牛永平

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300142)

哈爾濱至佳木斯既有鐵路電化改造工程分區(qū)段速度目標(biāo)值選擇研究

牛永平

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300142)

根據(jù)區(qū)域路網(wǎng)特征與交通運(yùn)輸概況，確定研究年度哈佳既有鐵路的路網(wǎng)作用、功能定位與服務(wù)要求，結(jié)合哈佳既有鐵路沿線地形特征、運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概況、區(qū)段運(yùn)輸需求，在電化改造方案研究過(guò)程中，對(duì)不同區(qū)段及不同速度目標(biāo)值電化改造所采取的工程措施、引起的工程數(shù)量、社會(huì)服務(wù)水平、投資效益等方面進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，提出既有線電化改造分區(qū)段速度目標(biāo)值選擇的技術(shù)優(yōu)越性。

哈佳鐵路 電化改造 分區(qū)段速度目標(biāo)值選擇

1 概述

既有哈爾濱至佳木斯鐵路(簡(jiǎn)稱哈佳鐵路)位于黑龍江省境內(nèi)，線路起自哈爾濱樞紐，向東北經(jīng)綏化市、慶安縣、鐵力市，伊春市的帶嶺區(qū)、南岔區(qū)，終至佳木斯樞紐。線路全長(zhǎng)504.7 km，為Ⅰ級(jí)鐵路，區(qū)間除哈爾濱樞紐松花江橋外，其余均為雙線，內(nèi)燃牽引，旅客列車運(yùn)行速度80～120 km/h，最快旅客列車運(yùn)行時(shí)分為6 h12 min，是一條客貨混運(yùn)的繁忙干線。目前，主要承擔(dān)哈爾濱及以遠(yuǎn)至佳木斯及以東地區(qū)和沿線旅客運(yùn)輸，雙鴨山、鶴崗煤炭外運(yùn)，我國(guó)重要產(chǎn)糧基地三江平原糧食外運(yùn)任務(wù)。研究年度除上述運(yùn)量外，還將承擔(dān)同江、撫遠(yuǎn)口岸進(jìn)出口貨物運(yùn)輸。本線電化改造后有助于進(jìn)一步完善路網(wǎng)，提高區(qū)域鐵路運(yùn)輸服務(wù)水平。

研究年度，為適應(yīng)黑龍江省經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展需要、促進(jìn)東北老工業(yè)基地經(jīng)濟(jì)振興，還將建成哈牡客專以及松花江南岸起自哈爾濱途徑賓縣、方正縣、依蘭縣，終到佳木斯的200 km/h客貨共線哈佳快速鐵路，并伴隨同江黑龍江鐵路大橋建成，對(duì)哈佳鐵路前方通路諸多既有線結(jié)合增二線、電氣化等方式進(jìn)行擴(kuò)能提速改造。

2 研究年度哈佳既有鐵路功能定位

哈爾濱至佳木斯既有鐵路電化工程所在路網(wǎng)區(qū)域內(nèi)，研究年度規(guī)劃新建松花江南岸沿哈佳高速公路自哈爾濱經(jīng)賓縣、方正縣、依蘭縣至佳木斯間的200 km/h快速鐵路通道，其建成將大大縮短哈爾濱及以遠(yuǎn)地區(qū)與佳木斯、鶴崗、雙鴨山等地市間的時(shí)空距離。屆時(shí)，哈爾濱至佳木斯新線運(yùn)輸距離340.0 km，較既有線縮短164.7 km，哈爾濱至佳木斯直達(dá)旅客列車新線運(yùn)行時(shí)分1 h55 min，較既有現(xiàn)狀縮短4 h17 min，貨物運(yùn)輸時(shí)間7.6 h，較既有現(xiàn)狀縮短5 h，整個(gè)通道內(nèi)既有鐵路和公路的運(yùn)輸系統(tǒng)平衡將被打破，實(shí)現(xiàn)通道新的運(yùn)輸分工。

