如何提高山區(qū)鐵路涵洞設(shè)計(jì)質(zhì)量的探析

楊秀開

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

鐵路建設(shè)的不斷加速，越來越多的鐵路線路穿越山區(qū)。而在山區(qū)鐵路建設(shè)中，涵洞作為建設(shè)在鐵路上的重要構(gòu)筑物，其質(zhì)量直接關(guān)系到鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩晚槙?。因此，提高山區(qū)鐵路涵洞勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量已成為一個(gè)亟待解決的問題，必須要重視對(duì)其進(jìn)行深入的研究，不斷提高山區(qū)鐵路涵洞的整體勘察設(shè)計(jì)效果，從而進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)鐵路建設(shè)行業(yè)的發(fā)展。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為漢中至巴中至南充鐵路南充至巴中段，位于四川省東北部，線路自蘭渝線南充北站引出，途徑南充市蓬安縣、南充市儀隴縣、巴中市恩陽(yáng)區(qū)、巴中市巴中區(qū)，接入巴中東站至本線設(shè)計(jì)終點(diǎn)，正線全長(zhǎng)151.919 km。線路行經(jīng)四川盆地東北部、米倉(cāng)山南麓低山區(qū)，整體上地勢(shì)呈東北高，西南低，自巴中至南充地勢(shì)逐漸降低。沿線經(jīng)過老君山、青云山、玉龍山、嘉陵江、恩陽(yáng)河、巴河等著名的山川河流，地勢(shì)高低起伏，兇險(xiǎn)陡峭，地貌單元分為丘陵區(qū)、低山丘陵區(qū)和河谷階地區(qū)三大地貌單元。

2 橋涵設(shè)計(jì)原則

2.1 涵洞布設(shè)原則

如果山區(qū)鐵路涵洞的定位不準(zhǔn)確，可能會(huì)導(dǎo)致施工過程中需要變更設(shè)計(jì)方案，從而增加施工時(shí)間和成本。因此，在山區(qū)鐵路涵洞建設(shè)中，準(zhǔn)確的定位至關(guān)重要。涵洞的定位需要考慮多個(gè)因素，如地形地貌、水流情況、交通路線等。對(duì)于山區(qū)或丘陵地帶，應(yīng)優(yōu)先選擇地勢(shì)相對(duì)平坦、河流比較寬闊的位置；而對(duì)于平原區(qū)域，則可以根據(jù)地形高低和水文特征來確定涵洞的位置。另外，涵洞的設(shè)計(jì)還需要考慮周邊道路的交通量和速度等因素，以確保山區(qū)鐵路涵洞的安全性和可靠性。為了準(zhǔn)確定位涵洞，需要使用現(xiàn)代化的測(cè)量?jī)x器和技術(shù)，例如，利用全站儀和GPS 等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)山區(qū)鐵路涵洞里程和涵軸方向的高精度測(cè)量。此外，還需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)涵洞的位置進(jìn)行實(shí)地核查和調(diào)整，確保施工過程中不會(huì)出現(xiàn)位置偏差和誤差。

在進(jìn)行山區(qū)鐵路涵洞布設(shè)時(shí)，需要考慮多方面因素。第一，要確?，F(xiàn)有的交通、排洪和排水系統(tǒng)不受影響，以免給周邊居民和企業(yè)帶來不必要的困擾和損失。因此，在選擇涵洞位置和孔徑時(shí)，必須充分考慮當(dāng)?shù)氐牡缆泛蜏锨闆r，選用合適的技術(shù)方案，確保涵洞建設(shè)后能夠?qū)崿F(xiàn)快速和安全的交通運(yùn)輸，同時(shí)滿足排水和排洪的需要。第二，為了滿足當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展需求，涵洞的規(guī)劃和布局也需要考慮到地方規(guī)劃和土地利用等因素。在確定山區(qū)鐵路涵洞數(shù)量和孔徑時(shí)，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、人口和環(huán)境等因素進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，確保涵洞建設(shè)既能滿足當(dāng)前的需求，又能夠?yàn)槲磥淼陌l(fā)展留下一定的空間和余地。第三，山區(qū)鐵路涵洞的建設(shè)還需要遵守相關(guān)的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確保建設(shè)過程中的技術(shù)要求和安全措施得到落實(shí)。在設(shè)計(jì)和施工過程中，需要注重質(zhì)量控制和安全監(jiān)管，確保涵洞建設(shè)后能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，并為當(dāng)?shù)氐慕煌òl(fā)展和防洪排水做出積極貢獻(xiàn)。

