富嫩鐵路擴(kuò)能改造方案及主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

彭建鎖，王國(guó)聯(lián)

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100055)

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富嫩鐵路擴(kuò)能改造方案及主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

彭建鎖，王國(guó)聯(lián)

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055)

摘要：既有富嫩線修建年代較早，標(biāo)準(zhǔn)較低，目前能力趨于飽和，不能夠滿足客貨運(yùn)量發(fā)展需求，需進(jìn)行擴(kuò)能改造。通過(guò)對(duì)多種擴(kuò)能方案的研究，推薦采用增建二線擴(kuò)能方案。同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目運(yùn)輸功能，綜合考慮既有線平縱斷面條件及周邊路網(wǎng)情況等，對(duì)本線速度目標(biāo)值、限制坡度等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，推薦本線速度目標(biāo)值160 km/h，限制坡度采用6‰方案，取消影響本線運(yùn)輸效率的補(bǔ)機(jī)段。

關(guān)鍵詞：富嫩鐵路；擴(kuò)能改造；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；方案研究

1概述

1.1既有線概況

富裕至嫩江鐵路(簡(jiǎn)稱富嫩線)位于黑龍江省境內(nèi)，起于黑龍江省齊齊哈爾市的富裕縣，經(jīng)齊齊哈爾訥河市，止于黑河市嫩江縣。線路基本呈南北走向，全長(zhǎng)179.508 km?，F(xiàn)狀為Ⅲ級(jí)、單線、內(nèi)燃鐵路，限制坡度為12.2/13.5‰，最小曲線半徑300 m。該線始建于20世紀(jì)30年代，為偽滿時(shí)期日本在東北三省修建的若干鐵路中的一條，歷經(jīng)70多年運(yùn)營(yíng)，軌道、路基及橋梁等病害較嚴(yán)重。

富嫩線北與擬建的洛古河至古蓮鐵路、嫩林線相連，南與齊北線相通。目前富嫩線大部分區(qū)段能力趨于飽和，加上洛古河至古蓮鐵路新線引入，客貨運(yùn)量將大量增加，區(qū)段能力緊張狀況將進(jìn)一步加劇。對(duì)本線進(jìn)行擴(kuò)能改造對(duì)促進(jìn)中俄兩國(guó)貿(mào)易和東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高運(yùn)輸質(zhì)量和滿足區(qū)域運(yùn)輸增長(zhǎng)需求意義重大。該線在路網(wǎng)中的位置見(jiàn)圖1。

1.2適應(yīng)客貨運(yùn)量發(fā)展的主要薄弱環(huán)節(jié)

既有富嫩線為單線鐵路，車站分布不均衡，列車走行速度低，研究年度隨著客貨運(yùn)量增長(zhǎng)，單線能力難以滿足客貨運(yùn)輸需要。

全線共有19個(gè)車站，其中7個(gè)中間站、12個(gè)會(huì)讓站，平均站間距9.97 km，最大站間距23.553 km(老萊～伊拉哈)，最小線間距5.56 km(新高峰～新顏)，車站到發(fā)線有效長(zhǎng)650～850 m。

圖1　富嫩線在路網(wǎng)中的位置示意

富嫩線旅客列車旅行速度僅37～59 km/h，旅速較低，影響了運(yùn)輸質(zhì)量的提高，不能滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)旅客出行的需要；在嫩江至新高峰段上行重車方向采用了超限坡，最大坡度14.2‰，i>6‰超限坡地段總長(zhǎng)10.4 km，必須進(jìn)行補(bǔ)機(jī)摘掛作業(yè)，使得本線運(yùn)輸組織變得復(fù)雜，影響了運(yùn)輸效率的提高，增加了運(yùn)營(yíng)費(fèi)。補(bǔ)機(jī)情況見(jiàn)表1。

表1　富嫩線補(bǔ)機(jī)區(qū)段

1.3擴(kuò)能改造的必要性

對(duì)富嫩線進(jìn)行擴(kuò)能改造十分必要，對(duì)于振興東北老工業(yè)基地、促進(jìn)中俄兩國(guó)貿(mào)易、滿足區(qū)域運(yùn)輸增長(zhǎng)需求、提高運(yùn)輸質(zhì)量以及鞏固國(guó)防等意義重大。

2擴(kuò)能方案

2.1既有線能力適應(yīng)情況

根據(jù)目前DF4B機(jī)車、牽引質(zhì)量(富?！劢? 000、4 500、2 000 t)與列車開(kāi)行方案等現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，考慮線路日均綜合維修天窗時(shí)間60 min計(jì)算，近期能力不足區(qū)間數(shù)量為12個(gè)，比重達(dá)67%，最大通過(guò)能力缺口14對(duì)，最大輸送能力缺口1 353萬(wàn)t；遠(yuǎn)期能力不足區(qū)間數(shù)量為18個(gè)，比重達(dá)100%，最大通過(guò)能力缺口24對(duì)，最大輸送能力缺口2 466萬(wàn)t。

