海岫鐵路擴(kuò)能改造主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究

金發(fā)良

(沈陽(yáng)鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司,沈陽(yáng) 110013)

1 既有海岫鐵路概況

既有海岫鐵路北起沈大鐵路的海城站,向南至岫莊鐵路的起點(diǎn)岫巖站,正線全長(zhǎng)89.8 km。該線于1986年10月開(kāi)工建設(shè),1991年3月全線開(kāi)通運(yùn)營(yíng),是遼寧省目前最長(zhǎng)的一條地方鐵路。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為地方鐵路Ⅲ級(jí),單線,內(nèi)燃牽引,限制坡度15‰,最小曲線半徑300 m,到發(fā)線有效長(zhǎng)450 m,全線牽引質(zhì)量1 400 t。本線作為地方鐵路,目前由地方鐵路公司管理運(yùn)營(yíng)。全線僅辦理貨運(yùn)業(yè)務(wù),與國(guó)鐵在三里站辦理車輛交接。受地方鐵路管理模式、運(yùn)價(jià)水平和運(yùn)輸組織模式、運(yùn)輸能力制約,全線運(yùn)量水平一直在120萬(wàn)t左右徘徊,每天開(kāi)行2～3對(duì)貨物列車。

2 本線運(yùn)量水平分析

海岫鐵路現(xiàn)為盡頭式地方鐵路,向南與正在建設(shè)的岫莊鐵路相連。沿線地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富,礦產(chǎn)加工業(yè)發(fā)達(dá),是海城市及岫巖縣重要的鎂石礦、滑石礦開(kāi)采和加工基地。目前全線到達(dá)貨物103×104t,發(fā)送貨物45×104t。到達(dá)主要是沿線礦產(chǎn)品開(kāi)發(fā)企業(yè)生產(chǎn)用煤和沿線供暖用煤,另外有少量化肥、糧食等生活物資,發(fā)送主要是沿線的鎂礦及鎂制品。近幾年受海岫鐵路運(yùn)輸能力、運(yùn)輸價(jià)格等因素影響,大部分適合鐵路運(yùn)輸?shù)呢浳锿ㄟ^(guò)公路分流,不但增加了沿線企業(yè)的運(yùn)輸成本,而且也使地區(qū)鐵路運(yùn)量始終維持在較低水平。本線擴(kuò)能改造后,隨著運(yùn)營(yíng)管理模式的變化,本線的運(yùn)輸能力大大提高,運(yùn)費(fèi)明顯降低,必將吸引大量企業(yè)選擇鐵路運(yùn)輸方式。牌樓鎮(zhèn)位于海城中部地區(qū),是海城市鎂石礦、滑石礦重要的產(chǎn)業(yè)基地之一,海城市70%左右的鎂制品生產(chǎn)來(lái)自牌樓鎮(zhèn)；偏嶺鎮(zhèn)位于岫巖縣西北部地區(qū),是岫巖縣鎂石礦、滑石礦深加工重要的產(chǎn)業(yè)基地之一,現(xiàn)有礦產(chǎn)品加工企業(yè)128家。根據(jù)沿線主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)礦產(chǎn)品儲(chǔ)量和開(kāi)發(fā)規(guī)劃,預(yù)測(cè)本線近遠(yuǎn)期地方運(yùn)量分別為807萬(wàn)t和1 062萬(wàn)t。

研究年度東邊道鐵路、岫莊鐵路建成后,海岫線將與岫莊線一起構(gòu)成岫巖、莊河地區(qū)與東北地區(qū)及關(guān)內(nèi)進(jìn)行貨物交流的便捷通道。因此該線不僅承擔(dān)沿線礦產(chǎn)品外運(yùn)和燃料運(yùn)輸,而且將承擔(dān)岫巖地區(qū)和莊河地區(qū)與東北及關(guān)內(nèi)的貨物交流。預(yù)測(cè)近期本線承擔(dān)的上下行方向通過(guò)運(yùn)量分別為300×104t和950×104t；遠(yuǎn)期本線承擔(dān)的上下行方向通過(guò)運(yùn)量分別為380×104t和1 460×104t，本線各方向貨物交流詳見(jiàn)表1。