2.2 涵洞式樣及孔徑選用原則

山區(qū)鐵路涵洞是處理路面交通和山區(qū)排水問題的重要結(jié)構(gòu)之一。選擇合適的涵洞類型和孔徑大小需要綜合考慮多個(gè)因素，包括但不限于水文、地質(zhì)、填土高度、立交要求、材料來源和運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)等。鋼筋混凝土框架涵是常見的涵洞類型，可以適用于大多數(shù)情況。但對(duì)于站場(chǎng)內(nèi)填土較高的地方，則使用蓋板涵或肋板涵更為合適。由于燃?xì)夤芫€需要保護(hù)，可以采用無底板的蓋板涵作為燃?xì)夤芫€護(hù)涵，能夠達(dá)到良好的效果。在進(jìn)行既有線接長(zhǎng)涵時(shí)，一般選用相同類型和孔徑的涵洞，以保持整體性和統(tǒng)一性。涵洞頂部填土高度一般不小于1.5 m，控制路肩高程時(shí)應(yīng)與路肩齊平或略低，這有助于提高涵洞的穩(wěn)定性和安全性。標(biāo)準(zhǔn)涵洞孔徑有1.0 m、1.5 m、2.0 m、3.0 m、4.0 m、5.0 m、6.0 m 等多種選擇，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。綜合考慮這些因素并做出合理的選擇，能夠確保涵洞的應(yīng)用效果和安全可靠性。

3 提高山區(qū)鐵路涵洞勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量的措施

3.1 加強(qiáng)勘察工作

涵洞的勘察是設(shè)計(jì)前的第一步，它直接關(guān)系到后期設(shè)計(jì)方案的合理性和可行性。在進(jìn)行涵洞的勘察工作時(shí)，應(yīng)該充分了解地質(zhì)、水文、氣象以及地形地貌等自然條件以及工程環(huán)境情況，對(duì)既有線路交通流量、構(gòu)造形式、技術(shù)難度等因素進(jìn)行全面考慮。需要特別注意以下幾點(diǎn)：

（1）了解地質(zhì)條件。山區(qū)內(nèi)的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，具有地形陡峭、巖石裸露、滑坡泥石流等特點(diǎn)，因此在進(jìn)行山區(qū)鐵路涵洞勘察過程中需要重點(diǎn)關(guān)注地質(zhì)構(gòu)造、地下水位、地基承載力等方面的問題。只有全面了解地質(zhì)條件，才能為后續(xù)的設(shè)計(jì)提供充分的依據(jù)。本項(xiàng)目中就存在不良地質(zhì)條件，比如南充至巴中段的巖性主要為砂巖、泥巖、粉砂巖等，巖石力學(xué)性質(zhì)較差，產(chǎn)狀較為平緩，風(fēng)化強(qiáng)烈，坡面松散堆積物較厚，在地下水作用下，沿土石界面或不同時(shí)期堆積面、軟弱面形成堆積物滑坡，一般規(guī)模較小，多為淺、中層滑坡，局部為基巖滑坡。

（2）了解水文條件。山區(qū)地域內(nèi)降雨量大，徑流強(qiáng)，常引發(fā)洪水災(zāi)害。為了保障山區(qū)鐵路涵洞的安全可靠性，在勘察設(shè)計(jì)時(shí)需要全面掌握水文條件及其變化規(guī)律，包括河道橫截面形狀、河床高程、設(shè)計(jì)洪水位等信息，同時(shí)還要考慮山區(qū)鐵路涵洞對(duì)下游水位的影響。只有充分了解這些水文信息，才能做出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和決策。另外，由于本項(xiàng)目中地下水類型為孔隙潛水和基巖裂隙水，水位埋深較淺，水量較豐富，接受大氣降水及地表徑流補(bǔ)給，以蒸發(fā)排泄為主，季節(jié)變化幅度大。因此，在勘察設(shè)計(jì)過程中，還需要充分考慮這些地下水資源的開發(fā)利用和環(huán)境保護(hù)等問題。為了在開發(fā)利用和保護(hù)之間取得平衡，需要進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和科學(xué)規(guī)劃，制定合理的開發(fā)利用方案，采取有效的保護(hù)措施，確保地下水資源的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展。

