徐州鐵路樞紐夾北線改線建橋工程方案研究

王可群

WANG Ke-qun

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 南京設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 210009）

(Nanjing Design Institute， China Railway Shanghai Design Institute Group Co.， Ltd.， Nanjing 210009， Jiangsu，China)

徐州鐵路樞紐夾北線改線建橋工程方案研究

王可群

WANG Ke-qun

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 南京設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 210009）

(Nanjing Design Institute， China Railway Shanghai Design Institute Group Co.， Ltd.， Nanjing 210009， Jiangsu，China)

在闡述徐州鐵路樞紐夾北線現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)大山 1 號(hào)和 2 號(hào)特大橋設(shè)備老化、病害嚴(yán)重等問題，從特大橋病害嚴(yán)重、特大橋建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)過低、實(shí)施新線新橋方案意義重大 3 個(gè)方面分析改線建橋，并且提出改線建橋工程方案的總體設(shè)計(jì)原則，結(jié)合夾北線重載、運(yùn)營(yíng)繁忙的現(xiàn)狀，從平面設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)、擬建特大橋設(shè)計(jì) 3 個(gè)方面提出的改線建橋工程總體研究方案。

夾北線；特大橋；改線建橋；方案研究

1　概述

1.1夾北線

夾北線 (夾河寨—徐州北) 作為徐州鐵路樞紐中京滬線 (北京—上海)、隴海線 (蘭州—連云港) 的重要聯(lián)絡(luò)線，西起隴海線夾河寨站，北到京滬線徐州北站，中間有楊屯和周宅子站，是徐州鐵路樞紐京滬、隴海線貨物列車跨線運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?。夾北線大山 1 號(hào)、2 號(hào)特大橋位于夾北線周宅子站與徐州北站之間，上跨京滬線，西部和南部為京杭運(yùn)河，北部為徐州西北繞城高速鐵路，東部為 G310 公路，夾北線如圖 1 所示。夾北線作為徐州鐵路樞紐中隴海通道運(yùn)輸干線，同時(shí)擔(dān)負(fù)隴海線與京滬線所有貨物列車跨線運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)，目前圖定列車上行 75 列/d，下行 96 列/d，年通過總運(yùn)量在 13 000萬 t 左右，并且逐年增長(zhǎng)，運(yùn)輸任務(wù)非常繁忙。但是，夾北線位于周宅子—徐州北區(qū)間的大山 1 號(hào)、2 號(hào)特大橋，橋梁建橋標(biāo)準(zhǔn)低，設(shè)備老化，病害非常嚴(yán)重，雖然經(jīng)過多次大修加固處理，而橋墩橫向剛度不足，造成橋墩振幅偏大，引起梁體振幅嚴(yán)重超限，只能限速行車，現(xiàn)階段一號(hào)特大橋限速25 km/h，2 號(hào)特大橋限速 45 km/h，嚴(yán)重影響夾北線的運(yùn)輸效率和通過能力。此外，橋梁病害發(fā)展日趨嚴(yán)重，危及行車安全，為確保鐵路運(yùn)輸安全，提高線路運(yùn)營(yíng)速度，對(duì)橋梁病害進(jìn)行徹底整治、擇址新建夾北線大山 1 號(hào)、2 號(hào)特大橋迫在眉睫[1]。

