浅谈铁路涵洞布设

冯业斐

摘要：本文以改建铁路沈阳至吉林线辽宁境内苍石至北三家段水害整治工程为例，分析了平原、山区铁路涵洞布置、涵洞孔径、涵洞基础设计时需注意的问题，针对这些问题，提出了一些看法，希望给同行一些参考。

关键词：铁路；涵洞；涵洞基础

1.引言：随着经济的快速发展，铁路等交通运输的客观需求急剧增加。在铁路建设中，涵洞的工程量占有很大比例，大部分铁路至少1公里就有1处。涵洞位置的合理选定、涵洞孔径的合理确定、涵洞基础的合理设计，对于铁路线路的安全运行以及铁路周边的设施、群众的出行、都有着重要影响。本文以改建铁路沈阳至吉林线辽宁境内苍石至北三家段水害整治工程为例，浅谈在山区、平原地区的涵洞布置和涵洞设计时需要注意的一些问题。

2、涵洞布置

2.1排洪涵洞、灌溉涵洞

排洪涵洞、灌溉涵洞系穿通路基的过水建筑物，，原则上应“逢沟设涵”（或设桥），一般情况下应按照天然沟床位置设置，顺应流水趋势，将涵洞置于原沟床洪水主流处，上沟与原沟顺接，以保证水流顺畅地通过，特别是山区、丘陵地区的河沟、冲沟不要轻易改移。一般有以下情况下需要注意：（1）沟渠轴线与线路相交时，右前夹角小于45度或大于135度，需做改沟顺沟处理，以使线路法线与涵轴的夹角不大于45度；（2）车站内的涵洞与站场建筑物、作业场所或其他站场设备发生干扰（不易设置对冲建筑物和设备的排洪涵洞），或者涵洞穿越股道较多，致使涵洞很长，工程造价甚高，行车作业频繁又不利于涵洞的养护工作时，对流量不大，水流含砂量较少，改沟平面较顺，水流宣泄顺畅者，可考虑将涵洞位置改移；（3）地面水或者凹坡坡面水流量甚少，在线路附近无明显沟槽，可结合排水系统设计中的引、排水设施，将水流引至附近桥涵排出；（4）若河沟下游为厂矿区建筑物（包括规划在内）、村镇房舍或农田，当水文、地质和地形条件许可时，可在上游进行改沟引导水流，将涵洞位置适当改移，免除水流威胁下游建筑物或农田；（5）穿越水塘淤积区时，为了施工方便，在满足技术条件的前提下，可将涵洞位置移至塘边岸上；（6）路肩高程过低，导致水不易排出，通过比较方案不易更改路肩高程，当水文、地质、地形条件许可时，可在上游改沟引导水流。

2.2立交涵洞

立交涵洞专为通行车辆人畜的立交涵洞洞，铁路线路与道路相交时，为了不恶化道路技术条件，保证车辆安全通行，应尽量顺原有道路方向设涵，除了道路中心线与线路相交时，右前夹角小于45度或大于135度，需做改移道路处理，以使线路法线与涵轴的夹角不大于45度。

3、涵洞孔径

3.1排洪涵洞

3.1.1排洪涵洞孔径

确定排洪孔径一般有两种方法，其一调查相邻的既有铁路或等级道路的涵洞及历年通过涵洞的最高水位，通过既有涵洞资料和水文资料分析，可以确定涵洞的孔径，其二通过计算流量，来选择涵洞的孔径，，我国铁路主要以地区划分计算方法，分别是西北地区（一院法）、西南地区（二院法）、东北及华北地区（三院法）、华南地区（四院法）。

3.1.2排洪涵洞净高注意事项

涵洞的净高有以下几处细节需要注意：

○1按照涵前积水淹没涵洞入口及洞顶与否，涵洞水流情况分为有压流、半有压流、无压流，因有压涵洞要求涵节之间的接缝密不透水，以免水渗入基底和路堤，影响涵洞及路堤稳定，但通常很难做到这一点，故涵洞宜设计为无压的。

为保证涵洞与路堤的安全稳定，在无压涵洞过水断面上应留有一定的富余高度，以免因流量计算不准，使无压涵洞变成半有压或有压的，也可以防止水流中携带的树枝、柴草等漂流物堵塞涵洞。在《铁路桥涵设计规范》3.2.7规范条文的相关规定。

表3.2.7无压力式涵洞内顶点至最高流水面的净高（m）

○2排洪涵洞的流水面高程宜设定于天然沟渠下10-20cm。因测量工作有误差存在或施工时原有地形地貌有一定变化。

○3建议排洪涵洞的流水面高程比路基的最低排水设施（路堑地段注意盲管）的流水面高程低50cm，防止路基的排水无法顺入涵洞，雨水长期浸泡路基，带来路基危害，危及行车安全。

○4预留上拱度是因为涵洞中部因竖向土压较大（主要考虑恒载），沉降较多，为保证涵洞的流水坡度，当涵洞置于非岩石地基上且涵洞顶上填方厚超过2m时，涵洞流水槽面的高程可按照《铁路桥涵设计规范》5.5.7规范条文的相关规定预留上拱度。

