利用成綿樂城際鐵路運(yùn)輸 500 m 長鋼軌裝運(yùn)方案研究

李善坡，劉 飛，汪正義

(1. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081；2. 中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京100081)

在成貴客運(yùn)專線(成都東—貴陽東)建設(shè)過程中，樂山端鋪軌基地承擔(dān)了258雙線公里500 m長鋼軌鋪軌任務(wù)。由于沒有既有貨運(yùn)線路直通鋪軌基地，需要修建臨時便線連通既有貨運(yùn)線和鋪軌基地，鋪軌任務(wù)完成后需拆除，采用此方案需要大量的資金投入，而且建設(shè)周期長，組織實施難度大[1]。如果采用既有成綿樂城際鐵路(成都東—峨眉山)在天窗點運(yùn)輸長鋼軌，則可以將長鋼軌直接運(yùn)送至鋪軌基地，無需大規(guī)模投資建設(shè)便線，縮短建設(shè)周期。但是，由于線路運(yùn)行條件的不同，并且尚無成熟的經(jīng)驗可以借鑒，結(jié)合既有500 m長鋼軌裝載加固方案，以及既有成綿樂城際鐵路線路條件，通過牽引計算[2]、過分相計算和運(yùn)行試驗對利用成綿樂城際鐵路運(yùn)輸500 m長鋼軌裝運(yùn)方案進(jìn)行分析和研究[3]，為該方案運(yùn)輸可行性提供理論支撐。

1 運(yùn)輸 500 m 長鋼軌裝載方案選擇

目前，500 m長鋼軌既有線運(yùn)輸[4]主要采用T11長鋼軌運(yùn)輸專用列車裝運(yùn)和500 m長鋼軌普通平車裝運(yùn)2種方案。

T11長鋼軌運(yùn)輸專用列車于1988年正式投入運(yùn)用，運(yùn)輸車組共使用43輛不同用途的車輛，包括宿營車1輛、發(fā)電車1輛、安全車2輛、運(yùn)軌車31輛、鎖定車4輛和作業(yè)車4輛，并配備車組乘務(wù)和操作人員18人。運(yùn)輸車組最大可裝載4層56根60 kg/m鋼軌，鋼軌裝載量為1 680 t，總重約2 892 t，長度約605.8 m。

500 m長鋼軌普通平車裝運(yùn)方案采用木地板平車(含平集共用車)總計36輛，裝載4層共50根鋼軌，鋼軌裝載量為1 500 t，總重約2 370 t，長度約507 m，運(yùn)輸車組最高運(yùn)行速度為120 km/h，非超重超限運(yùn)輸，方便運(yùn)輸組織管理。500 m長鋼軌普通平車專列自2008年8月投入運(yùn)用以來，已運(yùn)輸500 m長鋼軌約1 000余萬t。

T11長鋼軌運(yùn)輸專用列車與500 m長鋼軌普通平車列車參數(shù)如表1所示。由表1可知，T11長鋼軌運(yùn)輸專用列車自重較大，在同等牽引條件下，采用普通平車列車運(yùn)輸500 m長鋼軌重量較大，能夠減少長鋼軌列車通過成綿樂城際鐵路次數(shù)，降低長鋼軌列車對成綿樂城際鐵路的不利影響。中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司(以下簡稱“成都鐵路局”)石板灘焊軌基地已配備有4列500 m長鋼軌普通平車運(yùn)輸列車，而且普通平車運(yùn)輸方式車輛和裝載加固裝置來源廣泛，具備采用500 m長鋼軌普通平車裝運(yùn)方案運(yùn)輸長鋼軌的條件?；谏鲜龇治?，利用成綿樂城際鐵路運(yùn)輸長鋼軌建議采用500 m長鋼軌普通平車裝運(yùn)方案。

表1T11長鋼軌運(yùn)輸專用列車與500m長鋼軌普通平車列車參數(shù)Tab.1 Parameters of T11 special train and ordinary fl at car for 500 m long rail transportation

2 利用成綿樂城際鐵路運(yùn)輸 500 m 長鋼軌裝運(yùn)方案研究

從選擇合適運(yùn)行徑路、計算牽引質(zhì)量確定鋼軌裝載量、計算過分相確定車組能否順利通過分相區(qū)3個方面分析確定500 m長鋼軌普通平車裝運(yùn)細(xì)化方案，并通過試驗對方案的可行性和安全性進(jìn)行驗證。

