胡江民

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

1 項(xiàng)目概況

多豐、虎豐線位于華北北部,起自錫多線多倫站,經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟多倫縣、東水泉，進(jìn)入河北省承德市豐寧縣境內(nèi)；經(jīng)大騾子溝、下窩鋪、上黃旗、南關(guān)、東弓匠營、塔黃旗,終接虎什哈至豐寧線一期工程天橋站。線路呈北南走向,研究范圍內(nèi)既有線全長約140 km。

多豐、虎豐線原按單線、內(nèi)燃、限制坡度上行12‰/下行15‰、牽引質(zhì)量上行3 500 t(雙機(jī))/下行3 000 t(雙機(jī))設(shè)計(jì)。多豐、虎豐線北端錫多鐵路已開展復(fù)線、預(yù)留電化及萬噸條件改造工程；南端擬建的張?zhí)畦F路為一次雙線、電氣化、萬噸鐵路。隨著路網(wǎng)變化,多豐、虎豐線從為地方服務(wù)的鐵路轉(zhuǎn)變?yōu)槊蓶|煤炭下水錫曹通道的組成部分,其功能定位、運(yùn)量、流向均發(fā)生顯著變化,單線運(yùn)能已遠(yuǎn)不能滿足運(yùn)輸需求,擴(kuò)能改造勢在必行。通過對各種擴(kuò)能方案研究,推薦采用增建二線擴(kuò)能方式。

多豐、虎豐增建二線后,與錫多鐵路、張?zhí)畦F路共同構(gòu)成了蒙東煤炭下水錫曹通道,該項(xiàng)目的修建對于開辟蒙東煤炭下海通道,保障東南沿海地區(qū)能源供給,優(yōu)化曹妃甸港鐵路集疏運(yùn)通道布局,進(jìn)一步拓展津冀沿海港口群腹地空間,完善蒙東地區(qū)鐵路路網(wǎng)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)路網(wǎng)運(yùn)輸靈活性和機(jī)動性,促進(jìn)沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展,帶動貧困地區(qū)脫貧致富等均具有重要意義。

多豐、虎豐線原標(biāo)準(zhǔn)低下,坡度大,牽引質(zhì)量小,合理選擇第二線限制坡度,對二線走向、工程規(guī)模、既有設(shè)施利用均有較大影響,有必要對影響二線坡度選擇的各種因素進(jìn)行綜合分析研究。

2 地形特征

多豐、虎豐線內(nèi)蒙古境內(nèi)段屬內(nèi)蒙古高原丘陵區(qū),海拔高度在1 259～1 493 m之間。丘坡呈渾圓狀孤丘,丘間谷地開闊、平緩,略有起伏；河北境內(nèi)段屬中山區(qū),海拔高度在511～1 438 m之間,地形起伏較大,溝谷下切強(qiáng)烈。

3 沿線自然坡度

自然坡度是地形特征分析的結(jié)果,沿線自然坡度的特點(diǎn)對限制坡度的選擇具有一定指導(dǎo)作用。本項(xiàng)目由北向南,沿線自然坡度特征為：多倫至東水泉段,海拔高程1 260～1 350 m,平均自然縱坡8.4‰；東水泉至大騾子溝段,海拔高程1 350～1 128 m,平均自然縱坡11.5‰；大騾子溝至下窩鋪段,海拔高程1 128～1 070 m,平均自然縱坡5‰;下窩鋪至上黃旗段,海拔高程1 070～850 m,平均自然縱坡11.9‰；上黃旗至南關(guān)段,海拔高程850～780 m,平均自然縱坡3.5‰；南關(guān)至東弓匠營段780～590 m,平均自然縱坡11.7‰；東弓匠營至塔黃旗段590～525 m,平均自然縱坡6.8‰。

由經(jīng)由點(diǎn)的海拔關(guān)系可知,多豐、虎豐線全線自然縱坡為凸形,以東水泉為分界點(diǎn),東水泉以北段(多倫—東水泉)為上坡地段,其平均自然縱坡約為8.4‰；東水泉以南段(東水泉—塔黃旗)為下坡地段,其平均自然縱坡分布為3.5‰～11.9‰。

分析多豐、虎豐線自然縱坡特征可知,6‰～15‰坡度可以適應(yīng)項(xiàng)目地形。

4 相鄰鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

多豐、虎豐線相關(guān)的既有線路主要有錫多線、集通線、京通線、赤大白線等。其現(xiàn)狀主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 現(xiàn)狀相鄰線鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