2.2擴(kuò)能方案

本線建議遠(yuǎn)景輸送能力為客車35對(duì)、貨運(yùn)2 000萬(wàn)t，根據(jù)能力適應(yīng)性分析，既有線能力缺口較大，近遠(yuǎn)期運(yùn)量已達(dá)到雙線規(guī)模。

通過(guò)對(duì)提高牽引質(zhì)量、增開(kāi)會(huì)讓站或局部雙線以及單線自閉改造等方案進(jìn)行分析，雖然能夠提高運(yùn)輸能力，但是不能解決該線能力緊張的根本問(wèn)題，不能達(dá)到擴(kuò)能改造的目的。

因此，本線擴(kuò)能重點(diǎn)研究近期單線、遠(yuǎn)期增建二線擴(kuò)能方案，或近期單線電化擴(kuò)能方案，以及近期一次增建二線擴(kuò)能方案等3個(gè)方案。

2.2.1近期單線、遠(yuǎn)期增建二線方案

近期維持單線，對(duì)能力不足的12個(gè)區(qū)間可采取以下2個(gè)方案。

(1)增開(kāi)會(huì)讓站擴(kuò)能方案。能力不足區(qū)間最長(zhǎng)11.8 km，最短8.3 km，區(qū)間加站的擴(kuò)能方式造成站間距離過(guò)短，遠(yuǎn)小于單線經(jīng)濟(jì)合理的站間距8 km，運(yùn)輸組織不便，不利于旅客列車提速，且遠(yuǎn)期仍需復(fù)線，廢棄的車站較多，因此區(qū)間加站方式不合理。

(2)單線自閉改造擴(kuò)能方案。該方案可提高通過(guò)能力20%左右，但仍有2個(gè)區(qū)間能力不足，且日常運(yùn)輸組織工作復(fù)雜，兩端車站需有足夠多的到發(fā)線，到發(fā)線數(shù)量不足需進(jìn)行站場(chǎng)改造，增加列車停站，影響車輛周轉(zhuǎn)時(shí)間，不能解決該線能力緊張的根本問(wèn)題，方案不能滿足擴(kuò)能需求。

2.2.2近期單線電化擴(kuò)能方案

該方案可滿足近期能力需求，投資約25.92億元，但遠(yuǎn)期仍需復(fù)線，增加投資約21.04億元。該地區(qū)除濱州線外，其余線路均為內(nèi)燃鐵路，電化鐵路沒(méi)有成網(wǎng)，單獨(dú)的富嫩線電化不能形成運(yùn)輸效益，因此，不宜采用。

2.2.3近期一次性增建二線方案

近期增建二線總投資約40.77億元，該方案不僅可以大幅提高通過(guò)能力，還將減少車站間隔和列車起停附加時(shí)分，提高本線的運(yùn)輸速度和效率，加開(kāi)車輛周轉(zhuǎn)的同時(shí)提高了旅客服務(wù)質(zhì)量，且遠(yuǎn)期不需再增工程，近遠(yuǎn)期工程投資最省。

經(jīng)研究比較，本線擴(kuò)能方案采用為近期增建二線擴(kuò)能方案。

3主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

3.1既有鐵路平縱斷面分析

全段線路共有86處曲線，最小半徑300 m，累計(jì)長(zhǎng)度26.556 km，占線路全長(zhǎng)的14.79%；下行方向i>6‰的坡度12.1 km /41個(gè)坡段/6.74%，上行方向i>6‰的坡度17.88 km/62個(gè)坡段/9.96%。線路小半徑曲線及限制坡度主要集中在鶴山至嫩江之間。既有線平縱斷面現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2　富嫩線平縱斷面既有現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)

3.2速度目標(biāo)值選擇

本線擴(kuò)能后不僅需要滿足研究年度的通過(guò)能力和輸送能力要求，同時(shí)還需提高旅客列車的運(yùn)輸質(zhì)量，達(dá)到快捷、便利的服務(wù)條件。富嫩線現(xiàn)狀允許速度為60～120 km/h，客運(yùn)比重相對(duì)較大，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶崴俑脑?。為了滿足黑龍江省對(duì)大興安嶺地區(qū)的戰(zhàn)略開(kāi)發(fā)，考慮哈爾濱至漠河開(kāi)行13～14 h夕發(fā)朝至列車，綜合濱洲線、齊北線、嫩林線的研究情況，富嫩線段的運(yùn)行時(shí)間需縮短至90 min內(nèi)，因此，提速后富嫩線時(shí)間目標(biāo)值應(yīng)滿足1.5 h，速度目標(biāo)值應(yīng)在120 km/h及以上。

