既有铁路水害治理方案研究

摘要：既有铁路由于修建较早，建成标准低，通车后流域植被及流域特征变化较大，造成了严重的水漫路基病害，严重危及行车安全。本文结合扩能改造工程，对既有铁路的水害原因进行了深入的分析，并在此基础上进行了多方案比较，提出了以彻底整治水害为原则，综合考虑充分利旧、最大限度的降低运营干扰的选线原则，为同类工程设计提供借鉴和帮助。

关键词：铁路水害；成因分析；治理方案

中图分类号：F540.3 文献标识码：A 文章编号：

建于80年代之前的铁路，受当时经济技术条件限制，多以路基形式铺设，除线下基础设施的强度、稳定及耐久性设计标准较低外，对水文及不良地质等自然条件设防标准的规定也较低。水是威胁铁路路基稳定的最大危险源，是引发路基病害的根源，特别是对于路基填料标准较低的铁路，病害路基不仅需要投入很大的资源去维修来保证正常运营，其对运营安全也是重大隐患之一。铁路上通常说的水害，是指因路基设计高程或桥涵设计水位及孔径设计未满足水文计算要求而导致铁路被水侵泡的现象。本文结合工程实际，对有关铁路水害问题进行分析研究。

1.概况

某段既有地方铁路以低填浅挖通过丘前缓坡，地势左高有低，路基平均填高小于2.5m，区段内设涵洞4座。自铁路建成至今该区段曾发生过四次较严重的水害：

1.1 1996年7月，流域内发生洪水，因K26+703既有1-6.0m小桥净空较小、孔径不足，导致桥梁护锥全部冲毁。

1.2 2002年8月，流域内发生大洪水，K26+703小桥护锥冲毁、K26+400至K26+695间道床掏空，中断行车18小时，慢行12天。

1.3 2007年7月，K25+637涵护底和下游护锥被洪水冲毁，下游洞口被冲成宽8m，长12m，深3m的大坑，危机行车安全。

图1 K26+706桥上游水害 图2 K26+706桥下游水害

1.42009年8月，本流域再次发生洪水，K26+500至K26+750段道床冲空、路基面向下掏刷0.6-0.8m，中断行车12小时。

2.水害成因分析

既有铁路建成通车后，水害区段的流域植被及流域特征变化较大，随着人为活动增加生态环境不断变化，土壤渗透系数也不断减小，径流量逐渐加大，上游大通道建成后改变了流域原有的水流状态，使洪水更加集中于铁路里程K26+500-K26+750范围内通过铁路，且洪水通过铁路前呈漫流状态，无明显沟槽。

图3 水害区段上游地貌

流域内4座既有铁路涵洞流水面高程相差较大，其中K25+648及K25+673涵较K26+703 及K26+728涵流水面高程高约2.0m，且K26+500-K26+750段既有铁路行进于洼地内，既有铁路为降低工程投资，线路纵断面按适应地形为原则亦设计为凹形，既有线路肩高程仅为1361.66～1361.49m，基本与K25+648及K25+673两涵流水面平齐，故水流形态改变后，当流域发生较大洪水时K25+648及K25+673两涵基本无泄洪功能，洪水均集中至K26+703 及K26+728两涵通过，短时间内桥涵泄洪能力不足，造成涵前积水急剧增加，淹没、淘刷铁路路基。

3.水害治理水文资料确定

为彻底根据水害对铁路运营的危害，必须详细核实流域内的水文资料，本汇水区东西宽约3.1km，南北长约3.9km，流域呈西北高东南低，流域基本参数如下：

3.1 流域汇水面积：11.78km2；

3.2 流域长度：3.92km；

3.3 流域平均坡度：0.01781；

3.4 百年设计流量：39.7m3/s。

结合上游大通道公路桥涵设置情况及其使用状况，确定水害治理区段采用水的文控制参数如下：

3.4.1桥涵设计洪水频率按1/100采用，百年设计流量为46.3m3/s；

3.4.2 线路路肩高程控制：以百年设计水位+涵前积水+0.5m控制，并不低于2009年8月水害时最高水位。

4.水害治理方案研究

4.1加强水文治理方案

为充分利用既有铁路土建工程，首先研究了在维持施工图平纵断面不动的前提下，通过增设涵洞、顺沟等治理水害的方案。

图4 加强水文治理方案

根据孔径检算成果，结合既有线纵断面，当维持既有线平纵断面不变的情况下，本流域内需增设桥涵，净孔尺寸不小于14.06m。根据流域地形条件，结合上游大通道桥涵的设置拟于K26+410及K26+500处分别新增2-4.0m框架涵1座（顶进施工），涵洞正交设计，涵长13.2m，上游顺沟长200m，下游顺沟长500m。

本方案能够充分利用既有的路基及桥涵，改建费用较低，但由于新增涵为下挖设涵，极易造成涵洞淤积，影响涵洞行洪能力，且铁路上游洪水呈漫流状态，铁路路基填方过低，既有平、纵断面不动的改造，难以根治水漫路基的病害。因此不能达到根治水害的目的。