研究年度相關(guān)線路的鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 研究年度相鄰線鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

由表1、表2可以看出,本線相鄰路網(wǎng)基本是6‰系列。

5 項(xiàng)目貨流特征

多豐、虎豐線外部路網(wǎng)變化后,預(yù)測其客貨運(yùn)量見表3。

表3 多豐、虎豐線貨流密度 104t

由表3可知,多豐、虎豐線以煤炭外運(yùn)為主,輕重車方向明顯,且預(yù)測未來貨流變化趨勢不大,研究年度輕重車比例近期1∶29～1∶19、遠(yuǎn)期1∶33～1∶21,限坡方案存在分方向限坡選擇的可能性。

6 機(jī)車類型與限制坡度、牽引質(zhì)量關(guān)系

各種機(jī)型在不同坡度下所對應(yīng)的牽引質(zhì)量見表4。

由表4可知,HXD1、HXD2、SS4B型電力機(jī)車,在6‰/13‰的限坡上可滿足單機(jī)牽引5 000 t、雙機(jī)牽引10 000 t的要求,在15‰/12‰的限坡上,雙機(jī)牽引質(zhì)量能達(dá)到5 000 t。

7 重載列車下坡道限制坡度研究

錫多線進(jìn)行復(fù)線改造,同時(shí)部分到發(fā)線有效長延長至1 700 m,以滿足開行萬噸列車的條件；張?zhí)凭€建成后,直接開行萬噸列車。因此,為與相鄰線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匹配、減少中間作業(yè)環(huán)節(jié),提高鐵路服務(wù)質(zhì)量及效率,減少運(yùn)營成本,錫林浩特地區(qū)經(jīng)多豐、虎豐線發(fā)往曹妃甸港的煤炭貨物,應(yīng)組織開行萬噸列車,即多豐、虎豐線增建二線后可能是一條煤運(yùn)重載鐵路。

表4 機(jī)車類型與限制坡度、牽引質(zhì)量關(guān)系 t

煤運(yùn)重載鐵路下坡道應(yīng)當(dāng)滿足重載列車在長大下坡道上的制動要求。大秦線運(yùn)營實(shí)踐表明：萬噸列車的縱向力并不影響列車運(yùn)行的安全(即壓鉤力與拉鉤力均在允許范圍之內(nèi)),多豐、虎豐線增建二線項(xiàng)目主要研究重車方向長大下坡道區(qū)間的列車再充風(fēng)問題。

通過計(jì)算,當(dāng)同時(shí)使用電阻制動和空氣制動時(shí),HXD1型機(jī)車單機(jī)牽引5 000 t(車輛采用C80、編組50輛),在13‰、18‰的長大下坡道上,列車從緩解初速增至限速的增速時(shí)間分別為364 s、125 s,而“充風(fēng)時(shí)間+空走時(shí)間”分別為79 s、80 s,均小于增速時(shí)間,能夠滿足周期制動要求。HXD1型機(jī)車雙機(jī)重聯(lián)牽引10 000 t(車輛采用C80、編組100輛),在13‰的長大下坡道上,列車從緩解初速增至限速的增速時(shí)間為364 s,而“充風(fēng)時(shí)間+空走時(shí)間”為171 s,小于增速時(shí)間,能夠滿足周期制動要求；在18‰的長大下坡道上,列車從緩解初速增至限速的增速時(shí)間為125 s,小于“充風(fēng)時(shí)間+空走時(shí)間”之和173 s,不能保證萬噸列車的再充風(fēng)時(shí)間要求。

由上述分析可知,多豐、虎豐增建二線后,若組織開行萬噸列車,則萬噸列車走行線限制坡度不宜超過13‰,考慮既有多豐、虎豐線限制坡度為上行12‰/下行15‰,已大于13‰,為避免既有線軟化坡度引起既有線的大拆大改,顯然應(yīng)將第二線做為萬噸列車走行線,即多豐、虎豐線若組織開行萬噸列車,二線坡度不應(yīng)大于13‰。

8 限坡方案比選

多豐、虎豐線既有限坡為上行12‰/下行15‰的均衡坡,二線可與既有多豐、虎豐并行,充分利用既有設(shè)施,利于節(jié)約用地,限制坡度首先研究12‰/15‰的均衡坡方案。

