徐州铁路枢纽夹北线改线建桥工程方案研究

王可群

WANG Ke-qun

（中铁上海设计院集团有限公司 南京设计院，江苏 南京 210009）

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

徐州铁路枢纽夹北线改线建桥工程方案研究

王可群

WANG Ke-qun

（中铁上海设计院集团有限公司 南京设计院，江苏 南京 210009）

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

在阐述徐州铁路枢纽夹北线现状的基础上，针对大山 1 号和 2 号特大桥设备老化、病害严重等问题，从特大桥病害严重、特大桥建设标准过低、实施新线新桥方案意义重大 3 个方面分析改线建桥，并且提出改线建桥工程方案的总体设计原则，结合夹北线重载、运营繁忙的现状，从平面设计、纵断面设计、拟建特大桥设计 3 个方面提出的改线建桥工程总体研究方案。

夹北线；特大桥；改线建桥；方案研究

1　概述

1.1夹北线

夹北线 (夹河寨—徐州北) 作为徐州铁路枢纽中京沪线 (北京—上海)、陇海线 (兰州—连云港) 的重要联络线，西起陇海线夹河寨站，北到京沪线徐州北站，中间有杨屯和周宅子站，是徐州铁路枢纽京沪、陇海线货物列车跨线运输的重要通道。夹北线大山 1 号、2 号特大桥位于夹北线周宅子站与徐州北站之间，上跨京沪线，西部和南部为京杭运河，北部为徐州西北绕城高速铁路，东部为 G310 公路，夹北线如图 1 所示。夹北线作为徐州铁路枢纽中陇海通道运输干线，同时担负陇海线与京沪线所有货物列车跨线运转作业，目前图定列车上行 75 列/d，下行 96 列/d，年通过总运量在 13 000万 t 左右，并且逐年增长，运输任务非常繁忙。但是，夹北线位于周宅子—徐州北区间的大山 1 号、2 号特大桥，桥梁建桥标准低，设备老化，病害非常严重，虽然经过多次大修加固处理，而桥墩横向刚度不足，造成桥墩振幅偏大，引起梁体振幅严重超限，只能限速行车，现阶段一号特大桥限速25 km/h，2 号特大桥限速 45 km/h，严重影响夹北线的运输效率和通过能力。此外，桥梁病害发展日趋严重，危及行车安全，为确保铁路运输安全，提高线路运营速度，对桥梁病害进行彻底整治、择址新建夹北线大山 1 号、2 号特大桥迫在眉睫[1]。

图1　夹北线地理位置示意图

1.2大山 1 号、2 号特大桥

（1）特大桥病害严重。由于特大桥病害严重，限速 25 km/h，已经形成夹北线运输通道能力瓶颈，不能满足运输需要。大山 1 号、2 号特大桥位于周宅子—徐州北区间，病害严重，自 1987 年建成以来，由于病害原因先后进行多次检测，根据相关报告及评估结论[2-3]，2000 年对夹北线大山 1 号、2 号桥限速 45 km/h 运行；2008 年对大山 1 号桥限速25 km/h 运行。大山 1 号、2 号桥为相邻桥梁，1 号桥全长 792.6 m，2 号桥全长 1 901.6 m，两桥合计全长 2 694.2 m，1 号桥限速 25 km/h，2 号桥限速45 km/h，至此周宅子—徐州北区间运行速度平均只能达到 32 km/h，远低于夹北线 80 km/h 标准。原夹北线列车追踪时分 8 min，由于限速运行，列车追踪时间延长至 12 min，能力损失达 33% 以上。夹北线年通过总运量逐年增长，根据预测资料，2025 年总运量将超过 20 000 万 t，由于大山 1 号、2 号特大桥病害的影响，夹北线的运输能力已经不能适应徐州铁路枢纽的运输需要，限制陇海线特别是东陇海线及连云港地区运量的进一步增长[4]。

（2）特大桥建设标准过低。大山 1 号、2 号特大桥建桥标准低，特大桥结构体系为拼装式轻型墩台体系。原桥梁体砼设计等级仅为 C18，建设标准过低，混凝土保护层施工质量控制较差，防排水体系设计构造不合理。运营到目前为止，梁体、墩台及基础主体结构病害率达到 100%，梁体及墩台严重病害率超过 70%，由于氯盐的侵蚀，局部梁体主钢筋行将失稳。随着运量的增长，病害将使桥梁进一步变为危桥，而结构设计不合理无法实行有效加固，必须彻底改建桥梁。

