金發(fā)良

(沈陽(yáng)鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，沈陽(yáng) 110013)

通霍鐵路既有線水害原因分析及對(duì)策研究

金發(fā)良

(沈陽(yáng)鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，沈陽(yáng) 110013)

通霍鐵路是蒙東地區(qū)一條重要的煤炭運(yùn)輸通道，線路沿松遼平原和大興安嶺南支余脈山前平原等地帶通過(guò)，由于特殊的水文和地貌、地質(zhì)條件，沿線水害多發(fā)。本文對(duì)既有線歷年水害段落進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出了既有線水害的發(fā)生規(guī)律，對(duì)水害原因進(jìn)行了細(xì)致深入的分析，并結(jié)合地區(qū)降水特征、地形及地質(zhì)條件、工程條件等因素提出了既有線水害整治的原則和措施。

鐵路 既有線 水害 原因 對(duì)策

1 通霍線概況

1.1 歷史沿革

通霍線位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市和興安盟境內(nèi)，南起通遼站，經(jīng)由通遼市、科爾沁左翼中旗、扎魯特旗、科爾沁右翼中旗，終點(diǎn)至霍林河站，既有線全長(zhǎng)416.6 km。通霍線是東北路網(wǎng)的重要組成部分，是東北西部地區(qū)一條主要的鐵路支線，也是內(nèi)蒙古自治區(qū)的一條主要煤炭運(yùn)輸大通道。

通霍線始建于1978年，1986年正式投入運(yùn)營(yíng)。設(shè)計(jì)之初通遼至云端、云端至珠斯花和珠斯花至霍林河三段線路分別按照年運(yùn)量20 Mt、10 Mt和6 Mt進(jìn)行設(shè)計(jì)，造成部分構(gòu)造物和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)偏低。

1.2 線路概況

1.2.1 線路走向

通霍線起自大鄭鐵路的通遼站，經(jīng)由舍伯圖、毛告吐、扎魯特、白音胡碩、吐列毛杜、西哲里木、珠斯花至霍林河站，線路全長(zhǎng)416.6 km。

1.2.2 橋涵等構(gòu)筑物分布

全線建有特大橋1座，大橋10座，中橋36座，小橋93座，涵洞339座，橋梁總長(zhǎng)度6 326延長(zhǎng)米，涵洞總長(zhǎng)5 386橫延米。

1.2.3 存在的薄弱環(huán)節(jié)

通霍線始建于1978年，存在著標(biāo)準(zhǔn)偏低、質(zhì)量較差等問(wèn)題，該線橋涵設(shè)計(jì)按照干旱地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，考慮了凍脹因素，但未考慮沖刷影響，造成多數(shù)橋涵基礎(chǔ)埋深不能滿足沖刷要求。另外，沿線土質(zhì)多為細(xì)砂及粉細(xì)砂，抗沖刷能力差，遇強(qiáng)降雨極易發(fā)生水害，自開通以來(lái)發(fā)生多起水害，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，水害已成為影響既有線運(yùn)營(yíng)安全的主要病害。

2 水害形成的自然條件

2.1 地形地貌

沿線所經(jīng)地區(qū)的地勢(shì)，可分為平原區(qū)、山前平原區(qū)及低山丘陵區(qū)。

通遼至巴彥居勒赫為松遼平原(既有線里程起點(diǎn)K0—K140)，地形平坦、地勢(shì)開闊，沿線固定平沙地發(fā)育，局部有固定沙丘，零星分布有半固定沙丘，部分為耕地，個(gè)別地段有低洼濕地，微鹽漬化，地面高程180～220 m，相對(duì)高差一般<10 m。

巴彥居勒赫至白音胡碩(既有線里程 K140—K200)為山前平原區(qū)，地形較平坦，局部稍有起伏，局部分布固定沙丘及固定平沙地，地面高程200～260 m，相對(duì)高差約10～20 m。

白音胡碩至霍林河(既有線里程K200—K420)為低山丘陵區(qū)，為大興安嶺南支余脈，地形起伏，地面高程240～900 m，相對(duì)高差約100～200 m，多被剝蝕成圓頂山，基巖多裸露，覆蓋層薄，珠斯花至霍林河段分布有固定沙丘和固定平沙地。

2.2 水文氣象特征

通霍線所經(jīng)地區(qū)屬中溫帶亞干旱氣候區(qū)。寒暑變化極為懸殊，冬季酷寒，夏季燥熱，日溫差變化大，蒸發(fā)量大于降水量4～5倍。汛期降水較為集中。