表1 研究年度地區(qū)貨物交流情況 萬(wàn)t

以本線近期運(yùn)量為例,本線地方運(yùn)量占39.0%,通過(guò)運(yùn)量占61%,可見(jiàn)本線直通貨物運(yùn)輸所占比例較大。本線地方運(yùn)量主要是沿線各站發(fā)送的礦產(chǎn)品,基本為大宗品貨物,貨源集中,貨流方向以關(guān)內(nèi)方向?yàn)橹?宜組織始發(fā)直達(dá)列車；本線通過(guò)運(yùn)量以關(guān)內(nèi)和蒙東地區(qū)與莊河地區(qū)的煤炭交流為主,其余為沈陽(yáng)及以遠(yuǎn)與莊河地區(qū)的貨物交流。全線運(yùn)量以煤炭、礦產(chǎn)品等大宗貨物為主。

3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究

鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括線路等級(jí)、限制坡度、牽引種類和牽引質(zhì)量、到發(fā)線有效長(zhǎng)及速度目標(biāo)值等。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇直接影響鐵路的運(yùn)輸組織、工程投資和運(yùn)營(yíng)成本等。根據(jù)海岫線功能定位和研究年度預(yù)測(cè)的客貨運(yùn)量,鐵路等級(jí)應(yīng)確定為國(guó)鐵Ⅱ級(jí)；本線是以貨運(yùn)為主、兼顧少量客運(yùn),新建線路旅客列車速度目標(biāo)值確定為120 km/h,改建線路應(yīng)按照既有線平面條件、地形條件、投資規(guī)模等因素對(duì)速度目標(biāo)值100 km/h和120 km/h進(jìn)行比選確定。本文重點(diǎn)進(jìn)行限制坡度、牽引種類、牽引質(zhì)量等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究。

3.1 限制坡度選擇

本線沿線地形起伏較大,既有線最大縱坡15‰,地面高程在26～108～482～80 m之間,影響線路縱坡選擇的主要因素是如何提高既有線利用率、與相鄰線的限制坡度協(xié)調(diào)、隧道長(zhǎng)度控制、地形特征適應(yīng)程度以及改造的工程投資等。根據(jù)本線的功能定位、地形條件及與相鄰線限制坡度的匹配,分別研究了6‰、9‰、13‰和15‰限坡方案。本線下行方向貨流密度為1 275萬(wàn)t,上行方向貨流密度為728萬(wàn)t,輕重車方向不明顯,從運(yùn)量特點(diǎn),本線不適宜采用均衡坡。

3.1.1 從與相鄰線限坡匹配上分析

路網(wǎng)相鄰線限制坡度情況見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)狀及研究年度相鄰線鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ‰

從表2可以看出,與本線相鄰線的限制坡度均在6‰以內(nèi),選擇6‰有利于與相鄰線的限制坡度協(xié)調(diào)一致。

本線的貨物流向主要是本線沿線以及岫巖、莊河地區(qū)與沈大線和溝海線的貨物交流,因此選擇6‰,列車的牽引質(zhì)量與沈大線、溝海線、岫莊線的牽引質(zhì)量一致,便于實(shí)現(xiàn)機(jī)車長(zhǎng)交路,減少在接軌站的增減軸作業(yè)。目前相鄰線的牽引質(zhì)量沈大線和溝海線為5 000 t,東邊道為4 000 t，岫莊線為3 000 t,因此選擇5 000 t可以與沈大、溝海一致,雖然與東邊道和岫莊不一致,但上述各線限制坡度均為6‰,可以有條件實(shí)現(xiàn)5 000 t牽引質(zhì)量要求。從機(jī)車類型分析,目前采用6‰限制坡度,牽引5 000 t最常用的機(jī)車類車型是SS4電力機(jī)車,且相鄰線沈大線、溝海線、東邊道鐵路均為電力牽引,因此從相鄰線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析,本線選擇6‰和SS4電力機(jī)車、牽引質(zhì)量5 000 t，在車流組織合理性和與相鄰線的協(xié)調(diào)方面無(wú)疑是最合理的選擇。

3.1.2 從對(duì)沿線地形適應(yīng)性上分析

本線地處遼南低山丘陵區(qū),地勢(shì)中間高,南北低,地勢(shì)起伏較大。全線最高點(diǎn)位于K52+820處。從海城至分水嶺段線路長(zhǎng)52.8 km,地面高程從26 m上升到482 m,地面自然坡度平均在8.6‰；從分水嶺至岫巖段線路長(zhǎng)37.0 km,地面高程從482 m下降到80 m,地面自然坡度平均在10.8‰。既有線坡度分布詳見(jiàn)表3。

