺畅。因此，提高山区铁路涵洞勘察设计质量已成为一个亟待解决的问题，必须要重视对其进行深入的研究，不断提高山区铁路涵洞的整体勘察设计效果，从而进一步推动我国铁路建设行业的发展。

1 项目概况

本项目为汉中至巴中至南充铁路南充至巴中段，位于四川省东北部，线路自兰渝线南充北站引出，途径南充市蓬安县、南充市仪陇县、巴中市恩阳区、巴中市巴中区，接入巴中东站至本线设计终点，正线全长151.919 km。线路行经四川盆地东北部、米仓山南麓低山区，整体上地势呈东北高，西南低，自巴中至南充地势逐渐降低。沿线经过老君山、青云山、玉龙山、嘉陵江、恩阳河、巴河等著名的山川河流，地势高低起伏，凶险陡峭，地貌单元分为丘陵区、低山丘陵区和河谷阶地区三大地貌单元。

2 桥涵设计原则

2.1 涵洞布设原则

如果山区铁路涵洞的定位不准确，可能会导致施工过程中需要变更设计方案，从而增加施工时间和成本。因此，在山区铁路涵洞建设中，准确的定位至关重要。涵洞的定位需要考虑多个因素，如地形地貌、水流情况、交通路线等。对于山区或丘陵地带，应优先选择地势相对平坦、河流比较宽阔的位置；而对于平原区域，则可以根据地形高低和水文特征来确定涵洞的位置。另外，涵洞的设计还需要考虑周边道路的交通量和速度等因素，以确保山区铁路涵洞的安全性和可靠性。为了准确定位涵洞，需要使用现代化的测量仪器和技术，例如，利用全站仪和GPS 等技术，可以实现对山区铁路涵洞里程和涵轴方向的高精度测量。此外，还需要结合现场实际情况对涵洞的位置进行实地核查和调整，确保施工过程中不会出现位置偏差和误差。

在进行山区铁路涵洞布设时，需要考虑多方面因素。第一，要确保现有的交通、排洪和排水系统不受影响，以免给周边居民和企业带来不必要的困扰和损失。因此，在选择涵洞位置和孔径时，必须充分考虑当地的道路和沟渠情况，选用合适的技术方案，确保涵洞建设后能够实现快速和安全的交通运输，同时满足排水和排洪的需要。第二，为了满足当地的发展需求，涵洞的规划和布局也需要考虑到地方规划和土地利用等因素。在确定山区铁路涵洞数量和孔径时，需要结合当地的经济、人口和环境等因素进行科学评估，确保涵洞建设既能满足当前的需求，又能够为未来的发展留下一定的空间和余地。第三，山区铁路涵洞的建设还需要遵守相关的法律法规和标准规范，确保建设过程中的技术要求和安全措施得到落实。在设计和施工过程中，需要注重质量控制和安全监管，确保涵洞建设后能够长期稳定运行，并为当地的交通发展和防洪排水做出积极贡献。

2.2 涵洞式样及孔径选用原则

山区铁路涵洞是处理路面交通和山区排水问题的重要结构之一。选择合适的涵洞类型和孔径大小需要综合考虑多个因素，包括但不限于水文、地质、填土高度、立交要求、材料来源和运营养护等。钢筋混凝土框架涵是常见的涵洞类型，可以适用于大多数情况。但对于站场内填土较高的地方，则使用盖板涵或肋板涵更为合适。由于燃气管线需要保护，可以采用无底板的盖板涵作为燃气管线护涵，能够达到良好的效果。在进行既有线接长涵时，一般选用相同类型和孔径的涵洞，以保持整体性和统一性。涵洞顶部填土高度一般不小于1.5 m，控制路肩高程时应与路肩齐平或略低，这有助于提高涵洞的稳定性和安全性。标准涵洞孔径有1.0 m、1.5 m、2.0 m、3.0 m、4.0 m、5.0 m、6.0 m 等多种选择，可以根据实际需要进行选择和设计。综合考虑这些因素并做出合理的选择，能够确保涵洞的应用效果和安全可靠性。

3 提高山区铁路涵洞勘察设计质量的措施

3.1 加强勘察工作

涵洞的勘察是设计前的第一步，它直接关系到后期设计方案的合理性和可行性。在进行涵洞的勘察工作时，应该充分了解地质、水文、气象以及地形地貌等自然条件以及工程环境情况，对既有线路交通流量、构造形式、技术难度等因素进行全面考虑。需要特别注意以下几点：