（3）新线新桥方案满足运输需要。①可以提升通道能力。据测算，实施新线新桥方案可以解除通道能力瓶颈，释放干线运输能力，近期 (2025 年) 直接经济效益增加 5 000 万元以上，远期 (2030 年) 直接经济效益在 10 000 万元以上[1]。②可以减少养护维修费用。目前工务部门加强了对桥梁的监测，增加巡道次数和桥梁养护频率，并且制定每月、每周巡查制度，铁路局每年都需要增加两桥的养护、维修、大修费用，增加工务部门工作量和资金投入。同时，由于大桥病害可能加剧，一旦危及行车安全，将对路网畅通造成重大影响，迫切需要实施新线新桥方案。

2　徐州铁路枢纽夹北线改线建桥工程方案研究

2.1改线建桥基本原则

（1）解除限速控制。通过改线建桥，解除限速控制，使线路速度目标值达到原设计标准 80 km/h，研究年度 (2025—2030 年) 内适应夹北线运能需求并且有一定的能力储备。

（2）经济选线建桥。由于既有特大桥无法加固，只有研究新线新桥替代，其平纵断面设计原则遵照 80 km/h 技术要求，结合地区地形特征，选择平面曲线控制要素[5]。

（3）注意施工组织。由于需要上跨京沪正线，梁型的选择需要考虑桥梁施工对既有线的影响，充分考虑施工过渡组织方案的可行性和运输组织方案的可操作性，在此基础上合理布置孔跨，尽量减少对运输的干扰。

（4）合理确定限界。目前在京沪线徐州北—南京东区段，双层集装箱通道主要受南京长江大桥控制，该桥处结构净空 6.55 m，不满足 7.96 m 双层集装箱限界要求，需要通过比选合理确定限界。

2.2改线建桥工程方案

2.2.1平面设计

方案平面设计受到周宅子站、徐州北站、在建郑徐 (郑州东—徐州东) 客运专线桥跨布局控制，新线起终点已经确定，线形选择主要受郑徐客运专线及与既有京沪上、下行线交叉点控制，可供选择空间非常有限，总体方案如图 2 所示。

图2　总体方案平面示意图

新建线路自周宅子站引出后，需要从在建郑徐客运专线的已经建桥墩 566 号和 567 号之间穿过[5]，下穿处轨顶标高受郑徐客运专线梁底标高限制，而上跨京沪线又必须满足京沪线限界要求，并且应有足够长的距离来顺接既有坡度。根据改建夹北线直线段位置和下穿郑徐客运专线位置，结合周宅子站咽喉最外放道岔里程，从周宅子站引出的曲线只能采用 500 m 的半径。如果半径增大，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紧凑，单个道岔改移将引起整个咽喉区改造，不仅工程量大、费用高，需要缩短站内股道有效长或对全站进行改造。其余地段通过平行既有夹北线，上跨京沪上、下行线，再由曲线分别顺向接入既有“西到无”(指徐州北以西自郑州方向所发不需要进站解编作业的列车所经线路)、“西到有”(指改编列车所经线路) 及“发西线”(指徐州北向徐州以西郑州方向所发列车经过的线路)，完成线路平面合拢，曲线半径均为 800 m满足规范要求[6]。

2.2.2纵断面设计

夹北线目前运行列车牵引质量为 5 500 t，但实际按 6 000 t 牵引质量进行编组以提高运输效率。通过列车牵引计算，在线路限制坡度不大于 5.4 ‰ 条件下，6 000 t 编组列车可以满足启动要求，因而考虑工程限制坡度采用 6 ‰，实际按 5.4 ‰ 控制。

2.2.3拟建特大桥设计

根据桥梁主跨结构及限界情况，方案研究采用钢桁梁有砟桥与混凝土 T 型梁进行方案比选确定。为满足施工便利性要求，尽量采用铁路标准跨上跨京沪上、下行线，结合实际可以考虑采用 1-48 m或 1-32 m 主梁上跨既有铁路。如果采用 48 m 跨度的主梁，铁路桥梁中通常选用预应力混凝土连续梁或钢桁梁形式，有顶推施工的连续槽形梁方案和先梁后拱 2 种组合体系拱桥方案。由于槽形梁方案槽形梁结构受力不合理，受拉区混凝土圬工量大，受压区混凝土圬工量小，梁体多以受压区 (上翼缘) 压溃为主要特征，不能充分发挥钢及混凝土材料的性能；同时结构为开口截面，整体性不如箱梁好，抗扭刚度和腹板稳定性相对较弱，因而不考虑采用槽型梁方案。先梁后拱的组合体系拱桥虽然能较好地降低主梁高度，但施工工序繁琐，并且施工过程中对既有铁路运营的影响较大，为减少对京沪线的影响，此处不再考虑采用先梁后拱的组合体系拱桥。如果采用 48 m 跨连续梁桥，在满足桥梁限界及施工防护安全高度的要求下，线路最大纵坡将达到 7.2 ‰，不能满足限坡要求，方案考虑采用 48 m钢桁梁桥进行研究。32 m 跨主梁结构形式与全线统一，可以考虑采用标准后张法预应力混凝土 T 梁。因此，拟定 1-48 m 钢桁梁 (方案Ⅰ)、1-32 预应力混凝土 T 梁 (方案Ⅱ) 2 种比选方案跨越京沪线，从工程规模、采用限界等方面对 2 个方案的优缺点进行分析比较如下。

