肯尼亞新建標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路并行既有線水文災(zāi)害防治措施

陳　巍　石晉濤　李曉霞

(1.中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司，北京　100088;2.中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京　100007)

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肯尼亞新建標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路并行既有線水文災(zāi)害防治措施

陳巍1石晉濤2李曉霞1

(1.中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司，北京100088;2.中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京100007)

摘要結(jié)合肯尼亞蒙內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路，對新建鐵路并行既有線地段水文災(zāi)害常用的防治措施進行歸納總結(jié)，然后闡述蒙內(nèi)鐵路橋涵設(shè)計原則，最后給出新建蒙內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路并行既有線段既有涵洞水害防護措施建議。

關(guān)鍵詞蒙內(nèi)鐵路既有線涵洞水文災(zāi)害防護措施

肯尼亞目前運營的鐵路是一百多年前英國殖民時期修建的米軌鐵路，其中既有蒙巴薩至內(nèi)羅畢米軌鐵路(簡稱蒙內(nèi)米軌鐵路)原為蒙巴薩至烏干達首都坎帕拉鐵路的一部分，修建于1896年，建成于1901年。近年來，由于面臨管理不善、資金匱乏和設(shè)備老化等問題，鐵路的運力已遠不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的運輸需求，肯尼亞迫切需要新建一條鐵路來滿足運輸需求。2015年1月1日正式開工建設(shè)的蒙內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路采用中國標(biāo)準(zhǔn)[1-2]，全長為471.65 km，客運列車時速將達120 km，貨運列車時速80 km。

1鐵路概況

1.1線路概況

(1)新建標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路線路走向

新建蒙內(nèi)鐵路連接肯尼亞港口城市蒙巴薩和肯尼亞首都內(nèi)羅畢，起自蒙巴薩港區(qū)站，經(jīng)過馬澤拉斯、沃伊、察沃、馬金度、埃馬利、蘇丹哈姆德、阿西河等肯尼亞重要城鎮(zhèn)，至內(nèi)羅畢南站，線路全長為471.65 km。

(2)標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路橋涵等構(gòu)筑物分布

全線建有梁式橋75座，框架橋11座，涵洞732座，其中位于既有線上游的排洪功能涵洞86座。

(3)既有米軌鐵路存在的薄弱環(huán)節(jié)

既有米軌標(biāo)準(zhǔn)偏低，且曾長時間停運，維護不及時，設(shè)備老化破舊，路基破損嚴(yán)重，橋涵構(gòu)筑物特別是涵洞大多淤積，排洪能力基本喪失。

(4)標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路與既有米軌鐵路位置關(guān)系

新舊鐵路在標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路線位DK18至DK30，DK80至DK240，DK280至DK360，DKDK420至DK451等四段平行且距離較近；其中在DK120至DK240及DK280至DK360，既有米軌鐵路既位于新建鐵路下游，兩線較近(如圖1)。

圖1　新建鐵路與既有米軌鐵路的關(guān)系(蒙巴薩至內(nèi)羅畢段)

1.2沿線自然條件

(1)地形地貌

線路行經(jīng)區(qū)域沿線按地面絕對高程可以分為平原區(qū)和高原區(qū)。蒙巴薩位于印度洋西岸，地面高程約20 m左右，從海岸線往內(nèi)陸20 km范圍內(nèi)地面高程一般在200 m內(nèi)，屬平原區(qū)。往內(nèi)羅畢方向，地面高程逐漸抬升到1 600 m左右，屬高原區(qū)。

(2)水文氣象特征

蒙內(nèi)鐵路線位途徑區(qū)域主要為熱帶草原氣候下的季風(fēng)區(qū)，受季風(fēng)影響，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。其中雨季還分為兩段：3～6月是大雨季，10～12月是小雨季。擬建鐵路沿線年平均降水量300～1 400 mm，年均蒸發(fā)量為1 450～2 400 mm。沿線地表水系發(fā)育，經(jīng)過的主要水系有沃伊(Voi)河、察沃(Tsavo)河及阿西(Athi)河西岸的支流[3-5]。

