本格拉鐵路大修工程改建方案研究

龔 煉

（中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心，上海 200070）

1 概述

本格拉鐵路位于安哥拉共和國中部，呈東西走向，西起大西洋沿岸的洛比托(Lobito)港，途經(jīng)萬博(Huambo)、奎托(Kuito)、盧埃納(Luena)，東至剛果邊境盧奧(Luao)，與剛果共和國接軌并向東銜接至坦贊鐵路。

該鐵路于20世紀(jì)60年代末由葡萄牙人建成通車，之后受到長達(dá)30年內(nèi)戰(zhàn)的破壞，現(xiàn)已處于癱瘓狀態(tài)，嚴(yán)重制約了安哥拉國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。2002年內(nèi)戰(zhàn)結(jié)束后，安哥拉政府開始國家基礎(chǔ)設(shè)施的重建工作，本格拉鐵路的修復(fù)工程列入議事日程。

本格拉鐵路為單線鐵路，軌距1067mm，線路全長1343.4km(含本格拉支線27.3km，碼頭支線8km)，是安哥拉境內(nèi)最長的鐵路干線，在非洲鐵路網(wǎng)中起著舉足輕重的作用，所連接的洛比托港是安哥拉全國最大的海港，剛果民主共和國的礦產(chǎn)亦由此出港。

2007年，安哥拉政府通過石油貸款的方式，與中國企業(yè)簽署協(xié)議修復(fù)本格拉鐵路。中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司作為設(shè)計分包單位，承擔(dān)該項目的全部勘測設(shè)計工作。為做好本格拉鐵路改建方案，勘察設(shè)計人員相繼現(xiàn)場考察了本格拉鐵路的機(jī)場線復(fù)線、港口線、本格拉支線及沿線各地，重點考察了毀壞的路基、橋梁、車站、小半徑曲線群等。

2 既有線存在的主要問題

安哥拉國家鐵路運輸設(shè)備和運營管理模式均較落后，本格拉鐵路存在的主要問題是線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低，平、縱斷面條件差，設(shè)備破壞嚴(yán)重。

受地形地貌影響，庫巴(Cubal)以東的比耶高原山區(qū)線路大多沿半山腰繞行，小半徑曲線呈“U”字型布置，而且大多表現(xiàn)為急彎坡陡，改建難度極大。全線曲線共計1188處，長292.44km，占線路總長的21.1%，其中R≤200m的曲線有338處，200＜R≤300m的曲線有182處，R＞300m 的曲線有668處，最小曲線半徑為100m，最大曲線半徑為10000m。此外，部分站間距離偏大，影響本線運能的提高。

由于長年內(nèi)戰(zhàn)，既有線設(shè)備遭到嚴(yán)重破壞。目前僅有洛比托至庫巴(79km)、本格拉支線(15.2km)和萬博至卡倫卡(46km)3段約140km 線路可運行通車，但因線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、年久失修等原因，路基病害嚴(yán)重，路塹地段無排水設(shè)施，局部區(qū)段雜草較多，線路不平順，車輛運行不穩(wěn)定，最高時速僅為30km/h。其余路段未通車，仍為戰(zhàn)亂受損狀態(tài)，部分橋梁毀壞，路基坍塌、軌道變形跑道等現(xiàn)象較多。特別是奎托以東線路，所有橋梁均遭不同程度的破壞，部分地段軌道已拆除不知去向，線路消失在雜草叢中，其他地段鋼軌則散落在路基兩側(cè)。車站、機(jī)務(wù)段、車輛修配廠等的房屋建筑和設(shè)備也均遭破壞，需大修或重建。全線無鐵路專用通信信號設(shè)備。

3 改建目標(biāo)和原則思路

本格拉鐵路是安哥拉重要的交通經(jīng)濟(jì)走廊，沿線經(jīng)過重要經(jīng)濟(jì)點洛比托、本格拉(Benguela)、庫巴、萬博、奎托、盧埃納、盧奧 ，其中本格拉、萬博、奎托、盧埃納為省會城市，洛比托為大西洋沿岸港口城市。這些城市經(jīng)濟(jì)文化相對活躍，生產(chǎn)要素集聚，已經(jīng)形成了既有的生產(chǎn)力和產(chǎn)業(yè)布局。鐵路是國民經(jīng)濟(jì)大動脈，盡早貫通運營，將促進(jìn)安哥拉經(jīng)濟(jì)社會快速恢復(fù)發(fā)展。本格拉鐵路將沿海港口與內(nèi)陸腹地緊密相連，經(jīng)濟(jì)資源優(yōu)勢互補(bǔ)，相互促進(jìn)，將在國家重建中發(fā)揮重要作用。因此，本格拉鐵路的改建目標(biāo)為：修復(fù)貫通，恢復(fù)運行；列車最高速度90km/h。

