蒙內(nèi)鐵路EPC項目橋涵屬地化設計

李曉霞， 董驍

（中交鐵道設計研究總院有限公司，北京100088）

0 引言

隨著我國“一帶一路”倡議展開，鐵路項目在海外落地越來越多，特別是在東南亞及非洲地區(qū)。由于項目所在國的社會政治、風俗習慣、自然環(huán)境、設計施工標準等因素與國內(nèi)差別巨大，項目在建設過程中，不確定性因素和風險普遍存在，輕則因局部方案變動影響工程投資，重則使項目停滯不前甚至擱淺，給工程總承包商造成不可估量的經(jīng)濟損失，更影響中國企業(yè)形象和兩國政治經(jīng)濟關系。

1 蒙內(nèi)鐵路項目概述

作為“一帶一路”倡議旗艦項目的肯尼亞蒙巴薩—內(nèi)羅畢標準軌距鐵路（簡稱蒙內(nèi)鐵路）［1］是第1條系統(tǒng)采用中國標準、資金、技術、裝備的國際干線鐵路，是按中國鐵路建設標準，設計、施工、裝備和運營管理全產(chǎn)業(yè)鏈輸出的代表性項目。蒙內(nèi)鐵路2018年被《美國工程新聞紀錄》（ENR）評選為年度全球優(yōu)秀鐵路項目。

蒙內(nèi)鐵路起點為東非國家肯尼亞的港口城市蒙巴薩，終點為首都內(nèi)羅畢，線路全長為471.65 km，全線共設鐵路橋梁92座，總長27.26 km，公路跨線橋44座，橋梁占比為5.78%。參照中國國鐵Ⅰ級標準建造，采用設計、采購、施工EPC模式建設。該項目于2014年9月開工建設，2017年5月31日開通運營，該鐵路的開通極大提高了肯尼亞的客運及貨運能力，增加了就業(yè)崗位，促進了經(jīng)濟發(fā)展。蒙內(nèi)鐵路不僅改變了肯尼亞人民的生活，也激活了整個東非的交通乃至商業(yè)版圖，助推肯尼亞成為地區(qū)物流中心和制造業(yè)中心。毫無疑問，蒙內(nèi)鐵路的成功建設與運營堪稱中國鐵路建造技術及運營管理在海外落地的典范。從國際工程總承包角度去審視海外鐵路建設項目的實施，從中總結經(jīng)驗、汲取教訓是非常必要的。

2 蒙內(nèi)鐵路橋涵設計標準

蒙內(nèi)鐵路橋涵的設計、施工均以中國鐵路設計、施工規(guī)范為主，參照中國Ⅰ級鐵路設計標準，采用《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》《鐵路橋涵地基和基礎規(guī)范》《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范》《鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范》等TB 10002—2005系列規(guī)范，GB 50111—2006《鐵路工程抗震設計規(guī)范》、TB 10005—2010《鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范》以及其他有效規(guī)范和補充規(guī)定。

公路跨線橋梁設計，主體結構采用BS-5400標準和肯尼亞《Road Design Manual》第四冊Bridge Design，橋上安全防護措施以滿足鐵路運營安全為目標，采用鐵路規(guī)范要求設置。公路引道設計采用肯尼亞《Road Design Manual》 第一冊Geometric Design Of Rural Roads。

3 蒙內(nèi)鐵路橋涵設計屬地化

每個工程項目都不可避免地帶有項目所在地自然、人文、社會等屬地化特色［2］，即使蒙內(nèi)鐵路是中國鐵路技術標準的整體輸出，依然會有屬地化的元素貫徹到設計當中，給設計工作帶來新的要求和挑戰(zhàn)。

3.1 氣候氣象

肯尼亞全境位于熱帶季風區(qū)，但受其地勢較高的影響，大部分地區(qū)屬熱帶草原氣候，季節(jié)性降水差異大，沿線年最高氣溫34.9℃，最低氣溫9.4℃。全年可施工時間長，不用考慮冬季施工等不利因素。在橋梁結構計算中，要按照當?shù)貧鉁貤l件來考慮溫差引起的效應［3］。風荷載計算時，采用當?shù)貧庀蟛块T的風速統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如果沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù)，要查找當?shù)匚墨I資料進行確定。

3.2 降雨及水文

肯尼亞3—6月、10—12月為雨季，其余為旱季。年降雨量自西南向東北由1 500 mm遞減到200 mm。沿線大部分地區(qū)地表淡水缺乏，地下水埋藏普遍較深，水量分布不均勻。但是肯尼亞雨季短時降雨強度大，時有水害發(fā)生。橋涵設計孔徑所需要的設計流量等水文計算，一般采用東非水流模型進行計算，其中的降雨參數(shù)需要到當?shù)貧庀蟛块T收集，但是每個地方的降雨量統(tǒng)計數(shù)據(jù)年限不等，多則20年，少則只有幾年，不能直接滿足橋涵設計流量頻率的要求，需要進行數(shù)學分析后再進行采用。

