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文章学习

中老铁路万象平原路基工程“立体分层”设计

时间:2024/6/13 8:42:05   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:33   评论:0
内容摘要:雷 冲1,李 斌2,马 骞3(1.四川都金山地轨道交通有限责任公司,四川 成都 611800; 2.中国中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031;3.都江堰轨道交通有限责任公司,四川 成都 611800)摘要 中老铁路是“一带...
雷 冲1,李 斌2,马 骞3
(1.四川都金山地轨道交通有限责任公司,四川 成都 611800; 2.中国中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031;
3.都江堰轨道交通有限责任公司,四川 成都 611800)
摘要 中老铁路是“一带一路”标志性工程,是泛亚铁路的重要组成部分。为将中老铁路打造为安全、高效、经济、环保的铁路,在设计过程中应综合各项自然环境因素开展设计工作。文章结合万象平原区水文、地质条件,提出了万象平原区路基工程的“立体分层”设计理念,该设计方案在确保中老铁路安全运营的基础上,既满足绿色通道的景观需求,也节省了工程投资,设计的成果和经验可为平原区、河湖内涝区等项目路基工程设计提供参考。
关键词 中老铁路;万象平原;路基工程;“立体分层”设计
中图分类号 U212  文献标识码 A  文章编号 2096-8949(2024)05-0090-03
0 引言
目前,我国国内市场需求增长已明显放缓,新一轮的产能过剩矛盾日趋明显。中国高铁在境外市场的扩张,也成为应对经济放缓举措的重要组成部分。中国正在加快铁路“走出去”步伐,响应国家对外开放大局。在拓展境外铁路建设市场的同时,境外铁路项目工程设计阶段也应因地制宜,打造更为经济、合理、安全、高效的精品工程,从而进一步提升我国铁路的国际竞争力。
1 项目背景
在“一带一路”的合作倡议下,针对中国与周边铁路的互联互通工程,开展了中国与东南亚互联互通的泛亚铁路通道研究,形成了东、中、西三大通道的规划,其中包括中老铁路在内的中线通道是路径最短、最为便捷的通道[1-2]。中老铁路是泛亚铁路通道的重要组成部分,由我国昆明至老挝万象,是第一条以中方为主投资建设、采用中国铁路技术标准并与中国铁路网直接连通的跨国铁路,全长1 035 km[3-4]。
中老铁路连接中老两国,并通过在万象设置的准、米轨换装场与泰国米轨铁路网的连接,实现了中国—中南半岛铁路的互联互通,是“一带一路”的标志性工程;中老铁路完全采用中国铁路技术标准规划、设计、施工、运营,实现了中国铁路技术标准体系的成套输出,是中国铁路“走出去”的典范工程[5]。
2 工程概况
中老铁路磨万段(老挝段)北起中国磨丁,南至老挝首都万象,正线建筑长度414.332 km,设计时速160 km/h,
正线桥梁162座59.774 km、隧道75座196.705 km,桥隧比62.60%。沿途设有磨丁、孟塞、琅勃拉邦、万荣、万象等共计车站31个(其中口岸站1个、中间站8个、客运站1个、会让站21个)。正线路基长153.253 km,占正线建筑长度37.4%,以万荣VangVieng至万象Vientiane段最为集中,长101.16 km。路基工程主要工程量为土石方、挡墙、锚固桩、锚杆框架梁、水泥搅拌桩、CFG桩等。具体工程数量详见表1。

表1 路基主要工程数量汇总表
工程项目 全线工程
总量合计 千米指标 备注
土石方/
(×104 m3) 断面方 2 242.086 18.44
施工方 2 027.68 16.68
圬工/
(×104 m3) 挡土墙 10.574 0.07 含车站
边坡防护 100.028 0.65 含车站
弃砟防护 7.845 0.06 区间
锚固桩 19.693 0.13 含车站
合计 138.14 0.90
地基加固/
(×104 m) 水泥搅拌桩 245.505 1.60 含车站
CFG桩 18.236 0.12 含车站
旋喷桩 5.885 0.04 含车站


