吳　偉

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

十宜鐵路限制坡度選擇的研究分析

吳偉

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司武漢430063)

摘要限制坡度是鐵路選線中重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，尤其在復(fù)雜山區(qū)鐵路中，對(duì)工程投資和工程風(fēng)險(xiǎn)控制有重大影響。文中通過(guò)從不同限坡方案的平縱斷面條件、工程情況和投資、換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)、工程風(fēng)險(xiǎn)，以及與相鄰路網(wǎng)協(xié)調(diào)性、運(yùn)輸發(fā)展的適應(yīng)分析等方面對(duì)十宜鐵路的6‰,9‰,13‰,18‰限坡方案進(jìn)行了研究和比較，13‰方案在適應(yīng)地形、工程投資、工程運(yùn)營(yíng)等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，最終推薦限坡13‰方案。

關(guān)鍵詞十宜鐵路山區(qū)鐵路限制坡度研究

十堰至宜昌鐵路位于鄂西北地區(qū)，北起襄渝線十堰站，利用襄渝復(fù)線至六里坪站，從六里坪站引出后往南經(jīng)房縣、神農(nóng)架林區(qū)、興山、三峽壩區(qū)、引入漢宜鐵路宜昌東站。線路全長(zhǎng)271.96 km。其中新建線路長(zhǎng)252.66 km，利用襄渝復(fù)線19.3 km。十宜鐵路是北煤南運(yùn)輔助通道(運(yùn)城—石門)的重要組成部分，同時(shí)又是湖北省精品旅游快速鐵路環(huán)線的組成部分，是一條客貨兼顧的區(qū)域性大能力鐵路，在鐵路網(wǎng)中具有重要的作用。

1研究概述

十宜鐵路全線位于湖北省境內(nèi)西北地區(qū)，線路走向總體呈南北向，自北向南縱穿大巴山山脈東端的武當(dāng)山、神農(nóng)架-荊山2大山系。武當(dāng)山峰頂海拔高程為1 706 m，神農(nóng)架最高峰海拔高程為3 105.4 m，區(qū)域內(nèi)地勢(shì)高峻，峽谷縱橫，峰谷相對(duì)高差300～1 200 m，部分地區(qū)可溶巖大面積出露，多呈溶蝕溝谷、峰丘洼地等巖溶地貌。

限制坡度是鐵路選線的重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本線所處地區(qū)地形困難，地質(zhì)條件十分復(fù)雜，工程非常艱巨，限制坡度的選擇對(duì)工程投資、工程風(fēng)險(xiǎn)影響較大，因此，需結(jié)合地形地質(zhì)條件以及銜接線路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本線的限制坡度進(jìn)行綜合研究。

2相鄰線路的影響及牽引分析

2.1　相鄰線路的影響

與本線相鄰的南同蒲線重車方向限制坡度為12‰，襄渝線六里坪以西限坡為12‰、以東為6‰，焦柳線、石長(zhǎng)線限制坡度為6‰。另外本線往北延伸的限坡從地形條件來(lái)看，與本線也基本相同，為與相鄰線路限制坡度互相協(xié)調(diào)，滿足本線煤運(yùn)通道運(yùn)輸要求，宜研究6‰,9‰,13‰,18‰ 4個(gè)限坡方案。

2.2　牽引質(zhì)量及到發(fā)線有效長(zhǎng)度

隨著我國(guó)機(jī)車車輛設(shè)備性能的不斷提高，重載化運(yùn)輸成為鐵路發(fā)展的主要趨勢(shì)。從車流特性來(lái)看，十宜鐵路大部分車流為通過(guò)車流，其南北兩端延伸線分別與石長(zhǎng)線和南同蒲線相銜接。既有南同蒲線牽引質(zhì)量為3 500 t，研究年度南同蒲線牽引質(zhì)量將提高至5 000 t；石長(zhǎng)線目前牽引質(zhì)量為3 500 t，2020年前將完成增建二線及電氣化改造工程，牽引質(zhì)量為4 000 t、煤炭始發(fā)直達(dá)列車5 000 t。十宜鐵路車流主要為煤炭直達(dá)列車，應(yīng)盡量減少中途換重次數(shù)，牽引質(zhì)量應(yīng)與相鄰線路牽引質(zhì)量相匹配，才能夠方便運(yùn)輸組織。