（1）了解地质条件。山区内的地质条件复杂多变，具有地形陡峭、岩石裸露、滑坡泥石流等特点，因此在进行山区铁路涵洞勘察过程中需要重点关注地质构造、地下水位、地基承载力等方面的问题。只有全面了解地质条件，才能为后续的设计提供充分的依据。本项目中就存在不良地质条件，比如南充至巴中段的岩性主要为砂岩、泥岩、粉砂岩等，岩石力学性质较差，产状较为平缓，风化强烈，坡面松散堆积物较厚，在地下水作用下，沿土石界面或不同时期堆积面、软弱面形成堆积物滑坡，一般规模较小，多为浅、中层滑坡，局部为基岩滑坡。

（2）了解水文条件。山区地域内降雨量大，径流强，常引发洪水灾害。为了保障山区铁路涵洞的安全可靠性，在勘察设计时需要全面掌握水文条件及其变化规律，包括河道横截面形状、河床高程、设计洪水位等信息，同时还要考虑山区铁路涵洞对下游水位的影响。只有充分了解这些水文信息，才能做出科学合理的设计和决策。另外，由于本项目中地下水类型为孔隙潜水和基岩裂隙水，水位埋深较浅，水量较丰富，接受大气降水及地表径流补给，以蒸发排泄为主，季节变化幅度大。因此，在勘察设计过程中，还需要充分考虑这些地下水资源的开发利用和环境保护等问题。为了在开发利用和保护之间取得平衡，需要进行综合评价和科学规划，制定合理的开发利用方案，采取有效的保护措施，确保地下水资源的可持续利用和生态环境的健康发展。

（3）了解气象条件。山区气候复杂，受地形、海拔高度等因素影响，常出现温差大、降雨多等特点。这些自然条件使得山区易发生自然灾害，如山洪、泥石流等。因此，在勘察山区铁路涵洞时，需要考虑当地的气象条件，以便更好地了解可能面临的不良气象情况。同时，为了确保涵洞能够应对不同的气象情况，需要进行综合实验室模拟和历史数据分析，以评估涵洞的可靠性和稳定性。例如，可以通过模拟不同强度的降雨来测试山区铁路涵洞的排水能力，以确保其在暴雨天气下仍然能够正常运作。此外，历史数据也是一种重要的参考，通过对过去几年的气象和自然灾害情况进行分析，可以帮助预测未来可能出现的情况，并为山区铁路涵洞的设计提供有价值的指导。本项目所在地区中的年平均气温17 ℃，极端最高气温41.6℃，极端最低气温-4.5 ℃，最冷月平均温度3.3～6.5℃；年平均降水量987.2～1 100.9 mm，年最大降雨量1 735.2 mm，年平均蒸发量985.5～1 151.9 mm，最大风速0.8～2.0 m/s，主导风向NE。对铁路工程影响的气候分区为温暖地区。

（4）了解地形地貌。每座涵洞设置位置都不同，有的在山洼、有的在河流、有的在平原、有的在路面，各位置地形情况不一，在进行山区铁路涵洞设计时必须充分考虑地形地貌因素，并根据现场实际情况确定涵洞角度、结构类型、孔径大小等情况。比如，如果山区铁路涵洞建立在山洼之间，则要注意山脉的高度和坡度；如果建立在河流之中，则要考虑水流深度和流速情况；如果建立在道路之上，则需考虑道路通行情况；总之，涵洞的设计必须针对不同的自然条件进行针对性的设计。

3.2 强化设计规范性

山区铁路涵洞的设计需要遵守相关的规范标准，以确保其符合安全、可靠、经济、实用等要求。在设计过程中需要特别注意以下几点。

（1）遵循相关规范。涵洞的设计需要严格遵守国家和行业的相关规范，如《铁路桥涵设计基本规范》《铁路桥涵混凝土结构设计规范》《铁路桥涵地基和基础设计规范》等。这些规范具有法律效力，确保了涵洞的安全性和可靠性。此外，还可以采用新型材料和技术，提高结构强度和耐久性，同时降低建造成本和维护费用。