結(jié)合既有線與新線吸引范圍及運(yùn)輸條件分析，新線將承擔(dān)大部分佳木斯及以遠(yuǎn)至哈爾濱的旅客運(yùn)輸，并分流部分時(shí)效性要求高、附加值高的輕質(zhì)貨物運(yùn)輸；研究年度哈佳既有鐵路將主要承擔(dān)綏化及以遠(yuǎn)，沿線地區(qū)，小部分佳木斯以遠(yuǎn)與哈爾濱及以遠(yuǎn)地區(qū)間的旅客交流，以及沿線地區(qū)和佳木斯及以遠(yuǎn)煤炭、糧食、進(jìn)口礦石等貨物運(yùn)輸，成為以貨為主、兼顧沿線地方客運(yùn)的鐵路通道。本線電化改造后有助于進(jìn)一步提高區(qū)域鐵路運(yùn)輸服務(wù)水平，提高鐵路運(yùn)輸效益，帶動(dòng)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3 沿線地形概況及既有鐵路病害分布

哈爾濱至綏化段為松嫩平原的東南部，地勢(shì)比較平坦、開(kāi)闊，海拔高程在110～250 m；綏化至浩良河段為低山丘陵區(qū)，地勢(shì)陡峻，相對(duì)高差300～1 000 m，沖溝比較發(fā)育；浩良河至佳木斯段為松花江沖積平原，地勢(shì)平坦，海拔高程70～150 m。

既有鐵路修建時(shí)間長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)低，路基填料來(lái)源差異大，經(jīng)多年的養(yǎng)護(hù)維修、大修，現(xiàn)大部分運(yùn)營(yíng)正常，但個(gè)別地段也時(shí)有路基病害發(fā)生，如江北—綏化、全勝—鐵力、浩良河—興連等地段既有路基基床條件較差，有凍害、排水不良、基床下沉、翻漿冒泥、邊坡溜塌等病害。擴(kuò)能改造中應(yīng)對(duì)不滿足要求地段進(jìn)行處理或加固，并注意崩塌落石、雪害等自然災(zāi)害；既有線橋涵建設(shè)年代長(zhǎng)、種類多、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，部分橋墩混凝土嚴(yán)重腐蝕，需要加固處理，病害斷裂嚴(yán)重的橋涵需要廢棄重建。

4 既有鐵路平縱斷面條件分析

既有哈佳鐵路線路全長(zhǎng)504.7 km，考慮電化改造后技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與后方通路相匹配與路網(wǎng)相協(xié)調(diào)的要求，推薦貨物列車牽引質(zhì)量采用5 000 t，到發(fā)線有效長(zhǎng)1 050 m(現(xiàn)狀大部分車站有效長(zhǎng)850 m，需要改造延長(zhǎng))。與牽引質(zhì)量5 000 t相匹配的機(jī)型，限制坡度為SS4單機(jī)6‰，HXD2單機(jī)9‰、雙機(jī)13‰；根據(jù)既有鐵路分區(qū)段坡度統(tǒng)計(jì)及改建前后對(duì)照(表1)分析，哈爾濱至南岔段6‰限坡方案改建長(zhǎng)度明顯高于9‰限坡方案，尤其桃山至南岔為越嶺地段，條件困難現(xiàn)狀局部雙機(jī)牽引，綜合考慮電化改造方案全線采用9‰限坡，超限地段需要改建軟化坡度。

由區(qū)間線路平面統(tǒng)計(jì)(表2)分析可見(jiàn)，徐家至綏化、浩良河至興蓮間線路平面條件相對(duì)較好，綏化至浩良河間相對(duì)較差，其中鐵力至浩良河間山區(qū)線路條件最差，曲線占區(qū)段線路的48.6%，且大部分曲線半徑小于800 m。線路平面包括曲線半徑、緩和曲線長(zhǎng)度、圓曲線和夾直線長(zhǎng)度等是影響列車提速的一個(gè)主要因素。

綜合上述分析，本線超限坡地段分布及平面條件困難地段分布具有分區(qū)段差異性大的特點(diǎn)，在電化改造研究過(guò)程中，為了選擇與本線特點(diǎn)相適宜的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合既有線病害整治、到發(fā)線延長(zhǎng)以及軟化坡度，分區(qū)段選擇速度目標(biāo)值進(jìn)行平面改建提速研究很有必要。