鶴山至嫩江段(K154+500～K178+300)為富嫩線地形條件相對(duì)復(fù)雜的地段，小半徑曲線密布，最小曲線半徑300 m，R<800 m曲線共計(jì)18個(gè)，總長(zhǎng)約8.7 km。若采用既有線改建方案，改建總長(zhǎng)達(dá)16.08 km，占該段全長(zhǎng)68.4%，利用地段少，廢棄工程多，與既有線多次交叉，施工過(guò)渡困難，且超限坡限制運(yùn)營(yíng)能力的問(wèn)題仍然存在，擴(kuò)能效果不顯著，因此該段經(jīng)研究采用雙線繞行方案。

對(duì)本線旅客列車行車速度研究了120、160、200 km/h三個(gè)方案。

(1)方案說(shuō)明

I方案：提速至120 km/h方案，全線小于800 m曲線半徑共31處/12.114 km，占全線總長(zhǎng)6.75%，結(jié)合既有線增建二線工程對(duì)曲線半徑不足800 m地段進(jìn)行改造，延長(zhǎng)車站到發(fā)線有效長(zhǎng)。該方案線路改建長(zhǎng)度39.114 km(含雙繞段)，占全長(zhǎng)21.9%。

Ⅱ方案：提速至160 km/h方案，R<1 600 m曲線共計(jì)63處/22.05 km，占全線線路長(zhǎng)度12.28%。提速方案主要工程為結(jié)合既有線增建二線對(duì)曲線半徑不足1600 m地段進(jìn)行改造，延長(zhǎng)車站到發(fā)線有效長(zhǎng)。富嫩線建成年代較早，運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)，由于多種原因全線存在多處小偏角反向曲線，考慮提速至160 km/h后線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較高，對(duì)小偏角反向曲線盡量予以取消，改善線路平面條件。提速至160 km/h方案改線長(zhǎng)度53.198 km(含雙繞段)，占既有線全長(zhǎng)29.6%。

Ⅲ方案：提速至200 km/h方案，本段既有曲線半徑小于2 800 m共計(jì)51處，總長(zhǎng)16.675 km，占全線線路長(zhǎng)度10.8%。結(jié)合既有線增建二線工程對(duì)曲線半徑不足2 800 m地段進(jìn)行改造，延長(zhǎng)車站到發(fā)線有效長(zhǎng)，同時(shí)取消全部小偏角反向曲線，改善線路平面條件，該方案線路改建長(zhǎng)度81.88 km(含雙繞段)，占既有線全長(zhǎng)45.6%。

(2)方案比較及推薦意見(jiàn)

3個(gè)方案工程數(shù)量和投資比較見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，提速至160 km/h方案與提速至120 km/h速度方案相比，靜態(tài)投資多約21 120.8萬(wàn)元，運(yùn)行時(shí)分節(jié)省26 min，節(jié)時(shí)比為812.34萬(wàn)元/min。

提速至200 km/h方案與120 km/h速度方案相比，靜態(tài)投資約多84 875萬(wàn)元，運(yùn)行時(shí)分節(jié)省43 min，節(jié)時(shí)比為1 973.84萬(wàn)元/min。

表3　提速方案工程數(shù)量比較

綜合分析，提速至120 km/h方案線路改建最少，投資最省，但運(yùn)營(yíng)時(shí)分節(jié)省不多，提速效果不顯著；提速至160 km/h方案較提速至120 km/h方案線路改建適中，增加工程投資不大，而運(yùn)行時(shí)分節(jié)省較多；提速至200 km/h方案雖然較其他兩方案運(yùn)行時(shí)分節(jié)省最多，但由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，線路改建量大，需增加既有橋加固費(fèi)用，通信、信號(hào)等標(biāo)準(zhǔn)提高，工程投資增加較多，節(jié)時(shí)比高。考慮到與本段相鄰的濱洲線、平齊線以及齊北線擴(kuò)能改造后速度均為160 km/h，結(jié)合哈爾濱至漠河間開(kāi)行夕發(fā)朝至列車的運(yùn)輸需求，綜合研究后此段推薦提速至160 km/h方案。

3.3限制坡度的選擇

富嫩線限制坡度的選擇應(yīng)從相鄰線坡度標(biāo)準(zhǔn)、貨流方向及既有線坡度情況綜合考慮。

從相鄰線坡度標(biāo)準(zhǔn)分析，富嫩線運(yùn)量主要來(lái)自嫩林線，后方通道主要為齊北線、平齊線及濱州線，各相關(guān)線既有及規(guī)劃限制坡度見(jiàn)表4。為統(tǒng)一與相鄰線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)路網(wǎng)適應(yīng)性，本線應(yīng)該選擇6‰及以下的限制坡系。