（3）了解氣象條件。山區(qū)氣候復(fù)雜，受地形、海拔高度等因素影響，常出現(xiàn)溫差大、降雨多等特點(diǎn)。這些自然條件使得山區(qū)易發(fā)生自然災(zāi)害，如山洪、泥石流等。因此，在勘察山區(qū)鐵路涵洞時(shí)，需要考慮當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，以便更好地了解可能面臨的不良?xì)庀笄闆r。同時(shí)，為了確保涵洞能夠應(yīng)對(duì)不同的氣象情況，需要進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)室模擬和歷史數(shù)據(jù)分析，以評(píng)估涵洞的可靠性和穩(wěn)定性。例如，可以通過模擬不同強(qiáng)度的降雨來測(cè)試山區(qū)鐵路涵洞的排水能力，以確保其在暴雨天氣下仍然能夠正常運(yùn)作。此外，歷史數(shù)據(jù)也是一種重要的參考，通過對(duì)過去幾年的氣象和自然災(zāi)害情況進(jìn)行分析，可以幫助預(yù)測(cè)未來可能出現(xiàn)的情況，并為山區(qū)鐵路涵洞的設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的指導(dǎo)。本項(xiàng)目所在地區(qū)中的年平均氣溫17 ℃，極端最高氣溫41.6℃，極端最低氣溫-4.5 ℃，最冷月平均溫度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，年平均蒸發(fā)量985.5～1 151.9 mm，最大風(fēng)速0.8～2.0 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向NE。對(duì)鐵路工程影響的氣候分區(qū)為溫暖地區(qū)。

（4）了解地形地貌。每座涵洞設(shè)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，各位置地形情況不一，在進(jìn)行山區(qū)鐵路涵洞設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮地形地貌因素，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定涵洞角度、結(jié)構(gòu)類型、孔徑大小等情況。比如，如果山區(qū)鐵路涵洞建立在山洼之間，則要注意山脈的高度和坡度；如果建立在河流之中，則要考慮水流深度和流速情況；如果建立在道路之上，則需考慮道路通行情況；總之，涵洞的設(shè)計(jì)必須針對(duì)不同的自然條件進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

3.2 強(qiáng)化設(shè)計(jì)規(guī)范性

山區(qū)鐵路涵洞的設(shè)計(jì)需要遵守相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以確保其符合安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等要求。在設(shè)計(jì)過程中需要特別注意以下幾點(diǎn)。

（1）遵循相關(guān)規(guī)范。涵洞的設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格遵守國(guó)家和行業(yè)的相關(guān)規(guī)范，如《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》等。這些規(guī)范具有法律效力，確保了涵洞的安全性和可靠性。此外，還可以采用新型材料和技術(shù)，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性，同時(shí)降低建造成本和維護(hù)費(fèi)用。

（2）注重設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。山區(qū)鐵路涵洞作為排洪和交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其設(shè)計(jì)需要注重細(xì)節(jié)，以確保其使用壽命和安全性。其中，關(guān)鍵因素包括水流分布、混凝土強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)厚度、鋼筋布置等。第一，對(duì)于山區(qū)鐵路涵洞來說，水流分布是一個(gè)重要的考慮因素。在設(shè)計(jì)過程中，必須仔細(xì)研究水文數(shù)據(jù)，考慮河道的流量和速度，以及洪水頻率和概率。這樣可以為涵洞的孔徑和類型提供指導(dǎo)，以確保其能夠有效地處理水流，并保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第二，混凝土強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)厚度也非常重要。混凝土強(qiáng)度或厚度不足可能導(dǎo)致山區(qū)鐵路涵洞在使用過程中出現(xiàn)裂縫和損壞，這將影響其承載能力和使用壽命。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要精確計(jì)算涵洞所需的混凝土強(qiáng)度和厚度，并確保在施工過程中控制好水漿的配比和振搗密度，以確保混凝土的質(zhì)量。

