新長(zhǎng)鐵路擴(kuò)能改造過(guò)江段橋梁限制坡度方案比選研究

陳明

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063）

1 項(xiàng)目概況

1.1 既有新長(zhǎng)鐵路概況

既有新長(zhǎng)鐵路位于江蘇、浙江兩省，線(xiàn)路北端自蘇魯交界徐州市所轄新沂市引出，經(jīng)宿遷市所轄沭陽(yáng)縣、淮安市、鹽城市、南通市所轄海安市、如皋市、泰州市所轄靖江市，現(xiàn)狀利用輪渡跨長(zhǎng)江后經(jīng)無(wú)錫市所轄江陰市、惠山區(qū)、宜興市，南端終到浙江省湖州市長(zhǎng)興縣。既有鐵路全長(zhǎng)556.105km。其中江蘇省532.38km，浙江省23.725km。

既有新長(zhǎng)鐵路為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)、單線(xiàn)內(nèi)燃鐵路，限制坡度：4‰，設(shè)計(jì)速度為120km/h。新長(zhǎng)鐵路于1992 年8 月正式立項(xiàng)，2005 年4 月全線(xiàn)建成后納入全國(guó)鐵路運(yùn)輸網(wǎng)。新長(zhǎng)鐵路以往在靖江至江陰段以輪渡方式過(guò)江，但輪渡需橫穿長(zhǎng)江主航道，有較大礙航影響。隨著長(zhǎng)江航運(yùn)量增長(zhǎng)，火車(chē)渡輪次數(shù)逐年減少，過(guò)江段貨流明顯減少，至2019 年底，過(guò)江輪渡停運(yùn)。

1.2 新長(zhǎng)鐵路擴(kuò)能改造過(guò)江段標(biāo)準(zhǔn)

由于新長(zhǎng)鐵路在過(guò)江段中斷運(yùn)輸，無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)量需求，產(chǎn)生較大能力缺口。因此擬對(duì)新長(zhǎng)鐵路全線(xiàn)按國(guó)鐵Ⅰ級(jí)鐵路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電氣化擴(kuò)能改造，其中過(guò)江段靖江至江陰段新建雙線(xiàn)，該段旅客列車(chē)設(shè)計(jì)速度采用160km/h，海安以南段既有線(xiàn)改建部分限制坡度維持既有4‰。對(duì)新建過(guò)江段橋梁限制坡度方案進(jìn)行綜合比選。

1.3 新長(zhǎng)鐵路過(guò)江段建設(shè)意義

從地理位置和徑路特點(diǎn)看，新長(zhǎng)鐵路是長(zhǎng)三角區(qū)域京滬鐵路以東、縱貫江蘇的南北向普速鐵路干線(xiàn)，也是江蘇沿海港口的重要后方通道。

建設(shè)新長(zhǎng)鐵路過(guò)江段，能夠擴(kuò)大長(zhǎng)三角區(qū)域南北向過(guò)江貨運(yùn)能力、滿(mǎn)足貨運(yùn)需求；充分發(fā)揮新長(zhǎng)鐵路通道功能、完善路網(wǎng)布局；填補(bǔ)新長(zhǎng)鐵路南段客運(yùn)空白、充分利用通道資源。

新長(zhǎng)鐵路過(guò)江段是新長(zhǎng)鐵路南北貫通、解決跨江“斷鏈”的關(guān)鍵區(qū)段；是增強(qiáng)長(zhǎng)三角區(qū)域過(guò)江貨運(yùn)能力、完善南北向鐵路貨運(yùn)布局的“強(qiáng)網(wǎng)”工程；是國(guó)家《長(zhǎng)江干線(xiàn)過(guò)江通道布局規(guī)劃(2020—2035 年)》中江蘇省過(guò)江通道的重要組成部分。

2 過(guò)江段橋梁方案研究

2.1 新長(zhǎng)鐵路過(guò)江段概況

采用橋梁形式過(guò)江通道的情況下，由于過(guò)江通道資源稀缺，采用新長(zhǎng)鐵路與鹽宜鐵路合建橋梁共同過(guò)江方案。其中鹽宜鐵路自主橋中心向兩端采用3‰的“人”字坡，北側(cè)坡長(zhǎng)1770.057m、南側(cè)坡長(zhǎng)1838.227m。主橋“人”字坡北端軌面設(shè)計(jì)高程為73.19m，主橋“人”字坡南端軌面設(shè)計(jì)高程為72.986m，在新長(zhǎng)鐵路與鹽宜鐵路合建橋梁共同過(guò)江的情況下，新長(zhǎng)鐵路接線(xiàn)采用縱斷面方案，應(yīng)從主橋“人”字坡向南北兩側(cè)順接。主橋“人”字坡南北端點(diǎn)分別與既有靖江站和江陰站普速場(chǎng)接軌位置關(guān)系如表1 所示。

