解析沙特哈拉曼高速铁路路基填挖高度及边坡设计特征

摘要：随着中东地区经济的快速增长和能源的大规模开发，铁路、高速铁路等交通运输业迅速发展，由法国公司设计的第一条哈拉曼高速铁路已经开建，后继的多条高速铁路已列入建设规划之中，铁路建设前景广阔，解析第一条哈拉曼高速铁路路基边坡设计具有一定的现实借鉴或参考价值。哈拉曼高速铁路路基长度超过了线路总长的98%，普遍存在深挖、高填路基，其在路基结构、边坡高度、边坡形式及边坡坡率等方面都具有与我国设计标准完全不同的特点。我国的设计咨询企业要走向中东或国际市场，同日韩、欧美等世界技术强国进行竞争，必须在结合本国现行的规范和相关规定标准的基础上，研究国外技术标准的不同点，取长补短提高国际综合竞争力，为技术输出创造条件。

1 前言

2009年11月～2010年3月我国由铁道部牵头，以中铁一院、中国南车、中国通号、北京铁路局、中铁十八局等5家中国集团公司与沙特、德国公司组成联合体，在北京南车集团公司参与了哈拉曼高速铁路线上工程的总包竞标。铁道部要求桥梁、隧道、路基、站场等相关专业全面解读和研究哈拉曼高速铁路线下土建工程的设计文件及法国国家铁路的设计标准，对照我国高速铁路设计的相关规范、规定对哈拉曼高速铁路进行对比分析，路基工程全面分析了路基填料、基床结构、路基填挖高度、边坡形式及坡率等与我国铁路的不同之处，分析研究其与我国不同的设计特点。

2 概况

沙特哈拉曼高速铁路，也是中东地区第一条高速铁路，位于沙特西部红海东海岸，起始于麦加，终止于麦地那，全长 449.213 km，由法国著名的索菲图设计咨询公司于2008年～2009年设计。其主要承担麦加、吉达、国际机场、阿卜杜拉国王经济城，拉比赫、麦地那等西部主要经济城镇的朝觐旅运工作。设计速度乡村路段360 km/h、城区路段100 km/h，商业运行速度320 km/h，双线、有砟轨道、电气化铁路。

全段路基长440.223 km，占线路总长的98%，路堤、路堑路基结构形式相同。路基面宽度一般地段16.6 m、困难地段11.8 m，线间距5.0 m，乡村非限制段路基左侧路肩宽1.5 m，右侧路肩宽3.5 m(兼列车运营期间检修通道)。轨枕下道砟厚35 cm，基床结构厚度均为55 cm，其中道砟底层厚20 cm(相当于基床上表层)，道砟基床厚35 cm(相当于基床下表层)，道砟底层填筑碎(砾)石、砂粒混合料，压密形成致密的保护层，道砟基床填筑粗粒料或砂砾石，其下路堤填料就地取材。

3 工程地质特征

哈拉曼高速铁路位于干旱荒漠区，途径赛拉特低山丘陵(含山前侵蚀平原区)、红海海滨平原区、赛拉特山间平原区等地形地貌。区域内干旱少雨，植被稀少，极度炎热，沿途沟、谷发育，主要经过拉比、法蒂玛及阿什-苏梅西等几条较大的干河河谷。

麦加至吉达，即K 0+000～K 76+600段，山岭、峡谷密集，风沙、风积物分布较为广泛。主要涉及前寒武纪火成岩、火山沉积岩和第四纪沉积层：前寒武纪火成岩节理发育，局部交织成网状，岩石较为破碎；前寒武纪火山沉积岩呈带状分布，东北～西南走向，由火山岩、火山碎屑岩及外生碎屑岩等组成，成岩作用很差；第四纪沉积层分布于干沟河谷，由砾石、砂土、淤泥、黏土以及风积沙层等组成，结构疏松。风沙层主要以流动沙堆、新月形沙丘、沙链、沙地及风积沙等多种类型分布于干河、沟谷开阔地带。

