帥 娟,岳曉東,李益民,曾靈敏

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

新建室韋口岸至莫爾道嘎鐵路牽引質(zhì)量方案研究

帥 娟,岳曉東,李益民,曾靈敏

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

新建室韋口岸至莫爾道嘎鐵路(簡(jiǎn)稱(chēng)莫室線(xiàn))是俄羅斯發(fā)往中國(guó)鋼鐵基地鐵礦石的運(yùn)輸通道,戰(zhàn)略意義明顯,對(duì)新建莫室線(xiàn)宜采用的牽引質(zhì)量方案進(jìn)行深入研究。綜合考慮相鄰線(xiàn)鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及已確定的莫室線(xiàn)其他相關(guān)鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),給出其可采用的牽引質(zhì)量方案,通過(guò)基于運(yùn)營(yíng)組織經(jīng)濟(jì)性的初步分析、既有線(xiàn)下坡道制動(dòng)約束分析以及工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)比較分析,綜合確定莫室線(xiàn)的牽引質(zhì)量方案為DF4D型貨運(yùn)機(jī)車(chē)牽引2 500 t。

鐵路運(yùn)輸;牽引質(zhì)量;技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);莫室線(xiàn)

1 概述

室韋口岸至莫爾道嘎鐵路(簡(jiǎn)稱(chēng)莫室線(xiàn))的建設(shè)是為俄羅斯發(fā)往國(guó)內(nèi)鋼鐵基地的鐵礦石等大宗貨物運(yùn)輸服務(wù),對(duì)調(diào)整我國(guó)海上進(jìn)口鐵礦石依存度,充分利用陸路進(jìn)口國(guó)外鐵礦石資源,具有重要戰(zhàn)略意義。莫室線(xiàn)所運(yùn)鐵礦石等大宗貨物由俄羅斯方向經(jīng)室韋集運(yùn),發(fā)往牙克石及其以遠(yuǎn),根據(jù)運(yùn)量構(gòu)成特點(diǎn),本線(xiàn)重空車(chē)流明顯,重車(chē)方向?yàn)槭翼f至莫爾道嘎。運(yùn)輸通道構(gòu)成主要有莫室線(xiàn)-朝烏線(xiàn)-牙林線(xiàn)等。

研究年度,區(qū)域內(nèi)相關(guān)既有線(xiàn)現(xiàn)狀及改建和規(guī)劃新線(xiàn)建設(shè)初步擬定的鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

2 與牽引質(zhì)量相關(guān)的莫室線(xiàn)鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇

設(shè)計(jì)的鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)除了牽引質(zhì)量,還主要包括鐵路等級(jí)、正線(xiàn)數(shù)目、限制坡度、機(jī)車(chē)類(lèi)型、到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)度、閉塞類(lèi)型等[1],這些標(biāo)準(zhǔn)的選擇相互影響,需綜合考慮確定。新建莫室線(xiàn)其他相關(guān)鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇如下。

(1)鐵路等級(jí)[2]

根據(jù)莫爾道嘎至室韋段在路網(wǎng)中的地位和作用及承擔(dān)的運(yùn)量,綜合沿線(xiàn)地形條件所作的工程研究,確定莫室線(xiàn)鐵路等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

表1 相關(guān)鐵路現(xiàn)狀及改建和規(guī)劃鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(2)正線(xiàn)數(shù)目

根據(jù)莫室線(xiàn)承擔(dān)的運(yùn)量水平,綜合考慮功能定位及投資合理性,確定其為單線(xiàn)鐵路。

(3)限制坡度

綜合考慮推薦的莫室線(xiàn)線(xiàn)路走向方案沿線(xiàn)自然坡度情況,以及工程、運(yùn)營(yíng)和施工方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較,同時(shí)考慮后方通路朝烏線(xiàn)、牙林線(xiàn)坡度分布統(tǒng)計(jì)情況,確定其限制坡度宜為6‰。

(4)機(jī)車(chē)類(lèi)型

根據(jù)莫室線(xiàn)貨運(yùn)特點(diǎn),綜合考慮各主力貨運(yùn)機(jī)車(chē)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及相鄰線(xiàn)路采用的機(jī)車(chē)類(lèi)型,其貨運(yùn)機(jī)車(chē)類(lèi)型可選DF4D或HXN5。

3 莫室線(xiàn)牽引質(zhì)量的選擇

3.1 莫室線(xiàn)可選擇的牽引質(zhì)量方案

莫室線(xiàn)主要承擔(dān)運(yùn)送由俄羅斯進(jìn)口的礦石,其重車(chē)方向?yàn)槭翼f至莫爾道嘎及以遠(yuǎn),其牽引質(zhì)量應(yīng)結(jié)合相鄰既有線(xiàn)共同研究。

