通霍鐵路既有線水害原因分析及對策研究

金發(fā)良

(沈陽鐵道勘察設(shè)計院有限公司，沈陽 110013)

通霍鐵路既有線水害原因分析及對策研究

金發(fā)良

(沈陽鐵道勘察設(shè)計院有限公司，沈陽 110013)

通霍鐵路是蒙東地區(qū)一條重要的煤炭運輸通道，線路沿松遼平原和大興安嶺南支余脈山前平原等地帶通過，由于特殊的水文和地貌、地質(zhì)條件，沿線水害多發(fā)。本文對既有線歷年水害段落進行統(tǒng)計分析，得出了既有線水害的發(fā)生規(guī)律，對水害原因進行了細致深入的分析，并結(jié)合地區(qū)降水特征、地形及地質(zhì)條件、工程條件等因素提出了既有線水害整治的原則和措施。

鐵路 既有線 水害 原因 對策

1 通霍線概況

1.1 歷史沿革

通霍線位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市和興安盟境內(nèi)，南起通遼站，經(jīng)由通遼市、科爾沁左翼中旗、扎魯特旗、科爾沁右翼中旗，終點至霍林河站，既有線全長416.6 km。通霍線是東北路網(wǎng)的重要組成部分，是東北西部地區(qū)一條主要的鐵路支線，也是內(nèi)蒙古自治區(qū)的一條主要煤炭運輸大通道。

通霍線始建于1978年，1986年正式投入運營。設(shè)計之初通遼至云端、云端至珠斯花和珠斯花至霍林河三段線路分別按照年運量20 Mt、10 Mt和6 Mt進行設(shè)計，造成部分構(gòu)造物和設(shè)備標準偏低。

1.2 線路概況

1.2.1 線路走向

通霍線起自大鄭鐵路的通遼站，經(jīng)由舍伯圖、毛告吐、扎魯特、白音胡碩、吐列毛杜、西哲里木、珠斯花至霍林河站，線路全長416.6 km。

1.2.2 橋涵等構(gòu)筑物分布

全線建有特大橋1座，大橋10座，中橋36座，小橋93座，涵洞339座，橋梁總長度6 326延長米，涵洞總長5 386橫延米。

1.2.3 存在的薄弱環(huán)節(jié)

通霍線始建于1978年，存在著標準偏低、質(zhì)量較差等問題，該線橋涵設(shè)計按照干旱地區(qū)標準，考慮了凍脹因素，但未考慮沖刷影響，造成多數(shù)橋涵基礎(chǔ)埋深不能滿足沖刷要求。另外，沿線土質(zhì)多為細砂及粉細砂，抗沖刷能力差，遇強降雨極易發(fā)生水害，自開通以來發(fā)生多起水害，造成了較大的經(jīng)濟損失，水害已成為影響既有線運營安全的主要病害。

2 水害形成的自然條件

2.1 地形地貌

沿線所經(jīng)地區(qū)的地勢，可分為平原區(qū)、山前平原區(qū)及低山丘陵區(qū)。

通遼至巴彥居勒赫為松遼平原(既有線里程起點K0—K140)，地形平坦、地勢開闊，沿線固定平沙地發(fā)育，局部有固定沙丘，零星分布有半固定沙丘，部分為耕地，個別地段有低洼濕地，微鹽漬化，地面高程180～220 m，相對高差一般<10 m。

巴彥居勒赫至白音胡碩(既有線里程 K140—K200)為山前平原區(qū)，地形較平坦，局部稍有起伏，局部分布固定沙丘及固定平沙地，地面高程200～260 m，相對高差約10～20 m。

白音胡碩至霍林河(既有線里程K200—K420)為低山丘陵區(qū)，為大興安嶺南支余脈，地形起伏，地面高程240～900 m，相對高差約100～200 m，多被剝蝕成圓頂山，基巖多裸露，覆蓋層薄，珠斯花至霍林河段分布有固定沙丘和固定平沙地。

2.2 水文氣象特征

通霍線所經(jīng)地區(qū)屬中溫帶亞干旱氣候區(qū)。寒暑變化極為懸殊，冬季酷寒，夏季燥熱，日溫差變化大，蒸發(fā)量大于降水量4～5倍。汛期降水較為集中。

