新建松江河—長白鐵路主要技術標準的研究

郭俊清，張耕寧

（1.沈陽鐵道勘察設計院有限公司 線路運輸設計所，遼寧 沈陽 110013；2.石家莊鐵道大學 研究生學院，河北 石家莊 050043）

1 松長鐵路相鄰鐵路主要技術標準分析

新建松江河—長白鐵路(以下簡稱“松長鐵路”)位于吉林省白山市境內(nèi)。松江河站為渾白鐵路(白山—白河)上的中間站，宇松鐵路(靖宇—松江河)與松江河站接軌。松長鐵路自松江河站引出，正線與宇松鐵路貫通設置，轉(zhuǎn)向南過漫江鎮(zhèn)設漫江站，之后線路在遠離長白山自然保護區(qū)的山區(qū)穿行，止于長白朝鮮族自治縣，新建線路長度為139.46 km。新建松長鐵路不僅能夠增強路網(wǎng)機動靈活性，完善區(qū)域路網(wǎng)構成，還能暢通區(qū)域交流，發(fā)展地方經(jīng)濟[1]。同時，建設松長鐵路一方面是加強國防建設的需要，另一方面也是連接朝鮮惠山口岸的重要鐵路通道，為長白口岸建設和發(fā)展對朝貿(mào)易鋪平道路。

由于鐵路主要技術標準的選擇是一個系統(tǒng)工程，也是新建鐵路設計的重要前提條件，特別是限制坡度、速度目標值、最小曲線半徑、到發(fā)線有效長等，建成后很難更改[2]。選定的主要技術標準也是軌道結構類型[3]、路基工程設計選擇的依據(jù)[4]。因此，根據(jù)松長鐵路在路網(wǎng)中的意義及項目所處位置的地形條件，借鑒松長鐵路相鄰鐵路的主要技術標準，對松長鐵路主要技術標準的選擇具有十分必要的意義。

區(qū)域內(nèi)相鄰鐵路的主要技術標準是新建松長鐵路主要技術標準選擇的參考依據(jù)。松長鐵路的相鄰鐵路主要有渾白鐵路、宇松鐵路、白和鐵路(白河—和龍)、鴨大鐵路(鴨園—大栗子)、宇輝鐵路(靖宇—輝南)等。相鄰鐵路主要技術標準如表1所示。

2 松長鐵路主要技術標準選擇

松長鐵路為一條邊境鐵路，具有較強的軍事意義，同時對促進沿線經(jīng)濟發(fā)展及中朝貿(mào)易起到推動作用。該線路所經(jīng)過的地段為長白熔巖臺地地貌，前80 km地段地勢整體起伏不大，局部地勢陡峭，后60 km地段地貌主要為中低山區(qū)，地勢起伏較大。松長鐵路中較難確定的主要技術標準有旅客列車行駛速度、限制坡度、牽引種類、牽引質(zhì)量等，根據(jù)該項目在路網(wǎng)中的意義和作用，以及項目所處位置的地形地貌特點，通過技術經(jīng)濟比選，重點對以上主要技術標準的選擇進行研究。

2.1 旅客列車行駛速度

松長鐵路為客貨兼顧的鐵路，近期(2025年)開行旅客列車5對/d，旅客以旅游客流為主。貨物列車行駛速度較低?；诼每统鲂行枨?，對120 km/h、120 km/h平面預留160 km/h、160 km/h、200 km/h 4個速度目標值方案進行比選分析如下。

（1）速度目標值。松長鐵路為中朝邊境鐵路，區(qū)域內(nèi)常駐人口較少，可以吸引的客流有限，如果采用200 km/h的行駛速度，工程投資巨大，運營后效益較差。因此，重點研究120 km/h、120 km/h平面預留160 km/h、160 km/h 3個速度目標值方案。區(qū)域內(nèi)相鄰鐵路規(guī)劃旅客列車行駛速度為120 km/h，考慮為遠期(2035年)提速留有一定余地，因而采用120 km/h平面預留160 km/h速度目標值方案更為合理。

