德令哈—旺尕秀鐵路技術標準選擇研究

劉海林

(中鐵二院西北勘察設計有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

在進行鐵路建設的可行性研究中，一般應先確定鐵路的主要技術標準，因為鐵路技術標準的選擇直接影響鐵路的工程投資、運輸組織方式及在路網(wǎng)中的作用。類似的研究目前主要為案例分析，本文主要針對德令哈—旺尕秀鐵路的特點進行具體研究。

1 工程概況

德旺鐵路位于青海省海西州德令哈市尕海鎮(zhèn)。線路自西格線德令哈車站東咽喉引出，兩跨G315國道，下穿在建的丹拉高速后進入德令哈工業(yè)園區(qū)，設德令哈工業(yè)園總站，出站后繼續(xù)東偏南行，距尕海南約2 km處設尕海南站，出站后繼續(xù)東偏南行至旺尕秀站。正線全長約50.50 km。本線主要承擔旺尕秀礦區(qū)發(fā)往德令哈工業(yè)園及青海鹽湖集團金屬鎂一體化項目所需的石灰石、德令哈工業(yè)園區(qū)發(fā)往西寧以遠及格爾木地區(qū)的PVC、燒堿等化工產(chǎn)品以及到達的原材料。研究年度內(nèi)預測區(qū)段的貨流密度，近期945萬t/年，遠期1 448萬t/年。本線地理位置如圖1所示。

圖1 新建鐵路德令哈—旺尕秀鐵路專用線地理位置圖

區(qū)域既有鐵路的主要技術標準如表1所示。

表1 相關鐵路主要技術標準

2 德旺鐵路主要技術標準研究

鐵路主要技術標準包括線路等級、正線數(shù)目、限制坡度、最小曲線半徑、牽引種類、牽引質(zhì)量和到發(fā)線有效長等。技術標準的選擇直接影響鐵路的運輸組織、工程投資和運營成本等，根據(jù)本線的特點和功能定位，本文著重研究了該線的限制坡度、牽引方式等技術標準。

2.1 鐵路等級

由于本線主要為工礦企業(yè)，因此，近期預測運量為945萬t/年，依據(jù)《Ⅲ、Ⅳ級鐵路設計規(guī)范》的相關規(guī)定，確定本線鐵路等級為Ⅲ級。

2.2 正線數(shù)目

根據(jù)本線各期運量水平，確定本線正線數(shù)目為單線。

2.3 最小曲線半徑

根據(jù)方案比較，本線采用R-350 m曲線引入德令哈站方案，線路長度較短、投資較少，但該方案曲線半徑小，運營過程中鋼軌和機車磨損嚴重，后期維修量較大，同時線路與315國道并行，引起電力拆遷較大，而R-600 m曲線引入德令哈站方案雖投資較高，設橋跨315國道，對國道運營有一定影響，但曲線半徑大，運營條件較好，后期維修費用較少，引起315國道兩側(cè)的電力拆遷較少，因此，本次推薦將R-600 m曲線引入德令哈站方案。

2.4 限制坡度

限制坡度是影響全局的主要技術標準，其主要因素包括地形類別、運輸需求、牽引種類、機車類型及牽引質(zhì)量等。

2.4.1 沿線自然條件和地形特征

本線地勢由北向南兩邊高、中間低，地面高程為2 850～2 070 m，德令哈站—德令哈工業(yè)園地面最大自然縱坡為11‰，旺尕秀石灰石礦—尕海湖段的地面自然縱坡為20‰。

2.4.2 貨流構成及流向

本線貨流全部為地方運量。上行為重車方向，主要為旺尕秀發(fā)往工業(yè)園區(qū)的石灰石、工業(yè)園區(qū)發(fā)往西格線的燒堿等化工產(chǎn)品，下行為輕車方向，主要為到達工業(yè)園區(qū)的原鹽和焦炭。

2.4.3 綜合必選

2.4.3.1 牽引質(zhì)量與運輸組織分析

本線地處高海拔地，在高海拔情況下，6‰的坡度上單機牽引只有內(nèi)燃機車的NJ2，且電力機車HXD1C可滿足牽引質(zhì)量4 000 t的要求。在其它坡度下，內(nèi)燃、電力機車的單機牽引均不能滿足牽引質(zhì)量4 000 t的要求，在13‰和16‰的坡度上，內(nèi)燃機車雙機牽引只有NJ2可滿足牽引質(zhì)量4 000 t的要求，電力機車HXD1C在13‰的坡度時，雙機牽引可達到牽引質(zhì)量4 000 t的要求，而在18‰的坡度上，都無法滿足牽引質(zhì)量4 000 t的要求。青藏線西格段目前坡度為上行13‰、下行16‰，牽引質(zhì)量4 000 t，為與西格段的限制坡度及牽引質(zhì)量相匹配，減少不必要的換乘作業(yè)，本線的限制坡度可采用13‰和13/16‰的限制坡度方案。