2誘發(fā)既有線水文災(zāi)害的因素

根據(jù)相關(guān)資料[6-9]，新建蒙內(nèi)鐵路并行既有線，既有線水害的形成是自然因素、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和工程因素共同作用的結(jié)果，以位于新建鐵路下游的既有線涵洞附近水害最為嚴(yán)重。

2.1自然因素

通過現(xiàn)場調(diào)查，新建蒙內(nèi)鐵路并行既有線區(qū)域地形大多較為平坦，沒有明顯的沖溝，涵洞入口處匯水條件差。雨季短期降水量大，地表容易形成大面積漫流，當(dāng)受到路基約束時，可通過沿線設(shè)置的橋涵將水排至線路下游側(cè)。但當(dāng)排洪橋涵的孔徑不足，過水?dāng)嗝娌荒軡M足要求時，水流遇有低洼地勢時形成積水，隨著積水深度加深及水面擴張，如路基邊坡無防護或防護較弱時，路基土體較長時間受水侵泡，極易造成路基破損；如雨量巨大，洪水甚至?xí)蜎]路基。同時，并行區(qū)段植被根系不發(fā)達，覆蓋層薄，雨季水土流失嚴(yán)重，當(dāng)瞬時雨量較大時，地表漫流夾持大量泥沙通過既有線橋涵，橋涵孔徑不足時，泥沙極易沉淀造成淤積，壓縮橋涵過水?dāng)嗝?，對既有鐵路安全構(gòu)成威脅。

2.2新舊鐵路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不匹配

既有蒙內(nèi)鐵路修建于19世紀(jì)末，建設(shè)之初標(biāo)準(zhǔn)偏低，相對于目前按中國標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計建造的蒙內(nèi)鐵路，既有線路基填料不合格，路基邊坡缺少起碼的防護措施，部分路段路肩高程不滿足百年洪水位要求。既有線橋涵基礎(chǔ)較淺、孔徑不滿足新建鐵路標(biāo)準(zhǔn)要求、過水能力嚴(yán)重不足等是造成既有線橋涵被毀的主要因素。

2.3工程因素

新建鐵路建設(shè)對既有線附近的地形地貌改變較大，新建線路對原有排洪體系進行重新劃分，使得原來地表漫流較為平緩的區(qū)段，匯流后對沖既有線，而新舊橋涵孔徑排洪能力不同，加劇了既有線的損毀。

3水害整治及蒙內(nèi)鐵路橋涵設(shè)計原則

防治措施分為水害主動防治措施和水害被動防治措施。根據(jù)現(xiàn)場每個排洪位置的實際情況，采取不同的水害防治措施，以保證不加劇目前既有線水害或盡量將其改善。

3.1水害主動防治措施

水害主動防治措施主要是靈活處理新建鐵路的橋涵設(shè)置以及加強既有線自身的排洪能力。根據(jù)調(diào)查，既有線位于新建線路下游的區(qū)段，大多涵洞口都被淤積或被植被填塞，影響排洪能力。所以疏通既有線橋涵，定期清淤除渣是非常必要的。同時，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)既有線涵洞孔徑大多是小于1 m的單孔圓管涵，而新建的蒙內(nèi)鐵路涵洞排洪孔徑一般為2～6 m，排洪能力嚴(yán)重不對等。因此，必須通過加強線間排水或?qū)扔需F路增建圓管涵來增強既有鐵路的排洪能力。

3.2水害被動防治措施

水害被動防治措施是指通過對既有線的路基進行防沖刷護砌，對新建線路排洪涵洞增加一定的消能設(shè)計，降低出口流速，來消減水流對沖既有線的不利影響；或是采用一定的措施，使水流流向改變，不直接沖刷路基護坡。防沖刷護砌為直接防護，后兩者為間接防護。

直接防護措施比較簡單，施工周期短?？夏醽喫馁Y料不完善，消能等措施沒有較為準(zhǔn)確的參數(shù)供設(shè)計；如采用水害被動防治措施，還是以直接防護為主。

