葉 偉

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司線站院,北京 100055)

1 概述

荊州至岳陽鐵路地處長江沿岸,線路經(jīng)過江漢平原和洞庭湖平原地區(qū)(簡稱兩湖平原),是焦柳線、漢宜線和京廣線間重要的聯(lián)絡通路。線路自荊沙線沙市站引出,于宋家臺跨長江至公安縣,穿荊江分洪區(qū)至藕池、石首后線路折向東南,經(jīng)華容縣穿洞庭湖蓄洪區(qū),在洞庭湖公路大橋下游 4.2 km處跨洞庭湖口進入岳陽市,分上下行引入既有京廣線岳陽北站,線路全長171.183 km。該項目對于改善沿線交通運輸條件,促進沿線區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展;完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu),增強路網(wǎng)機動靈活性;完善區(qū)域綜合交通體系,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展;加強戰(zhàn)備及長江防洪抗災;對于盤活國有固定資產(chǎn)、提高資產(chǎn)利用效率等方面均具有重要的意義。

鐵路主要技術(shù)標準是鐵路建筑物和設備的類型、能力和規(guī)模的基本標準,對鐵路能否滿足國家的要求、運營效率的高低、投資的規(guī)模及經(jīng)濟效益的大小有重要的影響。鐵路的主要技術(shù)標準中,如正線數(shù)目、限制坡度、最小曲線半徑、到發(fā)線有效長等屬于基建標準,建成后很難改變,應按遠期需要選定其標準;而牽引種類、機車類型、閉塞方式及機車交路等屬于技術(shù)設備類型標準,可隨著運量的增長逐步實現(xiàn)技術(shù)裝備的更新改造,宜結(jié)合近期和遠期的需要統(tǒng)籌考慮。選擇鐵路主要技術(shù)標準要貫徹固本簡末、強干弱支的方針、以運量為依據(jù)、保證合理的經(jīng)濟效益。

2 本項目技術(shù)標準選擇的研究

2.1 鐵路等級

荊岳鐵路是焦柳線、漢宜線和京廣線間重要的聯(lián)絡通道,其近期最小區(qū)段年客貨運量為 22.4Mt(客車8對、貨運 14.4Mt),大于 20Mt。根據(jù)本線在路網(wǎng)中的作用和承擔的運量,按照《鐵路線路設計規(guī)范》(GB50090—2006),鐵路等級為Ⅰ級。

2.2 正線數(shù)目

本線在路網(wǎng)中貨運主要承擔鄂西、西北、川渝與長沙以北、岳陽等地及沿線地區(qū)貨物交流;客運主要承擔鄂西、西北、川渝與長沙、岳陽以遠間對速度要求相對較低的旅客交流。根據(jù)運量預測,本線沙市—君山段近、遠期年客貨運量分別為 22.4、35.1Mt,君山—岳陽北段近、遠期年客貨運量分別為 29.2、41.7Mt,近期單線能力可以滿足運輸需求。遠期君山—岳陽北段行車量達 41對,超過單線鐵路最大合理負荷,經(jīng)研究,根據(jù)線路條件,可采取七公嶺—岳陽北段建成雙線的擴能措施。經(jīng)檢算,七公嶺—岳陽北段建成雙線后,可滿足運輸需求?？紤]到該段線路經(jīng)過區(qū)域為東洞庭湖國家級濕地保護區(qū),為減小對保護區(qū)的影響不宜設站過多。因此,七公嶺—岳陽北應一次建成雙線。

根據(jù)區(qū)域鐵路網(wǎng)規(guī)劃及本線在路網(wǎng)中的作用,本線遠景要求的年輸送能力為 55Mt(3 500×104t/年、客車 20對 /d(不含市域列車)),按 5000 t牽引質(zhì)量計算,日均行車量為 49對,單線能力不能滿足要求,因此,遠景應全線預留增建二線的條件。