沿線主要河流有西遼河、新開河、道勞杜河、霍林河等。其中西遼河、新開河、道勞杜河屬遼河水系，霍林河屬黑龍江流域嫩江水系，除西遼河與霍林河常年流水外，其余河流屬季節(jié)性河流，水量隨季節(jié)變化大，旱季多干涸無水。

3 既有線水害情況及原因分析

3.1 歷年水害情況

通霍線建成通車后未能經(jīng)受住洪水的考驗，部分地段的橋涵及路基在汛期被沖毀。該線每逢雨季均有水害發(fā)生，尤以1998年最為嚴重，給既有線的運營及安全造成了極大的影響。歷年發(fā)生的主要水害有：

1987年汛期洪水，沖毀了5座橋梁的錐體護坡和1座涵洞;1990年汛期洪水，沖毀了2座橋梁的錐體護砌、2座涵洞的錐體及溝床鋪砌、4處道床被掏空、1處站區(qū)積水、1處山體滑坡、1處泥沙淤埋線路、1處路基下沉;1991年汛期洪水，沖毀了1座橋梁護錐及1座涵洞、1處道床被掏空、1處水淹路基、4處山體滑坡、1處泥沙淤埋線路;1993年汛期洪水，共沖毀線路18處，橋涵13處，造成正線斷道 4處累計中斷行車188 h;1994年汛期洪水，造成3座橋梁護錐被沖毀、5處道床被掏空、1處路基浸水、2處路基滑坡、1處泥沙淤埋線路、1處路基下沉;1996年汛期洪水，造成3座橋梁護錐被沖毀、2座涵洞錐體及溝床鋪砌被沖毀。

圖1 1998年K418+330梁橋水害現(xiàn)場

圖2 1998年K384路基水害現(xiàn)場

1998年8月通霍線沿線普降大雨，歷時數(shù)天，引發(fā)了歷史上罕見的特大洪水，既有線設(shè)施遭到嚴重破壞，中斷行車達53 d之多。計沖毀橋梁9座696延米，沖毀涵洞3座45.44延米，沖毀路堤17處1 518延米，路基(路塹)邊坡坍塌17處338延米，11座橋梁的錐體護坡及河床鋪砌被沖毀，44座涵洞錐體及溝床鋪砌被沖毀，13處道床被淘空，計4 390延米(見圖1、圖 2)。

3.2 易受水害地段統(tǒng)計分析

對歷年水害統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，通霍線各易發(fā)水害段落及水害特征見表1。

3.3 水害成因分析

水害的形成是自然因素、設(shè)備缺陷和人類活動長期作用的結(jié)果。從沿線水害產(chǎn)生和發(fā)展分析，認為地形地貌和通霍線既有技術(shù)標準低及當?shù)刂脖辉馄茐氖侵饕颉?/p>

3.3.1 自然因素

水害多發(fā)的山前平原區(qū)范圍內(nèi)既有線距離山區(qū)較近，一般為2～6 km，地表局部有固定沙丘，零星分布有半固定沙丘，部分為耕地，個別地段有低洼濕地。由于既有線距山區(qū)較近，汛期洪水進入平原區(qū)時，洪峰快速塌平沙丘，洪水平面擴散，當受到路基約束，通過沿線設(shè)置的橋涵，將水排至線路下游側(cè)。但當排洪橋涵的孔徑不足，過水斷面不能滿足要求時，洪水迅速漫出河(溝)槽，沿河(溝)槽兩側(cè)路基擴散，遇有低洼地勢時則形成積水，隨著積水深度加深及水面擴張，在風(fēng)浪的作用下，如路基邊坡無防護或防護較弱時，極易被淘空，否則，也會造成洪水淹沒路基。

由于地表覆蓋層土質(zhì)松散，抗沖刷能力低，當橋梁孔徑不足，壅水抬高后，則橋下流速增大，沖刷加劇，這對埋置深度不足的明挖基礎(chǔ)橋梁的威脅是顯而易見的。另外，因地表覆蓋層土質(zhì)松散，當遭遇大暴雨形成的強洪峰時，河流極易改道，這樣直接導(dǎo)致的最嚴重后果是路基被沖毀 。

