尼日利亞卡卡鐵路Zaria水庫段線路方案研究

摘要：卡卡鐵路作為尼日利亞現(xiàn)代化鐵路的重要組成部分，對加強北部工業(yè)中心與首都地區(qū)的聯(lián)系，緩解交通運輸緊張狀況，改善地區(qū)間經(jīng)濟發(fā)展均衡狀況，以及增加就業(yè)機會等方面，起著重要的意義和作用。Zaria水庫段作為卡卡鐵路的一個重要控制段落，涉及多項控制因素，設計難度大，影響著鐵路走向方案的確定。為保證線路方案具有更優(yōu)的合理性、安全性和經(jīng)濟性，更能兼顧鐵路和社會經(jīng)濟效益，對Zaria水庫段線路方案進行了深入研究，并提出推薦方案，研究思路可為其他類似項目提供借鑒。

關鍵詞：卡卡鐵路；水庫段；控制因素；線路方案

0" "引言

卡卡鐵路（卡杜納至卡諾段鐵路）是尼日利亞現(xiàn)代化鐵路的重要組成部分，也是尼日利亞“三縱五橫”鐵路網(wǎng)的重要組成部分[1]。項目建設有助于改善交通基礎設施服務水平，完善國家鐵路網(wǎng)絡布局，優(yōu)化區(qū)域綜合交通運輸體系；有助于促進沿線地區(qū)資源開發(fā)及工業(yè)化、城市化進程，推動沿線地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展；對加強沿線各州聯(lián)系、增強首都阿布賈對北部地區(qū)輻射效應，促進區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義[2]。

卡卡鐵路是尼日利亞目前在建工程中規(guī)模最大的交通工程項目，尼日利亞交通部（業(yè)主）對該項目高度重視，且要求極高。目前，各方（業(yè)主、咨詢和承包商）人力、物力資源已逐步就位，作為上序設計資料，線路方案的確定以及獲得業(yè)主咨詢的審核批復，是最為重要緊迫的一項任務。

Zaria水庫段作為影響線路走向方案的一個重要控制段落，涉及水庫、高壓線和建筑物拆遷等多項控制因素，面臨著外部條件復雜、設計難度大、咨詢要求高等難題，因此需要綜合考慮各項控制因素，兼顧內(nèi)外部條件，對該段線路方案進行深入研究，攻克難題，推薦出最優(yōu)方案，以控制項目建設的質(zhì)量、進度和投資。

1" "鐵路主要技術標準

由于本項目資金考慮中國融資，故主要技術標準參照中國鐵路設計標準[3]。具體如下：鐵路等級參照國鐵 I級；軌距為1435mm；設計速度150km/h，平縱設計預留200km/h條件；限制坡度為12‰；最小曲線半徑一般條件下為2000m，困難條件下為1600m；采用內(nèi)燃機牽引，預留電氣化條件；貨機類型為DF8B，客機類型為DF11；牽引質(zhì)量4000t；到發(fā)線有效長度850m。

2" "線路方案研究

2.1" " 控制因素分析

Zaria水庫段涉及較多的控制因素，對線路走向方案的確定影響較大，具體控制因素如下所示：

2.1.1" "Zaria水庫

該水庫位于Zaria市區(qū)東北側，水庫大壩位于加爾馬（Galma）河上，該河流域是一個蓬勃發(fā)展的農(nóng)業(yè)區(qū)，全年都在輸水，7、8月流量最高，3、4月流量最小。該水庫大壩集水面積3200km²，總庫容16×10⁶m³，最大壩高14.9m。該水庫為鐵路必經(jīng)之地，鐵路需從其南側跨至北側，線路方案選擇時需充分考慮水庫對鐵路的影響[4]。

2.1.2" "電力高壓線

沿線分布有132kV和330kV的高壓線，為尼日利亞電力網(wǎng)絡重要走廊，兩者并排走行，且與鐵路必然產(chǎn)生交叉關系，線路方案選擇時需盡可能減小對電力高壓線的影響。

2.1.3" "建筑物拆遷

線路方案起點位于Zaria城區(qū)東側，雖然地處城區(qū)邊緣，但建筑物仍較為密集。尼日利亞為土地私有制國家，征地拆遷難度較大，且對工期影響較大。線路方案選擇時需盡量繞避建筑物，減少拆遷工程[5]。

