蔣澤軍

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

1 石太鐵路擴(kuò)能的意義

1.1 石太鐵路的地理位置及作用

石太鐵路位于華北腹地，地理位置優(yōu)越。西端連接資源大省山西，東端連接經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)河北省，京、津、冀、魯、晉、陜等省市通過(guò)石太等鐵路銜為一體，并呈現(xiàn)出區(qū)域經(jīng)濟(jì)互補(bǔ)，協(xié)調(diào)共同發(fā)展的局面。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展過(guò)程中，石太鐵路具有舉足輕重的作用(如圖1)。

既有石太線東起石家莊樞紐，經(jīng)井陘縣、陽(yáng)泉市、壽陽(yáng)縣，西迄于太原樞紐，線路全長(zhǎng) 243.7 km[1］。2009年石太客運(yùn)專線開通后，通道內(nèi)基本形成了客貨分線運(yùn)輸?shù)母窬?。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，山西煤運(yùn)通道的中通道、南通道運(yùn)輸能力與實(shí)際需求相差較大，矛盾突出。鑒于石太線在晉煤外運(yùn)中通道中所處的重要地位，迅速擴(kuò)大石太線貨物運(yùn)輸特別是增加煤碳外運(yùn)能力，在當(dāng)前形勢(shì)下顯得尤為急迫。

1.2 既有石太線概況

(1)既有線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

既有石太線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1[1］。

表1 既有石太線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(2)既有設(shè)備概況

石太線為Ⅰ級(jí)雙線電氣化鐵路，但平面、縱斷面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低，小半徑多、坡度大、速度低。其中半徑小于400 m的曲線318個(gè)(長(zhǎng)99.22 km);線路縱坡大于12‰的坡段長(zhǎng)95 km;橋隧為20世紀(jì)20年代至60年代構(gòu)筑物，設(shè)備陳舊;目前全線采用450 m無(wú)線列調(diào)通信系統(tǒng);石太線行車指揮系統(tǒng)為TDCS，區(qū)間閉塞設(shè)備為三顯示ZP-89型8信息自動(dòng)閉塞設(shè)備，相對(duì)于四顯示設(shè)備功能較弱。

(3)運(yùn)營(yíng)特征

圖1 石太線地理位置

2010年，區(qū)段內(nèi)上行最大貨流密度為9 482萬(wàn)t。通道內(nèi)主要客車運(yùn)行在石太客運(yùn)專線上，既有線保留客車4對(duì)/d。

2011年最大區(qū)段井陘—石家莊每天圖定125對(duì)貨運(yùn)列車和4對(duì)客車。石太線線路允許速度為:石家莊西—巖峰70 km/h，巖峰—榆次60 km/h(其中娘子關(guān)—巖會(huì)間因小半徑曲線集中限速50 km/h)。

1.3 既有石太線存在的主要薄弱環(huán)節(jié)

(1)到發(fā)線有效長(zhǎng)與相鄰線不統(tǒng)一

本線到發(fā)線有效長(zhǎng)為850 m，而相關(guān)的石德線、太中銀線、京廣線等均為1 050 m，本線與相關(guān)線牽引質(zhì)量不統(tǒng)一，需在石家莊樞紐增減軸作業(yè)或在上述線路欠軸運(yùn)行。

(2)列車追蹤間隔長(zhǎng)

目前石太線最大坡度達(dá)20‰;在重車方向長(zhǎng)達(dá)95 km的長(zhǎng)大下坡道上，需采用周期制動(dòng)，列車運(yùn)行速度低下，娘子關(guān)—巖會(huì)間上行重車方向平均運(yùn)行速度僅30 km/h;石太線自動(dòng)閉塞分區(qū)較長(zhǎng)，最長(zhǎng)達(dá)2 km，目前追蹤列車間隔時(shí)間達(dá)10 min。

(3)小半徑曲線較多

石太線為重載煤運(yùn)通道，小半徑曲線多，曲線上鋼軌側(cè)面磨耗發(fā)展較快，安全隱患嚴(yán)重，石太線養(yǎng)護(hù)維修以及運(yùn)輸成本較大。