沿線主要河流有西遼河、新開河、道勞杜河、霍林河等。其中西遼河、新開河、道勞杜河屬遼河水系，霍林河屬黑龍江流域嫩江水系，除西遼河與霍林河常年流水外，其余河流屬季節(jié)性河流，水量隨季節(jié)變化大，旱季多干涸無(wú)水。

3 既有線水害情況及原因分析

3.1 歷年水害情況

通霍線建成通車后未能經(jīng)受住洪水的考驗(yàn)，部分地段的橋涵及路基在汛期被沖毀。該線每逢雨季均有水害發(fā)生，尤以1998年最為嚴(yán)重，給既有線的運(yùn)營(yíng)及安全造成了極大的影響。歷年發(fā)生的主要水害有：

1987年汛期洪水，沖毀了5座橋梁的錐體護(hù)坡和1座涵洞;1990年汛期洪水，沖毀了2座橋梁的錐體護(hù)砌、2座涵洞的錐體及溝床鋪砌、4處道床被掏空、1處站區(qū)積水、1處山體滑坡、1處泥沙淤埋線路、1處路基下沉;1991年汛期洪水，沖毀了1座橋梁護(hù)錐及1座涵洞、1處道床被掏空、1處水淹路基、4處山體滑坡、1處泥沙淤埋線路;1993年汛期洪水，共沖毀線路18處，橋涵13處，造成正線斷道 4處累計(jì)中斷行車188 h;1994年汛期洪水，造成3座橋梁護(hù)錐被沖毀、5處道床被掏空、1處路基浸水、2處路基滑坡、1處泥沙淤埋線路、1處路基下沉;1996年汛期洪水，造成3座橋梁護(hù)錐被沖毀、2座涵洞錐體及溝床鋪砌被沖毀。

圖1 1998年K418+330梁橋水害現(xiàn)場(chǎng)

圖2 1998年K384路基水害現(xiàn)場(chǎng)

1998年8月通霍線沿線普降大雨，歷時(shí)數(shù)天，引發(fā)了歷史上罕見的特大洪水，既有線設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞，中斷行車達(dá)53 d之多。計(jì)沖毀橋梁9座696延米，沖毀涵洞3座45.44延米，沖毀路堤17處1 518延米，路基(路塹)邊坡坍塌17處338延米，11座橋梁的錐體護(hù)坡及河床鋪砌被沖毀，44座涵洞錐體及溝床鋪砌被沖毀，13處道床被淘空，計(jì)4 390延米(見圖1、圖 2)。

3.2 易受水害地段統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)歷年水害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通霍線各易發(fā)水害段落及水害特征見表1。

3.3 水害成因分析

水害的形成是自然因素、設(shè)備缺陷和人類活動(dòng)長(zhǎng)期作用的結(jié)果。從沿線水害產(chǎn)生和發(fā)展分析，認(rèn)為地形地貌和通霍線既有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低及當(dāng)?shù)刂脖辉馄茐氖侵饕颉?/p>

3.3.1 自然因素

水害多發(fā)的山前平原區(qū)范圍內(nèi)既有線距離山區(qū)較近，一般為2～6 km，地表局部有固定沙丘，零星分布有半固定沙丘，部分為耕地，個(gè)別地段有低洼濕地。由于既有線距山區(qū)較近，汛期洪水進(jìn)入平原區(qū)時(shí)，洪峰快速塌平沙丘，洪水平面擴(kuò)散，當(dāng)受到路基約束，通過(guò)沿線設(shè)置的橋涵，將水排至線路下游側(cè)。但當(dāng)排洪橋涵的孔徑不足，過(guò)水?dāng)嗝娌荒軡M足要求時(shí)，洪水迅速漫出河(溝)槽，沿河(溝)槽兩側(cè)路基擴(kuò)散，遇有低洼地勢(shì)時(shí)則形成積水，隨著積水深度加深及水面擴(kuò)張，在風(fēng)浪的作用下，如路基邊坡無(wú)防護(hù)或防護(hù)較弱時(shí)，極易被淘空，否則，也會(huì)造成洪水淹沒(méi)路基。

由于地表覆蓋層土質(zhì)松散，抗沖刷能力低，當(dāng)橋梁孔徑不足，壅水抬高后，則橋下流速增大，沖刷加劇，這對(duì)埋置深度不足的明挖基礎(chǔ)橋梁的威脅是顯而易見的。另外，因地表覆蓋層土質(zhì)松散，當(dāng)遭遇大暴雨形成的強(qiáng)洪峰時(shí)，河流極易改道，這樣直接導(dǎo)致的最嚴(yán)重后果是路基被沖毀 。

