新長鐵路擴能改造過江段橋梁限制坡度方案比選研究

陳明

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063）

1 項目概況

1.1 既有新長鐵路概況

既有新長鐵路位于江蘇、浙江兩省，線路北端自蘇魯交界徐州市所轄新沂市引出，經宿遷市所轄沭陽縣、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，現狀利用輪渡跨長江后經無錫市所轄江陰市、惠山區、宜興市，南端終到浙江省湖州市長興縣。既有鐵路全長556.105km。其中江蘇省532.38km，浙江省23.725km。

既有新長鐵路為國鐵Ⅰ級、單線內燃鐵路，限制坡度：4‰，設計速度為120km/h。新長鐵路于1992 年8 月正式立項，2005 年4 月全線建成后納入全國鐵路運輸網。新長鐵路以往在靖江至江陰段以輪渡方式過江，但輪渡需橫穿長江主航道，有較大礙航影響。隨著長江航運量增長，火車渡輪次數逐年減少，過江段貨流明顯減少，至2019 年底，過江輪渡停運。

1.2 新長鐵路擴能改造過江段標準

由于新長鐵路在過江段中斷運輸，無法滿足運量需求，產生較大能力缺口。因此擬對新長鐵路全線按國鐵Ⅰ級鐵路標準進行電氣化擴能改造，其中過江段靖江至江陰段新建雙線，該段旅客列車設計速度采用160km/h，海安以南段既有線改建部分限制坡度維持既有4‰。對新建過江段橋梁限制坡度方案進行綜合比選。

1.3 新長鐵路過江段建設意義

從地理位置和徑路特點看，新長鐵路是長三角區域京滬鐵路以東、縱貫江蘇的南北向普速鐵路干線，也是江蘇沿海港口的重要后方通道。

建設新長鐵路過江段，能夠擴大長三角區域南北向過江貨運能力、滿足貨運需求；充分發揮新長鐵路通道功能、完善路網布局；填補新長鐵路南段客運空白、充分利用通道資源。

新長鐵路過江段是新長鐵路南北貫通、解決跨江“斷鏈”的關鍵區段；是增強長三角區域過江貨運能力、完善南北向鐵路貨運布局的“強網”工程；是國家《長江干線過江通道布局規劃(2020—2035 年)》中江蘇省過江通道的重要組成部分。

2 過江段橋梁方案研究

2.1 新長鐵路過江段概況

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

表1 主橋“人”字坡南北端點接軌位置表

根據表1 可知，按照既有限制坡度，過江大橋主橋無法接入江南和江北既有車站，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

由于既有線路限制坡度維持在4‰不變，新建段限制坡度應結合地形條件、機車類型及相鄰線路技術標準綜合確定。目前，我國主流電力機車類型為“和諧型”系列機車，不同類型機車在不同限制坡度下的牽引質量情況詳見《國內主流和諧型電力機車主要技術參數及牽引質量表》[1]。

根據表1 數據，作出分析如下：第一，在4‰限制坡度方案下，各型號機車單機起動及持續運行牽引質量均能達到5000t，且均有較大機力富余。第二，在6‰限制坡度方案下，部分型號機車單機持續運行牽引質量能達到5000t，大部分機車單機起動牽引質量可達到4000t。第三，在9‰限制坡度方案下，各型號機車單機持續運行牽引質量均無法達到5000t，僅HXD1（軸重25t）、HXD2（軸重25t）、HXD3A 三種型號機車單機起動牽引質量能夠達到4000t。第四，在12‰限制坡度下，各型號機車單機牽引質量均無法達到5000t，研究后該方案予以舍棄。結合新建線路工程條件，對橋梁9‰限制坡度方案和6‰限制坡度方案進行綜合比選。

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，江南接線方案。新建雙線與鹽宜鐵路四線并行從設計分界點引出后，于江陰境內上跨新華路后與鹽宜鐵路逐漸分離，在既有新長鐵路東南側與之并行，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鐵路的門式橋墩孔跨，對該段既有鐵路改建并增建二線后下穿江蘇南沿江鐵路引入江陰站普速場。

第二，江北接線方案。新建雙線與鹽宜鐵路四線并行過江，于靖江境內兩跨既有線，上跨東天生港后與鹽宜鐵路逐漸分離，線路并行于既有線西側，上跨江平路后，對該段既有鐵路改建并增建二線于既有靖江站北側1.23km 處新建的靖江站。

該方案線路全長25.207km，其中南接線線路長10.617km，橋長7.093km，北接線線路全長7.552km，橋長5.221km。

（2）方案二：6‰限制坡度方案

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

第二，江北接線方案。江北段線路新建雙線與鹽宜鐵路四線并行過江，于靖江境內兩跨既有線，上跨東天生港后與鹽宜鐵路逐漸分離，線路并行于既有線西側，越過既有靖江站后，線路利用既有線改建并增建二線于既有靖江站北側5.15km 處新建的靖江站。新建靖江站規模同9‰限制坡度方案。