1.4 既有石太客運(yùn)專線概況

石太客運(yùn)專線石家莊—太原全長(zhǎng)190 km，于2009年正式運(yùn)營(yíng)，最高運(yùn)營(yíng)速度250 km/h，現(xiàn)狀只運(yùn)行旅客列車，每日開行動(dòng)車組等36對(duì)[1］。

1.5 既有線擴(kuò)能改造的必要性

路網(wǎng)中石太線是太中銀鐵路通道向東的接續(xù)通道，太中銀鐵路已于2011年建成通車。太中銀鐵路的開通使得既有石太線運(yùn)輸任務(wù)更加繁重，相關(guān)鐵路通道的建設(shè)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)既有石太線擴(kuò)能提出了非常緊迫的要求。石太線的擴(kuò)能改造對(duì)強(qiáng)化區(qū)域路網(wǎng)，消除運(yùn)輸瓶頸有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展特別是保證國(guó)家能源安全更有著深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。對(duì)于加快沿線資源開發(fā)、產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，具有重要意義。本線擴(kuò)能改造方案亟待決策[2］。

認(rèn)真分析石太線在路網(wǎng)中的功能定位，合理預(yù)測(cè)區(qū)域鐵路運(yùn)量，結(jié)合鐵路規(guī)劃以及既有石太線存在的主要薄弱環(huán)節(jié)，研究切實(shí)可行的擴(kuò)能改造方案是本文的目的所在。

(1)石太線功能定位

山西省外運(yùn)通道有13條，與石太線相關(guān)度較大的通道主要有6條。各通道功能定位和分工見表2。

石太鐵路目前主要承擔(dān)山西地區(qū)供往北京、天津、唐山、秦皇島及以遠(yuǎn)，濟(jì)南及以遠(yuǎn)的煤炭運(yùn)輸任務(wù)。石太鐵路不僅是“三西”煤運(yùn)的主要通路，還是山西省及以西省區(qū)對(duì)外交流的主通道。

表2 山西向東外運(yùn)通路功能劃分

分析表明，既有石太線功能定位為:“以貨運(yùn)為主、兼顧沿線少量客運(yùn);以煤炭運(yùn)輸為主、兼顧其他貨物運(yùn)輸?shù)闹剌d干線鐵路”。

(2)地方運(yùn)量[3］

石太線研究范圍中主要辦理貨運(yùn)的車站有榆次、陽(yáng)泉、井陘、獲鹿等17個(gè)車站。2008年地方運(yùn)量到發(fā)總計(jì)為5 656.6萬(wàn)t，其中發(fā)送占總運(yùn)量的82%。根據(jù)既有車站歷年到發(fā)運(yùn)量及地方經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀、規(guī)劃，采用多種模型進(jìn)行運(yùn)量預(yù)測(cè)，同時(shí)考慮鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)規(guī)劃，預(yù)測(cè)沿線地方運(yùn)量 2020年發(fā)送6 957萬(wàn)t，到達(dá)1 513萬(wàn)t;2030年發(fā)送8 409萬(wàn)t，到達(dá)1 669萬(wàn)t。

(3)通過(guò)運(yùn)量

石太線是山西省煤炭東出的主要通道，其通過(guò)運(yùn)量主要是榆次及以遠(yuǎn)地區(qū)與石家莊以遠(yuǎn)地區(qū)的貨物交流量。研究年度運(yùn)量如表3所示。

表3 石太線通過(guò)運(yùn)量構(gòu)成 萬(wàn)t

(4)區(qū)段貨流密度及客車開行對(duì)數(shù)

根據(jù)上述地方運(yùn)量和通過(guò)運(yùn)量預(yù)測(cè)，本線區(qū)段貨流密度及客車開行對(duì)數(shù)見表4。

表4 區(qū)段貨流密度與客車對(duì)數(shù)匯總

為滿足沿線客運(yùn)要求，研究年度保留開行客車4對(duì)/d。

(5)石太線擴(kuò)能改造的必要性

石太線地處太行山區(qū)，受修建時(shí)期歷史條件限制，線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低;石太線行車密度大，運(yùn)輸生產(chǎn)與設(shè)備維修的矛盾十分突出。石太線改造首先是消除安全隱患，保證運(yùn)輸安全的需要，是完善技術(shù)設(shè)備的需要，同時(shí)也是降低運(yùn)營(yíng)成本的需要。本線上行方向最大區(qū)段研究年度最大貨流密度將達(dá)1.5億t/年，運(yùn)輸需求強(qiáng)勁，本線既有運(yùn)輸能力已無(wú)法滿足運(yùn)輸需求，必需進(jìn)行擴(kuò)能改造方能適應(yīng)[1］。

