口岸鐵路擴能改造總體方案研究

李秉濤

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

口岸鐵路擴能改造總體方案研究

李秉濤

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和對外開放進一步深化，我國與蒙古國、俄羅斯的客貨交流日益增加，新建或改建口岸鐵路項目會越來越多。以集二線擴能改造總體方案研究為例，對口岸鐵路擴能改造總體方案進行總結(jié)，提出影響口岸鐵路擴能方案的主要因素、幾種必須考慮的擴能方案、幾項主要技術(shù)標準選擇以及口岸站改建方案應(yīng)考慮的內(nèi)容，最后總結(jié)了口岸鐵路設(shè)計、建設(shè)時幾個應(yīng)該注意的問題。

口岸鐵路；擴能；總體方案；研究

口岸是國家指定的對外來往的門戶、也是一國對外開放的門戶，是國際貨物運輸?shù)臉屑~。通過設(shè)置口岸站把口岸連接起來的鐵路為口岸鐵路。二連浩特是中國對蒙古國開放的最大口岸，以集寧至二連浩特鐵路擴能改造為例，論述口岸鐵路擴能改造總體方案研究內(nèi)容。

1 概述

1.1 項目概述

口岸鐵路集二線地處內(nèi)蒙古自治區(qū)中北部，線路南起集寧站，北至二連浩特站，線路全長330.108 km。集二鐵路與京包、集通、張集、集包三四線在集寧交匯，銜接大同、包頭、二連、通遼、張家口共5個方向。二連口岸是我國通往蒙古國的重要鐵路口岸，二連站北鄰蒙古國扎門烏德站，距國境線4.8 km，是一等客貨國際聯(lián)運換裝站，主要擔負著國際聯(lián)運貨物的交接、換裝，集二線擔負著國際、國內(nèi)旅客和口岸進出口貨物及沿線貨物運輸任務(wù)。

1.2 既有鐵路主要技術(shù)標準

集二線現(xiàn)狀主要技術(shù)標準如下。

鐵路等級：國鐵Ⅰ級；正線數(shù)目：(二連—賁紅)單線、(賁紅—集寧)雙線；限制坡度：9‰；最小曲線半徑：400 m；牽引種類：內(nèi)燃；機車類型：DF4系列；牽引質(zhì)量：雙機4 000 t、單機2 800 t；到發(fā)線有效長度：850 m；閉塞類型：(二連—賁紅)半自動，(賁紅—集寧)自動。

1.3 項目建設(shè)必要性

集二線是中蒙主要外貿(mào)進出口通道，由于集二線建設(shè)年代較早，技術(shù)標準低，限制了列車提速，并且各區(qū)間能力均衡性差，目前最大區(qū)段能力利用率已達95.0%，不能有效提高運輸質(zhì)量和水平，使鐵路的市場競爭能力下降。隨著我國對外開放進一步深化，全球經(jīng)濟一體化進程的加快，中蒙貿(mào)易的快速發(fā)展，口岸過貨運量增加和沿線資源開發(fā)，集二線區(qū)段能力無法滿足研究年度預(yù)測運量需求，二連站能力無法滿足進出口貨物作業(yè)需要，已成為限制中蒙進出口鐵路大通道發(fā)展的瓶頸。集二線實施擴能改造可以發(fā)揮鐵路優(yōu)勢，擴大通道運輸能力，較好滿足口岸運量增長和沿線旅客運輸需要；同時本線所處地區(qū)位于西部邊陲，所經(jīng)地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平較低，對本線實施擴能改造可帶動沿線經(jīng)濟社會發(fā)展，對帶動區(qū)域經(jīng)濟增長，促進沿線資源開發(fā)具有積極意義。

2 擴能改造總體方案研究

2.1 項目運輸需求及功能定位

集寧至二連鐵路是我國與蒙古國、俄羅斯以及東歐國家連接的重要陸路通道，是歐亞大陸橋的重要組成部分；也是內(nèi)蒙古北部與中部連接的主要鐵路通道。集二線服務(wù)范圍包括蒙古國、俄羅斯和我國內(nèi)蒙古、山西乃至京津冀地區(qū)，擔負著我國與蒙古國進出口貨物的運輸任務(wù)，是我國溝通蒙古國、俄羅斯的主要干線鐵路之一。根據(jù)運量分析預(yù)測，集二線貨運量以進口為主，進口貨物主要為煤炭、礦石、木材、石油等；客運量為國內(nèi)以及國內(nèi)和蒙古國、俄羅斯客流。因此集二線擴能改造完成后應(yīng)是一條客貨混運大能力國際運輸通道。