改建方案的原則思路體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）改建與運輸需求有機(jī)結(jié)合。結(jié)合既有鐵路現(xiàn)狀、能力和路網(wǎng)規(guī)劃，從線路的功能定位、通道的作用、運輸組織要求等方面考慮，本次改建沿既有通道為主，對既有鐵路以恢復(fù)正常運輸、適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)、滿足運輸能力為目標(biāo)，盡量避免現(xiàn)有設(shè)備資源的浪費。從經(jīng)濟(jì)性和可行性考慮，本格拉鐵路改建方案遵循“結(jié)合現(xiàn)場實際、參照中國標(biāo)準(zhǔn)、滿足功能要求、兼顧經(jīng)濟(jì)利益”的改造原則。

（2）研究方法具有先進(jìn)性和適應(yīng)性。方案研究采用系統(tǒng)論的方法，不僅對該項目客貨運量、項目建設(shè)的必要性、建設(shè)方案等進(jìn)行系統(tǒng)研究，而且根據(jù)本格拉鐵路的特點和設(shè)計年度確定的列車種類和列車數(shù)，利用列車運行圖編制軟件，編制列車運行圖來檢算通過能力、輸送能力和計算列車運行速度，并據(jù)此對客貨運需求進(jìn)行適應(yīng)性分析，做到研究方法先進(jìn)、直觀、可靠。

（3）設(shè)計方案須有前瞻性。本次改建方案既要滿足客貨運量增長和服務(wù)水平提高，同時更應(yīng)符合安哥拉的國情，滿足安哥拉國家重建的迫切需要，應(yīng)有前瞻性地適當(dāng)提升本線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足最高速度90km/h和通過能力的需要，綜合考慮工期要求、施工難度、設(shè)備材料供應(yīng)等因素進(jìn)行方案設(shè)計。

（4）采用新技術(shù)設(shè)備提高方案研究的質(zhì)量和效率。方案初勘階段首次全線采用 GPS 全球衛(wèi)星定位儀進(jìn)行外業(yè)勘測，使用數(shù)碼相機(jī)和手持式攝像機(jī)，對鐵路的特殊路段、重點涵洞和大型橋梁等特殊工點、滑坡、沼澤地等不良地質(zhì)病害進(jìn)行現(xiàn)場攝制，為技術(shù)方案審查建立可視、可信、可靠的評判依據(jù)。設(shè)計階段，全線的比選方案均制作數(shù)字化地圖，線路、路基、橋涵設(shè)計，采用我國鐵路先進(jìn)的專業(yè)軟件，大大節(jié)約設(shè)計方案的比選時間和設(shè)計精度。

（5）注重對生態(tài)環(huán)境的影響。在方案設(shè)計中，始終貫徹“以人為本、保護(hù)環(huán)境”的設(shè)計理念，考慮鐵路工程施工階段和竣工后運營階段對生態(tài)環(huán)境、水土流失的影響，在利于人類居住、預(yù)留野生動植物生存空間、保護(hù)安哥拉的原始森林和天然濕地等方面，提出有效的控制措施。

（6）投資估算切合實際。借鑒中國鐵路建設(shè)費用并結(jié)合安哥拉當(dāng)?shù)貙嶋H情況進(jìn)行投資估算，工程量和主要工程費用估算準(zhǔn)確。本次改建推薦方案投資估算總額為14.26億美元，在安哥拉政府的投資控制范圍內(nèi)，為政府的決策提供了客觀的判斷基礎(chǔ)。

4 本格拉鐵路改建方案簡介

由于長年內(nèi)戰(zhàn)，安哥拉目前國力羸弱，物資極度匱乏，加之又是窄軌系統(tǒng)，與我國現(xiàn)有的鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)差距甚大，因此，本格拉鐵路的改建方案需綜合考慮安哥拉國情、既有線情況和工程條件等因素，主要歸納為原狀修復(fù)、改建修復(fù)和建設(shè)新線3個方案。