水害多發(fā)的低山丘陵區(qū)植被稀少，覆蓋層薄，汛期洪水夾持大量泥沙通過(guò)橋涵，當(dāng)橋涵孔徑不足時(shí)，泥沙極易沉淀造成淤積，壓縮橋涵過(guò)水?dāng)嗝?，?duì)橋涵及路基構(gòu)成威脅;另外，洪峰末期，由于缺少后續(xù)動(dòng)能，洪水中夾持的大量泥沙淤積于橋涵入口附近，容易造成泥沙淤埋線路。

3.3.2 設(shè)備缺陷

通霍線建設(shè)之初標(biāo)準(zhǔn)偏低，既有線路路基填筑填料不合格、路基邊坡缺少起碼的防護(hù)措施、部分路段路肩高程不滿足百年洪水位要求，是造成路基被沖毀的主要因素。橋涵基礎(chǔ)較淺，孔徑不滿足要求，過(guò)水能力嚴(yán)重不足等是造成橋涵被毀的必然結(jié)果。

經(jīng)調(diào)查，水害地段的個(gè)別橋梁長(zhǎng)度不能滿足行洪的要求，基礎(chǔ)埋置深度不足。全線總計(jì)129座大、中、小橋，其中14座為鉆孔樁基礎(chǔ)，2座為沉井基礎(chǔ)，其余均為明挖基礎(chǔ)。涵洞孔徑偏小是個(gè)普遍的問(wèn)題，全線計(jì)有涵洞339座，其中，鋼筋混凝土蓋板箱涵131座，占38%;鋼筋混凝土圓涵208座，占62%，另外小孔徑涵洞的比例較高，其中孔徑1.5 m的鋼筋混凝土蓋板箱涵72座;孔徑1.25 m的鋼筋混凝土蓋板箱涵3座;孔徑1.5 m的鋼筋混凝土圓涵54座;孔徑1.25 m的鋼筋混凝土圓涵87座;孔徑1.0 m的鋼筋混凝土圓涵67座。孔徑1.5 m及以下的涵洞計(jì)283座，占84%?？讖?.25 m及以下的圓涵，在汛期排洪過(guò)程中，由于上游洪水來(lái)勢(shì)兇猛，極易形成有壓狀態(tài)。沿線如此高比例小孔徑涵洞設(shè)置，在這樣特殊地形及地質(zhì)條件下，且常有水害發(fā)生，這在汛期對(duì)既有線安全是個(gè)極大的威脅。

表1 通霍線易發(fā)水害地段統(tǒng)計(jì)

3.3.3 人為因素

由于近年來(lái)當(dāng)?shù)鼐用襁^(guò)度的放牧和開墾荒地，當(dāng)?shù)刂脖槐粐?yán)重的破壞，地表無(wú)阻水和蓄水植被。造成汛期地表徑流迅速匯集，順地勢(shì)沖向鐵路。

4 水害整治原則及綜合整治方案

4.1 水害整治原則

根據(jù)歷年橋下水位觀測(cè)值，與設(shè)計(jì)水位進(jìn)行對(duì)比，對(duì)于觀測(cè)值大于設(shè)計(jì)水位的，按觀測(cè)值抬高線路縱斷面。

對(duì)洪水淹沒(méi)路基、道床沖空、路基沖毀地段及站區(qū)積水工點(diǎn)的水害原因進(jìn)行分析研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定水害整治及改建的工程措施：如因排洪橋涵的孔徑不足引起的上述水害，可采取既有橋涵擴(kuò)孔的工程措施;如因地形條件引起的，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，增設(shè)排洪橋涵解決;如無(wú)條件增設(shè)排水橋涵，可考慮增設(shè)引排水設(shè)施，將水引排至附近的排水橋涵內(nèi);如以上條件都不具備時(shí)，則根據(jù)淹沒(méi)及積水深度抬高線路縱斷面。

低山丘陵區(qū)泥沙淤埋線路地段，對(duì)于路基，要結(jié)合橋涵入口的地勢(shì)情況，在適當(dāng)?shù)膮^(qū)段增設(shè)擋墻;對(duì)于路塹，除要加大天溝的斷面外，還要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在必要的區(qū)段增設(shè)擋墻;此外，建議工務(wù)維修養(yǎng)護(hù)部門在每次汛期過(guò)后，對(duì)易發(fā)泥沙淤埋線路地段的淤積物要及時(shí)進(jìn)行清除，以免來(lái)年汛期對(duì)鐵路造成不利影響。

4.2 水害整治措施

通霍鐵路既有線水害整治，結(jié)合本線增二線擴(kuò)能改造工程一并進(jìn)行。根據(jù)既有線水害不同情況，分別采取以下工程措施進(jìn)行整治。

