如何提高山區鐵路涵洞設計質量的探析

楊秀開

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

鐵路建設的不斷加速，越來越多的鐵路線路穿越山區。而在山區鐵路建設中，涵洞作為建設在鐵路上的重要構筑物，其質量直接關系到鐵路運輸的安全和順暢。因此，提高山區鐵路涵洞勘察設計質量已成為一個亟待解決的問題，必須要重視對其進行深入的研究，不斷提高山區鐵路涵洞的整體勘察設計效果，從而進一步推動我國鐵路建設行業的發展。

1 項目概況

本項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、巴中市恩陽區、巴中市巴中區，接入巴中東站至本線設計終點，正線全長151.919 km。線路行經四川盆地東北部、米倉山南麓低山區，整體上地勢呈東北高，西南低，自巴中至南充地勢逐漸降低。沿線經過老君山、青云山、玉龍山、嘉陵江、恩陽河、巴河等著名的山川河流，地勢高低起伏，兇險陡峭，地貌單元分為丘陵區、低山丘陵區和河谷階地區三大地貌單元。

2 橋涵設計原則

2.1 涵洞布設原則

如果山區鐵路涵洞的定位不準確，可能會導致施工過程中需要變更設計方案，從而增加施工時間和成本。因此，在山區鐵路涵洞建設中，準確的定位至關重要。涵洞的定位需要考慮多個因素，如地形地貌、水流情況、交通路線等。對于山區或丘陵地帶，應優先選擇地勢相對平坦、河流比較寬闊的位置；而對于平原區域，則可以根據地形高低和水文特征來確定涵洞的位置。另外，涵洞的設計還需要考慮周邊道路的交通量和速度等因素，以確保山區鐵路涵洞的安全性和可靠性。為了準確定位涵洞，需要使用現代化的測量儀器和技術，例如，利用全站儀和GPS 等技術，可以實現對山區鐵路涵洞里程和涵軸方向的高精度測量。此外，還需要結合現場實際情況對涵洞的位置進行實地核查和調整，確保施工過程中不會出現位置偏差和誤差。

在進行山區鐵路涵洞布設時，需要考慮多方面因素。第一，要確保現有的交通、排洪和排水系統不受影響，以免給周邊居民和企業帶來不必要的困擾和損失。因此，在選擇涵洞位置和孔徑時，必須充分考慮當地的道路和溝渠情況，選用合適的技術方案，確保涵洞建設后能夠實現快速和安全的交通運輸，同時滿足排水和排洪的需要。第二，為了滿足當地的發展需求，涵洞的規劃和布局也需要考慮到地方規劃和土地利用等因素。在確定山區鐵路涵洞數量和孔徑時，需要結合當地的經濟、人口和環境等因素進行科學評估，確保涵洞建設既能滿足當前的需求，又能夠為未來的發展留下一定的空間和余地。第三，山區鐵路涵洞的建設還需要遵守相關的法律法規和標準規范，確保建設過程中的技術要求和安全措施得到落實。在設計和施工過程中，需要注重質量控制和安全監管，確保涵洞建設后能夠長期穩定運行，并為當地的交通發展和防洪排水做出積極貢獻。

2.2 涵洞式樣及孔徑選用原則

山區鐵路涵洞是處理路面交通和山區排水問題的重要結構之一。選擇合適的涵洞類型和孔徑大小需要綜合考慮多個因素，包括但不限于水文、地質、填土高度、立交要求、材料來源和運營養護等。鋼筋混凝土框架涵是常見的涵洞類型，可以適用于大多數情況。但對于站場內填土較高的地方，則使用蓋板涵或肋板涵更為合適。由于燃氣管線需要保護，可以采用無底板的蓋板涵作為燃氣管線護涵，能夠達到良好的效果。在進行既有線接長涵時，一般選用相同類型和孔徑的涵洞，以保持整體性和統一性。涵洞頂部填土高度一般不小于1.5 m，控制路肩高程時應與路肩齊平或略低，這有助于提高涵洞的穩定性和安全性。標準涵洞孔徑有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，可以根據實際需要進行選擇和設計。綜合考慮這些因素并做出合理的選擇，能夠確保涵洞的應用效果和安全可靠性。