4.1 原狀修復(fù)方案

原狀修復(fù)方案是全線基本按原狀修復(fù)，曲線地段維持最小曲線半徑100m 和最大坡度23‰。修復(fù)毀壞的橋涵、更換軌道(50kg/m)、道岔、路基整治幫寬、站場及配套設(shè)施整修、通信信號設(shè)備改造，投入資金約12.08億美元，施工工期為3年，最高設(shè)計速度為90km/h，修復(fù)后全線設(shè)計速度達(dá)90km/h的路段長283km，占線路總長的21.60%。

該方案由于修復(fù)后線路標(biāo)準(zhǔn)較低，小半徑曲線較多，旅客列車運行速度難以提高，運輸能力受限，而且需要購置能夠通過半徑為100m 曲線的機(jī)車，訂貨周期較長。此方案建成后養(yǎng)護(hù)維修困難，運營成本較高。

4.2 改建修復(fù)方案

采用原狀修復(fù)方案，投資高達(dá)12.08億美元，但線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍較低，僅能帶來列車運行速度的局部改善，運輸質(zhì)量和能力難以提高，與本格拉鐵路所處的非洲南部重要國際鐵路通道的地位無法匹配，不能滿足安哥拉長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。因此，應(yīng)有前瞻性地適當(dāng)提升本線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足最高速度90km/h 和通過能力的需要，考慮到本線線路長，各路段的線路平、縱斷面條件差別較大，應(yīng)區(qū)別對待，因此進(jìn)行分路段設(shè)計速度改建方案的比選。

4.2.1 分路段設(shè)計速度改建方案說明

在方案比選中引入“投資節(jié)時比”指標(biāo)，即節(jié)省的單位時間所占用的投資額，這是鐵路改建項目的一個重要的投入產(chǎn)出指標(biāo)，也是作為比選方案的重要依據(jù)，該指標(biāo)值越小代表該方案列車運行時分每節(jié)省1分鐘所花費的投資額越少，即投資效益較高。表1為各路段原狀修復(fù)方案與改建方案的設(shè)計速度比選情況。

4.2.2 重點(限速)路段改建方案說明

（1）K234＋000—K477＋000。該路段為小半徑曲線較集中的地段，地形困難，工程艱巨。其中，K350＋000—K383＋300的33.3km 線路，曲線多達(dá)118個，曲線總長為19.1km，占該段線路總長的57.1%，并且R≤200m的曲線有78處，長度為11.8km，最小曲線半徑為115m。同時，該路段線路縱斷面條件差、坡度陡，自邦戈(Bongo)站(高程1435m)起，一路以大坡度爬坡至最高點卡棱嘎(Calenga)站(高程1837m)，總高差402m，最大坡度為23‰。因此，兼顧工期要求和施工難度，考慮在地形困難的小半徑曲線地段適當(dāng)降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按限速地段設(shè)計。旅客列車設(shè)計速度分別按40km/h、45km/h、70km/h 進(jìn)行方案比選?？紤]到目前中國產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車容許通過的最小曲線半徑為150m，而能適應(yīng)原狀修復(fù)方案中最小曲線半徑100m 的機(jī)車車輛及其維修養(yǎng)護(hù)設(shè)備需另行研制采購，將影響工期和加大投資，且曲線半徑越小，其線路的日常養(yǎng)護(hù)維修費用越高，因此宜對最小曲線半徑處進(jìn)行改建。由表1可知，該路段按設(shè)計速度40km/h 改建，雖然比原狀修復(fù)方案投資多，但可節(jié)省運行時分，且該段線路客流較多，節(jié)時價值明顯。而設(shè)計速度為45km/h、70km/h 的改建方案比原狀修復(fù)方案投資增加較多，與設(shè)計速度為40km/h 的改建方案相比投資也大幅增加，投資節(jié)時比明顯加大，投資效益較差。因此，該限速路段推薦采用設(shè)計速度為40km/h的改建方案。

（2）K736＋000—K965＋000。該路段為小半

徑曲線集中地段，地形困難，線路平、縱斷面條件差，工程艱巨，橋梁分布較集中。因此，兼顧工期要求及施工難度，考慮在地形困難的小半徑曲線地段適當(dāng)降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按限速地段考慮，設(shè)計速度分別按45km/h、70km/h、90km/h 進(jìn)行方案比選。由表1可知，該路段按設(shè)計速度為70km/h 和90km/h 的改建方案較設(shè)計速度為45km/h 的改建方案投資大幅增加，投資節(jié)時比指標(biāo)過高，投資效益相對較差。因此，該限速路段推薦采用設(shè)計速度為45km/h的改建方案。