表1 既有鐵路坡度統(tǒng)計(jì)及改建前后對(duì)照

5 分區(qū)段速度目標(biāo)值選擇研究

根據(jù)前述本線在通道內(nèi)功能定位分析，通道研究年度近期需要修建快速新線，既有線電化改造主要以病害整治、電化擴(kuò)能為主，在此基礎(chǔ)上結(jié)合軟化坡度進(jìn)一步研究提速改造方案。本文重點(diǎn)就分區(qū)段選擇速度目標(biāo)值改建方案進(jìn)行研究，并與提速120 km/h、160 km/h速度目標(biāo)值方案相比較，確定合適的標(biāo)準(zhǔn)，以與區(qū)域路網(wǎng)功能相協(xié)調(diào)匹配。由于既有線平面、路基、橋涵標(biāo)準(zhǔn)較低，提速200 km/h改建工程量與修建新線無(wú)異，并且施工與既有線運(yùn)營(yíng)干擾非常大，實(shí)施難度高，因此不再深入研究既有線提速200 km/h方案。

5.1 分區(qū)段選擇速度目標(biāo)值方案：Ⅰ方案

(1)哈爾濱樞紐

自哈爾濱站至徐家線路長(zhǎng)度為21.27 km，考慮樞紐內(nèi)線路復(fù)雜對(duì)速度要求不高，工程以現(xiàn)狀掛網(wǎng)為主，僅對(duì)區(qū)間2處小于400 m半徑曲線進(jìn)行改建，結(jié)合3座車站到發(fā)線有效長(zhǎng)延長(zhǎng)，總計(jì)改建線路長(zhǎng)度5.73 km。

(2)徐家至綏化區(qū)間

本段線路長(zhǎng)度102.98 km，結(jié)合電化擴(kuò)能改造進(jìn)行了120 km/h與160 km/h速度目標(biāo)值方案比較。提速至120 km/h，改建線路17.43 km；提速至160 km/h，需改建線路26.78 km。兩個(gè)方案8個(gè)中間站到發(fā)線延長(zhǎng)1 050 m。

徐家至綏化段是濱北鐵路的重要組成部分，是哈爾濱至綏化市及北安、黑河的主要鐵路通道。由于規(guī)劃的哈佳快速鐵路不經(jīng)過(guò)綏化市，本次電化改造考慮既有線條件較好，提速160 km/h方案改建線路長(zhǎng)度增加不多，可大大提升綏化、北安、黑河等方向客流的服務(wù)質(zhì)量，故本段電化改造研究采用160 km/h速度目標(biāo)值方案。

(3)綏化至浩良河區(qū)間

本段線路長(zhǎng)度293.68 km，區(qū)間地形條件困難，提速對(duì)既有線改建量大，對(duì)運(yùn)營(yíng)的干擾影響較大。為減少改建工程，本段原則采用現(xiàn)狀電化擴(kuò)能。界山至小白區(qū)間、石長(zhǎng)出站端兩個(gè)段落由于坡度均為超過(guò)10‰的連續(xù)坡段，既有為補(bǔ)機(jī)地段，本次研究，結(jié)合電化擴(kuò)能進(jìn)行軟化坡度，取消補(bǔ)機(jī)，可避免配置補(bǔ)機(jī)約17臺(tái)，降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用；區(qū)間改建結(jié)合到發(fā)線延長(zhǎng)，總計(jì)改建線路長(zhǎng)度35.45 km。

石長(zhǎng)出站端(K125+800～K129+400)：線路長(zhǎng)3.6 km，此段既有坡度均為超過(guò)10‰的連續(xù)坡段，最大坡度為14.8‰，中間高兩側(cè)低成山脊?fàn)罘植?，研究采取改建平面，修建隧道的坡度軟化方案，改線線路長(zhǎng)度4.3 km，較既有線縮短0.3 km，修建雙線隧道1座(0.6 km)。本段結(jié)合軟化坡度平面改建，取消既有線5個(gè)400～600 m小半徑曲線，改后最小曲線半徑為1 200 m(如圖1所示)。