圖1　夾北線地理位置示意圖

1.2大山 1 號(hào)、2 號(hào)特大橋

（1）特大橋病害嚴(yán)重。由于特大橋病害嚴(yán)重，限速 25 km/h，已經(jīng)形成夾北線運(yùn)輸通道能力瓶頸，不能滿足運(yùn)輸需要。大山 1 號(hào)、2 號(hào)特大橋位于周宅子—徐州北區(qū)間，病害嚴(yán)重，自 1987 年建成以來，由于病害原因先后進(jìn)行多次檢測(cè)，根據(jù)相關(guān)報(bào)告及評(píng)估結(jié)論[2-3]，2000 年對(duì)夾北線大山 1 號(hào)、2 號(hào)橋限速 45 km/h 運(yùn)行；2008 年對(duì)大山 1 號(hào)橋限速25 km/h 運(yùn)行。大山 1 號(hào)、2 號(hào)橋?yàn)橄噜彉蛄海? 號(hào)橋全長(zhǎng) 792.6 m，2 號(hào)橋全長(zhǎng) 1 901.6 m，兩橋合計(jì)全長(zhǎng) 2 694.2 m，1 號(hào)橋限速 25 km/h，2 號(hào)橋限速45 km/h，至此周宅子—徐州北區(qū)間運(yùn)行速度平均只能達(dá)到 32 km/h，遠(yuǎn)低于夾北線 80 km/h 標(biāo)準(zhǔn)。原夾北線列車追蹤時(shí)分 8 min，由于限速運(yùn)行，列車追蹤時(shí)間延長(zhǎng)至 12 min，能力損失達(dá) 33% 以上。夾北線年通過總運(yùn)量逐年增長(zhǎng)，根據(jù)預(yù)測(cè)資料，2025 年總運(yùn)量將超過 20 000 萬 t，由于大山 1 號(hào)、2 號(hào)特大橋病害的影響，夾北線的運(yùn)輸能力已經(jīng)不能適應(yīng)徐州鐵路樞紐的運(yùn)輸需要，限制隴海線特別是東隴海線及連云港地區(qū)運(yùn)量的進(jìn)一步增長(zhǎng)[4]。

（2）特大橋建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)過低。大山 1 號(hào)、2 號(hào)特大橋建橋標(biāo)準(zhǔn)低，特大橋結(jié)構(gòu)體系為拼裝式輕型墩臺(tái)體系。原橋梁體砼設(shè)計(jì)等級(jí)僅為 C18，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)過低，混凝土保護(hù)層施工質(zhì)量控制較差，防排水體系設(shè)計(jì)構(gòu)造不合理。運(yùn)營(yíng)到目前為止，梁體、墩臺(tái)及基礎(chǔ)主體結(jié)構(gòu)病害率達(dá)到 100%，梁體及墩臺(tái)嚴(yán)重病害率超過 70%，由于氯鹽的侵蝕，局部梁體主鋼筋行將失穩(wěn)。隨著運(yùn)量的增長(zhǎng)，病害將使橋梁進(jìn)一步變?yōu)槲颍Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理無法實(shí)行有效加固，必須徹底改建橋梁。

（3）新線新橋方案滿足運(yùn)輸需要。①可以提升通道能力。據(jù)測(cè)算，實(shí)施新線新橋方案可以解除通道能力瓶頸，釋放干線運(yùn)輸能力，近期 (2025 年) 直接經(jīng)濟(jì)效益增加 5 000 萬元以上，遠(yuǎn)期 (2030 年) 直接經(jīng)濟(jì)效益在 10 000 萬元以上[1]。②可以減少養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。目前工務(wù)部門加強(qiáng)了對(duì)橋梁的監(jiān)測(cè)，增加巡道次數(shù)和橋梁養(yǎng)護(hù)頻率，并且制定每月、每周巡查制度，鐵路局每年都需要增加兩橋的養(yǎng)護(hù)、維修、大修費(fèi)用，增加工務(wù)部門工作量和資金投入。同時(shí)，由于大橋病害可能加劇，一旦危及行車安全，將對(duì)路網(wǎng)暢通造成重大影響，迫切需要實(shí)施新線新橋方案。

2　徐州鐵路樞紐夾北線改線建橋工程方案研究

2.1改線建橋基本原則

（1）解除限速控制。通過改線建橋，解除限速控制，使線路速度目標(biāo)值達(dá)到原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 80 km/h，研究年度 (2025—2030 年) 內(nèi)適應(yīng)夾北線運(yùn)能需求并且有一定的能力儲(chǔ)備。

（2）經(jīng)濟(jì)選線建橋。由于既有特大橋無法加固，只有研究新線新橋替代，其平縱斷面設(shè)計(jì)原則遵照 80 km/h 技術(shù)要求，結(jié)合地區(qū)地形特征，選擇平面曲線控制要素[5]。