表1 各路段原狀修復(fù)方案與改建方案設(shè)計速度比選表

4.2.3 路段不同速度目標(biāo)方案組合及推薦意見

（1）Vmax＝90km/h、小半徑路段限速40km/h改建方案。該方案投資為14.26億美元，較原狀修復(fù)方案增加2.18億美元。改建后全線設(shè)計速度為70km/h以上的線路達(dá)836km，占線路全長63.9%(該方案已在表1中以黑體字顯示)。

（2）Vmax＝90km/h、小半徑路段限速45km/h改建方案。該方案投資為15.45億美元，較原狀修復(fù)方案增加3.37億美元。改建后全線設(shè)計速度為70km/h 以上的線路達(dá)836km，占線路全長63.9%。

（3）Vmax＝90km/h、小半徑路段限速70km/h改建方案。該方案投資為18.59億美元，較原狀修復(fù)方案增加6.51億美元。改建后全線設(shè)計速度均達(dá)到70km/h 及以上。

采用 Vmax＝90km/h、小半徑路段限速40km/h的改建方案，投資最省，施工期為3年，有效提高列車運行速度和運輸能力，滿足安哥拉當(dāng)前及未來一段時間內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，投資效益顯著，因此推薦該方案。

4.3 建設(shè)新線方案

基于既有線現(xiàn)狀，當(dāng)列車速度目標(biāo)值達(dá)到120km/h 及以上時，各路段絕大多數(shù)曲線需要改建，若仍維持1067mm 的窄軌標(biāo)準(zhǔn)，列車運行速度和牽引質(zhì)量提高有限，運輸能力難以有質(zhì)的提高，與其投入巨資進(jìn)行改建修復(fù)，還可以考慮建設(shè)新線方案。目前，世界上鐵路技術(shù)先進(jìn)的國家均采用標(biāo)準(zhǔn)軌系統(tǒng)，1435mm 的標(biāo)準(zhǔn)軌距系統(tǒng)技術(shù)成熟、安全可靠，技術(shù)設(shè)備已實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化和信息化，設(shè)備維護(hù)、運營管理成本相對較低。因此，若采用建設(shè)新線方案建議采用標(biāo)準(zhǔn)軌距系統(tǒng)，以提升本格拉鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和水平，使其具備較大的運輸能力和較高的服務(wù)質(zhì)量，適應(yīng)安哥拉國內(nèi)及中南部非洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。同時，考慮安哥拉目前鐵路網(wǎng)尚不完善，有可能結(jié)合修復(fù)、建設(shè)采用新的標(biāo)準(zhǔn)，粗略估算約需資金75億美元，建設(shè)工期為5年。

4.4 方案結(jié)論

綜合上述分析，本格拉鐵路大修工程既要滿足客貨運量增長和服務(wù)水平提高，同時更應(yīng)符合安哥拉的國情，滿足國家重建的迫切需要，因此在原狀修復(fù)、改建修復(fù)和新線建設(shè)3種方案中，推薦改建修復(fù)方案。在改建修復(fù)方案中，通過對關(guān)鍵路段和部位恰當(dāng)提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以提高列車速度，擴(kuò)大客貨運輸能力，在綜合考慮工程投資、列車運行時分、投資節(jié)時比等因素的基礎(chǔ)上，推薦采用最高行車速度為90km/h、小半徑路段限速40km/h 的改建修復(fù)方案。該方案實施后，本格拉鐵路的年輸送能力將達(dá)到510萬t。

5 結(jié)束語

本格拉鐵路改建方案向安哥拉政府匯報后，得到了安哥拉政府重建辦和議會的贊同和批復(fù)，中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司立即開展設(shè)計。2009年12月，本格拉鐵路全線勘測設(shè)計工作完成，按照總體規(guī)劃，本格拉鐵路的施工自西向東，分步實施，分段受益，目前已修復(fù)萬博以西的鐵路。本格拉鐵路的全面修復(fù)貫通，對于促進(jìn)安哥拉經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善人民生活、推進(jìn)安哥拉的社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著十分重要的作用。在我國鐵路企業(yè)實施“走出去”的戰(zhàn)略中，本格拉鐵路的建設(shè)也將會發(fā)揮窗口、示范、輻射和帶動作用。同時，將進(jìn)一步鞏固和加強(qiáng)中安兩國政治、經(jīng)濟(jì)關(guān)系，為中國經(jīng)濟(jì)外交作出貢獻(xiàn)。