表4　相鄰線坡度標(biāo)準(zhǔn)

從貨流方向分析，本線近期上行方向最大貨流密度為1 757萬(wàn)t，下行方向?yàn)?22萬(wàn)t，貨流方向明顯不平衡，研究年度本線運(yùn)量主要為單向煤炭、木材等大宗貨物，運(yùn)輸組織為“重去空回”。根據(jù)運(yùn)量和車流特點(diǎn)，采用均衡坡方案有較大價(jià)值。因此，重車方向有軟化坡度的必要性，輕車方向則可維持現(xiàn)狀坡度。

從既有線坡度情況分析：既有線限制坡度為12.2/13.5‰，其中富裕至鶴山段(K0+000～K154+500)地處平原區(qū)，地形平坦開(kāi)闊，自然坡度小，該段既有線輕重車方向坡度i>6‰的地段占比均在5%以下，縱斷面條件較好。若限制坡度選擇4‰，將有近20%的地段廢棄，改建工程量較大；若選擇限制坡度6/12.5‰，重車方向改建段落約占4.18%，輕車方向基本不改建，改建工程量較小。

鶴山至嫩江段(K154+500～終點(diǎn))地處階地、臺(tái)地區(qū)，地形起伏，該段重車方向坡度i>6‰的地段占比約為43.36%，輕車方向坡度i>12‰的地段占比約為4.84%，縱斷面條件較差。該段最大坡度上行14.2‰/下行12.9‰，雙方向均有連續(xù)超限坡，大坡度地段需要進(jìn)行補(bǔ)機(jī)摘掛作業(yè)，現(xiàn)狀補(bǔ)機(jī)點(diǎn)設(shè)在新高峰站。若維持既有限坡標(biāo)準(zhǔn)，則影響了運(yùn)輸效率的提高，增加了運(yùn)營(yíng)費(fèi)；若軟化坡度進(jìn)行既有線改建，則既有線大量廢棄，改建工程量巨大，施工過(guò)渡困難。為了與相鄰線統(tǒng)一限制坡度，提高運(yùn)輸效率，該段結(jié)合提速改造，采用軟化坡度至6/12.5‰雙線繞行方案。雙線繞行后，該段運(yùn)營(yíng)時(shí)間可節(jié)省約23 min，25年運(yùn)營(yíng)費(fèi)節(jié)省16 091萬(wàn)元，運(yùn)輸組織順暢，運(yùn)輸效率提高顯著，且能夠滿足富嫩線時(shí)間目標(biāo)值要求。

綜合以上分析，推薦本線改造后限制坡度為上行6‰、下行12.5‰。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)富嫩線修建年代早，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低等特點(diǎn)，本線擴(kuò)能改造研究了增開(kāi)車站、單線電化自閉擴(kuò)能改造、增建二線等多種擴(kuò)能方案，從能力適應(yīng)性、工程投資及與周邊路網(wǎng)相協(xié)調(diào)等方面綜合分析，推薦采取擴(kuò)能效果好、一次投資最省的近期增建二線擴(kuò)能方案。同時(shí)結(jié)合運(yùn)輸組織需求，對(duì)速度目標(biāo)值和限制坡度等主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究比較，解決制約運(yùn)輸能力的薄弱環(huán)節(jié)，盡量避免廢棄工程，在滿足運(yùn)輸需求的要求下盡量節(jié)省投資。富嫩線擴(kuò)能改造的研究對(duì)相關(guān)既有線改造有一定的參考價(jià)值。

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Study on Capacity Expansion and Main Technical Standard of Fuyu to Nenjiang RailwayPENG Jian-suo WANG Guo-lian

(China Railway Engineering Consulting Group Co., Ltd., Beijing 100055, China)

Abstract：Due to earlier construction and low standard of existing Fuyu to Nenjiang Railway, the current capacity is saturated which cannot meet the development needs of passenger and freight traffic, thus expansion and reconstruction were needed. Through a variety of study on expansion plans, construction of second line was recommended. At the same time, in combination with transportation functions and comprehensive consideration of plane and profile condition of existing railway and surrounding railway, technical standards as target speed and ruling grade were compared, recommend Target speed of 160km/h, ruling grade of 6‰ and cancel the pusher engine which affects transport efficiency.

Key words：Fuyu-Nenjiang railway；capacity expansion and revamping；technical standard；schematic study

中圖分類號(hào)：U218

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.05.001

文章編號(hào)：1004-2954(2015)05-0001-04

作者簡(jiǎn)介：彭建鎖(1982—)，男，工程師，2005年畢業(yè)于北京交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：pengjs2001@163.com。

收稿日期：2014-12-16； 修回日期：2014-12-22