表1 主橋“人”字坡南北端點(diǎn)接軌位置表

根據(jù)表1 可知，按照既有限制坡度，過(guò)江大橋主橋無(wú)法接入江南和江北既有車(chē)站，且高度差距大，需要研究新的限制坡度方案。

2.2 限制坡度方案比選

由于既有線(xiàn)路限制坡度維持在4‰不變，新建段限制坡度應(yīng)結(jié)合地形條件、機(jī)車(chē)類(lèi)型及相鄰線(xiàn)路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)綜合確定。目前，我國(guó)主流電力機(jī)車(chē)類(lèi)型為“和諧型”系列機(jī)車(chē)，不同類(lèi)型機(jī)車(chē)在不同限制坡度下的牽引質(zhì)量情況詳見(jiàn)《國(guó)內(nèi)主流和諧型電力機(jī)車(chē)主要技術(shù)參數(shù)及牽引質(zhì)量表》[1]。

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，作出分析如下：第一，在4‰限制坡度方案下，各型號(hào)機(jī)車(chē)單機(jī)起動(dòng)及持續(xù)運(yùn)行牽引質(zhì)量均能達(dá)到5000t，且均有較大機(jī)力富余。第二，在6‰限制坡度方案下，部分型號(hào)機(jī)車(chē)單機(jī)持續(xù)運(yùn)行牽引質(zhì)量能達(dá)到5000t，大部分機(jī)車(chē)單機(jī)起動(dòng)牽引質(zhì)量可達(dá)到4000t。第三，在9‰限制坡度方案下，各型號(hào)機(jī)車(chē)單機(jī)持續(xù)運(yùn)行牽引質(zhì)量均無(wú)法達(dá)到5000t，僅HXD1（軸重25t）、HXD2（軸重25t）、HXD3A 三種型號(hào)機(jī)車(chē)單機(jī)起動(dòng)牽引質(zhì)量能夠達(dá)到4000t。第四，在12‰限制坡度下，各型號(hào)機(jī)車(chē)單機(jī)牽引質(zhì)量均無(wú)法達(dá)到5000t，研究后該方案予以舍棄。結(jié)合新建線(xiàn)路工程條件，對(duì)橋梁9‰限制坡度方案和6‰限制坡度方案進(jìn)行綜合比選。

2.3 橋梁限制坡度綜合比選

（1）方案一：9‰限制坡度方案

第一，江南接線(xiàn)方案。新建雙線(xiàn)與鹽宜鐵路四線(xiàn)并行從設(shè)計(jì)分界點(diǎn)引出后，于江陰境內(nèi)上跨新華路后與鹽宜鐵路逐漸分離，在既有新長(zhǎng)鐵路東南側(cè)與之并行，兩次小角度下穿鹽宜鐵路后，利用江蘇南沿江鐵路上跨既有新長(zhǎng)鐵路的門(mén)式橋墩孔跨，對(duì)該段既有鐵路改建并增建二線(xiàn)后下穿江蘇南沿江鐵路引入江陰站普速場(chǎng)。

第二，江北接線(xiàn)方案。新建雙線(xiàn)與鹽宜鐵路四線(xiàn)并行過(guò)江，于靖江境內(nèi)兩跨既有線(xiàn)，上跨東天生港后與鹽宜鐵路逐漸分離，線(xiàn)路并行于既有線(xiàn)西側(cè)，上跨江平路后，對(duì)該段既有鐵路改建并增建二線(xiàn)于既有靖江站北側(cè)1.23km 處新建的靖江站。

該方案線(xiàn)路全長(zhǎng)25.207km，其中南接線(xiàn)線(xiàn)路長(zhǎng)10.617km，橋長(zhǎng)7.093km，北接線(xiàn)線(xiàn)路全長(zhǎng)7.552km，橋長(zhǎng)5.221km。

