劉 派，李問秋，琚珺喆

(1.西南交通大學(xué) 牽引動力國家重點實驗室，四川 成都 610031； 2.武漢紡織大學(xué)管理學(xué)院，湖北 武漢 430073； 3.昆明軌道交通集團有限公司，云南 昆明 650051)

近年來，中國高速鐵路建設(shè)進程快速推進，截至2020年底，中國高速鐵路運營里程已達到3.79萬km，居世界首位，高速鐵路網(wǎng)已經(jīng)基本成型。目前，高速鐵路網(wǎng)已基本覆蓋國內(nèi)各省會與主要大中型城市，然而仍存在部分地區(qū)雖有高速列車的運行需求，卻并不具備新建高速線的條件。因此，有必要對高速動車組直通既有線問題進行相關(guān)研究。

井岡山市地處江西省南部，羅霄山脈中段，是由吉安市代管的縣級市，每年有大量的外出務(wù)工客流、經(jīng)商客流以及返鄉(xiāng)客流。此外，井岡山也是我國重要的旅游城市，境內(nèi)的井岡山風(fēng)景區(qū)為國家AAAAA級旅游景區(qū)，且已列入世界遺產(chǎn)預(yù)備名單，長期以來吸引著來自全國各地乃至海外的游客前往參觀。因此，井岡山地區(qū)需要大運量、快速、便捷的對外交通方式來應(yīng)對日益增長的客流，鐵路客運便是滿足以上需求的最佳選擇。本文將以吉衡線吉安南—井岡山段為例，結(jié)合其平面條件對高速動車組直通運行的影響，提出既有單線鐵路直通運行高速動車組提速方案。

1 吉衡鐵路概況

吉衡鐵路自京九線吉安南站引出，到達江西省井岡山市后，穿越羅霄山脈進入湖南省，途經(jīng)炎陵縣、茶陵縣、攸縣與安仁縣，最后接入衡陽樞紐，與京廣鐵路、衡柳鐵路等線路連通。吉安至井岡山鐵路始建于2005年，2007年開通運營[1]，吉井鐵路(井岡山鐵路)建成初期為內(nèi)燃單線鐵路，線路允許速度為120 km/h，后在衡茶吉線建設(shè)時完成電氣化改造。井岡山至衡陽鐵路始建于2008年底，2013年底運行貨物列車，2014年7月起開行旅客列車，該段為國鐵Ⅰ級單線電氣化鐵路，設(shè)計速度為160 km/h，預(yù)留200 km/h平面條件[2]。吉衡鐵路(吉安南—顏家壟)平面示意圖如圖1所示。

井岡山地區(qū)對外鐵路交通依靠吉衡鐵路，旅客列車可通過吉衡鐵路通達北京、上海、廣州、長春、青島、南寧等地。目前，吉衡線運行的客車均為普速列車，暫未開行動車組列車，現(xiàn)有線路已很難滿足井岡山及附近地區(qū)日益增長的客運需求。而位于吉衡線終點的湖南省衡陽市，早在2009年底便開通武漢—廣州高速動車組列車，2013年底開通衡柳鐵路方向動車組，2018年底又開通了懷邵衡鐵路方向動車組列車；吉安市區(qū)也于京港高速線昌贛段通車后迎來高速動車組列車。若吉衡線開行動車組列車，通過昌贛客專等線路即可通達全國各地，并能大幅壓縮井岡山至各地的運行時間，對加強井岡山市對外交通聯(lián)系，促進地區(qū)間合作與人才交流，推動當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展具有重要作用。吉衡線與鄰線主要技術(shù)標準表見表1。

表1 吉衡線與鄰線主要技術(shù)標準表

2 高速列車穩(wěn)定運行試驗

根據(jù)現(xiàn)行線路維修規(guī)則，高速列車在有砟軌道最大欠超高值為一般40 mm，困難60 mm，此標準相對保守，具備調(diào)整欠超高限值的條件[4]。為進一步驗證欠超高對高速列車運行穩(wěn)定性的影響，本文結(jié)合吉衡線鄰線贛瑞龍線相關(guān)試驗，對相關(guān)指標進行分析。贛瑞龍線起于江西贛州，終至福建龍巖，設(shè)計為200 km/h客貨共線鐵路，最小曲線半徑為一般地段3 500 m，困難地段2 800 m。原中國鐵路總公司曾于贛瑞龍線K6～K60段進行速度適應(yīng)性試驗[5]，試驗段位于贛縣站與會昌北站間，下行線最小曲線半徑4 500 m。最高試驗速度達到310 km/h，局部限速270 km/h～280 km/h，具體如表2所示。

贛瑞龍試驗段曲線中，其緩和曲線長與超高按照均衡速度160 km/h設(shè)置，按200 km/h運行時最大欠超高為40 mm，即規(guī)定最大欠超高的一般值。測試結(jié)果表明，試驗動車組在310 km/h運行工況下脫軌系數(shù)、輪重減載率及輪軸橫向力均在其相應(yīng)評判標準限值內(nèi)，具體如表3所示。當列車欠超高達到試驗最大值140.58 mm時，相關(guān)技術(shù)指標方出現(xiàn)偏差，此時試驗動車組通過R-4 500曲線半徑，通過速度280 km/h，超出試驗允許速度10 km/h。

表2 贛瑞龍線速度適應(yīng)性試驗速度表(下行)