水害多發(fā)的低山丘陵區(qū)植被稀少，覆蓋層薄，汛期洪水夾持大量泥沙通過橋涵，當橋涵孔徑不足時，泥沙極易沉淀造成淤積，壓縮橋涵過水斷面，對橋涵及路基構(gòu)成威脅;另外，洪峰末期，由于缺少后續(xù)動能，洪水中夾持的大量泥沙淤積于橋涵入口附近，容易造成泥沙淤埋線路。

3.3.2 設(shè)備缺陷

通霍線建設(shè)之初標準偏低，既有線路路基填筑填料不合格、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，是造成路基被沖毀的主要因素。橋涵基礎(chǔ)較淺，孔徑不滿足要求，過水能力嚴重不足等是造成橋涵被毀的必然結(jié)果。

經(jīng)調(diào)查，水害地段的個別橋梁長度不能滿足行洪的要求，基礎(chǔ)埋置深度不足。全線總計129座大、中、小橋，其中14座為鉆孔樁基礎(chǔ)，2座為沉井基礎(chǔ)，其余均為明挖基礎(chǔ)。涵洞孔徑偏小是個普遍的問題，全線計有涵洞339座，其中，鋼筋混凝土蓋板箱涵131座，占38%;鋼筋混凝土圓涵208座，占62%，另外小孔徑涵洞的比例較高，其中孔徑1.5 m的鋼筋混凝土蓋板箱涵72座;孔徑1.25 m的鋼筋混凝土蓋板箱涵3座;孔徑1.5 m的鋼筋混凝土圓涵54座;孔徑1.25 m的鋼筋混凝土圓涵87座;孔徑1.0 m的鋼筋混凝土圓涵67座。孔徑1.5 m及以下的涵洞計283座，占84%?？讖?.25 m及以下的圓涵，在汛期排洪過程中，由于上游洪水來勢兇猛，極易形成有壓狀態(tài)。沿線如此高比例小孔徑涵洞設(shè)置，在這樣特殊地形及地質(zhì)條件下，且常有水害發(fā)生，這在汛期對既有線安全是個極大的威脅。

表1 通霍線易發(fā)水害地段統(tǒng)計

3.3.3 人為因素

由于近年來當?shù)鼐用襁^度的放牧和開墾荒地，當?shù)刂脖槐粐乐氐钠茐?，地表無阻水和蓄水植被。造成汛期地表徑流迅速匯集，順地勢沖向鐵路。

4 水害整治原則及綜合整治方案

4.1 水害整治原則

根據(jù)歷年橋下水位觀測值，與設(shè)計水位進行對比，對于觀測值大于設(shè)計水位的，按觀測值抬高線路縱斷面。

對洪水淹沒路基、道床沖空、路基沖毀地段及站區(qū)積水工點的水害原因進行分析研究，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，確定水害整治及改建的工程措施：如因排洪橋涵的孔徑不足引起的上述水害，可采取既有橋涵擴孔的工程措施;如因地形條件引起的，結(jié)合現(xiàn)場情況，增設(shè)排洪橋涵解決;如無條件增設(shè)排水橋涵，可考慮增設(shè)引排水設(shè)施，將水引排至附近的排水橋涵內(nèi);如以上條件都不具備時，則根據(jù)淹沒及積水深度抬高線路縱斷面。

低山丘陵區(qū)泥沙淤埋線路地段，對于路基，要結(jié)合橋涵入口的地勢情況，在適當?shù)膮^(qū)段增設(shè)擋墻;對于路塹，除要加大天溝的斷面外，還要結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在必要的區(qū)段增設(shè)擋墻;此外，建議工務(wù)維修養(yǎng)護部門在每次汛期過后，對易發(fā)泥沙淤埋線路地段的淤積物要及時進行清除，以免來年汛期對鐵路造成不利影響。