錫多鐵路復(fù)線后預(yù)留萬噸條件,其限制坡度為6‰/12‰均衡坡；張?zhí)凭€為雙線萬噸鐵路,其限制坡度亦為6‰/12‰均衡坡。為使錫曹通道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一,減少中間技術(shù)環(huán)節(jié),同時(shí)結(jié)合多豐、虎豐線自然坡度特征、貨流特征及機(jī)車類型、牽引質(zhì)量及限制坡度關(guān)系,研究了6‰/13‰均衡坡方案方案。多豐、虎豐線既有限制坡度上行12‰/下行15‰,若要在該坡度上開行萬噸列車,不僅需要多機(jī)牽引,機(jī)車購置費(fèi)、運(yùn)營成本增多，且15‰的長大下坡道,難以滿足雙機(jī)重聯(lián)萬噸單元列車的周期制動要求。故需對坡度進(jìn)行軟化,若將既有線落坡至上行6‰/下行13‰,線路需改建82.669 km,既有線利用率僅有40.57%,既有線改建土建工程投資約28.7億元,廢棄工程大,明顯不合理,既有線軟化坡度為上行6‰/下行13‰,二線與之并行采用上行6‰/下行13‰的限制坡度方案明顯不合理,首先予以舍棄；重點(diǎn)對第二線采用上行6‰/下行13‰限坡方案進(jìn)行研究。

6‰/13‰均衡坡方案(第二線牽引質(zhì)量為10 000 t)和12‰/15‰均衡坡方案(第二線牽引質(zhì)量為5 000 t)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較詳見表5。

表5 限坡方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 萬元

從第二線與既有線采用不同限坡可行性方面分析,據(jù)運(yùn)量預(yù)測,多豐、虎豐線以煤炭外運(yùn)為主,輕重車方向明顯,且預(yù)測未來貨流變化趨勢不大,研究年度輕重車比例近期1∶29～1∶19、遠(yuǎn)期1∶33～1∶21,大宗貨流主要為曹妃甸港口下水的煤炭。據(jù)左向行車原則,若把第二線布置在既有線左側(cè),則重車在第二線運(yùn)行,輕車在既有線運(yùn)行；既有線采用12‰/15‰均衡坡,經(jīng)檢算在15‰坡度上,采用SS4B或HXD系列機(jī)車雙機(jī)牽引,牽引質(zhì)量均可達(dá)5 000 t,滿足萬噸列車回空車(車型C70,編組108輛,牽引總重2 570.4 t)及非煤列牽引質(zhì)量5 000 t的要求,即第二線與既有線采用不同限坡可行。

從工程投資及換算工程運(yùn)營費(fèi)方面分析,雖然12‰/15‰方案較6‰/13‰方案,用地省,工程投資節(jié)省38 926.48萬元,但牽引5 000 t列車機(jī)車購置費(fèi)、列車走行費(fèi)均相應(yīng)增加,30年運(yùn)營費(fèi)現(xiàn)值增加了35 013.26萬元,換算工程運(yùn)營費(fèi)增加了800.92萬元；且采用雙機(jī)牽引5 000 t,列車需在多倫、塔黃旗進(jìn)行加掛補(bǔ)機(jī)作業(yè),車輛中轉(zhuǎn)時(shí)間及貨物在途時(shí)間均延長,運(yùn)營成本增大。

綜上所述,建議新建二線作為重車線使用,限制坡度采用6‰/13‰,既有多豐、虎豐線作為輕車線使用,限制坡度12‰/15‰維持不變。

9 結(jié)束語

增建二線限制坡度的選擇,可與既有線限坡一致,亦可不一致。第二線限坡的選定應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目貨流特征、地形特征,結(jié)合相鄰路網(wǎng)限制坡度、機(jī)車類型、牽引質(zhì)量等因素綜合考慮,并通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,尤其是換算工程運(yùn)營費(fèi)比較,最終確定二線的限制坡度,以控制工程規(guī)模,節(jié)省投資。

[1]中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.改建鐵路多倫至虎什哈線多倫至塔黃旗段增建二線工程預(yù)可行性研究[R].北京：中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2010

[2]中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.改建鐵路多豐線內(nèi)蒙古自治區(qū)段增建二線工程可行性研究[R].北京：中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2010

[3]中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.改建鐵路多豐線河北省段增建二線工程可行性研究[R].北京：中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2010

[4]中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.改建鐵路虎豐線黃土梁至塔黃旗段增建二線工程可行性研究[R].北京：中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2010