2.2 影響擴能方案的主要因素

集二線為承擔我國與蒙古國、俄羅斯客、貨運交流的口岸鐵路，影響擴能方案的最主要因素是進口的貨運量，預(yù)測貨運量存在不確定性是口岸鐵路最鮮明的特點。根據(jù)運量預(yù)測，口岸運量主要為進口蒙古國的煤炭、金屬礦石和俄羅斯的木材、石油。由于可能會受到資源保護政策、政治因素、其他國家競爭等多方面的影響以及國內(nèi)企業(yè)需求影響，在進口貨運量方面存在較大的不確定性。基于存在上述的不確定性因素，因此預(yù)測近、遠期運量不確定性較大，考慮這些情況，在集二線擴能方案研究中增加了初期運量預(yù)測。

2.3 擴能改造方案研究

根據(jù)預(yù)測的客貨運量，集二線區(qū)段貨流密度與客車對數(shù)見表1。

表1 集二線全線區(qū)段貨流密度與客車對數(shù)

2.3.1 單線電化擴能方案

對于既有線擴能方案，首先研究了單線電化擴能方案。單線電化擴能方案措施為：延長車站到發(fā)線有效長度至1 050 m，提高牽引質(zhì)量至5 000 t，全線電氣化改造。單線區(qū)段共有21個區(qū)間，單線區(qū)段總長約295.307 km，實施電化改造后，初期有14個區(qū)間能力不足，能力不足區(qū)間長度合計約230.499 km，占總長度的78.1%；近期單線區(qū)段有一個區(qū)間(站間距9.3 km)能力滿足要求，其余區(qū)間能力皆不足；遠期單線區(qū)段各區(qū)間能力皆不足。

在初期能力不足的14個區(qū)間中，只有8個區(qū)間站間距離較大，可以增加會讓站，其余6個區(qū)間由于站間距離小，不宜增加車站，所以不能通過增加會讓站達到擴能要求。因此集二線擴能需要采用雙線擴能方案。

2.3.2 雙線擴能方案

在雙線擴能方案中，有雙線電化牽引5 000 t、雙線電化牽引4 000 t、雙線內(nèi)燃牽引5 000 t三個擴能方案。

(1)雙線電化牽引5 000 t方案擴能措施：賁紅至二連全線增二線并進行電氣化改造，延長車站到發(fā)線有效長度至1 050 m，牽引質(zhì)量5 000 t，同步實施自動閉塞改造。雙線電化牽引5 000 t方案工程投資82.4億元。

集二線銜接的路網(wǎng)干線大包線、張集線、集通線、集包三四線等牽引質(zhì)量為5 000 t及以上，本擴能方案與區(qū)域路網(wǎng)標準一致，符合鐵路主要技術(shù)政策要求，可以組織機車的長交路運行，有利于運輸組織、提高運輸效率、節(jié)約運輸成本。

(2)雙線電化牽引4 000 t方案擴能措施：賁紅至二連全線增二線并進行電氣化改造，維持既有車站到發(fā)線有效長度不變，牽引質(zhì)量4 000 t，同步實施自動閉塞改造。雙線電化牽引4 000 t方案工程投資79.2億元，較雙線電化牽引5 000 t方案工程投資節(jié)省3.2億元。

集二線銜接的路網(wǎng)干線大包線、張集線、集通線、集包三四線等牽引質(zhì)量為5 000 t及以上，本線若采用4 000 t牽引質(zhì)量，與區(qū)域路網(wǎng)標準不一致，需在集寧站進行變軸作業(yè)，增加了列車在站停留作業(yè)時間，降低了運輸組織效率；如不變軸，集二線與各線交流將欠軸運輸，不利于各線運輸能力的最大化發(fā)揮。

(3)雙線內(nèi)燃牽引5 000 t方案擴能措施：賁紅至二連全線增二線，延長到發(fā)線至1 050 m，牽引質(zhì)量5 000 t，實施自動閉塞改造，預(yù)留電化條件，雙線內(nèi)燃投資為74.0億元，較雙線電化牽引5 000 t方案節(jié)省投資8.4億元。初期投入少。