（3）考慮設(shè)計(jì)變量。在山區(qū)鐵路涵洞的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)變量是非常重要的因素之一。這些變量包括但不限于洪水流量、地下水位、地震烈度等。這些變量會(huì)影響山區(qū)鐵路涵洞的結(jié)構(gòu)和安全性能，在設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行綜合考慮。對(duì)于洪水流量來說，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍v史數(shù)據(jù)和氣象預(yù)報(bào)來進(jìn)行評(píng)估。如果涵洞所處的區(qū)域經(jīng)常受到洪水侵襲，那么在設(shè)計(jì)時(shí)就需要設(shè)置較大的洪水流量值，以確保涵洞的安全性能。但如果該區(qū)域洪水情況較為穩(wěn)定，可以適當(dāng)降低洪水流量值，以減少造成的浪費(fèi)問題。地下水位也是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量，會(huì)影響山區(qū)鐵路涵洞的排水效果和承載能力。如果地下水位較高，需要加強(qiáng)涵洞的防水措施，并考慮增加降水措施來防止積水。同時(shí)，還需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整涵洞的承載能力，以確保其能夠承受地下水位壓力。地震烈度也是涵洞設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素之一。在地震區(qū)域，需要設(shè)置較高的地震烈度值來確保涵洞的抗震性能。但在非地震區(qū)域，可以適當(dāng)降低烈度值，以減少造成的浪費(fèi)問題。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

（1）選擇合適結(jié)構(gòu)。針對(duì)不同的地質(zhì)、水文等自然環(huán)境，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方案，同時(shí)還需要考慮成本和工期等因素。第一，選擇合適的山區(qū)鐵路涵洞結(jié)構(gòu)形式。在選擇涵洞結(jié)構(gòu)形式時(shí)，需要考慮多個(gè)因素。第一，要充分了解當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛矖l件，包括河岸高差、流量、土質(zhì)情況等，以確定所需承載力和通水能力。第二，考慮施工便捷性和維修方便性，以確保日后的維護(hù)和維修工作可以順利進(jìn)行。對(duì)于山區(qū)鐵路涵洞結(jié)構(gòu)形式的選擇，常見的有框架涵、蓋板涵、圓管涵等。框架涵是一種矩形或其他規(guī)則形狀的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有較高的承載力和耐久性，適用于較大的水流量和水平跨度。蓋板涵是山區(qū)鐵路涵洞的一種形式，它由蓋板、涵臺(tái)及基礎(chǔ)等部分組成，受力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、排洪能力強(qiáng)，適用于高填土區(qū)域。圓管涵則是由鋼筋混凝土圓形管道組成的結(jié)構(gòu)，可以有效減少水流的阻力，適用于中小型水流量和較小的水平跨度。

（2）合理設(shè)置護(hù)坡。在山區(qū)鐵路涵洞的設(shè)計(jì)中，護(hù)坡是防止河水侵蝕和維護(hù)水道穩(wěn)定的重要措施之一。合理設(shè)置護(hù)坡有助于保護(hù)涵洞出入口基礎(chǔ)、邊坡和維持水道的通暢，同時(shí)還可以增強(qiáng)涵洞的穩(wěn)定性。在設(shè)置護(hù)坡時(shí)，需要考慮多種因素，如周圍環(huán)境、地形和氣候等。具體來說，如果周圍環(huán)境復(fù)雜，地形陡峭，或者經(jīng)常遭受洪水襲擊，那么就需要更加堅(jiān)固和穩(wěn)定的護(hù)坡來保護(hù)河岸和山區(qū)鐵路涵洞基礎(chǔ)。此外，如果水流較快或水位變化大，就需要更加牢固的護(hù)坡來確保水道的穩(wěn)定和順暢。除了考慮周圍環(huán)境和水道特點(diǎn)，還需要注意護(hù)坡的類型和材料選擇。目前常見的護(hù)坡類型有混凝土、片石等。具體選擇哪種類型需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行評(píng)估，例如現(xiàn)有的地形和材料可用性等。在設(shè)置護(hù)坡時(shí)考慮其對(duì)涵洞的作用和影響。護(hù)坡的大小和位置應(yīng)該與涵洞相匹配，以確保其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和功能完善。同時(shí)，護(hù)坡的設(shè)置還應(yīng)符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，以保障公共安全。

4 結(jié)束語

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，越來越多的鐵路線路穿越山區(qū)。在這些地區(qū)建設(shè)涵洞是確保鐵路安全通行和交通通行、防洪排水的關(guān)鍵措施，其勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響著鐵路安全運(yùn)營(yíng)和服務(wù)質(zhì)量。為了提高山區(qū)鐵路涵洞勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量，需要加強(qiáng)對(duì)勘察設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)和教育，增強(qiáng)其專業(yè)技能和責(zé)任意識(shí)。同時(shí)，應(yīng)該建立科學(xué)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量控制流程，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)都符合要求?？傊?，提高山區(qū)鐵路涵洞勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，需要所有建設(shè)人員共同努力，以確保鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?、高效和可持續(xù)發(fā)展。