（3）注意施工組織。由于需要上跨京滬正線，梁型的選擇需要考慮橋梁施工對(duì)既有線的影響，充分考慮施工過渡組織方案的可行性和運(yùn)輸組織方案的可操作性，在此基礎(chǔ)上合理布置孔跨，盡量減少對(duì)運(yùn)輸?shù)母蓴_。

（4）合理確定限界。目前在京滬線徐州北—南京東區(qū)段，雙層集裝箱通道主要受南京長(zhǎng)江大橋控制，該橋處結(jié)構(gòu)凈空 6.55 m，不滿足 7.96 m 雙層集裝箱限界要求，需要通過比選合理確定限界。

2.2改線建橋工程方案

2.2.1平面設(shè)計(jì)

方案平面設(shè)計(jì)受到周宅子站、徐州北站、在建鄭徐 (鄭州東—徐州東) 客運(yùn)專線橋跨布局控制，新線起終點(diǎn)已經(jīng)確定，線形選擇主要受鄭徐客運(yùn)專線及與既有京滬上、下行線交叉點(diǎn)控制，可供選擇空間非常有限，總體方案如圖 2 所示。

圖2　總體方案平面示意圖

新建線路自周宅子站引出后，需要從在建鄭徐客運(yùn)專線的已經(jīng)建橋墩 566 號(hào)和 567 號(hào)之間穿過[5]，下穿處軌頂標(biāo)高受鄭徐客運(yùn)專線梁底標(biāo)高限制，而上跨京滬線又必須滿足京滬線限界要求，并且應(yīng)有足夠長(zhǎng)的距離來順接既有坡度。根據(jù)改建夾北線直線段位置和下穿鄭徐客運(yùn)專線位置，結(jié)合周宅子站咽喉最外放道岔里程，從周宅子站引出的曲線只能采用 500 m 的半徑。如果半徑增大，周宅子站最外方道岔需要向小里程改移，但周宅子站徐州北端咽喉道岔布置緊湊，單個(gè)道岔改移將引起整個(gè)咽喉區(qū)改造，不僅工程量大、費(fèi)用高，需要縮短站內(nèi)股道有效長(zhǎng)或?qū)θ具M(jìn)行改造。其余地段通過平行既有夾北線，上跨京滬上、下行線，再由曲線分別順向接入既有“西到無”(指徐州北以西自鄭州方向所發(fā)不需要進(jìn)站解編作業(yè)的列車所經(jīng)線路)、“西到有”(指改編列車所經(jīng)線路) 及“發(fā)西線”(指徐州北向徐州以西鄭州方向所發(fā)列車經(jīng)過的線路)，完成線路平面合攏，曲線半徑均為 800 m滿足規(guī)范要求[6]。

2.2.2縱斷面設(shè)計(jì)

夾北線目前運(yùn)行列車牽引質(zhì)量為 5 500 t，但實(shí)際按 6 000 t 牽引質(zhì)量進(jìn)行編組以提高運(yùn)輸效率。通過列車牽引計(jì)算，在線路限制坡度不大于 5.4 ‰ 條件下，6 000 t 編組列車可以滿足啟動(dòng)要求，因而考慮工程限制坡度采用 6 ‰，實(shí)際按 5.4 ‰ 控制。

2.2.3擬建特大橋設(shè)計(jì)