2.1 運(yùn)行徑路選擇

根據(jù)成都鐵路樞紐總圖，可選取長鋼軌列車運(yùn)行徑路如下。下行方向運(yùn)輸徑路：石板灘站—成都東達(dá)成場Ⅷ道—東環(huán)上行線—成都南站Ⅵ道—成貴客運(yùn)專線下行線至樂山站Ⅷ道，進(jìn)入鋪軌基地工程線。上行方向運(yùn)輸徑路：鋪軌基地工程線—樂山站10道—成貴客運(yùn)專線上行線(樂山至成都南)—成都南Ⅶ道—經(jīng)35#-33#-31#岔—東環(huán)上行線—成都東站達(dá)成場Ⅷ道—石板灘站。該徑路石板灘至鋪軌基地運(yùn)輸距離約為157.575 km。

2.2 牽引質(zhì)量計算

2.2.1 機(jī)車選型

根據(jù)成綿樂城際鐵路線路條件可知，在樂山站成綿樂車場至樂山車站成貴車場轉(zhuǎn)場聯(lián)絡(luò)線部分區(qū)域下行限制坡度為-29.9‰。長鋼軌運(yùn)輸列車重車下行，空車上行。由牽引質(zhì)量范圍可知，需雙機(jī)重聯(lián)牽引，受雙機(jī)重聯(lián)時受電弓間距限制，機(jī)車采用SS3和DF4B型機(jī)車[5]。

2.2.2 SS3型機(jī)車最低計算速度牽引質(zhì)量計算

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，SS3型機(jī)車在20‰限制坡道上以最低計算速度48 km/h等速運(yùn)行時的牽引質(zhì)量可以表示為

式中：G1為SS3型機(jī)車計算牽引質(zhì)量，t；FJ1為SS3型機(jī)車計算牽引力，kN；λy為機(jī)車牽引力使用系數(shù)；P為機(jī)車質(zhì)量，t；ω1'為SS3型機(jī)車運(yùn)行單位基本阻力，，其中v1為 SS3型機(jī)車最低計算速度，N/kN；為SS3型貨車運(yùn)行單位基本阻力，ix為城際鐵路限制坡度千分?jǐn)?shù)；g為重力加速度，9.81 m/s2。

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，v1取值為48 km/h，計算得出N/kN ；取值為317.8 kN；P取值為138 t；ix取值為20；λy取值為0.9。根據(jù)公式 ⑴，計算得出G1= 1 207.44 t。

2.2.3 DF4B型機(jī)車最低計算速度牽引質(zhì)量計算

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，DF4B型機(jī)車在20‰限制坡道上以最低計算速度21.8 km/h等速運(yùn)行時的牽引質(zhì)量可以表示為

式中：G2為DF4B型機(jī)車計算牽引質(zhì)量，t；為DF4B型機(jī)車計算牽引力，kN；為DF4B型機(jī)車運(yùn)行單位基本阻力其中v2為DF4B型機(jī)車最低計算速度，N/kN；為DF4B型貨車運(yùn)行單位基本阻力

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，v2取值為21.8 km/h，計算得出取值為313 kN；P取值為138 t；ix取值為20；λy取值為0.9。根據(jù)公式 ⑵，計算得出G2= 1 213.04 t.

2.2.4 雙機(jī)重聯(lián)牽引質(zhì)量計算

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，SS3和DF4B型機(jī)車雙機(jī)重聯(lián)牽引力G=G1+ 0.95G2。采用SS3和DF4B型機(jī)車雙機(jī)重聯(lián)，按照限坡20‰以機(jī)車計算速度等速運(yùn)行時，牽引質(zhì)量為2 359.83 t，500 m長鋼軌普通平車裝運(yùn)方案車組總重2 370 t，當(dāng)裝載3層時車組總重為2 070 t，滿足牽引要求，因而長鋼軌運(yùn)輸列車可按裝載3層進(jìn)行組織，方案的安全性需通過運(yùn)行試驗進(jìn)一步驗證。