從運輸組織上來說，由于本線的運量主要由發(fā)送的石灰石及工業(yè)制品、到達的原材料等大宗貨物構成。主要經(jīng)青藏鐵路西格段運入和運出，青藏鐵路西格段增建二線后，限制坡度為上行13‰、下行16‰，牽引質(zhì)量4 000 t。因此，在限制坡度選擇時應考慮與相鄰線路相匹配，綜合分析可知13‰、13/16‰限制坡度方案均能滿足要求。

2.4.3.2 與地形適應的條件分析

13‰、13/16‰限制坡度方案距離較近，地質(zhì)條件相當，均經(jīng)過尕海湖西側(cè)山前階地，均能適應地形條件。

2.4.3.3 線路長度、工程投資及運營費分析

13‰限制坡度方案線路長度為50.50 km，建筑長度總長為49.60 km，土石方332.77萬m3，設大橋887 m/2座，涵洞3194 m/215座，靜態(tài)投資約為94 240.18萬元。

13/16‰為限制坡度方案，線路長度49.60km，建筑長度為48.7 km，土石方為329.57萬m3。設大橋887 m/2座，涵洞3 194 m/213座，靜態(tài)投資約為93 935.41萬元。

13‰限制坡度方案線路長度為50.5 km，較13/16‰限制坡度方案長0.9 km，主要工程投資僅高出304.77萬元，但坡度較緩，運營費較省。

2.4.4 推薦意見

根據(jù)綜合比較，13‰和13/16‰限制坡度方案均能與相鄰線路相匹配，由于13‰限制坡度方案主要工程投資僅高304.77萬元，但坡度較緩，運營費較省，因此，本次推薦13‰限制坡度方案。

2.5 牽引種類

2.5.1 電力與內(nèi)燃牽引特點

電力機車與內(nèi)燃機車相比，具有牽引力大、起動加速快、制動性能好的特點，對增加列車質(zhì)量、提高行車速度、擴大運輸能力具有很大的適應性，還有環(huán)境污染小、熱效率高、節(jié)省能源等優(yōu)點。因此，在長大坡道及長隧道、高海拔地區(qū)的線路上一般優(yōu)先使用電力機車牽引。內(nèi)燃機車的功率一般小于電力機車，計算速度較低，其動力燃料為柴油，機車運行時燃油消耗量大，燃油價格波動性大，同時也不利于能源的節(jié)約和環(huán)境保護，內(nèi)燃機車在高海拔地區(qū)，柴油機功率降低較嚴重，而本線的特點是坡度大、海拔高，采用內(nèi)燃牽引將給運營帶來較多的困難。

2.5.2 從走行時間分析

經(jīng)分析計算，電力牽引較內(nèi)燃牽引可節(jié)省時間20.5 min，考慮到總的機車換掛時間，一共可節(jié)省120.5 min。

2.5.3 機車交路比較

方案一：電力機車牽引。

本線接軌的西格線已完成電氣化改造，如本線采用電力機車牽引，可利用格爾木機車運用車間電力機車擔當格爾木—工業(yè)園區(qū)以及察爾汗—工業(yè)園區(qū)、旺尕秀的機車交路；柯柯機務折返段電力機車擔當柯柯—工業(yè)園區(qū)的機車交路；西寧機務段電力機車擔當西寧—哈爾蓋、柯柯、德令哈、工業(yè)園區(qū)及格爾木的機車交路；工業(yè)園區(qū)建電力機車整備所擔當工業(yè)園區(qū)—旺尕秀的機車交路。本方案的優(yōu)點是新建設備少，牽引種類和牽引質(zhì)量與既有西格線一致，可實現(xiàn)直進直出，減少機車換掛，加速機車車輛周轉(zhuǎn)，有利于提高運輸效率。本方案機車交路如圖2所示。

圖2 方案一的機車交路圖

方案二：內(nèi)燃機車牽引，在德令哈站換掛機車。

如本線采用內(nèi)燃機車牽引，由于西格線已完成電氣化改造，則必須進行電力機車與內(nèi)燃機車的換掛。如在德令哈站進行換掛機車，由于本線近期列車對數(shù)已達到10.5對，則德令哈站需在原改建方案(電力牽引)的基礎上新建機車整備所，并增設3條機車整備線，工程投資較大，且對德令哈車站改造較大，嚴重影響西格線運營，所以本方案基本不可行。