4.2抬高纵断面方案

通过水文计算，K26+400～K26+800段路肩最小高程不能小于1362.3m。即区间内路肩高程需要抬高0.6～1.0m。按照抬高纵断面过程中采用的不同方式，分别研究了四种抬高纵断面的方案：原位抬高纵断面方案、便线方案、单绕方案、双绕方案。现对四个方案分述如下：

4.2.1原位抬高纵断面方案

本次纵断面抬高均不超过1m，可采用渗水土抬道，利用列车天窗时间施工。通过调查集通线运营管理及养护维修现状以及集通线扩能施工技术水平，一般3～5天能申请到一个3小时左右施工时段，在这个时段内能完成将1km左右线路抬高0.1m。本方案纵断面改建段落长度1km，纵断面抬高最大1m左右，完成抬道至少需要10个天窗点，初步估计抬道施工工期要40天。

将既有线抬道至设计高程后，再并行修建二线。

纵断面调整2个坡段满足防洪设计水位要求。纵断面调整段落K26+280～K27+360，调整范围内路肩设计高程抬高均不超过1.0m。纵断面抬高最大范围集中在K26+400～K26+900，抬高值为0.6～0.9m。

桥涵设计时在考虑既有涵无压状态的行洪能力后，需于K26+410、K26+500分别顶进2-4.0m框架涵1座。

4.2.2便线方案

虽然通过要点施工，对既有线进行多次抬道后能达到设计高程。但考虑到数次抬道对既有线运营干扰大，存在安全隐患等诸多不利因素，研究了修建便线进行过渡的方案。

图5 便线方案

施工时先修建施工便线（BK26+100~BK27+400），便线长度1.3km。便线修通临时运营后，再抬高正线 K26+280~K27+360段路基至设计高程。待正线抬道施工完成后，施工便线拆除，便线枕木和钢轨考虑利用既有线拆除的旧轨料。便线平面按照120km/h速度目标值设计。分别采用了1600m，1800m，2000m ，3000m四个曲线。

正线纵断面调整2个坡段满足防洪设计水位要求。纵断面调整段落K26+280～K27+360，调整范围内路肩设计高程较初步设计阶段均不超过1.0m。纵断面抬高最大范围集中在K26+400～K26+900，抬高值为0.6～0.9m。

抬高后既有涵予以保留，并根据水文计算，分别于K26+410、K26+500处增设2-4.0m框架涵（现浇施工）2座。对应既有K26+703及26+728两涵便线上需临时埋设直径1.5m圆管8根64m。

4.2.3单线绕行方案

考虑永临结合及避免既有线的拨接，把便线方案中的便线调整为正线的左线，右线利用既有线并对曲线进行改建。左线与既有线拉开施工间距。先按照设计高程修建左线，左线建成通车运营后，抬高既有线K26+280~K27+360段纵断面至设计路肩高程。左线单绕范围K26+000~K27+500，长1.6km。左线两个半径分别采用6000m和10000m。

图6 单线绕行方案

纵断面调整4个坡段满足防洪设计水位要求。纵断面调整段落K26+000～K27+800，调整范围内路肩设计高程较初步设计阶段均不超过1.0m。纵断面抬高最大范围集中在DK26+400～DK26+900，抬高值为0.8～1.0m。

根据百年设计流量以及现场地形情况，需于改K26+410 设置1-6.0m框架涵1座、以及改K26+695.21和改K26+716.2处分别设置2-4.0m新建框架涵1座，并相应拆除既有线阻碍行洪的路基及桥涵。

4.2.4双线绕行方案

为减少施工过渡，将单线绕行调整为双线绕行，一次性按照设计防洪高程修建双线，双线建成后拆除既有线。

双绕段落为K26+000～K27+800，线路长度1.8km。双线从K26+200逐渐偏离既有线绕行，绕行段落均在既有线左侧，双绕左线与既有线间距从4.2m～20m不等，至K27+500附近回到既有线。

图7 双线绕行方案

纵断面调整4个坡度满足了防洪设计水位要求。纵断面调整段落K26+000～K27+800，调整范围内路肩设计高程较初步设计阶段均不超过1.0m。纵断面抬高最大范围集中在K26+400～K26+900，抬高值为0.8～1.0m。

根据百年设计流量以及现场地形情况，本方案需增设1-6.0m框架涵1座、以及改K26+695.21和改K26+716.2处分别设置2-4.0m新建框架涵1座，并相应拆除既有线阻碍行洪的路基及桥涵。

4.2.5各方案优缺点分析见表1

表1各方案优缺点分析对照表

5.结论

便线方案和双绕方案增加投资较多，便线方案投资增加750万元，双绕方案增加851.8万元。原位抬高纵断面方案虽然废弃工程少，但对既有线运营干扰大，且施工难度大、工艺繁琐。因此考虑到单绕方案彻底整治了水害并具备投资最省，且最大程度降低了施工对既有线运营的干扰等因素，推荐采用单绕方案。通过本文的案例分析可以看出，在流域地形起伏平缓，上游水流呈漫流状态，存在严重水不归槽的区域，应考虑抬高线路纵断面与增设过水结构物并重的措施对水害进行彻底整治。既有线扩能改造工程应本着彻底整治路基病害、充分利旧、最大程度的减少行车干扰的原则经行综合比选。

参考文献：

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