因此本線牽引質(zhì)量采用5 000 t，相應(yīng)的到發(fā)線長(zhǎng)度為1 050 m(雙機(jī)1 080 m)，困難條件下可考慮在滿足5 000 t列車越行需要的前提下，部分車站到發(fā)線有效長(zhǎng)度850 m(雙機(jī)880 m)。

2.3　牽引機(jī)力

我國(guó)正在加快更新貨運(yùn)機(jī)車，以提高貨物列車運(yùn)行速度至120 km/h，根據(jù)鐵道部裝備現(xiàn)代化總體部署，擬推廣采用我國(guó)最新研制的“和諧型”系列機(jī)車。本線所經(jīng)地區(qū)地形條件復(fù)雜，長(zhǎng)大隧道較多，大功率機(jī)車能更好地適應(yīng)地形條件，貨物列車應(yīng)采用“和諧型”機(jī)車牽引。

“和諧型”系列電力機(jī)車采用交-直-交傳動(dòng)，具有世界先進(jìn)水平，該型機(jī)車是第六次大提速貨車提速的主力機(jī)型，也是今后我國(guó)實(shí)現(xiàn)鐵路干線貨運(yùn)重載、快捷運(yùn)輸?shù)闹餍蜋C(jī)車。目前“和諧型”計(jì)劃生產(chǎn)的有HXD1A,HXD2A,HXD3A和HXD1B,HXD2B,HXD3B 4種型號(hào)，各種機(jī)型在不同限坡條件下的牽引質(zhì)量見(jiàn)表1。

表1　120 km/h貨運(yùn)機(jī)車的牽引質(zhì)量表

由表1可見(jiàn)，在9‰的情況下，HXD1A,HXD2A單機(jī)牽引可以滿足本線牽引質(zhì)量的要求；在13‰及以上限坡時(shí)，各種機(jī)型需要雙機(jī)牽引才能滿足牽引質(zhì)量的要求。

3限制坡度方案比選

從本線所處區(qū)域條件分析，本線復(fù)雜的地形地質(zhì)條件是影響限制坡度選擇的重要因素。限制坡度的選擇對(duì)于降低本項(xiàng)目的工程風(fēng)險(xiǎn)和建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)具有至關(guān)重要的作用。本文將從平縱斷面條件、主要工程投資等5個(gè)方面進(jìn)行比較分析。

3.1　平縱斷面條件

不同限坡方案的平縱條件分析見(jiàn)表2。

表2　平縱條件分析表

由表2可見(jiàn)，6‰方案在線路長(zhǎng)度上要明顯較其他方案多出10 km以上，相應(yīng)其展線系數(shù)較大。

從隧道縱坡方面分析，其中6‰方案除陽(yáng)日隧道為人字坡外，其他長(zhǎng)大隧道均為單面坡；9‰方案除武當(dāng)山隧道(長(zhǎng)22.65 km)為單面坡，10 km以上的長(zhǎng)大隧道均為人字坡；13‰，18‰方案10 km以上的長(zhǎng)大隧道均為人字坡。

從以上平縱斷面條件分析可得知，限坡6‰方案對(duì)于本線復(fù)雜地形的適應(yīng)性差，經(jīng)研究后予以放棄。限坡9‰方案基本能適應(yīng)地形，限坡13‰方案、18‰方案均能較好適應(yīng)地形。

3.2　主要工程和投資

對(duì)9‰，13‰，18‰方案進(jìn)行研究，其工程投資比較見(jiàn)表3。

表3　不同限制坡度方案工程和投資比較表

由表3可見(jiàn), 9‰方案的線路長(zhǎng)度較13‰方案和18‰方案分別長(zhǎng)6.415 km和7.28 km，靜態(tài)投資較13‰方案和18‰方案分別多出6.626億元和7.984億元。因此，從線路長(zhǎng)度、工程投資角度分析，13‰方案和18‰方案較優(yōu)。

3.3　換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)

按牽引質(zhì)量5 000 t，考慮各種機(jī)型機(jī)力與限坡的合理匹配關(guān)系，9‰限坡方案選擇HXD2單機(jī)牽引，13‰限坡方案選擇HXD3雙機(jī)牽引，18‰限坡方案選擇HXD1雙機(jī)牽引，換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)見(jiàn)表4。

表4　換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)表

由表4可見(jiàn)，13‰方案換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)最小，從工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)用角度，推薦本線限制坡度為13‰。

3.4　工程風(fēng)險(xiǎn)