研究年度，集二線銜接的路網(wǎng)干線及主要后方通道大包線、張集線、集通線、集包三四線等都是電氣化鐵路，如集二線采用內(nèi)燃牽引，與周邊路網(wǎng)標準不統(tǒng)一，需進行換掛機車作業(yè)，不利于提高運輸組織效率。以后再進行電化改造時會對既有線運營產(chǎn)生二次干擾，并且不符合鐵路主要技術(shù)政策要求。

對上述3個擴能方案進行綜合分析，內(nèi)燃牽引5 000 t方案雖然投資最少，但與后方通路標準不統(tǒng)一，需在集寧進行換掛機車作業(yè)，不能運行長交路，并且再進行電化改造時會對既有線運營產(chǎn)生二次干擾，鐵路干線采用內(nèi)燃牽引也不符合鐵路主要技術(shù)政策要求。電化牽引4 000 t方案雖然投資較少，但與本線后方通路標準不一致，需在集寧站進行變軸作業(yè)或欠軸運輸，不利于運輸組織和運輸能力的最大化發(fā)揮。而電化牽引5 000 t方案與區(qū)域路網(wǎng)標準一致，符合鐵路主要技術(shù)政策要求，可以組織機車的長交路運行，有利于運輸組織、提高運輸效率、節(jié)約運輸成本。擴能方案推薦采用雙線電化牽引5 000 t方案。

2.4 幾項主要技術(shù)標準選擇

2.4.1 限制坡度

限制坡度是影響鐵路全局的主要技術(shù)標準，它不僅對線路走向、長度和車站分布有很大影響，而且直接影響運輸能力、行車安全、工程費及運營費。結(jié)合集二線的相鄰線坡度、既有線現(xiàn)狀、沿線地形、自然坡度和重空車流比例等因素，從以下幾個方面分析論述本線應(yīng)采用的限制坡度。

(1)與相鄰線限制坡度的適應(yīng)性

與本線相鄰鐵路的限制坡度見表2。

表2 相鄰線鐵路限制坡度

由表2可以看出，本線相鄰線的坡度基本都為6‰和9‰的系統(tǒng)。

本線主要后方通道為大包線、張集線，大包線包頭至呼和浩特段限坡為6‰，呼和浩特至集寧段限坡為9‰，集寧至大同段限坡為上行6‰、下行9‰，張集線的限坡為上行6‰，下行9‰。為了便于運輸組織，提高運輸效率，本項目限制坡度應(yīng)與后方通道的限制坡度相適應(yīng)。因此要對9‰和上行6‰、下行9‰兩個限制坡度方案進行詳細比選。

(2)限制坡度與車流方向的適應(yīng)性

限制坡度選擇不僅要考慮重、輕車方向運量比例，還要針對車流去向?qū)ο拗破露冗M行論證。

研究年度遠期，集二線重車方向行車量共計51列，去往各方向列車見圖1?？鄢K到集寧站的5列后，后方通路坡度為6‰的車流合計39列(大包線集大段、張集線、集通線)，坡度為9‰的車流合計7列(大包線集包段)。發(fā)往6‰限坡系統(tǒng)的車流占85%，車流以發(fā)往6‰限坡系統(tǒng)的為主，因此上行6‰下行9‰方案比9‰方案在車流方向的適應(yīng)性有較大優(yōu)勢。

圖1 集寧至各方向列車示意

(3)工程投資比較

根據(jù)本線重輕車方向和主要貨物流向，對9‰和上行6‰、下行9‰兩個限坡方案進行了比選。

工程投資：9‰方案第二線基本與既有線并行等高，新建工程量小。上行6‰、下行9‰方案因軟化坡度，單線繞行和并行不等高段落較長，新建工程量大，工程投資較9‰方案多16.5億元。

運營費：上行6‰、下行9‰方案比9‰方案少12.4億元。

工程費和運營費合計：上行6‰、下行9‰方案比9‰方案多4.1億元。從投資方面考慮9‰方案比上行6‰、下行9‰方案有一定的優(yōu)勢。

(4)機務(wù)方面分析

從機務(wù)設(shè)備的配置來說，集寧機務(wù)段既有運用整備設(shè)施不能適應(yīng)擴能需要，電力小輔修設(shè)備不能滿足擴能要求，都需給予補強；從機車的配置來說，上行6‰、下行9‰方案比9‰方案節(jié)省機車。