3 路基工程难点
中老铁路老挝段路基工程主要工点类型有陡坡路基、深路堑高边坡、高路堤;特殊土路基主要有软土及松软土路基和膨胀土路基;不良地质路基主要有岩溶、顺层路堑等。段内路基工程主要工点类型及分布范围详见表2。
路基工程中又以万荣至万象段最为特殊,该段地处河谷平原及缓丘区,受区域自然环境因素影响,路基工程设计中主要难点如下。
3.1 环保要求高
铁路沿线为热带雨林区,动植物资源丰富,自然生态环境较好,环境敏感区及自然保护区分布较多,环境保护要求高;因中老铁路老挝段在建设过程中备受海内外社会各界的高度关注,生态环境保护又作为全球共识,因此建设期的环保问题则是关注的焦点,在建设和运营中不允许出现环保相关问题。

表2 路基工点情况表
序号 工点类型 工点数量 主要分布范围
/处 /km
1 陡坡路基 54 2.47 磨丁~万象段山间沟谷段
2 深路堑 36 6.97 磨丁~万象段山间沟谷段
3 高路堤 18 1.565 磨丁~万象段山间沟谷段
4 弱~中膨胀土路基 9 1.573 万荣~丰洪段多有分布
5 软土、松软土路基 156 22.419 万象平原及丘间谷地
6 顺层路堑 38 3.291 万荣~丰洪段多有分布


3.2 填料匮乏
万荣至万象段多为平原,为节省工程投资,路基工程占比较大;受万象市冲积平原的地貌影响,其地势普遍较低,又紧邻湄公河,路基工程则以填方为主,填料需求量相应增加,区域内填挖分布不均匀,填料极其缺乏,符合路基基床要求的填料更加匮乏。
3.3 低海拔
万象平原海拔高程约为160~180 m,其间分布有长圆状丘包,地形平坦开阔,公路网相对较发达,沼泽湖泊广泛分布,雨季极易受湄公河水位倒灌影响,且洪水位普遍偏高,致使整个平原形成内涝。
3.4 降雨量大
老挝气候炎热,雨季长达5个月,各地年平均降水量在1 250~3 750 mm之间,90%的降雨量集中在雨季,平均年降雨量达到3 000 mm。尤其老挝首都万象市降雨导致的内涝在铁路沿线地区最为严重。沿线各地气象情况详见表3。

表3 沿线主要城市气象要素表(1994—2006年)
气象要素 城市
乌多姆塞
Oudomxay 琅勃拉邦
Luang Prabang 万荣
VangVieng 万象
Vientiane
历年平均
温度/℃ 23.0 25.8 25.9 26.9
历年平均
最高温度/℃ 28.8 31.5 32.6 31.3
历年平均
最低温度/℃ 17.2 20.0 19.3 22.4
历年年平均
降水量/mm 1 378.6 1 393.0 3 875.0 1 672.6
历年年平均
降水天数/d 114.0 118.0


3.5 软土、松软土分布广泛
万象平原区域内湄公河的支流众多,水网和沼泽地密布,松软土及软土主要分布于万象平原和丘间谷地。且平原区内软土、砂土液化问题较为突出,软土厚度深、范围广,对路基工程影响较大。
4 主要创新设计
结合万象平原地形、地质及湄公河水文情况等基础资料,考虑该区域地下水位较高,在线路两侧设置取土坑挖取填料极其困难,难以实施。经实地调查分析和数次方案的优化比选,最终采用“立体分层”设计(如图1所示),以确保该区域路基工程设计方案经济、合理,又能避免路基工程不受湄公河倒灌的影响。
4.1 基底设计
结合万象平原区路基基底软土深度不一的特性,根据地质勘探结果,针对不同深度、不同软土性质,分别采用“基底换填+水泥搅拌桩、CFG桩等复合型桩基”进行地基加固的方法,对路基基底进行加固设计,防止原地基在上部荷载及受洪水浸泡软化双重作用下发生失稳。
4.1.1 水泥搅拌桩加固
水泥搅拌桩桩径φ50 cm,采用正三角形布置,桩间距1.1~1.2 m,加固深度结合实际地质情况,应打穿软弱土层,桩底置于持力层内不小于0.5 m(如图2所示)。桩身采用普通硅酸盐水泥,水泥掺入量拟为被加固土体质量的12%~15%,粉煤灰掺入量宜为水泥重量的20%,水泥浆水灰比根据现场试桩试验及水质复查报告综合确定,一般为0.45~0.55。要求水泥加固土试块标准养护条件下28 d龄期立方体抗压强度不小于1.2 MPa,90 d龄期强度不小于1.6 MPa。桩顶铺设0.4 m厚的碎石垫层夹一层50 kN/m双向拉伸塑料土工格栅,并在加固区内间隔50~100 m设置沉降监测断面。