界山至小白站間(K156+700～K161+500)：線路長(zhǎng)4.8 km，此段既有坡度均為超過(guò)10‰的連續(xù)坡段，中間高兩側(cè)低成山脊?fàn)罘植迹医缟秸酒浩露瘸^(guò)9‰。研究采取平面取直修建隧道，封閉界山站的坡度軟化方案。改線線路長(zhǎng)度6.5 km較既有線縮短1.8 km，修建雙線隧道1座(3.1 km)。本段結(jié)合軟化坡度平面改建，取消既有線8個(gè)400～500 m小半徑曲線，改后最小曲線半徑為800 m(如圖2所示)。

(4)浩良河至興連區(qū)間

本段線路長(zhǎng)度71.68 km，地勢(shì)平緩，結(jié)合擴(kuò)能適當(dāng)提速至120 km/h時(shí)產(chǎn)生工程不大，且能較大程度改善運(yùn)營(yíng)條件。為適當(dāng)提高運(yùn)營(yíng)質(zhì)量，減少運(yùn)行時(shí)分，本段采用提速120 km/h速度目標(biāo)值方案；本段電化擴(kuò)能需改建線路長(zhǎng)度10.13 km。

(5)佳木斯地區(qū)

興蓮至佳木斯站正線長(zhǎng)度15.1 km，佳木斯站仍維持地區(qū)客貨運(yùn)作業(yè)站，區(qū)間采用現(xiàn)狀電化。

(6)本方案主要工程內(nèi)容及投資

本方案總計(jì)改建線路長(zhǎng)度72.6 km，其中適應(yīng)速度目標(biāo)值改建25.8 km，改建后線路長(zhǎng)度503.2 km，最快旅客列車旅行時(shí)間由6 h12 min降低到5 h14 min，工程投資763 202.6萬(wàn)元。

5.2 提速120 km/h方案：Ⅱ方案

圖1 石長(zhǎng)坡度軟化方案示意

本方案是在Ⅰ方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高既有線運(yùn)行速度，對(duì)各區(qū)段內(nèi)按照提速至120 km/h研究，局部困難地段根據(jù)工程改建情況，采用既有線電化限速方案。

(1)哈爾濱樞紐

圖2 界山至白坡度軟化方案示意

在Ⅰ方案的基礎(chǔ)上，按提速120 km/h要求對(duì)小半徑曲線進(jìn)行改建，改建線路長(zhǎng)度17.43 km。

(2)徐家至綏化區(qū)間

同Ⅰ方案。

(3)綏化至浩良河區(qū)間

在Ⅰ方案基礎(chǔ)上對(duì)該段落按照120 km/h速度目標(biāo)值進(jìn)行提速改造。取消界山至小白站間及石長(zhǎng)出站端的兩處超限坡，在界山與小白之間(K165+500至K167+000之間)，小曲線改建工程數(shù)量較大，為減少工程，按限速考慮。本段改建線路長(zhǎng)度154.18 km。

(4)浩良河至興連區(qū)間

同Ⅰ方案。

(5)佳木斯地區(qū)

同Ⅰ方案，局部限速考慮。

(6)本方案主要工程內(nèi)容

本方案總計(jì)改建線路長(zhǎng)度191.09 km，其中適應(yīng)速度目標(biāo)值改建166.42 km，改建后線路長(zhǎng)度499.38 km，最快旅客列車旅行時(shí)間由6 h12 min降低到5 h2 min，工程投資1115396.8萬(wàn)元。

5.3 提速160 km/h方案：Ⅲ方案

本方案是在Ⅰ方案的基礎(chǔ)上，按照提速至160 km/h研究，哈爾濱至綏化段改建方案同Ⅱ方案；綏化至浩良河段按照 160 km/h速度目標(biāo)值進(jìn)行提速改造。在綏化出站端，為減少綏化車站的改建，減少城市拆遷，本點(diǎn)按限速120 km/h進(jìn)行改建；浩良河至興連區(qū)間地勢(shì)平緩，提速至160 km/h，能更多的縮短運(yùn)行時(shí)分，較大程度改善運(yùn)營(yíng)條件；佳木斯地區(qū)改建同Ⅱ方案。