3.3 地震

肯尼亞當?shù)貨]有有關地震動參數(shù)的相應規(guī)定和標準，工程建設中要做地震專題研究，確定各種地震動參數(shù)，以供工程設計采用。

根據(jù)《肯尼亞地震烈度分區(qū)圖》（1973）的劃分，結合沿線地質條件分析，沿線地震動峰值加速度及地震基本烈度見表1。

表1 沿線地震動峰值加速度及地震基本烈度

3.4 地質巖土

中國鐵路橋梁設計規(guī)范中有關樁基礎設計的巖土樁側摩阻力取值、基本承載力取值、地基系數(shù)的比例系數(shù)等巖土參數(shù)，因受項目所在地的土層形成過程、歷史及當?shù)氐臍夂驐l件等因素影響，即使是同一類型的巖土，蒙內(nèi)鐵路項目巖土性質指標與中國規(guī)范上的規(guī)定也有所不同，基礎計算時，不能直接參照中國規(guī)范中的參考取值范圍進行取值，需要經(jīng)過試驗確定，以保證基礎設計的安全、經(jīng)濟與合理。對于當?shù)厮赜械膸r土類型，如具有膨脹性的黑棉土等，更要通過試驗手段，并調(diào)查當?shù)仡愃苹蚩蓞⒄展こ贪咐治銎湫再|，確保工程安全。有關巖土側摩阻取值試驗數(shù)據(jù)與按規(guī)范范圍取值的對比見表2。

表2 巖土側摩阻取值試驗數(shù)據(jù)與按規(guī)范范圍取值的對比kPa

3.5 環(huán)境保護

每個國家和地區(qū)都有相關的環(huán)境保護規(guī)定和要求，需根據(jù)鐵路沿線動物棲息特點、類型進行統(tǒng)計以設置動物通道，并據(jù)此確定通道的規(guī)模和密度，必要時設置電子監(jiān)控設備，以觀測鐵路修建對動物棲息生活的影響。對于施工過程中取土形成取土坑的防護與利用，也要結合動物飲水習慣和需要等進行改造和設置。

為保護動物正常遷徙，特意設計出14處大型動物通道，最長的察沃大橋長度超過2 km，架設的橋梁高達7 m，讓個子最高的長頸鹿（成年長頸鹿一般高5.5～5.8 m）也能安全通過；除了橋梁式野生動物通道，還在溝渠處設置了100多個涵洞，既方便斑馬等動物飲水，也方便小型野生動物穿過鐵路。

3.6 當?shù)亟ㄖ牧瞎?/h3>

當?shù)夭牧系睦寐始捌涑杀居绊戫椖康墓こ淘靸r，要盡量利用當?shù)夭牧希瑴p少進口，以達到控制投資的目標［4］。中國鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范采用的外加劑是粉煤灰，肯尼亞當?shù)貨]有粉煤灰，臨近國家的粉煤灰存有量也極低，需要長距離大量進口，造成混凝土成本提高?？夏醽啚槎嗷鹕絿?，火山灰材料資源豐富，在這種情況下，為有效利用當?shù)夭牧?，研究采用火山灰替代粉煤灰的可行性，并對火山灰的性能進行試驗，取得了成功，降低了混凝土成本。

3.7 勞動力資源

從經(jīng)濟性來講，框架涵的經(jīng)濟性優(yōu)于蓋板涵，但框架涵的鋼筋制作量比蓋板涵大。項目所在國因基建項目較少，模板、鋼筋制作與綁扎等技術工人數(shù)量不足，嚴重影響項目施工進度?？紤]施工安全、合同工期等因素［5］，在先期開工的涵洞，設計優(yōu)先選用蓋板涵這種鋼筋制作量較少的結構形式，隨著項目的進展，技術工人的熟練程度和數(shù)量都在逐步改善，當能夠滿足施工進度及質量要求時，適時調(diào)整設計，主要選用框架涵這種結構形式，既保證了施工進度和質量，又盡可能節(jié)約工程投資。根據(jù)技術工人資源因素對橋涵設計進行調(diào)整，也是本項目的一大特點，可以在其他海外項目中借鑒這一經(jīng)驗。

3.8 施工裝備配置

現(xiàn)場施工機械、模板等物資裝備，大多從我國進口，運輸周期長，運輸成本高，橋梁設計方案要根據(jù)現(xiàn)場的施工機械和模板配備情況進行設計，盡量統(tǒng)一橋梁墩臺類型，有效利用既有設備，避免設備配備大而全［6］，因個別工點設計造成新的施工裝備采購運輸，致使工程成本增加。