吉达至瓦迪拉比即K 76+600～K 217+250段，地形开阔，地势平缓，局部起伏，以荒漠为主，局部分布有风沙，盐渍土及饱和软黏土沿海岸分布。主要涉及前寒武纪火成岩、第四纪沉积层和第三纪中新世沉积层：前寒武纪火成岩分布于山前剥蚀区，强风化，为砂土覆盖；第四纪沉积层分布较广，主要为由砾石、砂土、淤泥和黏土等组成的瓦迪沉积层、含石膏盐的萨巴哈沉积层及沙丘、沙链风积沙沉积层，结构较为松软；第三纪中新世沉积层主要由致密的碎屑岩和玄武岩等组成，成岩作用差，岩体松散，局部有孔洞。

瓦迪拉比至麦地那即K 217+250～K 449+213段，地形起伏较大，宽阔干河河谷内局部分布有孤山。主要涉及第三系、第四系玄武岩覆盖层及第四系坡积、冲积层，局部地表分布有前寒武纪花岗岩风化层：玄武岩成岩作用差，覆盖面广，地形相对平缓；第三系玄武岩主要呈浅棕色～绿棕色，地表覆盖圆形鹅卵石层；第四纪玄武岩(哈拉特)呈深灰～黑色，流体结构，岩体内分布有大小不等的孔穴、空洞；第四系坡积、冲积层由砂土、砾石、淤泥等组成，主要分布于沟谷及干河台地，结构疏松，在戈壁及沙漠化地表，局部分布有风积沙丘。

4 路基边坡高度

我国铁路路基边坡高度一般以20 m为界，超过20 m时按“高路堤、深路堑”对待，边坡考虑进行个别设计。我国有关路基填挖高度一般规定内容如表1所示，风沙区路基边坡高度不超过12 m。

表1 我国路基填挖边坡高度一般规定表

哈拉曼高速铁路路基填挖长度范围分布如图1所示。路堤占路基长度的81.65%，其中路堤占路基长度的18.35%，其中边坡高度大于15 m，占路堑长度的14.28%；边坡高度大于20 m，占路堑长度9.15%；边坡高度大于30 m，占路堑长度的5.80%。南部低山丘陵区(含山前侵蚀平原区)、西部海滨平原区及北部山间平原区等不同地貌区的路基高度如表2所示。沿线高填、深挖路基段落主要集中于南部低山丘陵区及北部山间平原区南段沟谷密集区，西部海滨平原区以路堤为主，路堑零星分布。根据我国的规定，对哈拉曼高速铁路沿线地质概况分析，路堤边坡高度应控制在8 m。超过8.0 m的地段一般要设桥梁通过，路堑边坡高度土质或软质岩应控制在15m、硬质岩应控制在30 m 以内，土质或软质岩边坡大于15 m、硬质岩大于30 m 的地段一般要设隧道通过，这样路基段应增设桥梁段落112.705 km，应增设隧道段落长9.33 km，占路基长度的27.72%。

表2 各地貌区内路基填挖高度表

5 路基边坡形式及坡率

我国行业标准路堤边坡形式及坡率规定如表3所示。而哈拉曼高速铁路路堤均采用阶梯型边坡形式，坡率均为1∶2，如图2所示。道砟基床(相当于基床下表层)以下填料主要就地取材，利用路堑挖方弃土或于路基两侧取土，不论高路堤还是低路堤边坡设计坡率均为1∶2，自路肩向下每隔5.0 m高分级设置4.0 m宽路堤边坡平台。

表3 路堤边坡形式及坡率表

我国行业标准，土质路堑边坡坡率规定如表4所示，路堑路基两侧一般设置底宽0.4 m、深0.8 m矩形或梯形侧沟，侧沟平台不宜小于1.0 m，较深土质路堑宜在边坡中部或不同地层分界处设置边坡平台，平台宽度不宜小于2.0 m。而哈拉曼高速铁路沿线土质地层主要为第四纪冲积物沉积层、萨巴哈盐沼沉积层、台地砂及砾石层、玄武岩(成岩很差，土状)等，土质路堑边坡均采用阶梯型边坡形式，坡率均为1∶2，如图3所示，路堑两侧设置底宽1.0 m、深1.8 m的梯形排水沟，排水沟内、外侧边坡坡率均为1∶2，外侧边坡接路堑边坡，自路基道砟基床底沿边坡垂直向上每隔5.0 m 高分级设置4.0 m宽边坡平台。