表1 相鄰鐵路主要技術標準Tab.1 Main technical standards for adjacent railways

（2）工程建設。結合松長鐵路地形情況，如果按200 km/h速度目標值方案設計，最小曲線半徑需要采用2 800 m，工程規(guī)模巨大，投資成本最高。此外，松長鐵路為連通吉林省東部與長白縣的1條支線，按照200 km/h速度目標值方案設計經(jīng)濟效益最差，故予以舍棄。

松長鐵路的前80 km區(qū)段，地形相對平坦，對于選擇120 km/h或160 km/h速度目標值方案，平面條件不受限制。后60 km區(qū)段，地形起伏很大，主要為長白山火山噴發(fā)沖溝地貌，線路選線平面條件嚴重受限。因此，僅對松長鐵路120 km/h速度目標值方案、160 km/h速度目標值方案、120 km/h平面預留160 km/h速度目標值方案進行工程投資比較。在比選范圍內(nèi)，線位走向基本一致，受橋梁、隧道、線路標準及設站條件的限制，局部有所調(diào)整，速度目標值方案比較線路平面示意圖如圖1所示。

120 km/h平面預留160 km/h速度目標值方案雖然運行時間相對較長，但該速度目標值方案與相鄰鐵路標準匹配，比160 km/h速度目標值方案工程投資節(jié)省26 961萬元。同時，該方案更適應地形、工程實施難度較小，相對而言有利于設置站點，還可以為將來提速留有條件。從長遠發(fā)展的角度考慮，推薦采用120 km/h平面預留160 km/h速度目標值方案。

（3）客流分布及旅行時間。長白山地區(qū)旅游客流主要包括松江河地區(qū)(即池西區(qū))、白河地區(qū)(即池北區(qū))、長白縣十五道溝(即池南區(qū))的客流，各占約1/3。松長鐵路開行旅客列車的主要區(qū)間為松江河—長白。如果速度目標值采用120 km/h，運行時間為82 min；采用160 km/h，運行時間為70 min，可知采用160 km/h速度目標值比120 km/h速度目標值的時間僅節(jié)省12 min，但投資成本增加26 961萬元，節(jié)時效益相當于2 246.75萬元/min。然而，相對公路運輸，松江河—長白的運行時間可以節(jié)省2 h。從鐵路運輸與公路運輸?shù)倪\行時間對比來看，鐵路運輸?shù)膬?yōu)勢非常明顯。

綜合以上分析，推薦旅客列車行駛速度采用120 km/h平面預留160 km/h速度目標值方案。

2.2 限制坡度

設計新建鐵路的限制坡度一方面需要綜合考慮地形、牽引動力條件、運量及相鄰鐵路的牽引定數(shù)等因素。另一方面，也需要通過多角度比選才能確定限制坡度，不僅影響線位走向及車站分布，還直接影響線路通過能力、行駛速度、工程投資、運營支出和經(jīng)濟效益，因而限制坡度是鐵路全局性技術標準[5]。從貨物流向和運輸組織、相鄰鐵路的既有及規(guī)劃限制坡度、運營費等角度對新建松長鐵路的限制坡度進行比選分析如下。

圖1 速度目標值方案比較線路平面示意圖Fig.1 Comparison of line plane diagram of speed target value scheme

（1）貨物流向和運輸組織。沈陽及其以遠方向的主流貨物選擇渾白鐵路—梅集鐵路—沈吉鐵路(沈陽—吉林)運輸，雖然距離繞遠了114 km，但可以與四平—白河通道規(guī)劃的限制坡度相適應(四平—通化段的限制坡度為9‰、通化—松江河段的限制坡度為15‰)，即可以避免頻繁地增減軸作業(yè)，運輸順暢，提高運輸效率。松長鐵路地處長白山地勢最為陡峭地區(qū)，地形特別復雜，選擇9‰限制坡度方案的工程量十分巨大，投資最高，故予以舍棄。

（2）相鄰鐵路的既有及規(guī)劃限制坡度。與松長鐵路相鄰的鐵路有宇松鐵路、宇輝鐵路、渾白鐵路等，其限制坡度在 14.5‰ ～ 17.5‰ ～ 25‰ 之間，變化范圍較大，鐵路所處位置地形起伏很大。白和鐵路、宇松鐵路的限制坡度為14.5‰，四松鐵路(四平—松江河)規(guī)劃限制坡度為15‰?？紤]到松長鐵路地處山區(qū)，地勢陡峭，地形起伏大，為減少工程投資，應考慮選擇較大限制坡度以適應地形條件。