3 提高山區鐵路涵洞勘察設計質量的措施

3.1 加強勘察工作

涵洞的勘察是設計前的第一步，它直接關系到后期設計方案的合理性和可行性。在進行涵洞的勘察工作時，應該充分了解地質、水文、氣象以及地形地貌等自然條件以及工程環境情況，對既有線路交通流量、構造形式、技術難度等因素進行全面考慮。需要特別注意以下幾點：

（1）了解地質條件。山區內的地質條件復雜多變，具有地形陡峭、巖石裸露、滑坡泥石流等特點，因此在進行山區鐵路涵洞勘察過程中需要重點關注地質構造、地下水位、地基承載力等方面的問題。只有全面了解地質條件，才能為后續的設計提供充分的依據。本項目中就存在不良地質條件，比如南充至巴中段的巖性主要為砂巖、泥巖、粉砂巖等，巖石力學性質較差，產狀較為平緩，風化強烈，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期堆積面、軟弱面形成堆積物滑坡，一般規模較小，多為淺、中層滑坡，局部為基巖滑坡。

（2）了解水文條件。山區地域內降雨量大，徑流強，常引發洪水災害。為了保障山區鐵路涵洞的安全可靠性，在勘察設計時需要全面掌握水文條件及其變化規律，包括河道橫截面形狀、河床高程、設計洪水位等信息，同時還要考慮山區鐵路涵洞對下游水位的影響。只有充分了解這些水文信息，才能做出科學合理的設計和決策。另外，由于本項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給，以蒸發排泄為主，季節變化幅度大。因此，在勘察設計過程中，還需要充分考慮這些地下水資源的開發利用和環境保護等問題。為了在開發利用和保護之間取得平衡，需要進行綜合評價和科學規劃，制定合理的開發利用方案，采取有效的保護措施，確保地下水資源的可持續利用和生態環境的健康發展。

（3）了解氣象條件。山區氣候復雜，受地形、海拔高度等因素影響，常出現溫差大、降雨多等特點。這些自然條件使得山區易發生自然災害，如山洪、泥石流等。因此，在勘察山區鐵路涵洞時，需要考慮當地的氣象條件，以便更好地了解可能面臨的不良氣象情況。同時，為了確保涵洞能夠應對不同的氣象情況，需要進行綜合實驗室模擬和歷史數據分析，以評估涵洞的可靠性和穩定性。例如，可以通過模擬不同強度的降雨來測試山區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作。此外，歷史數據也是一種重要的參考，通過對過去幾年的氣象和自然災害情況進行分析，可以幫助預測未來可能出現的情況，并為山區鐵路涵洞的設計提供有價值的指導。本項目所在地區中的年平均氣溫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，年平均蒸發量985.5～1 151.9 mm，最大風速0.8～2.0 m/s，主導風向NE。對鐵路工程影響的氣候分區為溫暖地區。

（4）了解地形地貌。每座涵洞設置位置都不同，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，在進行山區鐵路涵洞設計時必須充分考慮地形地貌因素，并根據現場實際情況確定涵洞角度、結構類型、孔徑大小等情況。比如，如果山區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，涵洞的設計必須針對不同的自然條件進行針對性的設計。

3.2 強化設計規范性

山區鐵路涵洞的設計需要遵守相關的規范標準，以確保其符合安全、可靠、經濟、實用等要求。在設計過程中需要特別注意以下幾點。

（1）遵循相關規范。涵洞的設計需要嚴格遵守國家和行業的相關規范，如《鐵路橋涵設計基本規范》《鐵路橋涵混凝土結構設計規范》《鐵路橋涵地基和基礎設計規范》等。這些規范具有法律效力，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，提高結構強度和耐久性，同時降低建造成本和維護費用。

