肯尼亞新建標準軌鐵路并行既有線水文災害防治措施

陳　巍　石晉濤　李曉霞

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

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肯尼亞新建標準軌鐵路并行既有線水文災害防治措施

陳巍1石晉濤2李曉霞1

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

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

關鍵詞蒙內(nèi)鐵路既有線涵洞水文災害防護措施

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日正式開工建設的蒙內(nèi)標準軌鐵路采用中國標準[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)新建標準軌鐵路線路走向

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)標準軌鐵路橋涵等構(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)

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

(4)標準軌鐵路與既有米軌鐵路位置關系

新舊鐵路在標準軌鐵路線位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區(qū)，受季風影響，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)既有線水文災害的因素

根據(jù)相關資料[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、設計標準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，當受到路基約束時，可通過沿線設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，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，洪水甚至會淹沒路基。同時，并行區(qū)段植被根系不發(fā)達，覆蓋層薄，雨季水土流失嚴重，當瞬時雨量較大時，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，壓縮橋涵過水斷面，對既有鐵路安全構(gòu)成威脅。

2.2新舊鐵路設計標準不匹配

既有蒙內(nèi)鐵路修建于19世紀末，建設之初標準偏低，相對于目前按中國標準設計建造的蒙內(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。既有線橋涵基礎較淺、孔徑不滿足新建鐵路標準要求、過水能力嚴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。肯尼亞水文資料不完善，消能等措施沒有較為準確的參數(shù)供設計；如采用水害被動防治措施，還是以直接防護為主。

直接防護時應注意作好防護工程的總體布置，整個防護的外形輪廓線應平順，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適當放緩，以減輕局部沖刷。

3.3蒙內(nèi)鐵路涵洞設計原則

(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、小間距設置，以利于分散排水。

(2)既有線在上游時，新建鐵路橋涵設置可按“不考慮既有線”設計孔徑及位置。

(3)既有線在下游時，新建橋涵原則上遵循對應既有橋涵設置；對于確實需要排洪的橋涵處，而既有線無排洪設施時，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，設計標準低，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?shù)厍闆r，并參考蒙內(nèi)標準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?shù)厮馁Y料缺乏，瞬時雨量大，既有線建造時間久遠，標準低，路基高度很低，既有線在雨季甚至會中斷運營。因此，蒙內(nèi)鐵路建成通車后，應加強沿線調(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)于北京交通大學橋梁工程專業(yè)，工學碩士，助理工程師。

文章編號：1672-7479(2016)03-0051-03

中圖分類號：U216.4

文獻標識碼：A

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

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