為合理確定松長鐵路的限制坡度，分別考慮13‰限制坡度方案、15‰限制坡度方案，以及25‰ 限制坡度方案。①采用13‰限制坡度方案，近期通過采用大功率機車牽引，既可以滿足松長鐵路的運輸需要，也可以與通化—松江河段的設計坡度相協(xié)調(diào)，為將來發(fā)展預留條件。②采用15‰限制坡度方案，可以與既有白和鐵路及宇松鐵路限制坡度相統(tǒng)一，但宇輝鐵路的限制坡度為18‰，仍然需要進行增減軸作業(yè)。③采用25‰限制坡度方案，可以滿足運量的需要，但采用25‰限制坡度會與相鄰線路不匹配，為便于運輸組織，避免增減軸作業(yè)，松長鐵路列車需要在近期、遠期均按雙機牽引作業(yè)，運輸組織復雜，運輸費用高，故該鐵路的限制坡度不宜采用25‰限制坡度方案。

（3）運營費分析。運營費即鐵路建成后的運營成本，直接與鐵路營業(yè)收入相關。項目選用的限制坡度不同，其建設費用、運營費、換算工程費現(xiàn)值等相應會有所不同，松長鐵路換算工程投資現(xiàn)值比較如表2所示。

由松長鐵路的工程投資費用(靜態(tài))和列車運營費的比較分析可知，近期列車運營費13‰限制坡度方案比15‰限制坡度方案和25‰限制坡度方案分別節(jié)省43萬元和1 201萬元，遠期節(jié)省68萬元和1 694萬元，換算工程費現(xiàn)值(動態(tài)) 13‰限制坡度方案比15‰限制坡度方案和25‰限制坡度方案分別節(jié)省294.47萬元和66 973.59萬元。由數(shù)據(jù)可知，13‰限制坡度方案運營成本低、投資效益好。因此，松長鐵路推薦采用13‰限制坡度方案。此外，結合相鄰鐵路技術標準及牽引種類，采用13‰限制坡度方案，會與相鄰鐵路的限制坡度、牽引質(zhì)量統(tǒng)一，運輸組織協(xié)調(diào)一致，并且工程投資少，因而松長鐵路的限制坡度推薦采用13‰限制坡度方案。

2.3 牽引種類

牽引種類是鐵路主要技術標準的重要內(nèi)容，其選擇對鐵路運輸能力和運營效率、工程難度和車站設置合理性都有很大影響，同時對運輸能力、行駛速度及工程投資也具有重要的影響[6]。從與相鄰鐵路的牽引種類相適應、與我國牽引力發(fā)展方向相適應、運營費等角度對新建松長鐵路的牽引種類進行比選分析如下。

表2 松長鐵路換算工程投資現(xiàn)值比較 萬元Tab.2 Comparison of converted present value of project investment of Songjianghe-Changbai railway

（1）與相鄰鐵路的牽引種類相適應。目前，東北地區(qū)普通鐵路中除京哈鐵路(北京—哈爾濱)、沈大鐵路(沈陽—大連)、溝海鐵路(溝幫子—海城)等為電力牽引外，區(qū)域內(nèi)與松長鐵路相鄰的鐵路如渾白鐵路、沈吉鐵路、白和鐵路、宇松鐵路、通灌鐵路(通化—灌水)等均為內(nèi)燃牽引。根據(jù)相關規(guī)劃，研究年度內(nèi)沈吉鐵路、梅集鐵路、渾白鐵路將進行電氣化改造，通灌鐵路、宇松鐵路預留了電氣化條件，鴨大鐵路、鳳上鐵路(鳳凰城—上河口)也將適時進行擴能改造(預留電氣化條件)，剩余線路規(guī)劃為內(nèi)燃牽引。由此可知，區(qū)域通道規(guī)劃牽引種類主流為電力牽引，故松長鐵路應采用電力牽引。