表4 土质路堑边坡坡率表

我国行业标准石质路堑边坡坡率规定如表5所示，软质岩、强风化或全风化的岩石路堑路基两侧一般设置底宽0.4 m、深0.8 m矩形或梯形侧沟，侧沟平台不宜小于1.0 m，较深路堑宜在边坡中部或不同地层分界处设置边坡平台，平台宽度不宜小于2.0 m。而哈拉曼高速铁路石质路堑均采用阶梯型边坡形式，主要根据岩性的不同采取不同的坡率，同一断面坡率相同，如图4所示。岩石路堑路基两侧设置底宽2.5 m、深1.45 m的梯形排水沟，排水沟内侧边坡坡率1∶2，外侧边坡坡率同路堑边坡坡率。沿线第三纪玄武岩、砂岩、致密的碎屑岩及前寒武纪火山和火山碎屑共生岩等边坡坡率1∶0.33，前寒武纪花岗岩、片麻花岗岩、闪长岩～花岗闪长岩、安山岩及辉绿岩等边坡坡率1∶0.25，前寒武纪角闪岩、片岩等边坡坡率1∶0.5。路堑边坡分级放坡，自排水沟底沿边坡垂直向上每隔10.0 m高分级设置4.0 m宽路堑边坡平台。沿线岩层风化、破碎严重，第三纪岩成岩作用差，深路堑段落较多(深度超过30 m达4.685 km)，边坡坡率均陡于我国岩石路堑设计标准。

表5 石质路堑边坡坡率表

我国行业标准对风沙路基规定：风沙地区路基宜以路堤通过，I级铁路路堤边坡高度不宜小于2.5 m；粉、细砂路堤或路堑边坡形式应采用直线型，边坡高度h≤6.0 m时的边坡坡率采用1∶1.75，边坡高度 6.0 m<h≤12 m时的边坡坡率1∶2.0；戈壁风沙流地区的浅路堑，宜采用展开式，边坡坡率缓于1∶4；设侧沟时积沙平台不小于2.0 m，不设侧沟时积沙平台不小于3.0 m，开挖沙面铺设防沙覆盖层。而哈拉曼高速铁路风沙路基具有与我国不同的积沙平台、边坡形式和坡率。塞夫沙丘、新月形沙丘及沉积于岩石间或沙丘间底部的薄层风积沙层等风成沙沉积物地段，路堤、路堑边坡设计形式和坡率均相同，如图5所示。坡脚外设置20 m宽积沙平台+7.0×1.5 m积沙沟+10宽积沙平台，外部挖方边坡坡率1∶6，路堤、路堑不同之处在于路堤自坡脚开始设置积沙平台，路堑则于路基两侧下挖成1.0 m高的路堤后再于坡脚挖设积沙平台。

6 路基边坡加固防护

我国行业标准规定，为确保路基边坡稳定和运营安全，对受自然因素作用易产生破坏的边坡，应根据边坡的土质、岩性、水文地质资料条件、边坡坡率与高度、环境保护、水土保持要求等选择适宜的防护加固措施。路堤边坡选用植物防护、干砌片石护坡、浆砌片石护坡、骨架护坡等防护形式，路堑边坡选用植物防护、干砌片石护坡、浆砌片石护坡、骨架护坡、喷护、挂网喷护、护墙等防护形式，深路堑岩层破碎边坡多采用挡土墙支挡收坡、预应力锚索或锚杆加固。我国铁路设计一般对路基边坡均进行防护，而哈拉曼高速铁路全线路基边坡防护加固工程很少，边坡基本处于裸露状态，直接受风蚀、雨水冲刷等自然环境影响。路堤主要在局部河滩地段设置边坡冲刷防护和在哈拉曼公路、麦地那三环公路等路中央通过地段设置路堤挡土墙收坡工程，路堑主要在局部岩石松散、破碎地段的边坡设置锚索加固和锚杆挂网喷护工程。按我国的标准，哈拉曼高速铁路沿线路堤、路堑边坡加固防护工程远远不足，多段落高路堤、高路堑边坡需增设加固防护工程。