2.3 機(jī)車過分相計算

我國電氣化鐵路中接觸網(wǎng)采用循環(huán)換相的供電模式，線路中的換相區(qū)間稱為電分相，同一條線路中各個電分相所處線路狀況不盡相同，當(dāng)電分相區(qū)位于大上坡位置時，如果列車運(yùn)行速度過低，容易出現(xiàn)停車事故，因而需進(jìn)行過分相計算。成綿樂城際鐵路接觸網(wǎng)分相信息如表2所示，成綿樂城際鐵路下行線總計6處，第一個分相區(qū)所處坡度最大6‰，直線路段長度為275 m。

通過分相區(qū)時，長軌列車機(jī)車斷電，靠自身動能沖過去，需要克服坡度阻力、機(jī)車阻力和列車阻力所導(dǎo)致的能量消耗，即需要滿足公式 ⑶ 的要求[6]。

式中：m1為機(jī)車總質(zhì)量，t；m2為長鋼軌車組質(zhì)量，t；v為列車運(yùn)行速度，m/s；為機(jī)車運(yùn)行單位基本阻力，N/kN；為貨車運(yùn)行單位基本阻力，N/kN；l為分相區(qū)長度，m；h為分相區(qū)長度范圍內(nèi)，長鋼軌列車垂直上升高度，m。

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，m1取值為276 t；m2取值為 2 070 t；v取值為 11.11 m/s；取值為3.74 N/kN；取值為2.31 N/kN；l取值為275 m；h取值為1.65 m。將以上數(shù)據(jù)帶入公式 ⑶，計算得出144 785 853≥48 024 738，由此判斷，長鋼軌列車在成綿樂城際鐵路通過分相時，按運(yùn)行速度40 km/h檢算，列車動能遠(yuǎn)大于坡度阻力、機(jī)車和車輛阻力導(dǎo)致的能量消耗，能夠通過分相。

2.4 方案確定及試驗驗證

綜上所述，500 m長鋼軌在現(xiàn)有定型方案的基礎(chǔ)上減少一層裝載通過成綿樂城際鐵路進(jìn)行運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)可行，方案共裝載40根500 m長鋼軌，約1 200 t，采用SS3和DF4B型機(jī)車雙機(jī)牽引運(yùn)輸。

為進(jìn)一步驗證方案的安全性，于2017年12月在天窗點進(jìn)行了2次運(yùn)行試驗，試驗列車按直線最大運(yùn)行速度60 km/h組織，12號道岔側(cè)向通過速度最大為30 km/h，18號及以上道岔側(cè)向通過速度最大為45 km/h。試驗過程中對方案的裝載加固性能、車輛動力學(xué)性能[7]、軌道、道岔和橋梁結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能進(jìn)行了監(jiān)測，試驗過程中運(yùn)行狀況良好[8]，各項監(jiān)測指標(biāo)均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

表2 成綿樂城際鐵路接觸網(wǎng)分相信息Tab.2 Message of neutral phase section for Chengdu-Mianyang-Leshan intercity railway

3 結(jié)束語

長鋼軌運(yùn)輸屬于鐵路超長貨物運(yùn)輸，是鐵路運(yùn)輸?shù)囊淮箅y題。自新中國成立以來，我國一直在不斷研究和完善長鋼軌運(yùn)輸技術(shù)，自2007年以來先后研究制訂了100 m、500 m等長度鋼軌采用普通平車通過既有線裝運(yùn)技術(shù)方案，解決了我國高速鐵路和客運(yùn)專線建設(shè)大規(guī)模運(yùn)軌需求，利用成綿樂客專運(yùn)輸500 m長鋼軌裝運(yùn)方案的研究進(jìn)一步擴(kuò)大了采用普通平車運(yùn)輸長鋼軌的適用范圍，為高速鐵路和客運(yùn)專線建設(shè)進(jìn)一步提供了技術(shù)保障。隨著我國高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)，仍會出現(xiàn)沒有既有貨運(yùn)線路直通鋪軌基地的情況，利用成綿樂城際鐵路運(yùn)輸500 m長鋼軌裝運(yùn)方案的研究和成功運(yùn)用對于今后采用城際鐵路運(yùn)輸長鋼軌具有借鑒意義。