根據(jù)橋梁主跨結(jié)構(gòu)及限界情況，方案研究采用鋼桁梁有砟橋與混凝土 T 型梁進(jìn)行方案比選確定。為滿足施工便利性要求，盡量采用鐵路標(biāo)準(zhǔn)跨上跨京滬上、下行線，結(jié)合實(shí)際可以考慮采用 1-48 m或 1-32 m 主梁上跨既有鐵路。如果采用 48 m 跨度的主梁，鐵路橋梁中通常選用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁或鋼桁梁形式，有頂推施工的連續(xù)槽形梁方案和先梁后拱 2 種組合體系拱橋方案。由于槽形梁方案槽形梁結(jié)構(gòu)受力不合理，受拉區(qū)混凝土圬工量大，受壓區(qū)混凝土圬工量小，梁體多以受壓區(qū) (上翼緣) 壓潰為主要特征，不能充分發(fā)揮鋼及混凝土材料的性能；同時(shí)結(jié)構(gòu)為開口截面，整體性不如箱梁好，抗扭剛度和腹板穩(wěn)定性相對(duì)較弱，因而不考慮采用槽型梁方案。先梁后拱的組合體系拱橋雖然能較好地降低主梁高度，但施工工序繁瑣，并且施工過程中對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)的影響較大，為減少對(duì)京滬線的影響，此處不再考慮采用先梁后拱的組合體系拱橋。如果采用 48 m 跨連續(xù)梁橋，在滿足橋梁限界及施工防護(hù)安全高度的要求下，線路最大縱坡將達(dá)到 7.2 ‰，不能滿足限坡要求，方案考慮采用 48 m鋼桁梁橋進(jìn)行研究。32 m 跨主梁結(jié)構(gòu)形式與全線統(tǒng)一，可以考慮采用標(biāo)準(zhǔn)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土 T 梁。因此，擬定 1-48 m 鋼桁梁 (方案Ⅰ)、1-32 預(yù)應(yīng)力混凝土 T 梁 (方案Ⅱ) 2 種比選方案跨越京滬線，從工程規(guī)模、采用限界等方面對(duì) 2 個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析比較如下。

（1）工程規(guī)模。在方案Ⅰ中，新建特大橋橋長(zhǎng)4 259 m，同步拆除既有線路及特大橋 2 座，換鋪無縫線路 4.446 km，新鋪 25 m 標(biāo)準(zhǔn)軌 5.91 km；在方案Ⅱ中，新建特大橋橋長(zhǎng) 4 223 m，其余同方案 I。

（2）采用限界。方案Ⅰ采用限界 7.96 m；方案Ⅱ采用限界 6.55 m。

（3）建筑限界。方案Ⅰ滿足電力牽引區(qū)段雙層集裝箱運(yùn)輸基本建筑限界 (160 km/h＜ v ＜200 km/h)；方案Ⅱ滿足客貨共線鐵路基本建筑限界 (v ＜160 km/h)。

（4）對(duì)京滬線的影響。方案Ⅰ滿足雙層集裝箱限界要求，優(yōu)化京滬線徐州鐵路樞紐區(qū)段行車條件；方案Ⅱ不能通行雙層集裝箱列車。

（5）對(duì)鐵路運(yùn)輸影響。方案Ⅰ施工工期短，施工期間對(duì)原有線路影響小，只需要在線路撥接時(shí)，封鎖線路，對(duì)鐵路運(yùn)輸影響較小。同時(shí)，由于上跨京滬線鋼桁梁跨度較大，對(duì)京滬線影響較??；方案Ⅱ架梁時(shí)間較短，但墩臺(tái)距離京滬線較近，施工時(shí)京滬線安全防護(hù)工作量大，安全要求高。

（6）工程實(shí)施的難度。方案Ⅰ實(shí)施方案相對(duì)簡(jiǎn)易；方案Ⅱ?qū)€影響較大，需要多次利用鐵路天窗，實(shí)施比較困難。

（7）運(yùn)營(yíng)維護(hù)。方案Ⅰ鋼桁梁需要定期保養(yǎng)；方案Ⅱ無需維護(hù)。

綜上所述，方案Ⅱ中夾北線上跨京滬線限界為6.55 m，不能滿足雙層集裝箱通行，并且墩臺(tái)距離京滬線較近，對(duì)京滬線影響較大，安全要求高；方案Ⅰ雖然鋼桁梁需要定期保養(yǎng)，投資較方案Ⅱ多近 1 000 萬元，但夾北線上跨京滬線限界為 7.96 m，滿足電力牽引區(qū)段雙層集裝箱運(yùn)輸基本建筑限界，優(yōu)化京滬線徐州鐵路樞紐區(qū)段行車條件，并且施工對(duì)既有鐵路運(yùn)輸影響較小，施工技術(shù)成熟，工程較易組織實(shí)施。因此，推薦采用方案Ⅰ，即新建 48 m鋼桁梁橋跨越京滬上、下行線方案。在改線建橋工程方案施工過渡時(shí)應(yīng)以對(duì)運(yùn)輸影響最小為原則，密切配合工務(wù)、電務(wù)等各專業(yè)，運(yùn)用“施工與運(yùn)輸一體化”理念，優(yōu)化施工流程，細(xì)化施工組織，盡可能降低施工對(duì)樞紐運(yùn)輸及既有京滬線運(yùn)營(yíng)的干擾[7]。