(5)限制坡度的選擇

盡管上行6‰、下行9‰方案比9‰方案工程投資要大，但在車流方向的適應(yīng)性、運營和機車配置方面具有較大的優(yōu)勢，綜合評價，上行6‰、下行9‰方案優(yōu)于9‰方案。故本線限制坡度推薦上行6‰、下行9‰方案。

2.4.2 牽引種類

(1)與周邊路網(wǎng)干線牽引種類協(xié)調(diào)性分析

研究年度集二線相鄰線有集通線、大包線、集包三四線、張集線、錫二線，除錫二線外，其余都為電氣化鐵路。本線與上述電氣化路網(wǎng)干線客貨運交流量大，互換車流多，為了與銜接鐵路牽引種類匹配，減少換掛機車頻率，延長機車交路，牽引種類應(yīng)選擇電力牽引。

(2)國家鐵路主要技術(shù)政策要求分析

鐵路主要技術(shù)政策規(guī)定：“提高既有鐵路電氣化率。快速客運網(wǎng)和大能力干線、煤運通道建設(shè)電氣化鐵路”，本線是中蒙運輸?shù)闹饕F路干線，牽引種類應(yīng)選擇電力牽引。

(3)外部電源配置條件分析

本線沿線電力資源較為豐富，擁有安全、穩(wěn)定的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具備向電氣化鐵路供電的條件。

綜上分析，牽引種類應(yīng)選擇電力牽引。

2.4.3 機車類型

機車類型的選擇，要充分考慮機車牽引力與限制坡度相互匹配程度，也要考慮機車的價格因素。集二線設(shè)計重車方向限制坡度為6‰，牽引質(zhì)量為5 000 t。目前我國干線貨運電力機車主要有SS3系列、SS4系列和SS7系列，上述機車在6‰的坡道上只有SS4系列機車可滿足單機牽引5000t的要求。

本線的主要后方通路機車多為SS4，呼和浩特鐵路局現(xiàn)有SS4機車231臺，目前主要用于包惠、大包、集包等干線。根據(jù)總公司統(tǒng)一配屬計劃配屬的HXD機車用于上述大運量干線運輸，調(diào)整下來的機車用于集二線初、近期，根據(jù)集二線列流測算，初期需要SS4機車37臺，近期74臺，既有SS4機車數(shù)量能夠滿足運輸要求。因此機車類型推薦SS4。

2.5 口岸站方案研究

二連站位于二連浩特市境內(nèi)，主要擔負著國際聯(lián)運貨物的交接、換裝和國際、國內(nèi)旅客、貨物的運輸任務(wù)。二連站配置有客車到發(fā)場、準軌到發(fā)場、準軌調(diào)車場、寬軌到發(fā)場、寬軌調(diào)車場、邊檢場、換裝場以及貨場、機務(wù)折返段、站修所、客車換輪庫、客車存輪庫、貨車換輪庫、貨車存輪庫等。

2.5.1 近期換裝型式方案研究比選

結(jié)合地方要求，研究比選了進口煤炭采用換輪換裝方案、落地換裝方案2個方案。

方案一：煤炭采用換輪換裝方案

新建浩通物流園連接國內(nèi)外的直接通路及相應(yīng)的到發(fā)及換裝系統(tǒng)。新建準軌到發(fā)場、寬軌到發(fā)場、礦石換裝區(qū)，設(shè)換輪庫、落地換裝線、裝車線；新建煤炭換裝區(qū)，設(shè)煤炭換輪庫。

方案二：煤炭采用落地換裝方案

新建浩通物流園連接國內(nèi)外的直接通路及相應(yīng)的到發(fā)及換裝系統(tǒng)，修建至歐亞物流園連接國內(nèi)外的直接通路及相應(yīng)的到發(fā)及換裝系統(tǒng)。礦石換裝場區(qū)設(shè)換輪庫、落地換裝線、裝車線。煤炭換裝區(qū)布置于歐亞物流園內(nèi)，采用翻車機卸車、皮帶輸送、筒倉裝車工藝，設(shè)卸車環(huán)線、雙翻翻車機；設(shè)裝車線、裝車筒倉。