2004年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》[4］中，特別明確了“近期要優(yōu)先考慮石太線擴(kuò)能實(shí)現(xiàn)客貨分線運(yùn)輸，加大煤炭外運(yùn)能力”。這就從宏觀層面確立了石太線改造的必要性。綜上所述，石太線的擴(kuò)能改造是必要的。

2 石太線擴(kuò)能改造方案研究

2.1 既有線地形地貌

沿線經(jīng)過(guò)沖積平原、剝蝕低山丘陵、黃土丘陵等地貌單元?？偟牡貏?shì)為西高東低，中間地形起伏大。既有石太線主要沿綿河及其支流桃河、白馬河及瀟河河谷走行，河岸多彎曲似蛇狀，上游及低中山區(qū)呈“V”字形谷，下游及平緩區(qū)呈“U”字形或?qū)捁取?/p>

2.2 擴(kuò)能方案比選

(1)方案研究

2009年，區(qū)域內(nèi)“山西中南部煤運(yùn)通道新線、邯長(zhǎng)邯濟(jì)煤運(yùn)通道增二線擴(kuò)能、和順邢黃等煤運(yùn)通道新線”先后開工建設(shè)，在石太客運(yùn)專線開通后的條件下，結(jié)合上述幾條煤運(yùn)線路的建設(shè)情況，根據(jù)批準(zhǔn)的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》[4］，采用對(duì)既有線改造從而擴(kuò)大運(yùn)能的建設(shè)方案，是合理的選擇。

石太線地處太行山區(qū)，受修建時(shí)期歷史條件限制，線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、坡度大、曲線半徑小，確定最優(yōu)的改造方案須多方案比選論證。

首先考慮將“牽引質(zhì)量提高至1萬(wàn)t的擴(kuò)能方案”。重車方向行車在長(zhǎng)大下坡區(qū)段，制動(dòng)方面存在重大安全隱患，并且與兩端銜接的干線到發(fā)線不匹配，增減軸作業(yè)頻繁，且投資較大，研究后對(duì)“牽引質(zhì)量提高至1萬(wàn)t的擴(kuò)能方案”予以放棄。

2010年鐵道部組織對(duì)本線進(jìn)行了牽引試驗(yàn)，根據(jù)中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所《石太線HXD3型機(jī)車牽引5 000 t列車綜合試驗(yàn)》報(bào)告[5］得出:“在石太線上行方向開行HXD3機(jī)車牽引的5 000 t列車(榆次西至壽陽(yáng)區(qū)段雙機(jī)牽引，其余區(qū)段單機(jī)牽引)是可行的”結(jié)論。在此試驗(yàn)基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)本線既有設(shè)備的適應(yīng)性分析，初步提出了“保留三顯示自動(dòng)閉塞，牽引質(zhì)量提高至5 000 t(遠(yuǎn)期部分5 000 t)”以及“三顯示自動(dòng)閉塞改為四顯示自動(dòng)閉塞提高列車追蹤能力，維持既有牽引質(zhì)量”的2個(gè)擴(kuò)能方案。但以上2個(gè)方案均不能滿足運(yùn)量需求，研究后也只能舍棄。

經(jīng)進(jìn)一步研究得出“將三顯示自動(dòng)閉塞改為四顯示自動(dòng)閉塞，列車追蹤間隔采用8 min，牽引質(zhì)量提至5 000 t(遠(yuǎn)期部分6 000 t)的擴(kuò)能方案”，其平行運(yùn)行圖能力達(dá)到157.0對(duì)/d，可以滿足擴(kuò)能目標(biāo)要求。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后予以推薦。

(2)擴(kuò)能方案及措施

綜上所述，石太線擴(kuò)能改造推薦采用加大行車密度使列車追蹤間隔達(dá)到8 min;提高牽引質(zhì)量近期5 000 t，遠(yuǎn)期部分6 000 t的擴(kuò)能方案。為實(shí)現(xiàn)上述擴(kuò)能方案，研究提出需采取以下綜合改造措施。