綜上所述,本線七公嶺—岳陽北段一次建成雙線,其余部分正線數(shù)目為單線,全線預留雙線條件。

2.3 路段旅客列車設計行車速度

(1)時間目標值的選擇

本線為客貨共線鐵路,客貨運量各約占 50%;從開行客車來看,客?！胀ㄨF路間的跨線車約占30%,普通鐵路間的客車約占 70%。從客車開行方案分析,本線短途客流主要是荊州—長沙間。目前公路里程約 400 km,公路最快旅行時間約 4 h;根據(jù)鐵路與公路的競爭經(jīng)驗,鐵路旅行時間應與公路相當,目前京廣線岳陽—長沙間旅行時間約為 1.5 h,故荊州—岳陽間旅行時間不宜大于 2.5h。

(2)速度目標值方案構(gòu)成

本線為路網(wǎng)干線間的聯(lián)絡線,其速度目標值主要取決于相關干線的速度目標值。研究年度相關線路的速度目標值為:焦柳線襄樊—荊門南段 120 km/h、京廣線武昌—長沙段 140 km/h、漢宜線 200 km/h、武廣鐵路客運專線 300km/h(預留350km/h),與本線密切相關線路的速度目標值為:長荊線和石長線 120 km/h、漢丹線 200 km/h。

從本線單線運輸組織特點看,由于存在上、下行客車區(qū)間會讓的技術(shù)作業(yè)要求,過高的速度目標值難以發(fā)揮優(yōu)勢,速度目標值不宜高于 200 km/h;本線預留遠景雙線條件,速度目標值的選擇還應留有發(fā)展余地。

根據(jù)本線功能定位,考慮與相鄰線路速度目標值匹配,與本線單線運輸組織模式相適應以及預留發(fā)展條件等因素,結(jié)合時間目標值的要求、工程情況,本次研究對 120、140、160 km/h 3個方案做了進一步分析研究。

本線各區(qū)段運量相當,線路經(jīng)過地區(qū)主要為平原區(qū)地貌單元、局部丘陵區(qū)。因此,速度目標值按一個路段進行研究。

(3)速度目標值方案的經(jīng)濟比選

①不同速度目標值方案對工程投資影響分析

線路平縱斷面:速度目標值不同,線路平縱斷面參數(shù)不同,基礎設施建設標準也不盡相同,其中最小曲線半徑對速度目標值最為敏感。本線地處江漢平原、洞庭湖平原,局部丘陵區(qū),不同速度目標值方案線位基本相同,對橋隧工程數(shù)量影響較小。不同速度目標值方案基礎設施主要建設標準見表1。

表1 不同速度目標值方案基礎設施主要建設標準對照

②與時間目標值的適應性分析

根據(jù)鋪畫運行圖,160 km/h速度目標值方案荊州—岳陽間旅客列車全程旅行時間平均為 1.8 h,平均旅行速度為 96 km/h;140、120 km/h方案旅客列車全程旅行時間平均為 2.1、2.4 h,而其中的部分特快客車可達 1.7、2.0 h,因此,3個速度目標值方案均能滿足2.5 h的時間目標值要求。

③速度目標值研究結(jié)論

160 km/h近期投資增加不多,且與本線單線運輸組織模式相適應,與相鄰路網(wǎng)速度目標值匹配。因此,本線速度目標值推薦 160km/h方案。

④進一步提速的可行性

本線行經(jīng)地區(qū)地貌以平原為主,局部丘陵,曲線半徑變化對工程情況影響不大。據(jù)預測的客貨運量,本線遠景為雙線,為更好適應將來雙線運輸組織模式,結(jié)合鐵路運輸發(fā)展的趨勢,本線平面設計在工程增加不大的情況下,曲線半徑采取較大值,為進一步提速創(chuàng)造條件。

2.4 最小曲線半徑

線路最小曲線半徑根據(jù)設計行車速度確定,據(jù)速度目標值方案研究結(jié)論,本線旅客列車設計行車速度160km/h。按《鐵路線路設計規(guī)范》(GB50090—2006)要求,本線最小曲線半徑一般 2 000 m,困難 1 600 m。引入岳陽地區(qū)客車加(減)速地段,曲線半徑與行車速度相適應。

2.5 限制坡度

限制坡度的選擇應在滿足牽引質(zhì)量的前提下,以適應地形起伏,減小工程投資,降低施工難度,提高工程可靠度;與移動設備、相鄰線限制坡度匹配為原則。

(1)方案構(gòu)成

本線相鄰的焦柳、京廣線限制坡度均為 6‰,漢宜限制坡度為 9‰、荊沙線限制坡度下行 6‰,上行10‰?？紤]與相鄰線路限制坡度相匹配,本線限制坡度研究了 6‰方案;結(jié)合“和諧型”大功率電力機車目前使用情況及未來發(fā)展規(guī)劃,研究了 9‰方案。