方案分析：煤炭采用換輪換裝方案特點，對環(huán)境無污染，工程投資??；車場布置集中，便于二連站集中管理；車場距離秦龍在建檢修基地較近，維修方便；企業(yè)需購置自備車。煤炭采用落地換裝方案特點，運營管理簡單，自動化程度高；煤炭落地換裝對環(huán)境有污染；車場布置分散，不便于二連站集中管理；車場距離秦龍在建檢修基地較遠，維修不方便；工程投資較換輪換裝方案高2.6億元。

考慮建設(shè)方前期已經(jīng)購置自備車3 000輛，并已與蒙方達成運輸協(xié)議，且秦龍車輛檢修基地工程已經(jīng)開工建設(shè)，采用換輪換裝方案可與企業(yè)前期實施工程有機結(jié)合；海關(guān)及邊檢部門對散堆裝貨物采用換輪換裝進行監(jiān)管也不存在問題。因此，綜合考慮建設(shè)方意見以及落地換裝對環(huán)境的污染程度較大等因素，推薦采用換輪換裝方案。

2.5.2 車站改建方案

根據(jù)車站作業(yè)量及分工，二連站初期實施既有二連站客場、準寬軌到發(fā)場及調(diào)車場到發(fā)線、調(diào)車線有效長度延長改造工程和浩通物流園內(nèi)新建一束換裝線工程；近期實施新建準寬軌到發(fā)場、新建礦石換裝系統(tǒng)及煤炭換輪換裝系統(tǒng)工程；遠期實施煤炭換裝區(qū)內(nèi)預(yù)留換輪庫一座及準寬軌到發(fā)場內(nèi)相應(yīng)預(yù)留線路；適時修建歐亞物流園。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國與蒙古國、俄羅斯的客貨運交流日益增加，新建或改建口岸鐵路項目會越來越多，以集二鐵路為例，論述口岸鐵路擴能改造總體方案，通過對集二鐵路擴能改造總體方案研究，個人認為在口岸鐵路建設(shè)時應(yīng)注意以下幾個問題。

(1)關(guān)于運量。運量預(yù)測受國家資源保護政策、國際政治因素、國家之間保密因素以及國外調(diào)查深度等諸多因素影響，因此預(yù)測近、遠期運量存在很大的不確定性。建議運量預(yù)測時要考慮上述因素的影響，并增加初期運量預(yù)測，指導(dǎo)工程設(shè)計，最大限度地減少工程投入風險。

(2)根據(jù)初期運量認真充分研究初期過渡方案，并與近、遠期方案有機結(jié)合，詳細計算出初期過渡方案投資和效益評價，以及近、遠期工程實施時廢棄工程量。

(3)限制坡度是影響鐵路全局的主要技術(shù)標準，它不僅對線路走向、長度和車站分布有很大影響，而且直接影響運輸能力、行車安全、工程費及運營費。限制坡度的確定，要根據(jù)鐵路等級、地形條件、牽引種類、運輸要求經(jīng)過充分比選慎重確定，并要考慮與后方通路限制坡度相協(xié)調(diào)。

[1] 鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司.集寧至二連鐵路擴能工程預(yù)可行性研究[R].天津: 鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，2013．

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Study on Overall Scheme of Port Railway Capacity Expansion and Reconstruction

Li Bingtao

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300142， China)

With rapid development of domestic economy and further opening to the outside world， passengers and freight exchanges among China， Mongolia and Russia are increasing day by day， which results in more and more port railway projects to be built or reconstructed. Taking the overall scheme of capacity expansion and reconstruction project of Ji’ning-Erlianhot Railway as the study case， this article summarizes overall scheme of capacity expansion for the port railway， points out the main influences on the capacity expansion scheme， proposes options for capacity expansion， addresses the selection of main technical standards and main considerations about the reconstruction scheme of the port station， and， finally， summarizes the main concerns during the design and construction of the port railway．

Port railway; Capacity expansion; Overall scheme; Study

2014-08-26

李秉濤(1965—)，男，教授級高級工程師。

1004-2954(2014)11-0011-04

U218

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.11.003