張 明

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 概述

阿富汗是一個多山的國家，久經戰(zhàn)亂，基礎設施遭到嚴重的破壞，境內幾無鐵路，在國際社會援助下阿富汗進入戰(zhàn)后重建進程。興都庫什山橫旦于國家中部，將阿國分為南北兩部分，只能靠位于海拔3 000 m以上、長2.57 km的薩朗隧道溝通，隧道年久失修，日益破損，一到雪季道路封堵數月，目前該國急需一個高效的交通運輸系統(tǒng)。本次研究的阿富汗國家鐵路長856.05 km，起自東部中心城市賈拉拉巴德、中連首都喀布爾，翻越興都庫什山，終達北部中心城市昆都士及馬扎里沙里夫，是一條主要承擔貨運，兼顧客運的主干線鐵路。

主要技術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、運輸效率的高低、投資的規(guī)模和經濟效益的大小有重要的影響。

2 目前鐵路最大坡度的使用情況

最大坡度的選取與線路所處的地形有著密切的關系，對線路的經濟指標有重大影響。區(qū)間正線的最大坡度，不宜大于20‰，困難條件下，經技術經濟比較，不應大于30‰。

在中國國內，早期建成的主要大坡度干線鐵路有寶成線，最大坡度33‰，主要為翻越秦嶺山脈；青藏鐵路20‰；內昆鐵路23.5‰，米軌鐵路滇越鐵路中國境內38‰的坡道。在采用大坡度時，列車運行除受機車牽引力控制外，還需對長大下坡的安全性進行檢算。

3 地形地貌狀況

興都庫什山在區(qū)域內山體東高西低，東端高陡寬厚，西端支溝發(fā)育，將山體切割為多個低矮山丘。線路為經過沿線的主要礦區(qū)，并且將越嶺隧道長度控制在技術成熟的長度范圍內，經多埡口方案選擇，推薦經巴米揚的走向方案。該方案越嶺地段長316.6 km，河谷自然縱坡詳見圖1。

圖1 以溝心為中線繪制縱斷面示意(單位：m)

從圖1可以看出，越嶺地段河床縱坡較大，在越嶺隧道長度控制在10 km左右的條件下，右側河床最大坡度為31.3‰，平均縱坡為13.5‰；左側河床最大坡度為33‰，平均縱坡為13.26‰。在兩山嶺之間，河谷最大坡度為26.8‰。單線鐵路受車站布設數量和位置、隧道長度及橋梁高度等因素控制，線路坡度比河床自然坡度大一些時，線路才能適應地形，各項工程設置才能滿足施工運營要求。

4 項目特點和技術標準選擇思路

從通道走向及所經地區(qū)地形特點看，線路地形起伏較大，為減少線路展線，降低工程投資，應選用較大坡度方案。線路越嶺地段橋隧相連，自然縱坡大，工程艱巨，設站條件十分困難，且沿線人煙稀少，生產生活條件較差，宜在滿足運輸需求的基礎上，結合線路條件、坡度、牽引質量統(tǒng)籌研究，少布設車站。 沿線不具備外部電源條件，亦缺乏相關電力規(guī)劃，研究年度需采用內燃牽引。根據本線坡度大、設站困難的具體情況，應采用大功率內燃機車，滿足較大的牽引質量。從機車使用全壽命成本和減少維修量的角度，宜采用交流傳動機車。阿富汗國內尚無完整的鐵路干線，運營經驗和相關專業(yè)技術人員缺乏，為便于運輸組織和運營管理，沿線宜減少技術作業(yè)。

綜合分析，本項目標準宜按內燃牽引、大坡度方案，采用大功率機車、較大牽引質量，盡量少設車站、減少技術作業(yè)點。

5 最大坡度的選擇

該段地形條件變化較大，需2次越嶺，線路縱坡特征為起伏較大，拔起高度高，長大緊坡段落長。采用加力牽引坡度可縮短線路，大量減少工程，縮短工期，節(jié)省投資。結合機車對大坡道適應性分析，對該段越嶺方案分別研究了18‰、25‰、30‰、35‰四個加力牽引坡度方案進行比較，見圖2。

5.1 線路方案主要指標分析比較

對線路的長度、橋隧特征、最大坡度使用情況進行分析比較，見表1。

圖2 4種坡度方案比較

方案18‰方案25‰方案30‰方案35‰方案線路長度/km427.46404.18389.48383.32主越嶺隧道長度/km16.436.756.696.69最高橋梁墩高/m84766773橋隧總長/比重/(km/%)225.72/52.8196.66/48.6178.08/45.7174.84/41緊坡地段合計/(km/%)241.9/56.59151.8/37.5696.6/24.8052.2/13.62最長持續(xù)緊坡地段長度/km7251.84335

由以上分析可見，兩處越嶺高程起伏較大，坡度增大時能充分縮短線路長度和減少橋隧工程。18‰方案坡度小于自然縱坡，越嶺隧道達16.43 km，以橋隧相連工程迂回展線，線路展長最多；25‰方案利用各支溝展線以延長線路長度，線路展長次之；30‰坡度方案基本適應自然地形，橋隧工程合理。35‰方案能減少長大緊坡長度，但在線路長度和越嶺隧道方面比30‰沒有較大的改善。