4.2.1 抬高線路縱斷面

抬高線路縱斷面是整治通霍線路基水害最為徹底的方法，但線路改造范圍較大，投資較多，應(yīng)盡量減少規(guī)模。本次既有線抬高線路縱斷面共計(jì)三處，分別為：K190+400—K194+800、K275+400—K276+600、K353+500—K355+300，這些線路抬高地段均是半堤半塹水淹路基水害地段。橋梁水害地段設(shè)計(jì)水位能滿足要求，不需抬高線路。

4.2.2 橋涵改建

結(jié)合水害發(fā)生情況，橋涵改建的主要內(nèi)容有增設(shè)橋涵、橋涵擴(kuò)孔、加固橋梁基礎(chǔ)、增設(shè)導(dǎo)流設(shè)施等。

對(duì)個(gè)別水害嚴(yán)重的路基地段根據(jù)排洪需要增設(shè)橋涵，全線共完成此類工點(diǎn) 36個(gè);對(duì)排水孔徑偏小的橋涵，梁式橋根據(jù)水害期間沖開臺(tái)后路基的長(zhǎng)度確定擴(kuò)孔或旁位增設(shè)橋涵，涵洞按原位擴(kuò)孔或旁位增設(shè)涵洞設(shè)計(jì)，全線完成主要工點(diǎn)6處;孔徑1.25 m及以下的圓涵，改建成矩形涵或框架涵，全線完成此類工點(diǎn)32個(gè)。

4.2.3 路基排水及邊坡防護(hù)

針對(duì)既有線的地形條件，汛期洪水易漫流、排水溝淤堵、水漫線路和沖毀路基的特點(diǎn)，在線路迎水側(cè)設(shè)擋水墻對(duì)洪水進(jìn)行阻攔導(dǎo)流是有效的防洪措施之一，特別是在既有路基不高，線路抬道又困難的條件下，設(shè)置擋水墻既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。結(jié)合工務(wù)部門多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)置擋水墻采取如下兩種斷面形式：地形平坦、流速較低地段采用土質(zhì)擋水墻形式(如圖3)，迎水側(cè)邊坡采用1∶1.75，并采用 M10漿砌片石護(hù)坡，設(shè)置勺形基礎(chǔ);地形陡峭、流速較大地段采用漿砌片石擋水墻(如圖4)，高2 m、頂寬0.5 m、迎水側(cè)基礎(chǔ)前采用漫石鋪砌。本次水害整治共設(shè)擋水墻15處，累計(jì)延長(zhǎng)15 km。

圖3 土質(zhì)擋水壩斷面(單位：m)

圖4 漿砌片石擋水壩斷面(單位：m)

對(duì)既有水害路基進(jìn)行坡面防護(hù)也是有效的防洪措施之一：低填方地段全坡面采用M10漿砌片石護(hù)坡防護(hù)，采用腳墻基礎(chǔ)或勺型基礎(chǔ);線路沿河地段路堤邊坡于防護(hù)高程處設(shè)護(hù)道，頂寬2～4 m，護(hù)道及以下邊坡坡面采用M10漿砌片石護(hù)坡，采用腳墻基礎(chǔ)或坡腳設(shè)浸水擋土墻，基礎(chǔ)深度根據(jù)沖刷深度確定;橋涵結(jié)構(gòu)物兩端路堤大中橋橋頭兩端各100 m和小橋涵兩端各50 m范圍內(nèi)坡面采用M10漿砌片石護(hù)坡，采用腳墻基礎(chǔ)，埋深不小于2 m。

5 結(jié)語(yǔ)

水害是通霍鐵路的一大危害，從水害的成因分析，直接原因是不可避免的汛期強(qiáng)降水，地形地質(zhì)因素也是客觀存在的，過(guò)度放牧和盲目造田等不合理的人為活動(dòng)加劇了水害的形成和危害程度，這方面因素是可以避免的。因此必須加強(qiáng)水土保持意識(shí)，恢復(fù)生態(tài)，退耕還草，合理放牧，防患于未然。對(duì)已發(fā)生過(guò)水害的地段，應(yīng)加強(qiáng)調(diào)查研究，有針對(duì)性地采取合理的措施，進(jìn)行綜合治理，避免水害的發(fā)生，以減少經(jīng)濟(jì)損失并確保鐵路的運(yùn)營(yíng)安全。

［1］劉育田，劉俊新.降雨入滲對(duì)路堤邊坡穩(wěn)定性研究［J］.鐵道建筑，2009(8)：88-90.

［2］田彥福.京通線 K288—K289段路基病害的成因分析［J］.鐵道建筑，2008(8)：86-88.

U216.4+4

B

1003-1995(2011)03-0076-04

2010-09-15;

2010-12-01

金發(fā)良(1966— )，男，河南信陽(yáng)人，高級(jí)工程師，碩士。

(責(zé)任審編 王天威)