图2 水泥搅拌桩加固设计图

4.1.2 CFG桩加固
CFG桩桩径φ50 cm,采用正方形布置,间距1.6 m,加固深度结合实际地质情况,应打穿软弱土层,桩底置于持力层内不小于0.5 m(如图3所示)。CFG桩采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注法施工。桩体混合料试块标准养护28 d立方体抗压强度平均值不小于15 MPa。桩顶设置直径为1 m的桩帽,采用C35混凝土现浇。桩顶铺设0.6 m厚的碎石垫层夹二层50 kN/m双向土工格栅。并在加固区内间隔50~100 m设置沉降监测断面。


图3 CFG桩加固设计图

4.2 填料设计
结合万象平原地形及地质条件,考虑路基填料匮乏的外部因素,对路基填料进行了分层设计。针对路基本体填料按五年一遇内涝洪水位标高加0.5 m安全高进行划分,安全高以下部分(洪水浸泡层)采用不易风化硬块石或水稳性好的渗水性填料进行分层填筑,防止路基本体填料长期受洪水浸泡而致使力学性质变差发生垮塌。安全高以上部分路基本体则考虑填料匮乏的外部因素,路基采用“普通填料或改良土”进行分层填筑,以节省工程投资。当上下两层填料粒径相差较大时,在分界面上铺设厚30 cm的碎石垫层,使其本体工程衔接过渡。
4.3 边坡设计
结合万象平原区路基填方高度普遍偏高的情况,对边坡进行了分级设计,分级高度按百年一遇内涝洪水位加0.5 m安全高确定,并于上、下级边坡衔接处设置宽2 m的护道;针对安全高以下边坡,采用放缓边坡坡率至1∶1.75的方式进行放坡填筑,安全高以上上级边坡按常规1∶1.5进行放坡填筑。该边坡设计既可节省填方量、提升坡面整体稳定性,又便于现场施工及后期维修养护。
4.4 坡面防护设计
受湄公河水位倒灌冲刷影响,路基两侧坡面根据边坡分级标高对上、下两级边坡进行了特殊设计。针对下级边坡采用“袋装反滤层+干砌片石护坡+墁石基础”进行防护,该设计可有效避免洪水冲刷铁路主体路基工程、防止填料中细颗粒流失,同时可快速排出路基本体内裂隙水。针对上级边坡,考虑不受洪水冲刷影响,坡面则采用“人字形截水骨架+灌木草籽”进行防护,该设计方案既可保证铁路沿线通道进行绿化的要求,又装饰了沿线环境。
5 结语
中老铁路作为区域“典范工程”,在万象平原区路基设计过程中,经反复研判,蹚出了一条因地制宜与技术创新相结合的设计之道,终结了老挝首都万象长期遭受洪水倒灌致使交通中断的历史。自2021年年底开通运营以来,首都万象至中老两国边境的旅途时间由2 d缩短至3 h。其服务范围覆盖了东南亚近10个国家和地区,正逐步使老挝由“陆锁国”变为“陆联国”。万象平原内涝区“立体分层”设计的路基工程,也持续保持稳定的结构状态,为客货运输量不断增加、列车荷载作用频次不断增加提供坚实的基础。

参考文献
[1]严贺祥. 泛亚铁路建设方案研究[J]. 铁道运输与经济, 2003(8): 1-3+9. 
[2]向丽. 泛亚铁路东南亚段建设的历史、现状与未来[D]. 昆明:云南大学, 2017. 
[3]中铁二院工程集团有限责任公司. 新建铁路磨丁至万象线可行性研究[R]. 成都:中铁二院工程集团有限责任公司, 2015. 
[4]中铁二院工程集团有限责任公司. 新建铁路玉溪至磨憨线可行性研究[R]. 成都:中铁二院工程集团有限责任公司, 2015. 
[5]陈建国, 谢毅, 郑天池, 等. 中老铁路总体设计及技术创新[J]. 铁道标准设计, 2022(8): 1-6+18. 

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