因此從本線的地形條件、自然坡度分析,本線選擇6‰限制坡度,既有線僅利用7.5 km,新建隧道長(zhǎng)度10.39 km,工程巨大,投資總額高達(dá)32.1億元。基于上述分析,6‰限制坡度不適應(yīng)地形條件,應(yīng)進(jìn)一步重點(diǎn)分析研究9‰、13‰和15‰方案。

表3 全線既有坡度分布

3.1.3 從運(yùn)輸組織上分析

對(duì)于電氣化鐵路,采用6‰限坡方案實(shí)現(xiàn)5 000 t牽引質(zhì)量與相鄰線貫通,無(wú)疑是最好的選擇,但是工程投資特別巨大；15‰限坡方案與本線銜接的岫莊線、沈大線及東北東部鐵路限制坡度均不匹配,采用大功率的HXD系列機(jī)車,單機(jī)牽引質(zhì)量均達(dá)不到5 000 t,運(yùn)輸能力雖然能夠滿足運(yùn)量需求,但與相鄰線沈大線牽引質(zhì)量不匹配,增加直通列車在沈大線接軌站的增減軸作業(yè),影響接軌站的車站通過(guò)能力,不利于車流組織；9‰和13‰限坡方案,當(dāng)采用大功率交流HXD系列電力機(jī)車,牽引質(zhì)量也只在3 000 t與4 000 t之間,要實(shí)現(xiàn)與相鄰線牽引質(zhì)量的匹配,只有采取雙機(jī)或補(bǔ)機(jī)的形式。當(dāng)采用雙機(jī)牽引方式, 13‰限坡能充分利用雙機(jī)的牽引力,提高機(jī)車的利用率,減少機(jī)車牽引力的浪費(fèi)。

3.1.4 從工程投資規(guī)模上分析

每個(gè)限坡方案的工程投資及有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表4?？梢钥闯?6‰限坡投資最大,且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他限坡方案；15‰限坡雖然能較好適應(yīng)既有線坡度,但由于本線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低,設(shè)備落后,投資節(jié)省不明顯；13‰和9‰限坡方案投資較為適中,相對(duì)而言,13‰限坡能更好適應(yīng)地形條件,多利用既有線29 km,投資節(jié)省2.46億元,優(yōu)勢(shì)更為明顯。

表4 各種限制坡度工程比較

綜合上述分析,6‰限制坡度雖然是最合理的限坡方案,但工程造價(jià)巨大,換算工程費(fèi)最高。9‰限坡雖然要比13‰限坡?tīng)恳|(zhì)量大,但在電氣化鐵路上也無(wú)法實(shí)現(xiàn)與相鄰線牽引質(zhì)量5 000 t的貫通,需要增加接軌站的改造,同時(shí)影響接軌站接發(fā)車能力?？紤]到相鄰線均為電化鐵路且限坡均為6‰,9‰限坡與相鄰線不匹配,不能構(gòu)成限坡系列,換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)較13‰雙機(jī)牽引方案增加約20 286.4萬(wàn)元,因此也不宜選擇。13‰限坡適應(yīng)本線的地形條件,通過(guò)采用雙機(jī)的形式可以與相鄰線實(shí)現(xiàn)牽引質(zhì)量貫通,可與相鄰線6‰限坡匹配。因此應(yīng)選擇13‰,工程投資較9‰限坡和6‰限坡分別節(jié)省約2 4640萬(wàn)元和152 442萬(wàn)元。因此推薦采用13‰限坡方案。

3.2 機(jī)車類型和牽引質(zhì)量的選擇

從運(yùn)量構(gòu)成分析,本線牽引質(zhì)量應(yīng)滿足大宗貨物直達(dá)運(yùn)輸?shù)男枨?因此牽引質(zhì)量的選擇盡可能與銜接的干線保持一致。目前相鄰線貨物機(jī)車沈大線以SS4電力機(jī)車為主,其次是內(nèi)燃機(jī)車DF4和ND5,溝海線貨物機(jī)車以電力SS4機(jī)車為主,其次是內(nèi)燃機(jī)車DF4和DF8B,東邊道設(shè)計(jì)機(jī)車為電力SS4機(jī)車和內(nèi)燃DF4D機(jī)車,岫莊線設(shè)計(jì)為內(nèi)燃DF4D機(jī)車。沈陽(yáng)局目前在京哈、沈大使用大功率HXN3型內(nèi)燃和HXD3B電力機(jī)車滿足重載運(yùn)輸需求,研究年度在重載運(yùn)輸線路和繁忙干線,大功率機(jī)車將逐步取代目前的DF4系列和SS4系列機(jī)車,逐步提高我國(guó)干線列車的牽引質(zhì)量和貨物列車運(yùn)行速度。主型機(jī)車在不同限制坡度下的牽引質(zhì)量見(jiàn)表5。

