李曉霞, 董驍
(中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司,北京100088)
隨著我國“一帶一路”倡議展開,鐵路項目在海外落地越來越多,特別是在東南亞及非洲地區(qū)。由于項目所在國的社會政治、風(fēng)俗習(xí)慣、自然環(huán)境、設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)等因素與國內(nèi)差別巨大,項目在建設(shè)過程中,不確定性因素和風(fēng)險普遍存在,輕則因局部方案變動影響工程投資,重則使項目停滯不前甚至擱淺,給工程總承包商造成不可估量的經(jīng)濟損失,更影響中國企業(yè)形象和兩國政治經(jīng)濟關(guān)系。
作為“一帶一路”倡議旗艦項目的肯尼亞蒙巴薩—內(nèi)羅畢標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路(簡稱蒙內(nèi)鐵路)[1]是第1條系統(tǒng)采用中國標(biāo)準(zhǔn)、資金、技術(shù)、裝備的國際干線鐵路,是按中國鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計、施工、裝備和運營管理全產(chǎn)業(yè)鏈輸出的代表性項目。蒙內(nèi)鐵路2018年被《美國工程新聞紀(jì)錄》(ENR)評選為年度全球優(yōu)秀鐵路項目。
蒙內(nèi)鐵路起點為東非國家肯尼亞的港口城市蒙巴薩,終點為首都內(nèi)羅畢,線路全長為471.65 km,全線共設(shè)鐵路橋梁92座,總長27.26 km,公路跨線橋44座,橋梁占比為5.78%。參照中國國鐵Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)建造,采用設(shè)計、采購、施工EPC模式建設(shè)。該項目于2014年9月開工建設(shè),2017年5月31日開通運營,該鐵路的開通極大提高了肯尼亞的客運及貨運能力,增加了就業(yè)崗位,促進了經(jīng)濟發(fā)展。蒙內(nèi)鐵路不僅改變了肯尼亞人民的生活,也激活了整個東非的交通乃至商業(yè)版圖,助推肯尼亞成為地區(qū)物流中心和制造業(yè)中心。毫無疑問,蒙內(nèi)鐵路的成功建設(shè)與運營堪稱中國鐵路建造技術(shù)及運營管理在海外落地的典范。從國際工程總承包角度去審視海外鐵路建設(shè)項目的實施,從中總結(jié)經(jīng)驗、汲取教訓(xùn)是非常必要的。
蒙內(nèi)鐵路橋涵的設(shè)計、施工均以中國鐵路設(shè)計、施工規(guī)范為主,參照中國Ⅰ級鐵路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),采用《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)規(guī)范》《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》等TB 10002—2005系列規(guī)范,GB 50111—2006《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》、TB 10005—2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》以及其他有效規(guī)范和補充規(guī)定。
公路跨線橋梁設(shè)計,主體結(jié)構(gòu)采用BS-5400標(biāo)準(zhǔn)和肯尼亞《Road Design Manual》第四冊Bridge Design,橋上安全防護措施以滿足鐵路運營安全為目標(biāo),采用鐵路規(guī)范要求設(shè)置。公路引道設(shè)計采用肯尼亞《Road Design Manual》 第一冊Geometric Design Of Rural Roads。
每個工程項目都不可避免地帶有項目所在地自然、人文、社會等屬地化特色[2],即使蒙內(nèi)鐵路是中國鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的整體輸出,依然會有屬地化的元素貫徹到設(shè)計當(dāng)中,給設(shè)計工作帶來新的要求和挑戰(zhàn)。
肯尼亞全境位于熱帶季風(fēng)區(qū),但受其地勢較高的影響,大部分地區(qū)屬熱帶草原氣候,季節(jié)性降水差異大,沿線年最高氣溫34.9℃,最低氣溫9.4℃。全年可施工時間長,不用考慮冬季施工等不利因素。在橋梁結(jié)構(gòu)計算中,要按照當(dāng)?shù)貧鉁貤l件來考慮溫差引起的效應(yīng)[3]。風(fēng)荷載計算時,采用當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的風(fēng)速統(tǒng)計數(shù)據(jù),如果沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù),要查找當(dāng)?shù)匚墨I資料進行確定。