2.1.4" "既有交通網(wǎng)絡

該段分布有既有窄軌鐵路和既有公路，其中既有A2快速路為尼日利亞最高等級的主干道，線路方案選擇需避免或減小對既有交通的影響，保證交通正常運行。

2.1.5" "其他控制因素

其他控制因素包括線形條件、工程地質(zhì)條件和施工條件等。

2.2" " 兩種方案說明

本次綜合考慮以上控制因素，結合現(xiàn)場調(diào)查情況，有水庫上游方案和水庫下游方案兩種方案。兩方案比較示意圖如圖1所示。

水庫上游方案如下：線路從比較起點D1K839+400引出，折向東北，逐漸偏離Zaria城區(qū)，繞避建筑物，然后于Zaria水庫上游較窄處跨越河道至其北側，最終取直走行接入比較終點D1K895+760，沿線與高壓電力線交叉1次。比較段線路長56.36km，設橋梁4座，橋梁長1021.5m，橋梁比為1.8％。路基挖方54.9萬m³，填方317萬m³。

水庫下游方案如下：線路從比較起點DK839+400引出，沿Zaria城區(qū)邊緣走行，于Zaria水庫大壩下游約700m處跨越河道至其北側，然后沿A2快速路和既有窄軌鐵路東側走行，直至比較終點DK898+000，沿線與高壓電力線交叉3次。比較段線路長58.60km，設橋梁6座，橋梁長2053.7m，橋梁比為3.5％。路基挖方46萬m³，填方376萬m³。

2.3" " 方案優(yōu)缺點分析

2.3.1" "從線型順捷角度分析

水庫下游方案在比較起點至水庫段受地形、地物限制，采用較小半徑的S彎，線形條件相對較差，線路長度較水庫上游方案增加了2.22km。因此，從線型順捷角度分析，水庫上游方案較優(yōu)。

2.3.2" "從工程地質(zhì)條件角度分析

兩方案所處區(qū)域的地質(zhì)條件基本相當，研究區(qū)域內(nèi)復雜巖石主要由細粒片麻巖和混合巖組成，少數(shù)地區(qū)有粗?；◢弾r出露，片麻巖，中～弱風化，主要礦物成分由石英、長石組成，風化層深度一般為10m，局部延伸至約60m；區(qū)域內(nèi)無不良地質(zhì)。因此，從工程地質(zhì)條件角度分析，兩方案基本相當。

2.3.3" "從鐵路受水庫影響角度分析

本次研究采用國際通用的理論計算公式和SCS模型等方法進行水文水力分析，得出Zaria水庫大壩和加爾馬（Galma）河的百年一遇預計洪峰流量，繼而分析其對鐵路工程的影響。洪峰流量計算公式如下[6]：

分析認為，水庫下游方案采用（15～32m）預應力簡支T梁橋從水庫下游穿過，受水庫大壩泄洪、潰壩影響較大，水文條件不穩(wěn)定，一旦出現(xiàn)潰壩，將對鐵路工程產(chǎn)生嚴重的影響，危及國家財產(chǎn)和乘客人身安全。水庫上游方案采用（7～32m）預應力簡支T梁橋從水庫上游較窄處穿過，水文條件相對穩(wěn)定，受水庫影響小，安全性較高。故從鐵路受水庫影響角度分析，水庫上游方案更優(yōu)。水庫上游方案走向示意圖如圖2所示。

2.3.4" "從對高壓線干擾影響角度分析

電力高壓線主要為132kV和330kV的高壓線，水庫下游方案與高壓線交叉3次，根據(jù)現(xiàn)場實際交叉凈空、凈高及當?shù)亟徊嬉?guī)范要求等情況判斷，3次交叉均需對高壓線進行遷改，遷改費用高，實施難度大。水庫上游方案與高壓線交叉1次，根據(jù)現(xiàn)場情況判斷，僅需對高壓鐵塔進行抬升處理，實施難度相對較小，費用相對較低[7]。

另外，考慮到尼日利亞實際國情，各部門間的溝通協(xié)調(diào)效率相對較低，而高壓電力線遷改涉及到交通部門和電力部門的長時間交涉拉鋸，對建設工期影響較大[8]。因此，從對高壓線干擾影響角度分析，水庫上游方案更優(yōu)。