3.9 當?shù)卦O計習慣

肯尼亞不接受素混凝土結構，若設計采用了素混凝土，咨詢工程師會提出疑義，影響圖紙審批進度。綜合考慮當?shù)夭牧虾蜌夂驅炷僚浔鹊挠绊懙纫蛩?，同時為避免素混凝土結構表面出現(xiàn)裂紋，蒙內(nèi)鐵路對蓋板涵邊墻、明挖擴大基礎均配防裂鋼筋網(wǎng)，保證了審批進度和施工質量。

3.1 0設計理念的溝通

我國傳統(tǒng)工程設計理念是大量采用標準化設計，鐵路行業(yè)是標準化設計推廣較好的行業(yè)。采用標準設計，具有減少設計工作量、縮短設計周期、有利于施工的優(yōu)點，這與西方工點特色化設計的理念有較大沖突，如橋梁跨徑，外方咨詢工程師認為跨徑組合應當因地制宜地設計才最為經(jīng)濟，但是跨徑組合過多，就失去了標準設計的意義，對模板的需求、架梁設備的配置以及橋梁附屬設施的安裝都會帶來很大影響，尤其對鐵路這種多專業(yè)配合的行業(yè)，每個接口都是經(jīng)過標準化設計過程中多次實踐形成的，更改任何一個環(huán)節(jié)，都將帶來連鎖變化，更存在后期設備安裝出現(xiàn)問題的風險。與外方咨詢工程師在設計理念方面的溝通是項目順利推進的重要一環(huán)，輕則影響其對我國鐵路設計水平的質疑，重則設計圖紙得不到批復影響工期。

在涵洞設計時，應盡量按照因地制宜的原則，設置涵洞的凈寬和凈高，而不是簡單照搬我國采用的高邊墻、低邊墻統(tǒng)一模式進行涵洞的設計。

4 建議

蒙內(nèi)鐵路已經(jīng)成功運營2年多，其橋涵設計屬地化經(jīng)驗可供類似海外鐵路項目借鑒。根據(jù)蒙內(nèi)EPC鐵路項目成功的設計、施工及運營經(jīng)驗，橋涵設計屬地化需要注意以下幾點。

4.1 勘察階段

要提前做好橋涵設計的屬地化影響因素研究工作，按自然環(huán)境、技術水平和社會因素分類列好清單，以免現(xiàn)場調(diào)查和收集資料時出現(xiàn)缺漏。清單格式示范見圖1。

圖1 項目現(xiàn)場調(diào)查收集資料清單示范

4.2 施工圖設計階段

在EPC項目的施工圖設計階段，施工單位已進場做準備工作，設計與施工的有效溝通可以對項目現(xiàn)場自然和人文社會條件有更為深入的了解：首先要與施工單位就這些影響設計的因素進行溝通，對圖1進行補充和修正；其次要對施工單位主要施工機械的配備情況有所了解，設計方案具有適應性，盡量滿足現(xiàn)場需求，當因施工機械局限性引起設計方案工程成本增加較多時，要進行技術經(jīng)濟比選，結合設備采購周期和施工工期等因素進行綜合比選后確定。

4.3 施工配合階段

海外項目的一大特點就是建設周期長、變化因素多。在項目施工過程中，存在前期工作不足、上階段遺留、自然環(huán)境和人文環(huán)境改變等各種原因引起的設計變更，對施工配合人員要求較高，不僅要對施工變更具有判識能力，能夠第一時間確定解決方案，完成變更圖紙，履行變更手續(xù)，還要對變更造成的造價變動做到心中有數(shù)，與咨詢工程師充分溝通，維護EPC總承包方的整體利益。就海外鐵路項目而言，可以說施工配合工作決定著橋涵設計的最終成敗。

4.4 項目延伸成果

肯尼亞沒有相關的鐵路設計規(guī)范，在項目順利實施后，作為EPC總包方有責任對鐵路設計過程中規(guī)范采用情況進行整理和總結，提高我國鐵路技術標準的科學性、先進性、適應性［7］，對適合肯尼亞鐵路設計的規(guī)范內(nèi)容進行梳理，不適合的內(nèi)容進行剔除，逐漸形成一套符合當?shù)貙嶋H情況的設計規(guī)范［8］，這既是項目的屬地化總結，又是中國鐵路全產(chǎn)業(yè)鏈輸出的一部分，授人以魚不如授人以漁，帶動項目所在國基礎設施建設規(guī)范化也是“一帶一路”實施過程中的重要一環(huán)，意義深遠。