（2）注重設計細節。山區鐵路涵洞作為排洪和交通基礎設施的重要組成部分，其設計需要注重細節，以確保其使用壽命和安全性。其中，關鍵因素包括水流分布、混凝土強度以及結構厚度、鋼筋布置等。第一，對于山區鐵路涵洞來說，水流分布是一個重要的考慮因素。在設計過程中，必須仔細研究水文數據，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，以確保其能夠有效地處理水流，并保持結構的穩定性。第二，混凝土強度和結構厚度也非常重要。混凝土強度或厚度不足可能導致山區鐵路涵洞在使用過程中出現裂縫和損壞，這將影響其承載能力和使用壽命。因此，在設計過程中，需要精確計算涵洞所需的混凝土強度和厚度，并確保在施工過程中控制好水漿的配比和振搗密度，以確保混凝土的質量。

（3）考慮設計變量。在山區鐵路涵洞的設計過程中，設計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。這些變量會影響山區鐵路涵洞的結構和安全性能，在設計時需要進行綜合考慮。對于洪水流量來說，需要根據當地的歷史數據和氣象預報來進行評估。如果涵洞所處的區域經常受到洪水侵襲，那么在設計時就需要設置較大的洪水流量值，以確保涵洞的安全性能。但如果該區域洪水情況較為穩定，可以適當降低洪水流量值，以減少造成的浪費問題。地下水位也是一個重要的設計變量，會影響山區鐵路涵洞的排水效果和承載能力。如果地下水位較高，需要加強涵洞的防水措施，并考慮增加降水措施來防止積水。同時，還需根據實際情況調整涵洞的承載能力，以確保其能夠承受地下水位壓力。地震烈度也是涵洞設計時需要考慮的因素之一。在地震區域，需要設置較高的地震烈度值來確保涵洞的抗震性能。但在非地震區域，可以適當降低烈度值，以減少造成的浪費問題。

3.3 優化設計方案

（1）選擇合適結構。針對不同的地質、水文等自然環境，可以根據實際情況選擇適當的設計方案，同時還需要考慮成本和工期等因素。第一，選擇合適的山區鐵路涵洞結構形式。在選擇涵洞結構形式時，需要考慮多個因素。第一，要充分了解當地的地形地貌條件，包括河岸高差、流量、土質情況等，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，以確保日后的維護和維修工作可以順利進行。對于山區鐵路涵洞結構形式的選擇，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則形狀的鋼筋混凝土結構，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。蓋板涵是山區鐵路涵洞的一種形式，它由蓋板、涵臺及基礎等部分組成，受力明確、構造簡單、施工方便、排洪能力強，適用于高填土區域。圓管涵則是由鋼筋混凝土圓形管道組成的結構，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）合理設置護坡。在山區鐵路涵洞的設計中，護坡是防止河水侵蝕和維護水道穩定的重要措施之一。合理設置護坡有助于保護涵洞出入口基礎、邊坡和維持水道的通暢，同時還可以增強涵洞的穩定性。在設置護坡時，需要考慮多種因素，如周圍環境、地形和氣候等。具體來說，如果周圍環境復雜，地形陡峭，或者經常遭受洪水襲擊，那么就需要更加堅固和穩定的護坡來保護河岸和山區鐵路涵洞基礎。此外，如果水流較快或水位變化大，就需要更加牢固的護坡來確保水道的穩定和順暢。除了考慮周圍環境和水道特點，還需要注意護坡的類型和材料選擇。目前常見的護坡類型有混凝土、片石等。具體選擇哪種類型需要根據當地的實際情況進行評估，例如現有的地形和材料可用性等。在設置護坡時考慮其對涵洞的作用和影響。護坡的大小和位置應該與涵洞相匹配，以確保其結構穩定和功能完善。同時，護坡的設置還應符合相關的安全標準和法規，以保障公共安全。

4 結束語

隨著我國鐵路建設的不斷發展，越來越多的鐵路線路穿越山區。在這些地區建設涵洞是確保鐵路安全通行和交通通行、防洪排水的關鍵措施，其勘察設計質量直接影響著鐵路安全運營和服務質量。為了提高山區鐵路涵洞勘察設計質量，需要加強對勘察設計人員的培訓和教育，增強其專業技能和責任意識。同時，應該建立科學的設計標準和規范，嚴格執行質量控制流程，確保每一個環節都符合要求。總之，提高山區鐵路涵洞勘察設計質量是一項長期而艱巨的任務，需要所有建設人員共同努力，以確保鐵路運輸的安全、高效和可持續發展。