本線地處鄂西山區(qū)，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，全線可溶巖地段約占32.53%，不良地質(zhì)與特殊地質(zhì)問(wèn)題主要有巖溶和巖溶水、滑坡與巖堆、危巖落石、采空區(qū)、高地應(yīng)力等，工程風(fēng)險(xiǎn)較大。不同限坡方案的主要工程風(fēng)險(xiǎn)體現(xiàn)在通過(guò)可溶巖地段的隧道長(zhǎng)度及埋深、橋梁高度、長(zhǎng)大隧道坡度等方面，9‰方案通過(guò)可溶巖地段的隧道較13‰方案長(zhǎng)約19 km，重點(diǎn)隧道的埋深較13‰方案增加約40 m，最高橋145 m，武當(dāng)山長(zhǎng)隧道為單面坡，工程風(fēng)險(xiǎn)因素最多；通過(guò)地質(zhì)加深工作和分析，13‰與18‰限坡方案通過(guò)可溶巖地段的隧道長(zhǎng)度、橋梁高度、長(zhǎng)大隧道坡度等方面基本相當(dāng)。13‰方案重點(diǎn)隧道如武當(dāng)山、陽(yáng)日、神農(nóng)架、大老嶺等長(zhǎng)大隧道的埋深比18‰方案增加約20～35 m，工程地質(zhì)條件無(wú)明顯的差異，工程風(fēng)險(xiǎn)無(wú)本質(zhì)上的差別。

3.5　與相鄰路網(wǎng)的協(xié)調(diào)性及運(yùn)輸發(fā)展的適應(yīng)性

本線貨物列車以通過(guò)為主，與運(yùn)十相鄰的南同蒲線重車方向限制坡度為12‰，襄渝線六里坪以西限制坡度為12‰、以東為6‰，焦柳線、石長(zhǎng)線限制坡度為6‰。另外三門峽至十堰段的限制坡度從地形條件來(lái)看，與本線也基本相同，本線采用13‰(雙機(jī))牽引5 000 t有利于與相鄰路網(wǎng)協(xié)調(diào)，方便運(yùn)輸組織。重載、快速是未來(lái)貨物運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)，13‰限坡方案較18‰限坡方案更能適應(yīng)未來(lái)貨運(yùn)向重載、快速發(fā)展的需要。

由上述可知，6‰方案對(duì)于本線復(fù)雜地形的適應(yīng)性差，予以舍棄；從工程投資角度分析，9‰方案明顯較大，13‰方案較18‰方案較優(yōu)；從換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)方面，13‰方案最低；從工程風(fēng)險(xiǎn)方面，

13‰方案與18‰方案相當(dāng)；13‰方案更有利于與相鄰路網(wǎng)協(xié)調(diào)，方便運(yùn)輸組織；因此限制坡度13‰方案較優(yōu)。13‰與18‰限坡方案比較見(jiàn)圖1。

圖1　13‰與18‰限坡方案比較示意圖

4結(jié)語(yǔ)

十宜鐵路位于鄂西北山區(qū)，其復(fù)雜的地形條件和地質(zhì)條件在山區(qū)鐵路中具有一定的特殊性和代表性，限制坡度是影響本線工程投資、工程風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。本文通過(guò)對(duì)十宜鐵路的平縱斷面條件分析，不同限坡方案的工程投資及換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)的比較，對(duì)主要工程風(fēng)險(xiǎn)以及與相鄰路網(wǎng)協(xié)調(diào)性及運(yùn)輸發(fā)展的適應(yīng)性分析，得出雙機(jī)13‰限坡方案在適應(yīng)地形條件、投資運(yùn)營(yíng)，以及相鄰線路的匹配等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，因此推薦十宜鐵路采用限坡13‰方案。

參考文獻(xiàn)

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Research and Analysis on Limiting Gradient Selection of Shiyan-Yichang Railway

WuWei

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China)

Abstract：Limiting gradient is one of the important technical standards for railway route selection, it has a significant impact on engineering investment and risk control especially in mountain area. The Shiyan-Yichang railway under various limiting gradient proposals are studied and analyzed in this article in terms of vertical section, engineering situation and investment, engineering risk and operation cost conversion, coordination with neighboring road network and transportation development adaptability, etc, and it is found that the proposal of limiting gradient 13‰ has relatively larger advantages in terrain adaptability, engineering investment and operation, etc, so it is the recommended proposal.

Key words:Shiyan-Yichang railway; mountain railway; research on limiting gradient selection

收稿日期：2015-03-24

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.038