（2）方案二：6‰限制坡度方案

第一，江南接線(xiàn)方案。南沿江鐵路是重要的控制因素，新長(zhǎng)鐵路接線(xiàn)方案引入江陰站普速場(chǎng)，需與南沿江鐵路交叉。受過(guò)江大橋高程較高的影響，該方案限制坡度相對(duì)較小，線(xiàn)路無(wú)法下穿南沿江鐵路，只能上跨。上跨南沿江鐵路采用R-550m 曲線(xiàn)半徑，局部限速120km/h。

第二，江北接線(xiàn)方案。江北段線(xiàn)路新建雙線(xiàn)與鹽宜鐵路四線(xiàn)并行過(guò)江，于靖江境內(nèi)兩跨既有線(xiàn)，上跨東天生港后與鹽宜鐵路逐漸分離，線(xiàn)路并行于既有線(xiàn)西側(cè)，越過(guò)既有靖江站后，線(xiàn)路利用既有線(xiàn)改建并增建二線(xiàn)于既有靖江站北側(cè)5.15km 處新建的靖江站。新建靖江站規(guī)模同9‰限制坡度方案。

該方案線(xiàn)路全長(zhǎng)31.336km，其中南接線(xiàn)線(xiàn)路長(zhǎng)12.431km，橋長(zhǎng)10.294Km（其中單線(xiàn)橋0.732km），北接線(xiàn)線(xiàn)路全長(zhǎng)11.867km，橋長(zhǎng)8.867km。

3 方案工程投資及優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 從工程條件的適應(yīng)性分析

通過(guò)表2 相關(guān)數(shù)據(jù)可知：方案一能夠很好地適應(yīng)現(xiàn)狀地形及工程條件，江南段能夠以原設(shè)計(jì)高程接入江陰站普速場(chǎng)，可節(jié)省普速場(chǎng)改建工程成本；江北段新建靖江站僅需北移1.23km，改建工程也較節(jié)省成本，因此方案一優(yōu)。方案二中，江北接線(xiàn)工程新建靖江站需向北移5.15km；在江南接線(xiàn)工程中，江陰站普速場(chǎng)抬高約8.57m，車(chē)站高架，貨場(chǎng)搬遷至月城，月城貨場(chǎng)需要改建，工程量較大。

表2 橋梁方案主要工程量及工程投資比較表（比較范圍：K393+474—K431+374）

3.2 從與鹽宜鐵路共通道分析

江北段：新長(zhǎng)鐵路兩方案均與既有鐵路共通道，從DK207+400（鹽宜里程，下同）至公鐵合建橋，鹽宜鐵路與新長(zhǎng)鐵路并行共通道。

江南段：方案一從公鐵合建橋至DK219+900 段，兩項(xiàng)目基本共通道，下穿南沿江鐵路后，新長(zhǎng)鐵路沿既有鐵路南側(cè)并行引入普速場(chǎng)，鹽宜沿既有鐵路北側(cè)引入高速場(chǎng)，該方案對(duì)城市的切割影響較小。方案二在新華路至芙蓉大道之間，鹽宜鐵路和新長(zhǎng)鐵路兩項(xiàng)目距離較遠(yuǎn)，產(chǎn)生了夾心地，對(duì)城市發(fā)展有一定影響。

3.3 從與城市規(guī)劃的符合性分析

方案一原高程接入江陰站普速場(chǎng)，不能滿(mǎn)足江陰市在車(chē)站附近規(guī)劃的四條道路的立交條件，對(duì)規(guī)劃道路和城市切割嚴(yán)重；方案二能滿(mǎn)足上述道路立交要求，同時(shí)與高速場(chǎng)基本等高，站房工程可與在建的高速場(chǎng)站房無(wú)縫銜接。

3.4 從對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)干擾方面的分析

江北段目前處于停運(yùn)狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)施工不存在影響既有鐵路運(yùn)營(yíng)問(wèn)題，江南段江陰站普速場(chǎng)為既有運(yùn)營(yíng)車(chē)站，方案一原高程接入江陰站普速場(chǎng)，對(duì)車(chē)站運(yùn)營(yíng)影響最小，方案二需要整體抬高江陰站普速場(chǎng)，對(duì)車(chē)站運(yùn)營(yíng)影響較大。