4.2 水害整治措施

通霍鐵路既有線水害整治，結(jié)合本線增二線擴能改造工程一并進行。根據(jù)既有線水害不同情況，分別采取以下工程措施進行整治。

4.2.1 抬高線路縱斷面

抬高線路縱斷面是整治通霍線路基水害最為徹底的方法，但線路改造范圍較大，投資較多，應(yīng)盡量減少規(guī)模。本次既有線抬高線路縱斷面共計三處，分別為：K190+400—K194+800、K275+400—K276+600、K353+500—K355+300，這些線路抬高地段均是半堤半塹水淹路基水害地段。橋梁水害地段設(shè)計水位能滿足要求，不需抬高線路。

4.2.2 橋涵改建

結(jié)合水害發(fā)生情況，橋涵改建的主要內(nèi)容有增設(shè)橋涵、橋涵擴孔、加固橋梁基礎(chǔ)、增設(shè)導(dǎo)流設(shè)施等。

對個別水害嚴重的路基地段根據(jù)排洪需要增設(shè)橋涵，全線共完成此類工點 36個;對排水孔徑偏小的橋涵，梁式橋根據(jù)水害期間沖開臺后路基的長度確定擴孔或旁位增設(shè)橋涵，涵洞按原位擴孔或旁位增設(shè)涵洞設(shè)計，全線完成主要工點6處;孔徑1.25 m及以下的圓涵，改建成矩形涵或框架涵，全線完成此類工點32個。

4.2.3 路基排水及邊坡防護

針對既有線的地形條件，汛期洪水易漫流、排水溝淤堵、水漫線路和沖毀路基的特點，在線路迎水側(cè)設(shè)擋水墻對洪水進行阻攔導(dǎo)流是有效的防洪措施之一，特別是在既有路基不高，線路抬道又困難的條件下，設(shè)置擋水墻既經(jīng)濟又實用。結(jié)合工務(wù)部門多年實踐經(jīng)驗，本次設(shè)置擋水墻采取如下兩種斷面形式：地形平坦、流速較低地段采用土質(zhì)擋水墻形式(如圖3)，迎水側(cè)邊坡采用1∶1.75，并采用 M10漿砌片石護坡，設(shè)置勺形基礎(chǔ);地形陡峭、流速較大地段采用漿砌片石擋水墻(如圖4)，高2 m、頂寬0.5 m、迎水側(cè)基礎(chǔ)前采用漫石鋪砌。本次水害整治共設(shè)擋水墻15處，累計延長15 km。

圖3 土質(zhì)擋水壩斷面(單位：m)

圖4 漿砌片石擋水壩斷面(單位：m)

對既有水害路基進行坡面防護也是有效的防洪措施之一：低填方地段全坡面采用M10漿砌片石護坡防護，采用腳墻基礎(chǔ)或勺型基礎(chǔ);線路沿河地段路堤邊坡于防護高程處設(shè)護道，頂寬2～4 m，護道及以下邊坡坡面采用M10漿砌片石護坡，采用腳墻基礎(chǔ)或坡腳設(shè)浸水擋土墻，基礎(chǔ)深度根據(jù)沖刷深度確定;橋涵結(jié)構(gòu)物兩端路堤大中橋橋頭兩端各100 m和小橋涵兩端各50 m范圍內(nèi)坡面采用M10漿砌片石護坡，采用腳墻基礎(chǔ)，埋深不小于2 m。

5 結(jié)語

水害是通霍鐵路的一大危害，從水害的成因分析，直接原因是不可避免的汛期強降水，地形地質(zhì)因素也是客觀存在的，過度放牧和盲目造田等不合理的人為活動加劇了水害的形成和危害程度，這方面因素是可以避免的。因此必須加強水土保持意識，恢復(fù)生態(tài)，退耕還草，合理放牧，防患于未然。對已發(fā)生過水害的地段，應(yīng)加強調(diào)查研究，有針對性地采取合理的措施，進行綜合治理，避免水害的發(fā)生，以減少經(jīng)濟損失并確保鐵路的運營安全。

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U216.4+4

B

1003-1995(2011)03-0076-04

2010-09-15;

2010-12-01

金發(fā)良(1966— )，男，河南信陽人，高級工程師，碩士。

(責(zé)任審編 王天威)