7 结束语

结合我国的规范标准，通过对法国设计的哈拉曼高速铁路的路基填挖高度、边坡设计形式的对比解析，两者设计思路和设计模式有很大的不同。哈拉曼高速铁路有很多设计特征，路堤、路堑边坡高度大(路堤高达27.4 m，路堑深达62.5m),路堤及土质路堑边坡坡率缓(均为1∶2)，路堤及土质路堑边坡平台设置高度低(间隔5.0 m)、宽度大(宽4.0 m)，石质路堑边坡坡率陡(1∶0.25～1∶0.5)，路堑路基两侧设置缓坡大侧沟(内侧坡率1∶2，外侧同边坡坡率，深1.8 m),风沙区拦沙沟两侧设置双道积沙平台，拦沙沟、积沙平台宽大(达40 m宽)，沿线路基边坡防护、加固工程较少。法国设计咨询企业在中东占有很大的市场，我国设计咨询企业要走出国门在中东地区打开市场，必须立足于本国，加强同中东国家间的技术合作和文化交流，同时应全面了解国外在中东地区铁路设计的技术标准，弄清当地设计环境和采用设计标准的内在涵义，以提高我国设计咨询企业的综合实力。

[1] 中铁第一勘察设计院集团公司.沙特HARAMAIN高速铁路(Ⅰ期)路线土木工程方案设计报告[R].西安：中铁第一勘察设计院集团公司, 2009. China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.. Schematic Design Report of Civil Engineering of HARAMAIN high Speed Railway (Phase I) [R]. Xi’an: China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.， 2009.

[2] 中铁第一勘察设计院集团公司.沙特HARAMAIN高速铁路线路平面、纵断面及路基横断面图[Z]. 西安：中铁第一勘察设计院集团公司，2009. China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.. Plan and Profile Drawing of Route and Cross Section Drawing of Subgrade of HARAMAIN High-speed Railway [Z]. Xi’an: China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.， 2009.

[3] 铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册·路基 [M].北京：中国铁道出版社，1992. The First Survey and Design Institute of Ministry of Railway. Technical Manual of Railway Engineering Design·Subgrade [M].Beijing:China Railway Publishing House,1992.

[4] TB 10001-2005/J 447-2005 铁路路基设计规范[S]. TB 10001-2005/J 447-2005 Code for Design on Subgrade of Railway[S].

[5] TB 10035-2006/J 158-2006 铁路特殊路基设计规范[S]. TB 10035-2006/J 158-2006 Code for Design on Special Subgrade of Railway[S].

[6] 铁建设[2009]172号,铁路边坡防护及防排水工程设计补充规定[S]. Tie Jian She [2009] No.172, Supplementary Provisions for Design of Slope Protection, Waterproof and Drainage Engineering of Railway [S].

[7] 铁建设[2005]140号,新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定[S]. Tie Jian She [2005] No.140, Interim Provisions for Design of New 200～250 km/h Passenger Dedicated Line [S].

Analysis of Filling and Cutting Height of Subgrade and Design Features Slope of Haramain High-speed Railway

(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.,Xi’an 710043,China)

Abstract：With the rapid growth of economy and large-scale development of energy in recent years, the railway and high-speed railway in the Middle East is developing rapidly. The first Haramain high-speed railway designed by French company is being built and a number of high-speed railways have been included subsequently in the construction plan. Therefore, there is a bright prospect in the railway construction. Analysis of subgrade slope design of the first Haramain high-speed railway is of certain reference value. The subgrade on Haramain high-speed railway accounts for 98% of the total length and is almost deep-cutting or high embankment. There are entirely different characteristics from design standards in China in the structure of subgrade, slope height, slope form and slope ratio etc. The design and consulting enterprises in China will compete with technologically-advanced countries, such as Japan, South Korea and Europe, in the process of entering the Middle East or international market. Therefore, we must study the differentia of foreign technical standards based on current standards and specifications in China, learn from each other to improve international competitiveness, and create the conditions for the technology export.

Key words：geological characteristics; slope height; form of slope; slope ratio