肯尼亞3—6月、10—12月為雨季,其余為旱季。年降雨量自西南向東北由1 500 mm遞減到200 mm。沿線大部分地區(qū)地表淡水缺乏,地下水埋藏普遍較深,水量分布不均勻。但是肯尼亞雨季短時降雨強度大,時有水害發(fā)生。橋涵設(shè)計孔徑所需要的設(shè)計流量等水文計算,一般采用東非水流模型進行計算,其中的降雨參數(shù)需要到當(dāng)?shù)貧庀蟛块T收集,但是每個地方的降雨量統(tǒng)計數(shù)據(jù)年限不等,多則20年,少則只有幾年,不能直接滿足橋涵設(shè)計流量頻率的要求,需要進行數(shù)學(xué)分析后再進行采用。
肯尼亞當(dāng)?shù)貨]有有關(guān)地震動參數(shù)的相應(yīng)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn),工程建設(shè)中要做地震專題研究,確定各種地震動參數(shù),以供工程設(shè)計采用。
根據(jù)《肯尼亞地震烈度分區(qū)圖》(1973)的劃分,結(jié)合沿線地質(zhì)條件分析,沿線地震動峰值加速度及地震基本烈度見表1。
表1 沿線地震動峰值加速度及地震基本烈度
中國鐵路橋梁設(shè)計規(guī)范中有關(guān)樁基礎(chǔ)設(shè)計的巖土樁側(cè)摩阻力取值、基本承載力取值、地基系數(shù)的比例系數(shù)等巖土參數(shù),因受項目所在地的土層形成過程、歷史及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件等因素影響,即使是同一類型的巖土,蒙內(nèi)鐵路項目巖土性質(zhì)指標(biāo)與中國規(guī)范上的規(guī)定也有所不同,基礎(chǔ)計算時,不能直接參照中國規(guī)范中的參考取值范圍進行取值,需要經(jīng)過試驗確定,以保證基礎(chǔ)設(shè)計的安全、經(jīng)濟與合理。對于當(dāng)?shù)厮赜械膸r土類型,如具有膨脹性的黑棉土等,更要通過試驗手段,并調(diào)查當(dāng)?shù)仡愃苹蚩蓞⒄展こ贪咐治銎湫再|(zhì),確保工程安全。有關(guān)巖土側(cè)摩阻取值試驗數(shù)據(jù)與按規(guī)范范圍取值的對比見表2。
表2 巖土側(cè)摩阻取值試驗數(shù)據(jù)與按規(guī)范范圍取值的對比kPa
每個國家和地區(qū)都有相關(guān)的環(huán)境保護規(guī)定和要求,需根據(jù)鐵路沿線動物棲息特點、類型進行統(tǒng)計以設(shè)置動物通道,并據(jù)此確定通道的規(guī)模和密度,必要時設(shè)置電子監(jiān)控設(shè)備,以觀測鐵路修建對動物棲息生活的影響。對于施工過程中取土形成取土坑的防護與利用,也要結(jié)合動物飲水習(xí)慣和需要等進行改造和設(shè)置。
為保護動物正常遷徙,特意設(shè)計出14處大型動物通道,最長的察沃大橋長度超過2 km,架設(shè)的橋梁高達7 m,讓個子最高的長頸鹿(成年長頸鹿一般高5.5~5.8 m)也能安全通過;除了橋梁式野生動物通道,還在溝渠處設(shè)置了100多個涵洞,既方便斑馬等動物飲水,也方便小型野生動物穿過鐵路。
當(dāng)?shù)夭牧系睦寐始捌涑杀居绊戫椖康墓こ淘靸r,要盡量利用當(dāng)?shù)夭牧希瑴p少進口,以達到控制投資的目標(biāo)[4]。中國鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范采用的外加劑是粉煤灰,肯尼亞當(dāng)?shù)貨]有粉煤灰,臨近國家的粉煤灰存有量也極低,需要長距離大量進口,造成混凝土成本提高。肯尼亞為多火山國家,火山灰材料資源豐富,在這種情況下,為有效利用當(dāng)?shù)夭牧希芯坎捎没鹕交姨娲勖夯业目尚行?,并對火山灰的性能進行試驗,取得了成功,降低了混凝土成本。
從經(jīng)濟性來講,框架涵的經(jīng)濟性優(yōu)于蓋板涵,但框架涵的鋼筋制作量比蓋板涵大。項目所在國因基建項目較少,模板、鋼筋制作與綁扎等技術(shù)工人數(shù)量不足,嚴(yán)重影響項目施工進度。考慮施工安全、合同工期等因素[5],在先期開工的涵洞,設(shè)計優(yōu)先選用蓋板涵這種鋼筋制作量較少的結(jié)構(gòu)形式,隨著項目的進展,技術(shù)工人的熟練程度和數(shù)量都在逐步改善,當(dāng)能夠滿足施工進度及質(zhì)量要求時,適時調(diào)整設(shè)計,主要選用框架涵這種結(jié)構(gòu)形式,既保證了施工進度和質(zhì)量,又盡可能節(jié)約工程投資。根據(jù)技術(shù)工人資源因素對橋涵設(shè)計進行調(diào)整,也是本項目的一大特點,可以在其他海外項目中借鑒這一經(jīng)驗。
現(xiàn)場施工機械、模板等物資裝備,大多從我國進口,運輸周期長,運輸成本高,橋梁設(shè)計方案要根據(jù)現(xiàn)場的施工機械和模板配備情況進行設(shè)計,盡量統(tǒng)一橋梁墩臺類型,有效利用既有設(shè)備,避免設(shè)備配備大而全[6],因個別工點設(shè)計造成新的施工裝備采購運輸,致使工程成本增加。