5.2 工程投資比較分析(表2)

經投資分析比較，18‰坡度方案線路長，橋隧工程大，工程設置條件差，施工技術及施工難度大，投資最高；30‰與18‰坡度方案相比，能有效縮短線路長度，減少橋隧工程，工程投資節(jié)省達8.95億元。35‰方案比30‰方案只節(jié)省投資0.58億元，占總投資的1.17%。

表2 不同坡度方案比較

5.3 工程經濟性分析比較

為進一步分析論證各坡度方案，按最小費用現(xiàn)值法進行經濟性分析，計算期采用30年，財務折現(xiàn)率按3%。不同坡度方案經濟性比較見表3。

表3 不同坡度方案經濟比較 萬元

從表3看出，18‰方案運營條件較好，經濟性最差；25‰方案運營條件較好，運營能耗節(jié)省有限，總費用現(xiàn)值較貴；35‰方案坡度優(yōu)勢未得到充分發(fā)揮，節(jié)省投資有限，且惡化了運營條件，運輸組織難度大，并存在較大的安全隱患。30‰方案總費用現(xiàn)值最小，經濟性最好。

5.4 坡度選擇結論

從以上分析看出，18‰與25‰兩坡度不能適應地形條件，展長的線路意味著展長著橋隧工程，增加投資較大，雖機車購置費用較低，總體效益較差；35‰方案縮短線路長度有限，沒有明顯節(jié)省投資，反而增加了機車購置費用，總費用現(xiàn)值較貴。30‰方案能較好地適應地形，經濟性最優(yōu)，因此本段最大坡度推薦采用30‰方案。

6 牽引質量的選擇

結合線路條件，研究中貨車采用功率最大、運用也較為成熟的交流傳動HXN3型機車?？蛙嚥捎肈F4D型。對采用18‰、25‰、30‰、35‰最大坡度時的牽引、制動情況進行分析。

6.1 受牽引力限制的牽引質量

興都庫什山區(qū)域內最高海拔2 800 m，參考相關線路試驗情況，研究中考慮海拔修正等因素，綜合牽引力系數按0.9取值。機車受上坡牽引限制在不同坡度的牽引質量見表4。

表4 不同坡度牽引質量

6.2 受制動力限制的牽引質量

列車在長大下坡運行，需采用機車電阻制動力，以滿足列車制動要求。不同長大下坡滿足牽引質量要求，機車的電阻制動力系數見表5。

從表5看出，在25‰長大下坡三機牽引滿足5 000 t要求，每臺機車電阻制動力需取全值的83%；在30‰長大下坡三機牽引滿足4 000 t要求，每臺機車電阻制動力需取全值的80%；在35‰長大下坡三機牽引滿足4 000 t要求，每臺機車電阻制動力取全值仍不能滿足要求。

表5 長大下坡滿足牽引質量要求采用的電阻制動力系數

6.3 牽引質量選擇結論

根據機車牽引和制動性能檢算，不同坡度下受牽引、制動性能限制的牽引質量見表6。

表6 不同坡度受牽引、制動性能影響的牽引質量

列車在長大下坡采用較大的牽引質量，還存在長時間、經常性采用電阻制動力進行調速、長大坡度需頻繁采用周期制動、平均運行速度較低等影響運營安全和運輸質量的問題。

通過上述分析可見，在25‰以上坡度，多機牽引的牽引質量受制動安全性控制，坡度越大，其牽引和制動的匹配性越弱，采用多機牽引提高牽引質量的經濟性和安全性越差。

該處線路地形困難，連續(xù)足坡地段長，且重車方向主要為下坡。結合整條鐵路設計情況，綜合經濟性和安全性考慮，近期采用雙機牽引，牽引質量3 000 t；遠期采用三機牽引，牽引質量4 000 t。

到發(fā)線有效長度采用650 m，預留850 m，本段線路近期設計能力為20.9對/日，輸送能力為1 089萬t，滿足客貨運輸需求。

6.4 分期擴能措施

本線線路地形復雜，工程艱巨，設站條件困難；線路多長大縱坡，山區(qū)地段需多機牽引；考慮到阿富汗國內鐵路運營經驗和相關專業(yè)技術人員相對缺乏，宜減少技術作業(yè)難度。因此，在設計中本著節(jié)省投資、后期可考慮采用增加牽引機車、電氣化改造、增建二線等措施進行逐步擴能。

7 結論

隨著現(xiàn)代牽引動力現(xiàn)代化水平的提高，在山區(qū)鐵路設計中，線路技術標準中的坡度與牽引質量的選擇顯得尤為重要。本線選擇采用30‰的坡度，雙機牽引質量3 000 t的技術標準，既能為建設期節(jié)省投資，又能滿足國家發(fā)展的運量需求，且預留遠期擴能條件，經論證技術標準合理，且具有復雜山區(qū)鐵路技術標準選擇的代表性。

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