3　結(jié)束語

雖然夾北線改線建橋工程方案主要側(cè)重于特大橋改建工程方案研究，但在選線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各線路走向影響因素，結(jié)合鐵路樞紐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定改線建橋工程方案的線路平、縱斷面、限界等主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[8]。在施工過渡時(shí)盡量避免對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)的交叉干擾，改線時(shí)對(duì)起終點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)選址，將對(duì)既有線路基、橋臺(tái)附屬工程等造成的影響降至最低。通過方案比選，新線新橋方案能夠有效提升干線通道運(yùn)輸能力，保障干線運(yùn)輸安全，滿足徐州鐵路樞紐運(yùn)輸總體要求，直接經(jīng)濟(jì)效益良好?？紤]到鄭徐客運(yùn)專線竣工運(yùn)營(yíng)在即，主管部門應(yīng)創(chuàng)造條件對(duì)主橋下穿鄭徐客運(yùn)專線段的孔跨進(jìn)行先期施工，避免在運(yùn)營(yíng)客運(yùn)專線條件下施工，以降低施工費(fèi)用，保障運(yùn)營(yíng)安全。

[1] 中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 改建鐵路夾北線大山一號(hào)、二號(hào)特大橋改建工程可行性研究[R]. 上海：中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2014.

[2] 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院. 大山二號(hào)橋鋼筋混凝土病害梁評(píng)估[R]. 北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，1997.

[3] 濟(jì)南工務(wù)檢測(cè)中心. 大山二號(hào)特大橋試驗(yàn)報(bào)告及附件[R].濟(jì)南：濟(jì)南工務(wù)檢測(cè)中心，2000.

[4] 濟(jì)南工務(wù)檢測(cè)所. 大山一號(hào)特大橋試驗(yàn)報(bào)告[R]. 濟(jì)南：濟(jì)南工務(wù)檢測(cè)所，2007.

[5] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 新建鐵路鄭州至徐州客運(yùn)專線施工圖徐州特大橋[R]. 武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2011：52.

[6] 中華人民共和國(guó)鐵道部. 鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50090—2006 [S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006：7.

[7] 陸曉軍，黎國(guó)敏. 提高鐵路運(yùn)輸能力和運(yùn)輸總量的實(shí)踐[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2012，34(8)：17-19. LU Xiao-jun，LI Guo-min. Practice of Increasing Railway Transport Capacity and Total Traffic Volume[J]. Railway Transport and Economy，2012，34 (8)：17-19.

[8] 賈 軒. 藍(lán)黑線工程方案比較研究[J]. 鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2015，37(4)：55-58. JIA Xuan. Study on Schemes Comparison of Zhenglanqi-Heichengzi Railway Engineering[J]. Railway Transport and Economy，2015，37 (4)：55-58.

責(zé)任編輯：吳文娟

Study on Construction Program of Line Relocation and Bridge Building on Jiahezhai-Xuzhoubei Line of Xuzhou Railway Hub

Based on expounding status of Jiahezhai-Xuzhoubei line of Xuzhou railway hub, targeting with problems existing in Dashan No.1 and No.2 Extra-long Bridges like equipment aging and serious defects, this paper analyzes the line relocation and bridge building from 3 aspects such as serious defects in the extra-long bridge, low building standard of the extra-long bridge and significant meaning in implementing the program of new line and new bridge. The paper also puts forward the general design principle of the construction program of line relocation and bridge building, and combining with status of busy heavy haul and operation on Jiahezhai-Xuzhoubei line, puts forward general research program of the line relocation and bridge building from 3 aspects including plane design, design of vertical section and design of extra-long bridge proposed to built.

Jiahezhai-Xuzhoubei Line; Extra-long Bridge; Line Relocation and Bridge Building; Program Study

1003-1421(2016)01-0049-05+1

B

U291.7

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.01.11

2015-10-28

中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司科研課題(QS2015003)