肯尼亞不接受素混凝土結(jié)構(gòu),若設(shè)計采用了素混凝土,咨詢工程師會提出疑義,影響圖紙審批進度。綜合考慮當(dāng)?shù)夭牧虾蜌夂驅(qū)炷僚浔鹊挠绊懙纫蛩兀瑫r為避免素混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)裂紋,蒙內(nèi)鐵路對蓋板涵邊墻、明挖擴大基礎(chǔ)均配防裂鋼筋網(wǎng),保證了審批進度和施工質(zhì)量。
我國傳統(tǒng)工程設(shè)計理念是大量采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,鐵路行業(yè)是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計推廣較好的行業(yè)。采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,具有減少設(shè)計工作量、縮短設(shè)計周期、有利于施工的優(yōu)點,這與西方工點特色化設(shè)計的理念有較大沖突,如橋梁跨徑,外方咨詢工程師認為跨徑組合應(yīng)當(dāng)因地制宜地設(shè)計才最為經(jīng)濟,但是跨徑組合過多,就失去了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的意義,對模板的需求、架梁設(shè)備的配置以及橋梁附屬設(shè)施的安裝都會帶來很大影響,尤其對鐵路這種多專業(yè)配合的行業(yè),每個接口都是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計過程中多次實踐形成的,更改任何一個環(huán)節(jié),都將帶來連鎖變化,更存在后期設(shè)備安裝出現(xiàn)問題的風(fēng)險。與外方咨詢工程師在設(shè)計理念方面的溝通是項目順利推進的重要一環(huán),輕則影響其對我國鐵路設(shè)計水平的質(zhì)疑,重則設(shè)計圖紙得不到批復(fù)影響工期。
在涵洞設(shè)計時,應(yīng)盡量按照因地制宜的原則,設(shè)置涵洞的凈寬和凈高,而不是簡單照搬我國采用的高邊墻、低邊墻統(tǒng)一模式進行涵洞的設(shè)計。
蒙內(nèi)鐵路已經(jīng)成功運營2年多,其橋涵設(shè)計屬地化經(jīng)驗可供類似海外鐵路項目借鑒。根據(jù)蒙內(nèi)EPC鐵路項目成功的設(shè)計、施工及運營經(jīng)驗,橋涵設(shè)計屬地化需要注意以下幾點。
要提前做好橋涵設(shè)計的屬地化影響因素研究工作,按自然環(huán)境、技術(shù)水平和社會因素分類列好清單,以免現(xiàn)場調(diào)查和收集資料時出現(xiàn)缺漏。清單格式示范見圖1。
圖1 項目現(xiàn)場調(diào)查收集資料清單示范
在EPC項目的施工圖設(shè)計階段,施工單位已進場做準(zhǔn)備工作,設(shè)計與施工的有效溝通可以對項目現(xiàn)場自然和人文社會條件有更為深入的了解:首先要與施工單位就這些影響設(shè)計的因素進行溝通,對圖1進行補充和修正;其次要對施工單位主要施工機械的配備情況有所了解,設(shè)計方案具有適應(yīng)性,盡量滿足現(xiàn)場需求,當(dāng)因施工機械局限性引起設(shè)計方案工程成本增加較多時,要進行技術(shù)經(jīng)濟比選,結(jié)合設(shè)備采購周期和施工工期等因素進行綜合比選后確定。
海外項目的一大特點就是建設(shè)周期長、變化因素多。在項目施工過程中,存在前期工作不足、上階段遺留、自然環(huán)境和人文環(huán)境改變等各種原因引起的設(shè)計變更,對施工配合人員要求較高,不僅要對施工變更具有判識能力,能夠第一時間確定解決方案,完成變更圖紙,履行變更手續(xù),還要對變更造成的造價變動做到心中有數(shù),與咨詢工程師充分溝通,維護EPC總承包方的整體利益。就海外鐵路項目而言,可以說施工配合工作決定著橋涵設(shè)計的最終成敗。
肯尼亞沒有相關(guān)的鐵路設(shè)計規(guī)范,在項目順利實施后,作為EPC總包方有責(zé)任對鐵路設(shè)計過程中規(guī)范采用情況進行整理和總結(jié),提高我國鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性、先進性、適應(yīng)性[7],對適合肯尼亞鐵路設(shè)計的規(guī)范內(nèi)容進行梳理,不適合的內(nèi)容進行剔除,逐漸形成一套符合當(dāng)?shù)貙嶋H情況的設(shè)計規(guī)范[8],這既是項目的屬地化總結(jié),又是中國鐵路全產(chǎn)業(yè)鏈輸出的一部分,授人以魚不如授人以漁,帶動項目所在國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)范化也是“一帶一路”實施過程中的重要一環(huán),意義深遠。