鐵路框架式涵洞設計重點研究

韋馳

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600)

0 引言

在對鐵路框架式涵洞進行施工的時候要注意應用科學的施工技術，這對涵洞修建的經濟合理性以及涵洞修建的安全穩定性有著非常重要的作用。因此需要全方位考慮人力、物資等方面的合理配置，滿足設計與施工相關要求。為了使施工順利推進并符合工程標準要求，前期的設計工作發揮著非常重要的作用。設計人員將對有關技術方面的理解與運用都體現在一張張的設計圖紙上，施工人員按照圖紙進行施工，二者相互結合不僅能夠順利推進涵洞建設，也能保證鐵路的壽命周期。設計人員要想設計好圖紙必須能夠準確分析相應的勘察資料與設計基礎資料，確保項目進度和施工質量達到標準要求。所以，在對鐵路框架式涵洞進行設計的時候應遵循“安全穩定、先進成熟、經濟環保”的技術原則，避免設計完成后在后期鐵路施工的過程中出現一系列相關問題。

1 框架式涵洞總體設計與規劃

1.1 設計目標與施工

第一，在對鐵路框架式涵洞進行設計與施工時，其涵洞主體部分無論是設計規劃還是施工過程都應該遵循安全穩定、經濟環保的主要原則，保證設計與施工過程的零缺陷。

第二，整個項目的設計都要完全符合國家鐵路工程相關的安全標準，施工也都要符合整體設計要求。

1.2 整體施工組織方

從目前來看，在對鐵路框架式涵洞進行施工時，其涵洞施工所使用到的主要材料與結構還是鋼筋與混凝土構成的框架結構，為了保證原材料和框架結構順利使用，應預先設計好水電供應方案和施工道路建設方案。之后要對建設過程中的鋼筋混凝土框架結構進行整體評估，確保實際施工與設計二者之間不存在誤差。經過整體評估發現確實有誤差，設計人員要立即對相應的施工方案與組織方案進行修改。

1.3 施工過程的組織方式與措施

1.4 施工中的環保設計準則

鐵路橋涵的施工大多是在多山、多樹、多水流的環境中進行，為了保證施工生態環境的穩定與多樣性，要遵循以下設計準則。一是不做任何除建設必要外的開采、填埋活動，防止破壞環境事件的發生。二是建設過程中產生的揚塵以及有毒氣體的排放要完全符合國家排放相關標準。

2 鐵路框架式涵洞工程設計要點

簡要地梳理一些框架式涵洞工程在進行施工時的相關技術要求以及重要措施，從而進一步提升設計質量，促使相關設計人員能夠更好地熟悉并掌握涵洞設計規范與標準。

2.1 常規要求

第一，在對框架式涵洞進行設計時，應該在有關規范和勘測方面的相關資料基礎上進行設計，施工過程中針對所形成的孔徑、涵位以及類型方面的核對可通過交通、縱橫斷面、水文以及交通等方面來進行。設計過程中還應該注意涵洞兩側的出入口順接設計與防護設計。對于流水面高程方面的設計，涵洞基底的處理措施以及涵洞建設的合理長度等務必要進行正確的設計。通常情況下，在多山與多丘地區應遵循“逢溝必建涵或建橋”的設計原則，禁止隨意合并或是改移已設計好的涵洞。但在實際建設的過程中，環境條件復雜多變，為了建設的合理性與經濟性可根據修建地區的水文地理等條件，經過專業人員全方位探討研究并在技術條件允許的情況下考慮合并或是改移涵洞。

第二，不同類型涵洞的孔徑根據其功能不同，大小也會有所差別。灌溉方面的涵洞其孔徑應＞1m，用于排洪方面的涵洞其孔徑應＞1.25m，當所設計的涵洞處于車站和城鎮的區域內以及有污水的排放等情況下，可根據實際情況來增加涵洞的孔徑。針對交通方面的涵洞設計要求，涵洞孔徑的設計要結合當地實際的交通需求、排水要求以及路面寬度的需求來確定。對于通行汽車以及大型農機類型的車輛，設計的通道凈值寬度應≥6m，路面以上的凈值高度≥5m，在有困難的情況下其高度最低可降至4.5m。用于機械耕地的農業車輛其通道的凈值寬度應該＞4m，路面以上的凈值高度應該≥3.5m。涉及自行車、電動車以及行人的通道其凈值寬度應該≥4m，路面以上的凈值高度要≥2.5m，特殊情況下可降低至2.2m。交通涵的通行凈值高度＜5m時，出于安全方面的考慮，要在位于涵洞兩側的出入口處設置限高防護架。