2.3.5" "從建筑物拆遷角度分析

水庫下游方案在比較起點至水庫段雖然沿城區(qū)邊緣走行，但由于受河流、城市分布情況限制，仍存在大量的建筑物拆遷（涉及拆遷長度約1.8km），且無法繞避，拆遷工程大，難度高，將對工期造成極大影響。水庫上游方案從比較起點引出后逐步偏離城區(qū)，建筑物分布較為零星，拆遷工程小，難度相對較低[9]。因此從建筑物拆遷角度分析，水庫上游方案更優(yōu)。

2.3.6" "從施工交通條件角度分析

水庫下游方案與A2快速路距離較近，施工期間交通條件較為便利，有利于人員、材料和機械運輸，提高效率[10]。而水庫上游方案距離公路相對較遠，交通條件相對較差。故從施工交通條件角度分析，水庫下游方案較優(yōu)。

2.3.7" "從主要工程投資角度分析

本次研究綜合考慮鐵路鋪軌工程、橋涵工程、路基工程及其他主要工程進行投資測算[11]，得出水庫上游方案主要工程投資較水庫下游方案節(jié)省了9023萬元。因此從主要工程投資角度分析，水庫上游方案更優(yōu)。

2.4" " 方案推薦意見

綜上分析，水庫上游方案雖然施工交通條件相對較差，但其具有線型更為順捷、受水庫影響小、安全隱患小、對高壓線干擾影響小、拆遷工程小、施工難度小及工程投資省等優(yōu)點。故本次Zaria水庫段線路方案研究推薦采用水庫上游方案。

3" "結語

Zaria水庫段作為卡卡鐵路的一個重要控制段落，涉及多項控制因素，設計難度大，影響著鐵路走向方案的確定。為保證線路方案具有更優(yōu)的合理性、安全性和經(jīng)濟性，更能兼顧鐵路和社會經(jīng)濟效益，對Zaria水庫段線路方案進行了深入研究，并提出推薦方案。

本文通過對Zaria水庫段線路方案進行深入研究，充分考慮了各項主次控制因素，理清內(nèi)外部條件及存在問題，遵循“安全、經(jīng)濟、適用”的設計原則，推薦了更具優(yōu)勢的水庫上游方案，有效地解決了該段線路方案難題。該方案最終得到了業(yè)主和咨詢的高度認可，順利獲得批復。按時提交合理的方案開展相關設計工作，為保證設計進度和項目整體進度奠定了良好的基礎。本文設計案例較為典型，研究思路清晰、科學，可為同類項目提供相關借鑒。

參考文獻

[1] 中國土木工程集團. 新建鐵路尼日利亞鐵路現(xiàn)代化項目伊巴丹至卡諾段可行性研究報告[R].北京：中國土木工程集團， 2018：10-20.

[2] 韓霜.拉伊鐵路沿線站場布局方案研究[J].鐵道建筑技術，2022（11）：82-85+145.

[3] TB 10098-2017， 鐵路線路設計規(guī)范[S].

[4] 郝勇.上游水庫對于鐵路橋梁橋址處流量影響的研究[J].山西建筑，2020，46（20）：179-180.

[5] 馬彥祥.多準則妥協(xié)解排序法在境外鐵路選線方案應用[J].鐵道工程學報，2022，39（4）：1-4+10.

[6] TB 10017-2021，鐵路工程水文勘測設計規(guī)范.

[7] NIGERIAN ELECTRICITY SUPPLY AND INSTALLATION"STANDARDS. REGULATION NO： NERC/Reg/1/2015.

[8] 易思蓉.鐵道工程[M].北京：中國鐵道出版社， 2016.

[9] 鐵道部第一勘測設計研究院. 鐵路工程設計技術手冊 線路[K].北京：中國鐵道出版社，1994.

[10] 畢強.超大規(guī)模鐵路施工便道總體建設原則分析[J].高速鐵路技術，2022，13（3）：76-80.

[11] 李穎龍.淺談鐵路工程標前成本測算的必要性和測算方法[J]."價值工程，2020，39（6）：263-264.