莫室線(xiàn)鐵路限制坡度確定為6‰,采用DF4D型機(jī)車(chē)可以牽引4 000 t;與其相鄰的朝烏線(xiàn)莫爾道嘎—朝中段限制坡度上行22.0‰、下行26.5‰,現(xiàn)狀牽引質(zhì)量上行1200 t、下行900 t;牙林線(xiàn)朝中—伊圖里河段限制坡度上行21.3‰、下行26.3‰,現(xiàn)狀牽引質(zhì)量上行1200 t、下行900 t;牙林線(xiàn)伊圖里河—牙克石段最大坡度上行12.6‰、下行12.8‰,現(xiàn)狀牽引質(zhì)量上行4 000 t、下行1 500 t;伊圖里河為既有區(qū)段站。

根據(jù)莫室線(xiàn)和相鄰線(xiàn)的鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),通道內(nèi)室韋—莫爾道嘎—伊圖里河—牙克石段可選擇以下?tīng)恳|(zhì)量方案。

①DF4D:單機(jī)牽引4 000 t—雙機(jī)牽引2 000 t—雙機(jī)牽引4 000 t;

②DF4D:單機(jī)牽引2 000 t—雙機(jī)牽引2 000 t—雙機(jī)牽引4 000 t;

③DF4D:單機(jī)牽引2 500 t—降坡、雙機(jī)牽引2 500 t、延長(zhǎng)到發(fā)線(xiàn)—雙機(jī)牽引4 000 t;

④DF4D:單機(jī)牽引4 000 t—降坡、三機(jī)牽引4 000 t、延長(zhǎng)到發(fā)線(xiàn)—雙機(jī)牽引4 000 t;

⑤DF4D:單機(jī)牽引4 000 t—不降坡、四機(jī)牽引4 000 t、延長(zhǎng)到發(fā)線(xiàn)—雙機(jī)牽引4 000 t;

⑥HXN5:單機(jī)牽引4 000 t—不降坡、雙機(jī)牽引4 000 t、延長(zhǎng)到發(fā)線(xiàn)—雙機(jī)牽引4 000 t;

⑦HXN5:單機(jī)牽引5 000 t—不降坡、三機(jī)牽引5 000 t、延長(zhǎng)到發(fā)線(xiàn)—雙機(jī)牽引5 000 t、延長(zhǎng)到發(fā)線(xiàn)。

3.2 莫室線(xiàn)牽引質(zhì)量方案初步分析

新建莫室線(xiàn)線(xiàn)路全長(zhǎng)約92 km,既有通道伊圖里河—莫爾道嘎段長(zhǎng)約123 km,方案①需在莫爾道嘎站和伊圖里河站進(jìn)行增減軸作業(yè),增加了車(chē)站的換重工作量,使中轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng),機(jī)車(chē)車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)相應(yīng)增加。且根據(jù)我國(guó)鐵路的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),在短距離內(nèi)頻繁增減軸作業(yè),顯然是不合理的,因此方案①不可選。

方案②在莫爾道嘎—伊圖里河段采用DF4D雙機(jī)牽引2 000 t,可不必軟化坡度及延長(zhǎng)到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)度,即可滿(mǎn)足牽引質(zhì)量要求;且伊圖里河站的增減軸作業(yè)相對(duì)簡(jiǎn)單。但列車(chē)在本線(xiàn)牽引質(zhì)量嚴(yán)重欠軸,機(jī)力浪費(fèi)嚴(yán)重;且為了滿(mǎn)足研究年度的運(yùn)輸能力要求,莫室線(xiàn)需增開(kāi)會(huì)讓站(與2 500 t方案相比,近期多增開(kāi)2處會(huì)讓站、遠(yuǎn)期多增開(kāi)1處會(huì)讓站),造成站間距離過(guò)短、工程投資增大、運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較高、運(yùn)輸質(zhì)量降低。因此方案②亦不可選。

方案③可通過(guò)動(dòng)能闖坡及對(duì)既有線(xiàn)軟化坡度(局部地段降坡至21‰)、延長(zhǎng)既有車(chē)站到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng),使其能夠達(dá)到DF4D雙機(jī)牽引2 500 t的要求。但采用此方案需在伊圖里河站進(jìn)行增減軸作業(yè),增加了該站中轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)間,運(yùn)營(yíng)費(fèi)有所增加。

方案④在莫爾道嘎—伊圖里河段采用DF4D三機(jī)牽引4 000 t,可與相鄰牙林線(xiàn)牽引質(zhì)量協(xié)調(diào)匹配,減少了伊圖里河站的增減軸作業(yè),提高了運(yùn)輸綜合效率;且減少了貨運(yùn)行車(chē)量,莫室線(xiàn)開(kāi)站數(shù)量減少(與2 500 t方案相比,近期少開(kāi)1處會(huì)讓站、遠(yuǎn)期少開(kāi)2處會(huì)讓站)。但既有線(xiàn)莫爾道嘎—伊圖里河段利用動(dòng)能闖坡后,部分地段仍需降坡至20‰,改造工程量大,并需對(duì)既有車(chē)站到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)進(jìn)行同步改造,工程投資高。