第三，在對涵洞頂進行設計時，要注意不應高于基層床表層底面，涵洞頂部控制路肩高程的時候其高度能夠與路肩齊平，但不能超過路肩，特殊情況下可按小橋設計（設立人行道與欄桿），并按照軌下枕底的道床厚度滿足相應規定處理。高速鐵路方面其填土的高度應＜1.5m，若是涉及斜交涵洞，那么設計斜交角度時其值不能＞30o。若是填土高度≥1.5m，其斜交角的設計值不應＞45o。

第四，需要建設第二條線或是對原有線路進行改造修建時，對涵洞進行改造要遵循以下原則：一是涵洞凈值高度或者是內徑＜0.6m時應考慮拆除并重新建設。二是當其高度或者內徑高度＞0.6m 時，可考慮接長繼續使用，但應該注意接長后的涵洞凈值高度或孔徑其凈值高度應＞1m。三是在對涵洞進行接長時，要注意檢測涵接長側端部的涵節結構所能夠適應的承載力能否滿足實際需求，若是不能夠滿足則應該更換或者進行加固處理。

第五，根據相關規定要求進行涵洞設計時，要根據實際的沉降量來設置上拱度，設置完成以后其內部的流水槽面最高點不能超過入口處流水槽面的最高點。當涵洞位于巖石地基上或處于陡坡上，此情況下可不對其設置上拱度。有的涵洞在設計時不需要進行沉降檢算，應根據不同類別的地基土來進行上拱度設計。首先，地基土類型為砂礫、粗砂、碎石土、卵石土、中細砂等的碎土、碎砂：H/80，其中H 為線路中心處涵洞流水面到軌道底部的高度。其次，半干硬、硬塑黏性土與老黃土：H/50，新的黃土和軟塑黏性土可適當加大。最后，一些高原地區或者是天氣較為寒冷地區，在修建時經常會遇到長年的凍土地基，設計時應按照凍結原則來進行設計：弱融沉土為H/100，強融沉土為H/50，融沉土為H/80。

2.2 涵洞兩側出口與入口處的鋪砌

第一，在進行涵洞設計時，要注意避免經水流沖刷造成的路基以及涵洞的自身安全問題。為了減少這種情況所造成的破壞，可在涵洞兩側出口與入口處以及路基的邊坡處采取鋪砌措施來形成防護作用。若涵洞的基礎類型為分離式，則基礎之間應該鋪砌泄床并與基礎相互頂緊。進行鋪砌的原材料最好使用漿砌片石，其使用厚度不應超過0.35m，在對其進行鋪砌時，下設墊層厚度為0.1m。涵洞內的水流速度超過6m/s 時，原材料可考慮使用混凝土。

硬文化是指教室內設置的英文標語、英語墻報、英語畫刊等；校園里開辦“英語角”，這些能夠體現和強化一種英語氛圍。

第二，在對排洪涵洞、灌溉類型的涵洞的出口處與入口處進行鋪砌防護時，應在錐體坡腳處進行鋪砌，所鋪砌的寬度應在兩側錐體之外再增加0.5m，鋪砌的過程中要注意整體與溝形的銜接度和匹配度。對路基邊坡進行鋪砌防護時，其鋪設寬度與溝床鋪砌寬度相同即可。入口處的路基邊坡防護高度，應按照洪峰流量出現累計頻率時，超過所對應的涵洞前積水高度0.25m，出口處的則按照涵洞內部臨界水深的高度超過其0.25m，無論是出口還是入口所設計的防護高度都不能小于所含錐體的頂點[1]。

第三，交通類型的涵洞路面結構要與道路的相同，框架等鋼筋混凝土整體基礎的交通涵洞內應在其基礎頂面設置厚度不小于0.1m 的路面鋪裝層，以防基礎被磨損。入口處與出口處所設計的錐體結構應使用干砌片石護坡，不對路基邊坡進行鋪砌防護。兼作排洪、灌溉和洪泛區淹水的交通涵，應按排洪涵的要求進行鋪砌防護。