表3 試驗列車穩(wěn)定性指標最大值列表

表4為試驗段不同速度下欠超高值，從表4可以發(fā)現(xiàn)，動車組運行速度為300 km/h時，大部分曲線超高超過100 mm，最高達127 mm，有效證明了高速列車在欠超高100 mm的條件下的運行安全。當運行速度為250 km/h時，曲線欠超高均不超過100 mm，且低于最高試驗速度50 km/h以上，安全余量足夠。因此，設(shè)計速度200 km/h的贛瑞龍線曲線要素具備高速列車按250 km/h運行的條件。進而得出結(jié)論，高速列車在欠超高100 mm的條件下穩(wěn)定性指標符合規(guī)范要求，工程中為留有安全冗余，可取90 mm。

表4 贛瑞龍線試驗段不同速度下欠超高值

3 曲線要素與既有工程分析

吉井鐵路，即吉衡線吉井段，在最初設(shè)計時按120 km/h預(yù)留提速條件的內(nèi)燃單線標準，最小曲線半徑一般1 600 m，困難1 200 m，實際實施時，吉安南至井岡山間除吉安南疏解區(qū)外最小曲線半徑均取到一般條件1 600 m，理論上講滿足提速160 km/h的困難條件。不過，吉衡線吉井段存在隧道截面積較小的問題，受隧道截面積限制，難以保證160 km/h穩(wěn)定性指標不超限。根據(jù)昆玉河線提速的相關(guān)經(jīng)驗[6]，隧道段提速目標值選為140 km/h較為合理。表5為吉衡線吉井段隧道表，由表5可知，吉衡線吉安南站出站后第一個隧道為洲門隧道，中心里程為K35.595，位于永陽街—石坑區(qū)間；接下來便為K43～K62隧道群，位于石坑—江邊區(qū)間；江邊站出站后，分別經(jīng)過江邊隧道與井岡山隧道，到達原吉井鐵路終點站井岡山站。

表5 吉衡線吉安南—井岡山段隧道表

由此，本次研究吉衡線吉井段提速的重點區(qū)段為位于禾水谷地的吉安南—石坑段，如表6所示，吉衡線吉井段曲線超高按照貨物列車均衡速度設(shè)置，在不變更曲線超高的情況下，吉安南—洲門隧道大部分區(qū)段滿足160 km/h運行要求，若維持欠超高60 mm的標準，便無法實現(xiàn)全線140 km/h及以上的貫通。參考前文研究成果，若按欠超高90 mm考慮，則需在南街線路所限速140 km/h，隴陂灣大橋—洲門隧道限速145 km/h，洲門隧道—石坑站限速140 km/h。

因此可得出初步結(jié)論，吉衡線吉井段全線具備提速至140 km/h及以上的條件，吉安南—石坑段有進一步提速至160 km/h(局部限速)的條件，這一標準也更能適應(yīng)吉衡線井衡段以及鄰線京九線、京廣線的技術(shù)標準，提升了動車組列車直通質(zhì)量。

吉井段提速后，近期由于客貨列車速差變大，對提高通過能力有一定影響。但遠期隨著分茶線改造，將吉井段貨物列車分流后，吉井段將僅運行客車。由于提速至140 km/h及以上，列車區(qū)間運行時分減少，在無貨物列車運行的情況下，相比提速前，吉井段通過能力將有較大提高。由于目前吉衡線吉井段仍處于客貨混運狀態(tài)，無法編制平行運行圖，因而實際通過能力有所下降。目前，吉衡線有8對貨物列車，現(xiàn)狀平圖能力為29對。待提速完成后，初期仍然存在著客貨列車混跑現(xiàn)象，因此，初期運行列車對數(shù)在20對左右相對合理。自2019年初，向塘西—衡陽北貨物列車改由單機HXD1C型機車牽引，牽引定數(shù)降至2 800 t。由于牽引定數(shù)的降低，貨物列車運行對軌道的磨損減小，軌道不平順程度降低。線路提速后，特別是增開動車組列車后，為保證運行平穩(wěn)，對軌道精度要求更高，因此牽引定數(shù)的降低會減小軌道維護的壓力。

表6 吉衡線吉安南—石坑段不同欠超高下通過速度表

4 結(jié)論與展望

一直以來，中國鐵路建設(shè)的定位是：客運逐步轉(zhuǎn)移至新建高速鐵路，既有線路以貨運為主兼顧客運，并提高牽引質(zhì)量。不過，需要指出的是，在干線成網(wǎng)之后，仍有大量運輸需求很大的地區(qū)沒有高鐵干線經(jīng)過，井岡山市便是典型例子，通過技術(shù)改造實現(xiàn)高速列車從高速線直通至既有線，是實現(xiàn)該地區(qū)高速列車運營的重要途徑。

吉衡線作為井岡山市目前唯一鐵路通道，為單線電氣化鐵路，吉井段目前限速120 km/h，可在南街線路所實現(xiàn)與京港高速線昌贛段連接，直通運行實現(xiàn)后，有望實現(xiàn)井岡山地區(qū)與包括省會南昌在內(nèi)的省內(nèi)外主要城市的高速列車運營服務(wù)。為充分利用高速列車性能，研究表明，吉衡鐵路吉安南—井岡山段全線具備提速至140 km/h及以上的條件，吉安南—石坑段局部可提速至160 km/h。研究成果除了為吉衡線高速動車組直通方案提供參考外，對于其他單線鐵路也具有一定的普適性。