(2)限制坡度方案綜合比選

①從工程投資方面分析

本線地處平原,地勢平坦,9‰限坡方案對線路平面基本沒有影響,全線使用較少。不同限制坡度方案技術(shù)經(jīng)濟比較詳見表2。

表2 不同限制坡度方案技術(shù)經(jīng)濟比較

②從對機車類型的選擇方面分析

機車、牽引質(zhì)量、限制坡度關系見表3。根據(jù)牽引計算模擬動能闖坡,當限坡為 6‰時,SS6B型機車單機可以牽引 4000 t;當限坡為 9‰時,HXD1型機車單機可以牽引 4000 t。因此,6‰限坡方案機車類型的選擇近期可采用 SS6B、遠期采用 HXD3型機車牽引;9‰限坡方案機車類型需采用 HXD1型機車牽引。從機車車輛價格來看,目前 SS6B、HXD3和 HXD1型機車單價依次為 656萬元、2 300萬元和 3 000萬元,采用 9‰限坡方案機車車輛購置費較高;從機車車輛能力使用上來看,本線地處平原地區(qū),地勢較為平坦,多數(shù)線路坡度在 6‰以下,全線按照 9‰的坡度配備機車,易造成機力虛糜。

表3 機車、牽引質(zhì)量、限制坡度關系

③從換算工程運營費方面比較分析

按照 6‰限坡方案近期采用 SS6B、遠期采用HXD3型機車牽引;9‰限坡方案采用 HXD1型機車牽引,進行換算工程運營費比較,計算結(jié)果見表4。

表4 工程運營費(現(xiàn)值)比較 萬元

6‰方案較 9‰方案工程投資增加不多,僅17596.9萬元(靜態(tài)投資,占總投資 1.8%),而總的換算工程運營費節(jié)省 38 827萬元。

④從相鄰路網(wǎng)及運輸發(fā)展的適應性方面分析

本線相鄰線路焦柳、京廣線限制坡度均為 6‰,本線采用 6‰有利于與相鄰路網(wǎng)協(xié)調(diào),方便運輸組織。重載、快速是未來貨物運輸?shù)陌l(fā)展趨勢,目前 850m系列到發(fā)線有效長已開行有 4500 t貨物列車,隨著新型貨物車輛使用的比重增加,6‰限坡方案較 9‰限坡方案更能適應未來貨運向重載、快速發(fā)展的需要。

(3)限制坡度推薦意見

6‰限坡方案較 9‰限坡方案工程投資增加不大,換算工程運營費省,與相鄰路網(wǎng)協(xié)調(diào)性好,更能適應未來運輸發(fā)展的需要,故限制坡度推薦采用 6‰。

2.6 牽引種類

(1)從相鄰路網(wǎng)干線牽引種類的協(xié)調(diào)性方面分析

研究年度相關的焦柳線、京廣線、滬漢蓉通道、京廣客運專線等路網(wǎng)干線均為電氣化鐵路,為實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)相關線路的協(xié)調(diào)配合,充分發(fā)揮電化鐵路的網(wǎng)絡效應,本線宜采用電力牽引。

(2)從我國節(jié)能、環(huán)保和能源政策要求方面分析我國是世界石油消費主要大國之一,自身的石油資源儲量和開采量遠遠不能滿足經(jīng)濟社會發(fā)展需要,原油對外依存度逐年提高,去年已達到 46%,能源結(jié)構(gòu)不夠合理。大力優(yōu)化交通運輸業(yè)的能源結(jié)構(gòu)是應對石油短缺的主要戰(zhàn)略途徑之一,而近期內(nèi)鐵路電氣化是最有可能利用電力作為動力源改造的行業(yè),《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱(2005年征求意見稿)》明確提出鐵路運輸應大力推進牽引動力改革,降低牽引動力能耗,大力發(fā)展電力牽引。內(nèi)燃機車平均熱效率約為 25%;電力牽引的平均效率為:水電供電時約為 60%;高參數(shù)火電供電時最大可達 40%。本線采用電力牽引是節(jié)約能源的需要。采用電力牽引也可以降低有害氣體排放量,減輕對環(huán)境的影響。