該方案線路全長31.336km，其中南接線線路長12.431km，橋長10.294Km（其中單線橋0.732km），北接線線路全長11.867km，橋長8.867km。

3 方案工程投資及優缺點分析

3.1 從工程條件的適應性分析

通過表2 相關數據可知：方案一能夠很好地適應現狀地形及工程條件，江南段能夠以原設計高程接入江陰站普速場，可節省普速場改建工程成本；江北段新建靖江站僅需北移1.23km，改建工程也較節省成本，因此方案一優。方案二中，江北接線工程新建靖江站需向北移5.15km；在江南接線工程中，江陰站普速場抬高約8.57m，車站高架，貨場搬遷至月城，月城貨場需要改建，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，兩項目基本共通道，下穿南沿江鐵路后，新長鐵路沿既有鐵路南側并行引入普速場，鹽宜沿既有鐵路北側引入高速場，該方案對城市的切割影響較小。方案二在新華路至芙蓉大道之間，鹽宜鐵路和新長鐵路兩項目距離較遠，產生了夾心地，對城市發展有一定影響。

3.3 從與城市規劃的符合性分析

方案一原高程接入江陰站普速場，不能滿足江陰市在車站附近規劃的四條道路的立交條件，對規劃道路和城市切割嚴重；方案二能滿足上述道路立交要求，同時與高速場基本等高，站房工程可與在建的高速場站房無縫銜接。

3.4 從對既有鐵路運營干擾方面的分析

江北段目前處于停運狀態，現場施工不存在影響既有鐵路運營問題，江南段江陰站普速場為既有運營車站，方案一原高程接入江陰站普速場，對車站運營影響最小，方案二需要整體抬高江陰站普速場，對車站運營影響較大。

3.5 從運輸組織便利性分析

目前，上海局管內主流和諧系列電力機車主要有HXD1B、HXD2B、HXD1C[2]。該項目主要技術標準為到發線有效長1050m、牽引質量5000t。對于9‰限制坡度方案，目前上海局管內主流機型均不滿足單機牽引5000t 的牽引質量要求，需要在過江兩端靖江站、江陰站設置補機作業點，滿足5000t 貨物列車進行摘補機作業，運輸組織不便。

6‰限制坡度下，HXD2B 起動牽引質量及持續牽引質量均超過5000t，HXD1B 與HXD1C（25t）持續運行牽引質量雖然低于5000t，但是兩種機型起動牽引質量均超過5000t，即這兩種機型可以滿足在6‰坡度下整列5000t 正常啟動要求，運輸組織靈活性相對較好。

3.6 從運營（三十年總計）費用分析

過江段（靖江至江陰）不同限制坡度方案運營成本差別主要為有關成本差別和無關成本差別。其中，有關成本差別主要體現在牽引能耗費用差別，一般坡度越大牽引能耗費用越高。無關成本差別主要體現在不同限制坡度方案比較范圍內單、雙線線路的長度差別[3]。

另外，方案一需要考慮5000t 貨物列車在靖江站和江陰站設置補機作業點，以及固定設施及維修費用、機車購置費及維修費、機務人員工資等其他運營費用。

經測算，比較范圍內（泰興—月城段），方案一運營費累計凈現值44.26 億元，方案二運營費累計凈現值41.55 億元，方案二節省2.72 億元。

4 結語

從工程條件、與鹽宜鐵路、城市規劃、既有線運營、運輸組織、運營費用等方面對新長鐵路過江段橋梁限制坡度進行綜合比選，方案二雖然在施工期間對江陰站普速場的運營有一定干擾，且工程投資相對較高，但該方案能夠滿足城市規劃要求，與到發線有效長1050m、牽引質量5000t 的標準相匹配，且可與周邊相鄰線路的技術標準保持統一，運輸組織靈活性好，因此新長鐵路橋梁過江段采用方案二。

確定橋梁限制坡度后，綜合考慮過江通道資源稀缺、跨江大橋建設難度大等問題，結合遠期新長鐵路開行市域列車的需求，為集約利用過江通道資源，新長鐵路和鹽宜鐵路采用合建公鐵長江大橋共同過江，其中公鐵長江大橋鐵路部分采用具有扭轉剛度大、顫振臨界風速高、行車適應性好等優點的四線橋（鹽宜鐵路雙線+新長鐵路雙線），同時通過充分利用結構下層寬度，一次性實施到位。因此，新長鐵路擴能改造過江段橋梁采用6‰限制坡度，正線數目為雙線與鹽宜鐵路合建公鐵大橋的過江方案。