何祥衛(wèi)

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 既有鐵路專用線概況

本文研究的既有線是1條運煤鐵路專用線，位于陜西省境內(nèi)，在西延線(國鐵Ⅰ級)接軌，沿線分布有5個車站，線路全長約50 km。該專用線為單線，國鐵Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)，限制坡度，上行6‰，下行12‰;最小曲線半徑350 m;內(nèi)燃DF4B機車牽引;到發(fā)線有效長850 m;牽引定數(shù)，上行4 000 t，下行1 700 t。

2 運輸能力分析

2.1 既有運量

該鐵路專用線近期(2015年)設(shè)計輸送能力15 Mt/年。目前，專用線承擔(dān)產(chǎn)煤運煤任務(wù)。自2001年以來，該線運量連年增長，至2010年10月，運量已超過1 000萬t(圖1)。

圖1 運輸能力與運量適應(yīng)曲線

2.2 運量增長分析

近年，由于煤礦正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)換，焦化甲醇工程已經(jīng)開工建設(shè)。根據(jù)焦化項目可行性研究報告，該工程竣工后，將有部分原料(精洗煤)和所有的焦炭、甲醇、焦油和粗苯等產(chǎn)品(總量達(dá)3 Mt/年)依靠既有鐵路專用線運輸。加之原煤礦產(chǎn)量連年增長，在不久的將來，該鐵路專用線將無法滿足煤炭及相關(guān)副產(chǎn)品的運輸要求，所以，專用線擴(kuò)能改造勢在必行。

在進(jìn)行鐵路運輸規(guī)劃或者擴(kuò)能改建時，運量的預(yù)測是重要的設(shè)計指標(biāo)。傳統(tǒng)的運量預(yù)測方法主要有定性預(yù)測、定量預(yù)測以及兩者相結(jié)合的綜合預(yù)測方法，如時間序列模型、灰色預(yù)測模型、馬爾科夫預(yù)測模型以及組合預(yù)測模型[1，2]等。也有許多學(xué)者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、蟻群算法等新型智能算法都應(yīng)用到運量預(yù)測中[3]。由于運量統(tǒng)計樣本較少，結(jié)合本鐵路專用線自身特點，本文采用時間序列模型分析預(yù)測其貨運量變化趨勢。

2.2.1 時間序列模型

時間序列分析是一種描述動態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計特性的理論和方法，其突出優(yōu)點是方便和實用。他可以從有限的樣本數(shù)據(jù)中擬合成具有一定精度的時間序列模型，因此又稱為小樣本理論。

目前，常用的時間序列模型有3類:自回歸模型(AR過程)、滑動平均模型(MA過程)和自回歸-滑動平均的混合模型(ARMA過程)。采用時間序列模型建模主要包括數(shù)據(jù)的預(yù)處理、模型識別、參數(shù)估計和參數(shù)檢驗4部分。目前常用的建模方法是潘迪特-吳賢銘建模(簡稱PW建模)方法。他將AR(p)模型視為q=0的ARMA模型，同時將MA(q)模型視為p=0的ARMA模型，省去了模型的判別過程。實踐證明該模型方便有效，得到廣泛應(yīng)用[4]。模型流程如圖2所示。

2.2.2 運量增長預(yù)測

根據(jù)近年煤礦產(chǎn)量增長情況和焦化工程所引發(fā)運量，依據(jù)PW模型計算，預(yù)測2015年鐵路運量將達(dá)到16 Mt(圖1)，已經(jīng)超出鐵路近期(2015年)設(shè)計運量15 Mt。所以，有必要在這一兩年考慮線路擴(kuò)能改建措施。

3 既有線改擴(kuò)建措施研究

提高單線鐵路輸送能力的措施主要可從2個方面考慮:①提高線路的通過能力;②增加列車的牽引質(zhì)量。其中提高通過能力的措施有增加會讓站、延長到發(fā)線有效長、增建雙線插入段，甚至修建雙線;常見增加牽引質(zhì)量的措施則是采用多機牽引或補機推送[5]?？紤]煤礦遠(yuǎn)期產(chǎn)能和投資額，增建二線投入與產(chǎn)出效益比不高。因此可在增設(shè)小型會讓站和下行方向雙機牽引的基礎(chǔ)上，配合加強貨流組織和調(diào)度指揮措施[6～8]，來滿足企業(yè)的遠(yuǎn)期運輸需要。

圖2 PW建模方法流程

3.1 增設(shè)小型會讓站

在單線鐵路區(qū)間增設(shè)會讓站可以縮短限制區(qū)間長度，減小運行圖周期，從而提高區(qū)段通過能力。增設(shè)會讓站的效果在很大程度上決定于區(qū)間的均等程度和地形條件。區(qū)間長度很不均等時，在限制區(qū)間增設(shè)會讓站可以顯著提高通過能力。反之，當(dāng)區(qū)間長度比較均等時，增設(shè)會讓站對通過能力提高的作用不顯著[9]。

本鐵路沿線分布有A、B、C、D和E等5個車站，其中A、B站為煤礦裝車站，C站為列車編組站，D站為中間站，E站為正線接軌站，4個區(qū)間既有通過能力見圖3。

圖3 既有通過能力

由站間距離和既有通過能力分析，線路中存在較為明顯的限制區(qū)間，即CD區(qū)間，所以在此區(qū)間增加小型會讓站既可有效提高線路通過能力，又能節(jié)約既有線改造成本。

經(jīng)計算，在CD區(qū)間增設(shè)中間站后，既有線的實際輸送能力可以達(dá)到20 Mt以上(圖4)，較現(xiàn)有能力(15 Mt)有較大的增長[10]，可以滿足遠(yuǎn)期煤炭運量及其相關(guān)副產(chǎn)品的運輸需要。

圖4 改擴(kuò)建后運量適應(yīng)曲線

3.2 下行方向雙機牽引

既有鐵路是以運煤為主，且上下行方向貨流顯著不平衡，是典型的單向運輸。上行方向(A－E)為重車方向，限制坡度6‰，牽引定數(shù)4 000 t;下行方向為輕車方向，限制坡度12‰，牽引定數(shù)1 700 t。而焦化甲醇工程竣工后，每年將有1.7 Mt精洗煤由下行方向整車(4 000 t)運入，下行方向單機牽引顯然無法滿足精洗煤的運輸要求。為避免削坡投資，下行方向需改用雙機牽引，可將牽引定數(shù)提升到4 000 t，滿足焦化甲醇工程原料(精洗煤)的運輸要求。同時，可以使上下行牽引定數(shù)與國鐵西延線牽引定數(shù)保持統(tǒng)一，減少列車在途甩掛作業(yè)，提高區(qū)間通過能力[11]。

4 結(jié)論

本文從既有鐵路運輸能力入手，分析計算各個區(qū)間的實際通過能力，找出了既有線的運輸瓶頸所在。結(jié)合正在擴(kuò)建的焦化甲醇工程，利用時間序列模型對既有線遠(yuǎn)期運量進(jìn)行了預(yù)測，根據(jù)線路實際情況對改擴(kuò)建措施進(jìn)行了相關(guān)研究，提出在CD區(qū)間增設(shè)小型會讓站和下行方向改用雙機牽引，并配合加強貨流組織和調(diào)度指揮措施，滿足企業(yè)遠(yuǎn)期運能需求。

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