因此,本線采用電力牽引是規(guī)避石油風險、降低能源消耗,貫徹國家節(jié)能、環(huán)保和能源政策的需要。

(3)從外部電源配置條件分析

本線沿線電力資源豐富,有安全、穩(wěn)定的電力系統(tǒng),具備向電氣化鐵路供電的條件。

(4)從經(jīng)濟方面分析

考慮荊沙線現(xiàn)狀為內(nèi)燃牽引,本次對本線采用電力牽引方案與電力牽引內(nèi)燃過渡方案進行了經(jīng)濟比較分析,經(jīng)濟比較采用費用現(xiàn)值比較法,計算期采用 25年、折現(xiàn)率為鐵路行業(yè)的基準收益率 3%,柴油價格按目前的市場價格 7 040元/t,電力價格采用 0.70元/度。比較情況見表5。

表5 不同牽引種類換算工程運營費比較 萬元

從表5可知,采用一次電化方案更為經(jīng)濟。

綜上所述,本線采用電力牽引符合國家能源發(fā)展政策,與區(qū)域路網(wǎng)牽引種類相適應,運營成本省、綜合效益優(yōu)。本線推薦采用電力牽引。

2.7 機車類型

根據(jù)我國鐵路運營現(xiàn)狀和機車研制生產(chǎn)情況和本線的速度目標值等,可能采用的客運機車主要有SS7C、SS8、SS9型或電動車組等,可能采用的貨運機車有 HXD1、HXD2、HXD3、SS4B、SS6B型等 。各備選機型的技術(shù)經(jīng)濟指標見表6和表7。

由表6可見,SS7C型機車適用于 120 km/h路段,而 SS8、SS9適用于 160 km/h路段,但 SS8型機車功率較小、研發(fā)時間較早。

表6 客運機車技術(shù)經(jīng)濟指標

HXD1、HXD2型兩種機車最大可牽引 6 000 t,SS4B型機車最大可牽引 5 000 t,而 HXD3型機車最大可牽引 4500 t,SS6B型機車最大可牽引 4 000 t。

研究年度與本線相關線路焦柳線和京廣線武昌—長沙段旅客列車均采用 SS9型機車牽引,貨物列車采用 SS6B型機車牽引;漢宜線客車采用電動車組,貨車采用 HXD3型機車牽引 3 500 t。

本線速度目標值為 160 km/h,根據(jù)區(qū)域內(nèi)相關線路協(xié)調(diào)配合的原則,客運機車采用 SS9型為宜、漢宜線下線客車采用動車組?？紤]到目前我國機車生產(chǎn)與供應、機車性價比、鐵路貨車的升級換代、本線運輸貨物的構(gòu)成、本線與相關線的配合協(xié)調(diào)、經(jīng)濟效益等因素,貨運機車可先采用 SS6B型機車牽引4 000 t,根據(jù)機車車輛的升級換代與相鄰線的情況,逐步采用 HXD3型機車牽引 4 000～4 500 t。

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綜上所述,推薦采用客機 SS9型,貨機近期 SS6B型、遠期 HXD3型。

2.8 牽引質(zhì)量

研究年度,京廣線貨物列車采用 SS6B型機車牽引4 000 t;焦柳線襄石段采用 SS6B型機車牽引4000 t;漢宜線貨車采用 HXD3型機車牽引 3500 t。

本線貨物列車主要為襄樊北以遠與本線各站、岳陽北站、岳陽—長沙間的煤炭直達列車,荊門南與岳陽北間的區(qū)段、摘掛列車。與本線進行貨物列車交流的焦柳線和京廣線,研究年度牽引質(zhì)量均為 4 000 t。為了便于運輸組織,避免增減軸作業(yè),本線牽引質(zhì)量推薦采用 4 000 t。