（1）工程规模。在方案Ⅰ中，新建特大桥桥长4 259 m，同步拆除既有线路及特大桥 2 座，换铺无缝线路 4.446 km，新铺 25 m 标准轨 5.91 km；在方案Ⅱ中，新建特大桥桥长 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满足电力牵引区段双层集装箱运输基本建筑限界 (160 km/h＜ v ＜200 km/h)；方案Ⅱ满足客货共线铁路基本建筑限界 (v ＜160 km/h)。

（4）对京沪线的影响。方案Ⅰ满足双层集装箱限界要求，优化京沪线徐州铁路枢纽区段行车条件；方案Ⅱ不能通行双层集装箱列车。

（5）对铁路运输影响。方案Ⅰ施工工期短，施工期间对原有线路影响小，只需要在线路拨接时，封锁线路，对铁路运输影响较小。同时，由于上跨京沪线钢桁梁跨度较大，对京沪线影响较小；方案Ⅱ架梁时间较短，但墩台距离京沪线较近，施工时京沪线安全防护工作量大，安全要求高。

（6）工程实施的难度。方案Ⅰ实施方案相对简易；方案Ⅱ对京沪线影响较大，需要多次利用铁路天窗，实施比较困难。

（7）运营维护。方案Ⅰ钢桁梁需要定期保养；方案Ⅱ无需维护。

综上所述，方案Ⅱ中夹北线上跨京沪线限界为6.55 m，不能满足双层集装箱通行，并且墩台距离京沪线较近，对京沪线影响较大，安全要求高；方案Ⅰ虽然钢桁梁需要定期保养，投资较方案Ⅱ多近 1 000 万元，但夹北线上跨京沪线限界为 7.96 m，满足电力牵引区段双层集装箱运输基本建筑限界，优化京沪线徐州铁路枢纽区段行车条件，并且施工对既有铁路运输影响较小，施工技术成熟，工程较易组织实施。因此，推荐采用方案Ⅰ，即新建 48 m钢桁梁桥跨越京沪上、下行线方案。在改线建桥工程方案施工过渡时应以对运输影响最小为原则，密切配合工务、电务等各专业，运用“施工与运输一体化”理念，优化施工流程，细化施工组织，尽可能降低施工对枢纽运输及既有京沪线运营的干扰[7]。

3　结束语

虽然夹北线改线建桥工程方案主要侧重于特大桥改建工程方案研究，但在选线设计时应综合考虑各线路走向影响因素，结合铁路枢纽技术标准确定改线建桥工程方案的线路平、纵断面、限界等主要技术标准[8]。在施工过渡时尽量避免对既有线运营的交叉干扰，改线时对起终点进行科学选址，将对既有线路基、桥台附属工程等造成的影响降至最低。通过方案比选，新线新桥方案能够有效提升干线通道运输能力，保障干线运输安全，满足徐州铁路枢纽运输总体要求，直接经济效益良好。考虑到郑徐客运专线竣工运营在即，主管部门应创造条件对主桥下穿郑徐客运专线段的孔跨进行先期施工，避免在运营客运专线条件下施工，以降低施工费用，保障运营安全。

[1] 中铁上海设计院集团有限公司. 改建铁路夹北线大山一号、二号特大桥改建工程可行性研究[R]. 上海：中铁上海设计院集团有限公司，2014.

[2] 中国铁道科学研究院. 大山二号桥钢筋混凝土病害梁评估[R]. 北京：中国铁道科学研究院，1997.

[3] 济南工务检测中心. 大山二号特大桥试验报告及附件[R].济南：济南工务检测中心，2000.

[4] 济南工务检测所. 大山一号特大桥试验报告[R]. 济南：济南工务检测所，2007.

[5] 中铁第四勘察设计院集团有限公司. 新建铁路郑州至徐州客运专线施工图徐州特大桥[R]. 武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2011：52.

[6] 中华人民共和国铁道部. 铁路线路设计规范：GB 50090—2006 [S]. 北京：中国计划出版社，2006：7.

[7] 陆晓军，黎国敏. 提高铁路运输能力和运输总量的实践[J].铁道运输与经济，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] 贾 轩. 蓝黑线工程方案比较研究[J]. 铁道运输与经济，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.

责任编辑：吴文娟

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

中铁上海设计院集团有限公司科研课题(QS2015003)