（2）與我國牽引力發(fā)展方向相適應。目前，我國電力牽引里程約占總里程的30%，電氣化率遠低于世界先進水平。根據(jù)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，鐵路線路的復線率和電氣化率將超過60%，電氣化率比現(xiàn)狀提高約30%。松長鐵路采用電力牽引的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：①可以與相關通道協(xié)調(diào)統(tǒng)一，有利于生產(chǎn)力合理布局及電氣化成網(wǎng)，實現(xiàn)規(guī)模效益；②滿足《鐵路技術政策》，符合鐵路科技發(fā)展要求；③松長鐵路地處山區(qū)，沿線地形起伏大，地勢險峻，采用功率大、速度高的電力機車進行牽引，可以獲得較高的列車運行速度，從而提高列車通過能力；④《中國節(jié)能技術政策大綱》明確提出，鐵路運輸應大力發(fā)展電力牽引，從而降低牽引動力能耗，因而松長鐵路采用電力牽引與建設資源節(jié)約型社會相吻合，并且更加符合我國將來牽引力發(fā)展方向。

（3）運營費分析。根據(jù)推薦的13‰限制坡度方案，進一步對內(nèi)燃方案及電氣化方案的工程投資及運營費進行比較分析，得到近期換算工程費現(xiàn)值比較如表3所示。

由工程投資費用(靜態(tài))和列車運營費的比較分析可知，13‰限制坡度電氣化方案與13‰限制坡度內(nèi)燃方案相比，電氣化方案列車運營費比內(nèi)燃方案列車運營費節(jié)省1 097萬元/a；換算工程運營費(動態(tài))電氣化方案較內(nèi)燃方案節(jié)省4 754.04萬元。

因此，松長鐵路的牽引種類推薦采用電力牽引。

2.4 牽引質(zhì)量

從與相鄰鐵路技術標準適應性分析，松長鐵路直接相關線路牽引質(zhì)量如表4所示。

研究年度內(nèi)松長鐵路后方通道梅集鐵路、渾白鐵路將完成電氣化改造，采用HXD系列機車牽引，各線牽引質(zhì)量多為4 000 ～ 5 000 t，考慮松長鐵路的限制坡度及將來我國機車發(fā)展趨勢，HXD系列機車更適合地形復雜、限制坡度大的山區(qū)鐵路。此外，考慮松長鐵路運輸貨物品類單一，并且運輸徑路適合開行整列直達列車，故建議該線采用HXD系列機車，雙機牽引，牽引質(zhì)量為5 000 t。

表3 近期換算工程費現(xiàn)值比較 萬元Tab.3 Comparison of near-term converted project cost present value

表4 松長鐵路直接相關線路牽引質(zhì)量Tab.4 Traction quality of the direct related lines of Songjianghe-Changbai railway

2.5 主要技術標準分析

根據(jù)預測運量確定鐵路等級、正線數(shù)目，根據(jù)旅客列車行駛速度確定最小曲線半徑，根據(jù)牽引質(zhì)量設計車站到發(fā)線有效長等[7]，綜合得到松長鐵路推薦的主要技術標準如下。鐵路等級：Ⅱ級(線下Ⅰ級)；正線數(shù)目：單線；限制坡度：13‰；旅客列車行駛速度：120 km/h平面預留160 km/h速度目標值；最小曲線半徑：一般1 200 m、困難800 m；牽引種類：電力；機車類型：HXD系列；牽引質(zhì)量：5 000 t；到發(fā)線有效長：1 080 m；閉塞類型：自動站間閉塞。

3 結束語

通過運用定性與定量相結合的思維模式，采取包含技術經(jīng)濟比選、運營成本、經(jīng)濟與社會效益等多角度綜合比選的研究方法來確定松長鐵路的主要技術標準，既符合相關規(guī)范要求和國家產(chǎn)業(yè)政策，滿足運量需求，又可以為項目后續(xù)設計提供指導原則，其選擇的合理性也將會對今后線路及站場的改造產(chǎn)生直接影響[8]。選擇主要技術標準是新建鐵路設計的重要前提條件，在對新建鐵路進行主要技術標準選擇時，不僅應綜合考慮國家和行業(yè)規(guī)劃，把握新建鐵路在路網(wǎng)中的作用及功能定位，堅持貫徹強本簡末、強干弱支的原則，以預測客貨運量為依據(jù)，綜合考慮收支平衡[9]，還應適當超前，留有足夠的發(fā)展空間，以適應將來的客貨運量變化。