2.9 到發(fā)線有效長度

到發(fā)線有效長度須滿足列車長度的要求,并考慮信號保護區(qū)段長度、安全停車附加距離;按允許貨車增載規(guī)定計算,到發(fā)線有效長 850m基本滿足 5 000 t煤炭、鐵礦石列車的要求。從 2006年起,新造貨車均為70型,按 70型貨車計算,到發(fā)線有效長度 850、1050m時限制的牽引質(zhì)量為 5 148、6 552 t。鐵道部重載運輸規(guī)劃研究指出:到發(fā)線有效長度 850、1050m對應的牽引質(zhì)量將是 5000、6 000 t。目前實際運營達到的最大牽引質(zhì)量為 5000、6 500 t,詳見表8。

與本線相關的漢宜線、京廣線武昌—廣州段、滬昆線等到發(fā)線有效長度均為 850m,石長線和焦柳線襄石段到發(fā)線有效長度為 850m預留 1 050m,荊沙線改造后到發(fā)線有效長為 850m。從與本線各相關線的到發(fā)線有效長度來看,基本上屬于 850m系列,本線到發(fā)線有效長宜采用 850m。

表8 到發(fā)線有效長度、機車車輛與牽引質(zhì)量關系 t

由于焦柳線襄石段到發(fā)線有效長度預留了1 050 m,本線有與焦柳線組成煤運重載通道的可能性;經(jīng)計算,對 5000 t煤運列車來說,到發(fā)線有效長 850m即可滿足要求。綜上所述,從鐵路發(fā)展方向、相關線路的配合協(xié)調(diào)、本線的運輸特點等方面綜合考慮,本線到發(fā)線有效長度宜采用 850m。

2.10 閉塞類型

本線為單線預留雙線條件。根據(jù)相關規(guī)范,單線區(qū)段應采用半自動閉塞或自動站間閉塞,根據(jù)運輸需要亦可采用自動閉塞。

從能力適應性分析,研究年度采用以上 3種閉塞類型均可滿足運量需求。自動閉塞由于可實現(xiàn)列車追蹤運行,區(qū)間通過能力最大,較半自動閉塞提高通過能力15%～20%;自動站間閉塞與半自動閉塞相比,由于可縮小列車車站間隔作業(yè)時間,其區(qū)間通過能力也略有提高。

從保證行車安全方面分析,自動閉塞和自動站間閉塞方式采用了軌道電路或計軸設備,可實時監(jiān)控區(qū)間列車運行情況,更有利于行車安全,更適宜新建 160 km/h鐵路,是單線鐵路閉塞類型的發(fā)展趨勢。

綜上所述,以上 3種閉塞類型均能滿足本線運輸需要,自動站間閉塞較半自動閉塞投資增加不多,有利于行車安全,且較自動閉塞節(jié)省投資較多,是單線區(qū)間閉塞類型的發(fā)展趨勢。故本線閉塞類型推薦采用自動站間閉塞。

2.11 建筑限界

根據(jù)鐵道部《鐵路雙層集裝箱通道規(guī)劃研究》,本線銜接的焦柳線襄石段和京廣線均不是雙層集裝箱通道,僅銜接的滬漢蓉為雙層集裝箱通道?？紤]到本線通過運量為煤,而地方貨運量品類多為農(nóng)副產(chǎn)品和工業(yè)用品,且集裝箱運輸需求量小,即使有少量的集裝箱運量,也可組織單層集裝箱列車運輸。因此,結(jié)合區(qū)域路網(wǎng)雙層集裝箱通道情況,本線不考慮開行雙層集裝箱,故推薦采用建限 -1電力牽引鐵路建筑限界。

3 結(jié)論

經(jīng)研究,荊州至岳陽新建鐵路工程推薦主要技術(shù)標準如下。

鐵路等級:Ⅰ級;

正線數(shù)目:單線,部分復線,全線預留雙線條件;

設計行車速度:160 km/h;

最小曲線半徑:一般 2 000m,困難 1 600m;

限制坡度:6‰;

牽引種類:電力;

機車類型:客車 SS9,貨車 SS6B;

牽引質(zhì)量:4 000 t;

到發(fā)線有效長度:850m;

閉塞類型:自動站間閉塞;

建筑限界:采用建限-1電力牽引鐵路建筑限界。

所選用鐵路主要技術(shù)標準符合相關規(guī)范要求,滿足運量需求,投資合理,經(jīng)濟效益良好。

[1]GB50090— 2006,鐵路線路設計規(guī)范[S].

[2]GB50091—2006,鐵路車站及樞紐設計規(guī)范[S].