①延長(zhǎng)部分車站到發(fā)線有效長(zhǎng):將南張村、巖峰、白羊墅、東趙、壽陽(yáng)、芹泉車站到發(fā)線有效長(zhǎng)延長(zhǎng)至1 050 m，以適應(yīng)牽引質(zhì)量的提高。

②通信系統(tǒng)升級(jí)改造:采用GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)取代現(xiàn)有的450M無(wú)線列調(diào)通信系統(tǒng)。

③信號(hào)系統(tǒng)全面改造:將三顯示自動(dòng)閉塞改為ZPW-2000系列四顯示無(wú)絕緣自動(dòng)閉塞。追蹤間隔可控制在8 min，提高通過(guò)能力。

④牽引供電系統(tǒng)適應(yīng)性改造:按照研究年度運(yùn)量進(jìn)行牽引供電系統(tǒng)改造。

⑤小半徑曲線集中區(qū)段(限速區(qū)段)局部改造:通過(guò)全線小半徑曲線改造方案比選，研究得出“石太線全線原則上采取線路平面、縱斷面基本保持既有現(xiàn)狀;僅對(duì)小半徑曲線最為集中的娘子關(guān)站(K70+610)至巖會(huì)站(K90+216)間的限速50 km/h區(qū)段線路予以雙繞改造”的推薦方案。由于本段線路小半徑曲線集中，使得線路限速區(qū)段不能滿足“四顯示自動(dòng)閉塞7 min追蹤間隔進(jìn)行信號(hào)機(jī)布點(diǎn)、8 min進(jìn)行能力計(jì)算”的要求，應(yīng)改造本段小半徑曲線提高列車運(yùn)行速度，與四顯示自動(dòng)閉塞改造同步實(shí)施，以達(dá)到擴(kuò)能目的。

⑥工務(wù)設(shè)備適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng):對(duì)軌道、路基、橋梁、隧道予以適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)，以適應(yīng)運(yùn)量提高50%的需要，達(dá)到強(qiáng)化基礎(chǔ)設(shè)施確保安全行車的運(yùn)營(yíng)要求。

(3)改建鐵路選用的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

石太線改造推薦的鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 石太線改造鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 運(yùn)輸組織[7］

在四顯示自動(dòng)閉塞情況下，列車追蹤間隔時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)8 min鋪圖。本線設(shè)計(jì)區(qū)間平圖通過(guò)能力為157.0對(duì)/d，遠(yuǎn)期輸送能力達(dá)到1.6億t/年，滿足擴(kuò)能目標(biāo)要求。

2.4 建設(shè)時(shí)機(jī)

建議本線2012年開工建設(shè)，2014年改擴(kuò)建完工，以滿足通道內(nèi)日益強(qiáng)勁增長(zhǎng)的貨運(yùn)需求。

2.5 投資估算及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)論[8］

經(jīng)初步測(cè)算，本線擴(kuò)能改造投資總額約50億元。項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率6.09%，本項(xiàng)目財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)為可行;本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率(EIRR)為13.14%，國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)主要指標(biāo)較好，國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)可行。

3 研究結(jié)論

研究表明:石太線改造采用縮短追蹤間隔、提高牽引質(zhì)量的擴(kuò)能方案是可行的，建設(shè)規(guī)模適度，具有較好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益，擴(kuò)能改造是必要的。

[1]北京鐵路局.北京鐵路局統(tǒng)計(jì)資料匯編2009[Z］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010

[2]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).煤炭工業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃[Z］.北京:國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，2007

[3]山西省統(tǒng)計(jì)局，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局山西調(diào)查總隊(duì).山西統(tǒng)計(jì)年鑒2010[M］.北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2010

[4]中華人民共和國(guó)鐵道部.中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃[Z］.北京:中華人民共和國(guó)鐵道部，2004

[5]中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所.石太線HXD3型機(jī)車牽引5000t列車綜合試驗(yàn)[Z］.北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所，2010

[6]河北省統(tǒng)計(jì)局.2009河北經(jīng)濟(jì)年鑒[M］.北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2009

[7]耿志修.大秦鐵路重載技術(shù)[M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009

[8]許曉峰，林曉言.鐵路建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)理論與方法[M］.北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2001