（2）注重设计细节。山区铁路涵洞作为排洪和交通基础设施的重要组成部分，其设计需要注重细节，以确保其使用寿命和安全性。其中，关键因素包括水流分布、混凝土强度以及结构厚度、钢筋布置等。第一，对于山区铁路涵洞来说，水流分布是一个重要的考虑因素。在设计过程中，必须仔细研究水文数据，考虑河道的流量和速度，以及洪水频率和概率。这样可以为涵洞的孔径和类型提供指导，以确保其能够有效地处理水流，并保持结构的稳定性。第二，混凝土强度和结构厚度也非常重要。混凝土强度或厚度不足可能导致山区铁路涵洞在使用过程中出现裂缝和损坏，这将影响其承载能力和使用寿命。因此，在设计过程中，需要精确计算涵洞所需的混凝土强度和厚度，并确保在施工过程中控制好水浆的配比和振捣密度，以确保混凝土的质量。

（3）考虑设计变量。在山区铁路涵洞的设计过程中，设计变量是非常重要的因素之一。这些变量包括但不限于洪水流量、地下水位、地震烈度等。这些变量会影响山区铁路涵洞的结构和安全性能，在设计时需要进行综合考虑。对于洪水流量来说，需要根据当地的历史数据和气象预报来进行评估。如果涵洞所处的区域经常受到洪水侵袭，那么在设计时就需要设置较大的洪水流量值，以确保涵洞的安全性能。但如果该区域洪水情况较为稳定，可以适当降低洪水流量值，以减少造成的浪费问题。地下水位也是一个重要的设计变量，会影响山区铁路涵洞的排水效果和承载能力。如果地下水位较高，需要加强涵洞的防水措施，并考虑增加降水措施来防止积水。同时，还需根据实际情况调整涵洞的承载能力，以确保其能够承受地下水位压力。地震烈度也是涵洞设计时需要考虑的因素之一。在地震区域，需要设置较高的地震烈度值来确保涵洞的抗震性能。但在非地震区域，可以适当降低烈度值，以减少造成的浪费问题。

3.3 优化设计方案

（1）选择合适结构。针对不同的地质、水文等自然环境，可以根据实际情况选择适当的设计方案，同时还需要考虑成本和工期等因素。第一，选择合适的山区铁路涵洞结构形式。在选择涵洞结构形式时，需要考虑多个因素。第一，要充分了解当地的地形地貌条件，包括河岸高差、流量、土质情况等，以确定所需承载力和通水能力。第二，考虑施工便捷性和维修方便性，以确保日后的维护和维修工作可以顺利进行。对于山区铁路涵洞结构形式的选择，常见的有框架涵、盖板涵、圆管涵等。框架涵是一种矩形或其他规则形状的钢筋混凝土结构，具有较高的承载力和耐久性，适用于较大的水流量和水平跨度。盖板涵是山区铁路涵洞的一种形式，它由盖板、涵台及基础等部分组成，受力明确、构造简单、施工方便、排洪能力强，适用于高填土区域。圆管涵则是由钢筋混凝土圆形管道组成的结构，可以有效减少水流的阻力，适用于中小型水流量和较小的水平跨度。

（2）合理设置护坡。在山区铁路涵洞的设计中，护坡是防止河水侵蚀和维护水道稳定的重要措施之一。合理设置护坡有助于保护涵洞出入口基础、边坡和维持水道的通畅，同时还可以增强涵洞的稳定性。在设置护坡时，需要考虑多种因素，如周围环境、地形和气候等。具体来说，如果周围环境复杂，地形陡峭，或者经常遭受洪水袭击，那么就需要更加坚固和稳定的护坡来保护河岸和山区铁路涵洞基础。此外，如果水流较快或水位变化大，就需要更加牢固的护坡来确保水道的稳定和顺畅。除了考虑周围环境和水道特点，还需要注意护坡的类型和材料选择。目前常见的护坡类型有混凝土、片石等。具体选择哪种类型需要根据当地的实际情况进行评估，例如现有的地形和材料可用性等。在设置护坡时考虑其对涵洞的作用和影响。护坡的大小和位置应该与涵洞相匹配，以确保其结构稳定和功能完善。同时，护坡的设置还应符合相关的安全标准和法规，以保障公共安全。

4 结束语

随着我国铁路建设的不断发展，越来越多的铁路线路穿越山区。在这些地区建设涵洞是确保铁路安全通行和交通通行、防洪排水的关键措施，其勘察设计质量直接影响着铁路安全运营和服务质量。为了提高山区铁路涵洞勘察设计质量，需要加强对勘察设计人员的培训和教育，增强其专业技能和责任意识。同时，应该建立科学的设计标准和规范，严格执行质量控制流程，确保每一个环节都符合要求。总之，提高山区铁路涵洞勘察设计质量是一项长期而艰巨的任务，需要所有建设人员共同努力，以确保铁路运输的安全、高效和可持续发展。