3 框架式涵洞設計需要注意的問題

近年來，隨著我國經濟的不斷發展，對交通運輸量的需求也在不斷地增加，鐵路建設快速發展的同時，對于圖紙設計的質量與時效性要求也變得越來越高。所以設計人員在進行設計時要根據實際情況進行科學合理的設計，避免生搬硬套，并且所設計的技術規范與標準還要符合國家所規定的要求，進一步提高設計質量。通常情況下，針對框架式涵洞的基礎進行設計時，為了避免兩端邊墻基礎因有沉降情況出現所導致的危害，在使用分離式基礎的時候要格外謹慎。采用分離式基礎時所設計泄床使用的原材料應為漿砌片石，并與基礎緊密相頂。入口與出口處的翼墻使用分離式基礎的時候，位于前墻周圍內的泄床的厚度應該和翼墻基礎的厚度相同。

3.1 涵洞基礎厚度

基于該條件下其涵洞基礎的厚度設計要完全符合基底埋深的要求以及相關結構的構造要求。整體混凝土基礎的厚度要大于0.6m并大于等于孔徑的一半，剛性角方面的角度應≤45o，分離式基礎的厚度要≥1m。框架式涵洞不應低于1.25m，且不低于中間涵節的基礎厚度。

3.2 各類型涵洞

若所設計的排洪涵洞其孔徑較大時，考慮實際水文條件符合要求后應優先考慮使用雙孔涵洞，這樣更加具有經濟性。設計要求涵前不允許有較多積水的情況下或者路基高度不夠時，在經濟與技術條件允許的情況下可使用多孔涵洞，但需要注意的是蓋板涵與拱涵不適合用于多孔涵洞，可使用三孔框架涵來代替。在對斜交涵洞設計時應按照“斜交斜洞口”的原則來進行設計，不適合按照“斜交正洞口”的原則來進行設計。

3.3 其他方面

涵洞設計時還應該考慮地基土所能夠承受的荷載范圍，大多數情況下其容許的承載能力要≥150kPa，并且下部沒有軟弱下臥層。特殊情況下，基底下部的軟弱土層的厚度較厚時，也就是換土與填土的工作較為困難時，就需要考慮使用高壓旋噴柱、CFG 柱等地基加固措施，大多數情況下最大的換填深度應把控在4m左右較為合適。在施工過程中所用到的各個零件器材要對其數量進行準確記錄，其中就包含交通涵中所使用的蓋板數量，拆除過程中所用到的防拋網，有線防護所使用到的欄桿、擋墻等。尤其需要注意的是在設計交通涵時所用到的欄桿件數量，并考慮所使用的欄桿類型風格與橋梁段欄桿的類型風格是否統一。

4 框架式涵洞工程施工環保設計

隨著經濟與科學技術的不斷發展，我國在追求量的同時，對環境保護也提出了更為嚴格的要求，更加重視環保工作。為了符合相關要求，在對框架式涵洞進行設計時，其施工過程要盡可能符合環保設計理念。

4.1 環保要求

工程應在監督管理下實現標準化作業，在施工過程中最大程度地保持施工地周圍的生態環境與生態平衡，不肆意破壞周邊環境影響平衡。施工過程中避免不了會有固體的、有害氣體和有毒氣體的排放，要做好相應的防護措施使其排放標準符合國家規定要求。

4.2 建立環境保護體系

對于項目施工過程中的環境保護工作要建立相應的領導小組來進行監督，小組成員應該由專業的技術人員、總工程師以及工程監理組成，其主要的負責內容是工程環保設計方案、水土保護設計方案以及施工過程中出現環境破壞的補救措施設計方案等多方面的審批，并且對現場所存在的環境問題進行指導和方案的制定。從施工方案的設計到具體實施要嚴格遵守我國有關環境保護、動物保護等方面的法律法規。

4.3 主要環保措施

4.3.1 減少噪聲污染

施工過程中所使用的機械設備所產生的噪聲會對沿線的動物、植物以及附近居民造成較大的影響，所以要布置好科學合理的噪聲隔離帶來減少噪聲污染，盡量減少夜間作業。

4.3.2 防止水污染

施工過程中嚴格管理污水的排放與處理，嚴禁將施工所產生的污水與生活污水直接排放到河流中。所有污水經過處理后方可排放在所規劃的排放地。

5 結語

隨著我國鐵路網的不斷擴大，鐵路框架式涵洞的建設也在不斷增加。為了更好地保證鐵路線路的安全穩定，設計人員應投入更多時間對框架式涵洞設計進行總結，找出存在的問題，為今后的設計工作鋪路，滿足安全要求以及工程的經濟適用性，確保涵洞的長期安全使用。