方案⑤與方案④相同,減少了伊圖里河站的增減軸作業(yè),提高了運(yùn)輸綜合效率;且莫室線(xiàn)開(kāi)站數(shù)量減少,工程投資節(jié)省;莫爾道嘎至伊圖里河段無(wú)需軟化坡度。但既有線(xiàn)莫爾道嘎—伊圖里河段需采用DF4D機(jī)車(chē)四機(jī)牽引4 000 t,機(jī)車(chē)購(gòu)置費(fèi)亦相應(yīng)增加;且需對(duì)既有車(chē)站到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)進(jìn)行同步改造,工程投資較高。

方案⑥全線(xiàn)采用HXN5型大功率機(jī)車(chē),與方案⑤相同,減少了伊圖里河站的增減軸作業(yè),提高了運(yùn)輸綜合效率;且莫室線(xiàn)開(kāi)站數(shù)量減少,工程投資節(jié)省;莫爾道嘎—伊圖里河段無(wú)需軟化坡度。但需延長(zhǎng)既有線(xiàn)到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)至850 m,改造工程投資較高;且HXN機(jī)車(chē)購(gòu)置費(fèi)用過(guò)高,一次投入過(guò)大,考慮到國(guó)際運(yùn)量不確定性大,該方案投資風(fēng)險(xiǎn)較大。

方案⑦全線(xiàn)采用HXN型大功率機(jī)車(chē),屆時(shí)莫室線(xiàn)采用單機(jī)牽引5 000 t,莫爾道嘎—伊圖里河—牙克石段采用三機(jī)牽引5 000 t,莫爾道嘎—伊圖里河段無(wú)需軟化坡度。該方案可與相鄰濱州線(xiàn)牽引質(zhì)量協(xié)調(diào)匹配,提高了運(yùn)輸綜合效率;且減少了貨運(yùn)行車(chē)量,莫室線(xiàn)開(kāi)站數(shù)量減少(與2 500 t方案相比,近期少開(kāi)2處會(huì)讓站、遠(yuǎn)期少開(kāi)3處會(huì)讓站);但該方案需延長(zhǎng)既有線(xiàn)到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)至1 050 m,改造工程難度大,工程投資較高;且HXN機(jī)車(chē)購(gòu)置費(fèi)用過(guò)高,一次投入過(guò)大,考慮到國(guó)際運(yùn)量不確定性大,該方案投資風(fēng)險(xiǎn)亦較大。

根據(jù)以上分析,從有利于運(yùn)輸組織與合理使用既有設(shè)備等方面考慮,列車(chē)牽引質(zhì)量采用2 500 t-2 500 t-4 000 t組合方案與全線(xiàn)4 000 t、全線(xiàn)5 000 t方案較為合理。

3.3 考慮通道既有線(xiàn)下坡道制動(dòng)約束的牽引質(zhì)量方案分析

從通道既有線(xiàn)下坡道制動(dòng)方面分析,既有線(xiàn)下坡道較大,其中朝烏線(xiàn)莫爾道嘎—朝中段下坡道最大26.5‰(超過(guò)25‰的坡道共9處,總長(zhǎng)4 920 m)、牙林線(xiàn)朝中—伊圖里河段下坡道最大26.3‰(超過(guò)25‰的坡道共4處,總長(zhǎng)1 800 m);線(xiàn)路允許速度較低,其中朝烏線(xiàn)莫爾道嘎—朝中段55 km/h、朝烏線(xiàn)莫爾道嘎—朝中段55～70 km/h。因此既有線(xiàn)若開(kāi)行4 000 t及以上列車(chē),應(yīng)進(jìn)一步研究重車(chē)方向長(zhǎng)大下坡道區(qū)間的列車(chē)再充風(fēng)問(wèn)題。

當(dāng)列車(chē)最高運(yùn)行速度采用50 km/h,最低緩解速度采用15 km/h時(shí),DF4D機(jī)車(chē)雙機(jī)牽引27輛C70重車(chē)、DF4D機(jī)車(chē)四機(jī)或HXN5雙機(jī)牽引43輛C70重車(chē)、以及HXN5雙機(jī)牽引54輛C70重車(chē)在長(zhǎng)大下坡道區(qū)間的列車(chē)再充風(fēng)分析詳見(jiàn)表2。