表5 主型機(jī)車在不同限制坡度下的牽引質(zhì)量 t

從表5看出,限制坡度13‰能夠滿足雙機(jī)牽引5 000 t要求的電力機(jī)車主要有SS4、HXD系列機(jī)車,內(nèi)燃機(jī)車僅有HXN3,目前沈大線、溝海線、沈山線部分始發(fā)直達(dá)列車的牽引質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到5 500 t,個(gè)別列車已經(jīng)達(dá)到5 800 t,沈大線現(xiàn)已部分使用HXD3B機(jī)車。從本線運(yùn)量構(gòu)成和貨物流向分析,本線運(yùn)量通過(guò)運(yùn)量占69%,主要是莊河地區(qū)與蒙東地區(qū)之間的煤炭交流,由于東邊道前莊線設(shè)計(jì)為電氣化鐵路、既有溝海線和沈大線也為電氣化鐵路,因此本線在牽引種類和牽引質(zhì)量的選擇上應(yīng)與兩端的相鄰干線一致,實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車可以直接進(jìn)出本線,延長(zhǎng)機(jī)車交路,提高機(jī)車運(yùn)用效率。由于本工程全線中間高、兩頭低,地面最大高程相差456 m,連續(xù)足坡地段長(zhǎng)約5.4 km,通過(guò)牽引模擬計(jì)算,采用大功率電力機(jī)車列車運(yùn)行速度高,能節(jié)省運(yùn)

行時(shí)間,但不能有效提高列車牽引質(zhì)量,且大功率機(jī)車造價(jià)昂貴。考慮本線以貨運(yùn)為主,對(duì)運(yùn)行速度要求不高,而且近期本線運(yùn)量水平不大,采用SS4機(jī)車完全可以滿足運(yùn)輸能力的要求。因此建議本線近期宜采用SS4電力機(jī)車,遠(yuǎn)期隨著運(yùn)量的增加和沈陽(yáng)局大功率HXD系列機(jī)車投入使用,機(jī)車類型可逐漸過(guò)渡到HXD系列,全面提高貨物列車運(yùn)行速度和區(qū)間通過(guò)能力,減少貨物在途時(shí)間和車站停留時(shí)間。因此建議本線推薦采用電力機(jī)車,牽引質(zhì)量5 000 t。

3.3 海岫鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的推薦意見(jiàn)

鐵路等級(jí)：Ⅱ級(jí),線下Ⅰ級(jí)

正線數(shù)目：?jiǎn)尉€

設(shè)計(jì)行車速度：120 km/h

最小曲線半徑：一般800 m,困難600 m

限制坡度：13‰

牽引種類：電化

機(jī)車類型：SS4

牽引質(zhì)量：5 000 t

到發(fā)線有效長(zhǎng)度：1 050 m

閉塞類型：半自動(dòng)閉塞

4 結(jié)論

本線是沈大鐵路和東北東部鐵路的重要聯(lián)絡(luò)線,是海城地區(qū)、岫巖地區(qū)和莊河地區(qū)與東北及關(guān)內(nèi)地區(qū)貨物交流的便捷通道。本線地處遼南低山丘陵區(qū),地勢(shì)起伏較大,地形復(fù)雜。根據(jù)本線運(yùn)量特點(diǎn)和擴(kuò)能改造方案,為提高既有線利用率,適應(yīng)沿線地形地貌特征,減少工程費(fèi)用,考慮與相鄰鐵路在牽引質(zhì)量、機(jī)車交路、車流組織等方面的協(xié)調(diào),本線的限制坡度選擇13‰。通過(guò)目前大功率機(jī)車的性能分析,對(duì)本線采用大功率機(jī)車,雖可提高列車運(yùn)行速度,節(jié)省列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)分,但不能明顯提高貨物列車的牽引質(zhì)量,因此本線推薦采用近期SS4電力機(jī)車,遠(yuǎn)期逐步過(guò)渡到HXD系列電力機(jī)車,牽引質(zhì)量采用5 000 t。

[1] 沈陽(yáng)鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司.改建鐵路海城至岫巖鐵路擴(kuò)能工程預(yù)可行性研究[R].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司,2010.

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