本方案總計(jì)改建線路長(zhǎng)度249.47 km，其中適應(yīng)速度目標(biāo)值改建233.57 km，改建后線路長(zhǎng)度495.52 km，最快旅客列車旅行時(shí)間由6h12 min降低到4h20 min，工程投資1348774萬(wàn)元。

5.4 方案比較及優(yōu)缺點(diǎn)分析

各方案比較如表3、表4所示。

表3 各方案改建數(shù)量與投資匯總

表4 各方案列車運(yùn)行時(shí)分

由表3、表4對(duì)比可見(jiàn)：Ⅰ方案雖然全線提速不明顯，但是工程改建對(duì)既有線利用率高，施工對(duì)既有線影響較小，工程費(fèi)用最省，同時(shí)大大提高了哈爾濱至綏化間運(yùn)營(yíng)速度，改善鐵路客運(yùn)服務(wù)環(huán)境，綜合評(píng)價(jià)，鐵路投資效益較高。Ⅱ方案對(duì)全線平縱斷面條件都有所改善，全線提速明顯，較Ⅰ方案運(yùn)營(yíng)時(shí)間縮短12 min；但是改建工程數(shù)量增加明顯，對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)影響較大，工程投資較Ⅰ方案增加352 194.2萬(wàn)元，節(jié)時(shí)與工程費(fèi)用比為29 349.5萬(wàn)元/min，代價(jià)過(guò)大，鐵路投資效益較差。Ⅲ方案，對(duì)既有線平縱斷面條件改善最多，提速最明顯，較Ⅰ方案縮短了54 min。但是改建工程數(shù)量極大，過(guò)渡工程多，施工對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)影響大，工程投資較Ⅰ方案和Ⅱ方案分別增加585 571.4萬(wàn)元和233 377.2萬(wàn)元，節(jié)時(shí)與工程費(fèi)用比為10 843.9萬(wàn)元/min，代價(jià)過(guò)大，鐵路投資效益差。

6 結(jié)論

雖然提速120 km/h和160 km/h運(yùn)行時(shí)間分別減少了12 min、54 min ，但工程投資分別增加352 194.2萬(wàn)元和585 571.4萬(wàn)元，投資節(jié)時(shí)比分別為29 349.5萬(wàn)元/min和10 843.9萬(wàn)元/min，提速效果不明顯，投資過(guò)高。在該通道新建快速新線后，既有線將以貨運(yùn)為主，對(duì)速度目標(biāo)值要求不高，兼顧沿線地方客運(yùn)量較小，投資過(guò)大勢(shì)必引起鐵路投資效益降低。而Ⅰ方案在滿足電化擴(kuò)能的基礎(chǔ)上，考慮哈爾濱至綏化間客流密度較大，在改建工程不大的基礎(chǔ)上提速至160 km/h，兼顧了該段客運(yùn)對(duì)運(yùn)行速度有較高需求的特點(diǎn)，區(qū)間其他困難地段僅對(duì)小半徑曲線進(jìn)行改建，使既有線能夠充分利用，大大降低改建費(fèi)用，提高鐵路投資效益。

研究認(rèn)為，哈佳既有鐵路電化改造采用分區(qū)段選擇速度目標(biāo)值的方案，能夠適應(yīng)既有線條件，避免產(chǎn)生過(guò)大工程代價(jià)，節(jié)省工程投資，在滿足路網(wǎng)功能與地方運(yùn)輸需求的同時(shí)，大大提高鐵路投資效益。

[1] GB50090—2006鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2] GB50091—2006鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3] TB10001—2005鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

ResearchonSectionTargetSpeedSelectionforHarbintoJiaMusielectrificationImprovementProjectsofExistingLine

NIU Yongping

2013-10-28

牛永平(1981—)，男，2004年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2014)01-0066-05

U212.32

： B