3.5 從運(yùn)輸組織便利性分析

目前，上海局管內(nèi)主流和諧系列電力機(jī)車(chē)主要有HXD1B、HXD2B、HXD1C[2]。該項(xiàng)目主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)1050m、牽引質(zhì)量5000t。對(duì)于9‰限制坡度方案，目前上海局管內(nèi)主流機(jī)型均不滿(mǎn)足單機(jī)牽引5000t 的牽引質(zhì)量要求，需要在過(guò)江兩端靖江站、江陰站設(shè)置補(bǔ)機(jī)作業(yè)點(diǎn)，滿(mǎn)足5000t 貨物列車(chē)進(jìn)行摘補(bǔ)機(jī)作業(yè)，運(yùn)輸組織不便。

6‰限制坡度下，HXD2B 起動(dòng)牽引質(zhì)量及持續(xù)牽引質(zhì)量均超過(guò)5000t，HXD1B 與HXD1C（25t）持續(xù)運(yùn)行牽引質(zhì)量雖然低于5000t，但是兩種機(jī)型起動(dòng)牽引質(zhì)量均超過(guò)5000t，即這兩種機(jī)型可以滿(mǎn)足在6‰坡度下整列5000t 正常啟動(dòng)要求，運(yùn)輸組織靈活性相對(duì)較好。

3.6 從運(yùn)營(yíng)（三十年總計(jì)）費(fèi)用分析

過(guò)江段（靖江至江陰）不同限制坡度方案運(yùn)營(yíng)成本差別主要為有關(guān)成本差別和無(wú)關(guān)成本差別。其中，有關(guān)成本差別主要體現(xiàn)在牽引能耗費(fèi)用差別，一般坡度越大牽引能耗費(fèi)用越高。無(wú)關(guān)成本差別主要體現(xiàn)在不同限制坡度方案比較范圍內(nèi)單、雙線(xiàn)線(xiàn)路的長(zhǎng)度差別[3]。

另外，方案一需要考慮5000t 貨物列車(chē)在靖江站和江陰站設(shè)置補(bǔ)機(jī)作業(yè)點(diǎn)，以及固定設(shè)施及維修費(fèi)用、機(jī)車(chē)購(gòu)置費(fèi)及維修費(fèi)、機(jī)務(wù)人員工資等其他運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

經(jīng)測(cè)算，比較范圍內(nèi)（泰興—月城段），方案一運(yùn)營(yíng)費(fèi)累計(jì)凈現(xiàn)值44.26 億元，方案二運(yùn)營(yíng)費(fèi)累計(jì)凈現(xiàn)值41.55 億元，方案二節(jié)省2.72 億元。

4 結(jié)語(yǔ)

從工程條件、與鹽宜鐵路、城市規(guī)劃、既有線(xiàn)運(yùn)營(yíng)、運(yùn)輸組織、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用等方面對(duì)新長(zhǎng)鐵路過(guò)江段橋梁限制坡度進(jìn)行綜合比選，方案二雖然在施工期間對(duì)江陰站普速場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)有一定干擾，且工程投資相對(duì)較高，但該方案能夠滿(mǎn)足城市規(guī)劃要求，與到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)1050m、牽引質(zhì)量5000t 的標(biāo)準(zhǔn)相匹配，且可與周邊相鄰線(xiàn)路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保持統(tǒng)一，運(yùn)輸組織靈活性好，因此新長(zhǎng)鐵路橋梁過(guò)江段采用方案二。

確定橋梁限制坡度后，綜合考慮過(guò)江通道資源稀缺、跨江大橋建設(shè)難度大等問(wèn)題，結(jié)合遠(yuǎn)期新長(zhǎng)鐵路開(kāi)行市域列車(chē)的需求，為集約利用過(guò)江通道資源，新長(zhǎng)鐵路和鹽宜鐵路采用合建公鐵長(zhǎng)江大橋共同過(guò)江，其中公鐵長(zhǎng)江大橋鐵路部分采用具有扭轉(zhuǎn)剛度大、顫振臨界風(fēng)速高、行車(chē)適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)的四線(xiàn)橋（鹽宜鐵路雙線(xiàn)+新長(zhǎng)鐵路雙線(xiàn)），同時(shí)通過(guò)充分利用結(jié)構(gòu)下層寬度，一次性實(shí)施到位。因此，新長(zhǎng)鐵路擴(kuò)能改造過(guò)江段橋梁采用6‰限制坡度，正線(xiàn)數(shù)目為雙線(xiàn)與鹽宜鐵路合建公鐵大橋的過(guò)江方案。