直接防護時應(yīng)注意作好防護工程的總體布置，整個防護的外形輪廓線應(yīng)平順，不可有明顯的突出部分或凹進部分，以免擾亂水流的性質(zhì)，并宜盡量不壓縮或少壓縮水流斷面，以減少一般沖刷。在水流直沖或斜沖地段，防護建筑的迎水面邊坡有條件時應(yīng)適當(dāng)放緩，以減輕局部沖刷。

3.3蒙內(nèi)鐵路涵洞設(shè)計原則

(1)蒙內(nèi)鐵路地勢總體較為平緩，新建鐵路涵洞采用小孔徑、小間距設(shè)置，以利于分散排水。

(2)既有線在上游時，新建鐵路橋涵設(shè)置可按“不考慮既有線”設(shè)計孔徑及位置。

(3)既有線在下游時，新建橋涵原則上遵循對應(yīng)既有橋涵設(shè)置；對于確實需要排洪的橋涵處，而既有線無排洪設(shè)施時，對既有線增建排洪橋涵；對于既有線不具有增加排洪橋涵條件時(填土高度較低)，需增大線間排水溝，以及增強對線間排水溝兩側(cè)路基的沖刷防護，以保證既有線路基安全。新建鐵路與既有線較近時，無增大線間排水溝條件時，需在新建鐵路上游側(cè)增大邊溝，將水引致橋涵處，同時加強路基邊坡防護。

3.4防護措施方案

通過現(xiàn)場調(diào)查得知，既有線涵洞孔徑普遍較小；肯尼亞既有米軌鐵路在雨季水量較大時會中斷運營。由于多年的停運，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，道砟多為火山噴發(fā)物，路肩基本緊貼地面，現(xiàn)場施工材料和人員技術(shù)水平有限。為保證工程質(zhì)量及防護效果，建議對既有線涵洞周邊一定范圍內(nèi)路基進行直接防護，主要以漿砌片石護坡、混凝土板護坡等方法為主。

綜合肯尼亞當(dāng)?shù)厍闆r，并參考蒙內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路涵洞通用圖水力特征表和國內(nèi)多條鐵路既有線水害處理的實例[11-14]，建議同時采用水害主動防治措施和被動防治措施，即采用漿砌片石護坡、混凝土板護坡等方法對既有鐵路涵洞兩側(cè)一定范圍內(nèi)的路基進行防護，同時對既有線橋涵定期清淤，適當(dāng)增加既有線涵洞，并加強并行段線間排水。

4結(jié)束語

水害是新建鐵路并行既有線的一大危害，由于水害發(fā)生的不確定性因素多，難于定量地給出相關(guān)防護方法，目前涉及該方面保護的措施主要是經(jīng)驗方法。從水害的成因分析，直接原因是不可避免的雨季強降水，地形、地質(zhì)因素也是客觀存在的，不合理的人為活動加劇了水害的形成和危害程度。嘗試定性地對新建蒙內(nèi)鐵路并行既有線段的既有涵洞進行水害防護措施研究，但新建鐵路位于肯尼亞境內(nèi)，有其自身的特點：當(dāng)?shù)厮馁Y料缺乏，瞬時雨量大，既有線建造時間久遠，標(biāo)準(zhǔn)低，路基高度很低，既有線在雨季甚至?xí)袛噙\營。因此，蒙內(nèi)鐵路建成通車后，應(yīng)加強沿線調(diào)查研究，積累更多的水文資料，有針對性地采取合理的措施，進行綜合治理，減少水害的發(fā)生，從而減少經(jīng)濟損失并確保鐵路的運營安全。

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收稿日期：2016-02-20

第一作者簡介：陳巍(1986—)，男，2013年畢業(yè)于北京交通大學(xué)橋梁工程專業(yè)，工學(xué)碩士，助理工程師。

文章編號：1672-7479(2016)03-0051-03

中圖分類號：U216.4

文獻標(biāo)識碼：A

Preliminary Studies on Water Disaster Prevention and Control Measures of Existing Railway Paralleling Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway in Kenya

CHEN Wei1SHI Jintao2LI Xiaoxia1