方案三：內(nèi)燃機車牽引，在德令哈工業(yè)園區(qū)站換掛機車。

如本線采用內(nèi)燃機車牽引，在德令哈工業(yè)園區(qū)站換掛機車，則德令哈—工業(yè)園區(qū)采用電力牽引，工業(yè)園區(qū)—旺尕秀站采用內(nèi)燃牽引，必須在工業(yè)園區(qū)站新設內(nèi)燃機車整備所。由于本方案的牽引種類與西格線不匹配，勢必增加機車換掛，不利于機車車輛周轉(zhuǎn)，且本線限制坡度為13‰，采用DF8B型則只能滿足3 400 t的牽引質(zhì)量，還需在工業(yè)園區(qū)站進行集結(jié)補軸，勢必大幅增加機車車輛周轉(zhuǎn)時間。同時德令哈站—德令哈工業(yè)園區(qū)仍是電力牽引，工程投資的節(jié)省有限。本方案機車交路如圖3所示。

2.5.4 內(nèi)燃和電力方案的經(jīng)濟性比較

本次研究對坡度13‰方案進行了電力和內(nèi)燃的運營費比較(計算期20年)，具體如表2所示。

表2 不同牽引種類運營費比較表

由表2可知：電力牽引與內(nèi)燃牽引相比，在計算期內(nèi)運營費和機車購置費共節(jié)省30 756萬元，而電力牽引工程投資僅增加6 300萬元；從經(jīng)濟性比較，電力牽引方式也要優(yōu)于內(nèi)燃牽引。因此，本線推薦電力牽引。

2.5.5 研究結(jié)論

本線主要服務于旺尕秀石灰石礦及德令哈工業(yè)園，處于高海拔地區(qū)，約有12 km長大坡道。電力牽引與內(nèi)燃牽引相比雖一次性投資大，但運營費成本節(jié)省明顯，綜合經(jīng)濟性較好。與本線相鄰的青藏鐵路西格段電氣化已開通，從統(tǒng)一技術標準、與相鄰鐵路協(xié)調(diào)配套、實現(xiàn)企業(yè)綜合效益最大化等方面考慮，本線宜采用電力牽引。

圖3 方案三的機車交路圖

2.6 機車類型、牽引質(zhì)量及到發(fā)線有效長度

2.6.1機車類型

本線相鄰線青藏鐵路西格段已完成電氣化擴能改造，機車類型采用HXD系列，本線機車類型的選擇宜考慮與相鄰線一致，從而為路企直通運輸創(chuàng)造良好的條件，故本線機車類型推薦采用HXD系列電力機車。

2.6.2 牽引質(zhì)量

研究年度內(nèi)青藏鐵路西格段牽引質(zhì)量為4 000 t，蘭青線牽引質(zhì)量為4 000 t，擬建鐵路敦格線牽引質(zhì)量為4 000 t。從本段車流特點分析，其運輸徑路主要為青藏鐵路西格段、蘭青線，因此，本線牽引質(zhì)量宜與相鄰線青藏鐵路西格段及蘭青線牽引質(zhì)量協(xié)調(diào)一致，即采用4 000 t。

3）如樹皮有凍破開裂，可及時使用透氣性好的材料包扎傷口，防止水分蒸發(fā)、雜菌感染，以利傷口愈合。不能使用藥劑處理受凍傷口。

2.6.3 到發(fā)線有效長度

本線最大牽引質(zhì)量為4 000 t，到發(fā)線有效長度需滿足牽引質(zhì)量4 000 t的要求。牽引質(zhì)量4 000 t時對應到發(fā)線的有效長度為850 m。由于本線采用雙機牽引，另加30 m，故推薦本線到發(fā)線有效長度為880 m。

2.7 德旺鐵路主要技術標準

通過以上分析，德旺鐵路主要技術標準的推薦意見如下：

1)鐵路等級：Ⅲ級;

2)正線數(shù)目：單線;

3)限制坡度：13‰;

4)最小曲線半徑：600 m;

5)牽引種類：電力;

6)機車類型：HXD系列;

7)牽引質(zhì)量：4 000 t;

8)到發(fā)線有效長度：880 m。

3 結(jié)束語

德令哈—旺尕秀鐵路是當?shù)厥沂Y源開發(fā)利用及德令哈工業(yè)園區(qū)的配套工程，是一條貨運鐵路。本文通過對工程投資、運輸組織和運營成本等方面的綜合比較，最終推薦德旺鐵路限制坡度采用13%，牽引種類采用電力牽引，該技術標準可滿足本線的運輸要求，且具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。同時通過對本項目的研究，也能為青海省鐵路建設積累經(jīng)驗。

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