表5.5.7涵洞的上拱度

注：1、H为线路中线处自涵洞流水槽面至轨底的高度。

2、基底土属软塑状态的黏性土或新黄土时，上拱度可适当加大。

3、基底土为岩石、坡度较陡的涵洞，可不设上拱度。

预留上拱度示意图

示意图中⊿为上拱度，AB为涵洞的理论设计流水槽面或路面，实际施工时将其按涵中标高提高⊿布置为ACB，但C点不能高于A点，否则在涵洞完成下沉前，洞内上游将形成逆坡而致积水。

3.2灌溉涵洞

灌溉涵洞的孔径主要取决于通过的流量，同时应保证涵洞前积水不能太深，以免影响上游渠道的正常使用。灌溉涵洞通常不压缩原有渠道的过水断面，其渠底纵坡应与原渠道纵坡一致，或者与灌溉设施使用单位签订协办理，并应当与当地农田水利规划配合，避免在运营中增建或改建。

灌溉涵洞上下游的渠道底坡一般较平缓，流速不大，过水能力较临界坡度设置着为小。因此，应根据通过的流量选用比排洪涵洞大一些的孔径。过水量很小的灌溉渠，要考虑便于清淤，因此不宜过小，即使涵洞位于淤积较少的灌溉渠道上，孔径一般不小于1.00m，长度不宜超过15m。

3.3立交涵洞

专为通行车辆人畜的立交涵洞，应根据既有或规划的道路性质和现状来确定涵洞孔径，需与有关部门协商并签订协议。道路主要分为等级道路和乡村道路，铁路桥（涵）跨越等级道路时，桥下净空应根据道路性质分别执行《公路工程技术标准》或《城市道路设计规范》；乡村道路下穿铁路时，其净空应根据通道种类和交叉条件与有关单位协商确定，一般情况下可参照下表执行：

立交桥（涵）下乡村道路净空表

注意由于地形条件限制，涵洞范围内的道路路面呈凹形纵断面时，必须采取有效的排水措施（或抽水），此外道路路面还应高于地下水位线，以利于交通和养护。

4、涵洞基础

4.1涵洞的基础类型选择

涵洞一般可分为有基和五基两种。基础形式应按涵洞类型、孔径大小、土质条件而定。

4.1.1无基

无基涵洞的缺点是下沉不匀，接缝容易透水，以致造成路基病害，因此仅能在土质较好而均匀、下沉量不大时采用，而且也只能用于路堤较低的无压涵洞的情况。《铁路桥涵设计规范》5.5.17规范条文有明确规定：圆涵及其他封闭式截面涵洞，当基底处理符合下表的规定，且土质均匀，下沉量不大时，可采用无基涵洞，涵洞出入口应设基础并考虑防渗作用。

无基涵洞管节底处理

4.1.2有基

有基涵洞的基础分为整体式基础与非整体式基础（分离式基础）两种。基础形式应按涵洞类型、孔径大小、土质条件而定。

一般情况下，若地基容许承载力不小于150kPa，整体式基础和分离式基础均可采用。翼墙基础厚度系自两侧边墙底面内缘按刚性角向下扩大至压力分布线相交于基底而定，因此较大孔径的整体式基础太厚，圬工量较大，仅在不宜使用非整体式基础的时采用整体基础。因翼墙基础标准厚度为1.25m，执行《建筑地基基础设计规范》关于刚性角的相关规章（见下表），1.25m以无筋基础混凝土的高宽比计算得出超过3m净宽的涵洞选择非整体式涵洞比较经济。

无筋扩展基础台阶宽高比的允许值

注：1、Pk为作用标准组合时的基础底面处的平均压力值（kPa）；

2、阶级形毛石基础的每阶伸出宽度，不宜大于200mm；

3、当基础由不同材料叠合组成时，应对接触部分作抗压验算；

4、混凝土基础单侧扩展范围内基础底面处的平均压力值超过300kPa时，尚应进行抗剪验算；对基底反力集中于立柱附近的岩石地基，应进行局部受压承载力验算。

改建铁路沈阳至吉林线辽宁境内苍石至北三家段水害整治工程工程区域的冻结线较深，翼墙基础一般厚至1.25m处或冻结深度0.25m处，非整体基础的翼墙基础与泄床分离，但前墙范围内的泄床与翼墙基础等后。

5、地基处理

改建铁路沈阳至吉林线辽宁境内苍石至北三家段水害整治工程涵洞地基处理方式以地基容许承载力是否不小于150kPa为判断标准，地基容许承载力小于150kPa时进行地基处理。涵洞地基处理参考路基专业标准，涵洞基底以下深3米内的地基处理，采用换填砂夹碎石措施较为经济，涵洞基底以下深超过3米的地基处理，采用桩基措施以梅花式布置较为经济。

换填示意图

桩基地基处理示意图

6、结束语

科学合理的涵洞布设，不仅减少设计变更或建成后涵洞使用不良，同时对铁路线路的安全运营及整条线路造价都有重要意义。涵洞的位置、涵洞的孔径、涵洞的基础、涵洞的地基处理的选择应综合考虑分析，妥善合理确定。本次以改建铁路沈阳至吉林线辽宁境内苍石至北三家段水害整治工程为例的涵洞设计探讨，希望给同行一些参考。

参考文献：

[1]叶镇国.桥涵水文与水力学.人民交通出版社，2003.

[2]周传林.公路小桥涵设计.人民交通出版社，2003.