表2 下坡道制動(dòng)周期檢算

由表2可以看出,DF4D雙機(jī)牽引2 500 t列車(chē)方案,當(dāng)機(jī)車(chē)動(dòng)力制動(dòng)率采用0.5及以上時(shí),在25‰～27‰的下坡道上,列車(chē)從緩解初速增至坡道限速時(shí)的“增速時(shí)間(緩解過(guò)程中保持動(dòng)力制動(dòng))”大于“充風(fēng)時(shí)間+空走時(shí)間”,即說(shuō)明在25‰～27‰的下坡道上,該方案列車(chē)能維持周期制動(dòng)要求。

DF4D四機(jī)或HXN5雙機(jī)牽引4 000 t列車(chē)以及HXN5三機(jī)牽引5 000 t列車(chē)方案,機(jī)車(chē)動(dòng)力制動(dòng)率需采用0.75及以上,在25‰～27‰的下坡道上,列車(chē)從緩解初速增至坡道限速時(shí)的“增速時(shí)間(緩解過(guò)程中保持動(dòng)力制動(dòng))”基本大于“充風(fēng)時(shí)間+空走時(shí)間”,列車(chē)才能維持周期制動(dòng)要求。但根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況,列車(chē)在長(zhǎng)大下坡道上,尤其在有小半徑曲線(xiàn)的地段上,若機(jī)車(chē)動(dòng)力制動(dòng)力過(guò)大,易產(chǎn)生車(chē)鉤偏轉(zhuǎn),會(huì)將機(jī)車(chē)頂出去。因此在既有莫爾道嘎—朝中—伊圖里河段開(kāi)行4 000 t方案或5000 t方案的安全性及可行性有待進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)論證。

3.4 考慮工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)的牽引質(zhì)量方案分析

與方案③(2 500 t-2 500 t-4 000 t方案)相比,方案

表3 各方案工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)估算現(xiàn)值比較(n=25年、IRR=3%)____萬(wàn)元____

3.5 莫室線(xiàn)牽引質(zhì)量選擇

根據(jù)以上分析,在運(yùn)輸組織與合理使用既有設(shè)備、滿(mǎn)足既有線(xiàn)下坡道制動(dòng)約束以及減少工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)方面,新建莫室線(xiàn)宜采用DF4D單機(jī)牽引2 500 t,既有通道莫爾道嘎—伊圖里河段采用降坡、雙機(jī)牽引2 500 t并延長(zhǎng)到發(fā)線(xiàn),伊圖里河—牙克石段采用雙機(jī)牽引4 000 t。因此確定莫室線(xiàn)牽引質(zhì)量為2 500 t。

4 結(jié)語(yǔ)

以新建室韋口岸至莫爾道嘎鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)為背景,對(duì)該線(xiàn)宜采用的牽引質(zhì)量方案進(jìn)行深入研究。綜合考慮相鄰線(xiàn)路鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及已確定的莫室線(xiàn)其他相關(guān)鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),給出了其可采用的牽引質(zhì)量方案,通過(guò)基于運(yùn)營(yíng)組織經(jīng)濟(jì)性的初步分析、既有線(xiàn)下坡道制動(dòng)約束分析、工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)比較分析,綜合確定新建莫室線(xiàn)的牽引質(zhì)量宜采用DF4D單機(jī)牽引2 500 t。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.GB 50090—2006鐵路線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2006.

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.GB 50091—2006鐵路車(chē)站與樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2006.

[3] 鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)·線(xiàn)路[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2006.

[4] 金發(fā)良.海岫鐵路擴(kuò)能改造主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2012(1):36-43.

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Study on Traction Tonnage Scheme of Newly-built Railway from Shiwei Port to Moerdaoga

SHUAI Juan,YUE Xiao-dong,LI Yi-min,Zeng Ling-min
(China Railway Engineering Consultancy Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)

The Railway from Shiwei Port to Moerdaoga(referred to as Shiwei-Moerdaoga Railway)was designed to serve as an iron ore transport corridor from Russia to China's steel-iron base,having important strategic significance.The purpose of the study was to determine the scheme of traction tonnage for this railway.First,through comprehensive consideration of the main technical standards,including the technical standards of adjacent railways and the technical standards identified by other related disciplines in this railway,the study proposed several optional traction tonnage schemes.Then,by preliminary analysis of the economic efficiency of project operation organization,by analysis of the braking constraint at the downhill of the existing line,and by comparative analysis of the project operation expenses,the study comprehensively determined that the traction tonnage should be 2500 ton in the form of DF4D-type freight locomotive traction.

railway transportation;traction tonnage;technical standards;Shiwei-Moerdaoga Railway

U212.3

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.009

1004-2954(2014)08-0040-04

2013-11-26;

2013-12-10

帥 娟(1981—),女,工程師,2004年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué),工學(xué)學(xué)士。