鄭萬(wàn)鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇

■ 陳俊 焦新坡

鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)鐵路近、遠(yuǎn)期運(yùn)量確定鐵路等級(jí)和正線數(shù)目，結(jié)合地形、工程投資和相鄰鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定速度目標(biāo)值、最大坡度和牽引質(zhì)量等[1-2]。結(jié)合鄭萬(wàn)鐵路（鄭州—萬(wàn)州）主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇實(shí)踐，就鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇進(jìn)行探究。

1 相鄰線鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

鄭萬(wàn)鐵路位于豫、鄂、渝三省市境內(nèi)，北接京廣、隴?？蛯＃信c既有焦柳鐵路、寧西鐵路、襄渝鐵路，規(guī)劃的運(yùn)（城）十（堰）宜（昌）鐵路、武西客專、安（康）張（家界）常（德）鐵路等相交，南端連接萬(wàn)州，并通過(guò)渝萬(wàn)客專達(dá)重慶。相鄰鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇

2.1 鐵路等級(jí)及正線數(shù)目

鄭萬(wàn)鐵路本線只承擔(dān)旅客運(yùn)輸任務(wù)，鐵路等級(jí)為客運(yùn)專線。近、遠(yuǎn)期區(qū)間最大列車(chē)對(duì)數(shù)分別為90對(duì)/d和129對(duì)/d，為滿足運(yùn)輸能力、服務(wù)頻率和速度的高標(biāo)準(zhǔn)需求，應(yīng)一次修建雙線。

2.2 速度目標(biāo)值

2.2.1 速度目標(biāo)值方案

鄭萬(wàn)鐵路鄭州—襄陽(yáng)段地形平坦，工程相對(duì)較小，具備提高速度目標(biāo)值的條件，就250 km/h和350 km/h兩個(gè)速度目標(biāo)值方案進(jìn)行了比較分析（見(jiàn)表2）。

2.2.2 不同速度目標(biāo)值方案對(duì)工程投資的影響分析

不同速度目標(biāo)值方案對(duì)工程投資的影響如下：

（1）速度目標(biāo)值不同，線路平縱斷面參數(shù)不同[3-4]，其中最小曲線半徑對(duì)速度目標(biāo)值最為敏感。鄭州—襄陽(yáng)段僅平頂山至方城經(jīng)過(guò)伏牛山余脈低山、丘陵區(qū)，地形條件較好，不同速度目標(biāo)值線位方案差別較小，對(duì)橋隧工程數(shù)量影響較小，當(dāng)曲線半徑達(dá)到2 000 m以上時(shí)，采用曲線繞避障礙適應(yīng)地形以減少工程量的做法效果不明顯。

（2）速度目標(biāo)值不同，線間距、路基寬度、基床厚度、路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、軌道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、路基基床處理、橋梁結(jié)構(gòu)、隧道內(nèi)凈空和襯砌厚度有差異，影響工程數(shù)量及價(jià)格分析單價(jià)指標(biāo)。尤其是250 km/h及以下標(biāo)準(zhǔn)，擬推薦采用有砟軌道，250 km/h以上標(biāo)準(zhǔn)一般推薦采用無(wú)砟軌道。

（3）速度目標(biāo)值越高，環(huán)保要求越高，降噪、減振、拆遷等工程相應(yīng)增加[5]。

表1 相鄰線鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（續(xù)表1）

表2 不同速度目標(biāo)值方案主要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)比較

（4）速度目標(biāo)值不同，牽引變電變壓器容量、接觸網(wǎng)導(dǎo)線等站后工程也有所不同，隨速度目標(biāo)值的提高相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也提高，工程投資也增加。

不同速度目標(biāo)值對(duì)工程投資的影響，主要體現(xiàn)在采用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的差異而導(dǎo)致工程數(shù)量不同、站后部分設(shè)備選型不同等（見(jiàn)表3）。

從工程投資比較看，350 km/h方案比250 km/h方案增加靜態(tài)投資45．34億元，增加12．43%，考慮建設(shè)期貸款利息差額，全部投資增加約48．66億元，投資增加12．42%。

2.2.3 速度目標(biāo)值推薦

鄭萬(wàn)鐵路沿線地勢(shì)平坦，350 km/h方案比250 km/h方案靜態(tài)投資增加12．42%?？紤]鄭萬(wàn)鐵路是一條區(qū)際快速客運(yùn)專線，兼輔城際和旅游客流功能；客流特點(diǎn)呈現(xiàn)為沿線及輻射區(qū)域各大城市間的中長(zhǎng)途直達(dá)客流為主，京廣、徐蘭等350 km/h客專跨線客車(chē)占本段總對(duì)數(shù)2/3左右。因此，鄭萬(wàn)鐵路采用350 km/h方案更有利于增強(qiáng)本線修建意義，提升旅客舒適性及運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量，加強(qiáng)主要城市間的快速聯(lián)系。綜合考慮鄭萬(wàn)鐵路采用350 km/h方案綜合效益最優(yōu)，建議采用350 km/h速度目標(biāo)值。

2.3 最大坡度

2.3.1 區(qū)域相關(guān)客運(yùn)專線最大坡度

與鄭萬(wàn)鐵路相關(guān)的客運(yùn)專線京廣客專、徐蘭客專、武西客專、西成客專等線路最大坡度均采用20‰?？梢?jiàn)，20‰最大坡度能適應(yīng)區(qū)域地形條件，滿足立交、通航等要求。

表3 2個(gè)方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

2.3.2 電動(dòng)車(chē)組與坡度的適應(yīng)性分析

2.3.2.1 連續(xù)坡道上的加速性能模擬分析

研究全線列車(chē)均采用動(dòng)車(chē)組類(lèi)型列車(chē)，根據(jù)原鐵道部《關(guān)于印發(fā)〈時(shí)速200和300公里動(dòng)車(chē)組主要技術(shù)條件〉的通知》（鐵運(yùn)函〔2006〕462號(hào)）及其他一些相關(guān)資料中動(dòng)車(chē)組的技術(shù)參數(shù)，目前我國(guó)主要能運(yùn)行300 km/h及以上速度的CRH2-300和CRH3型動(dòng)車(chē)組，以及運(yùn)行200～250 km/h的CRH1、CRH2-200和CRH5型動(dòng)車(chē)組[5-6]。下面分別以加速性能略低的CRH3和CRH5為例，分析電動(dòng)車(chē)組對(duì)坡度的適應(yīng)性。這2種動(dòng)車(chē)組在平坡、12‰、20‰、25‰、30‰的連續(xù)坡道上進(jìn)行速度從0開(kāi)始加速的模擬見(jiàn)圖1。2種動(dòng)車(chē)組對(duì)坡度有很好的適應(yīng)性，在各種坡度上均能保持較高的加速度運(yùn)行，以20‰的坡度為例，350 km/h動(dòng)車(chē)組以0速起車(chē)運(yùn)行12 km后速度達(dá)到200 km/h，200 km/h動(dòng)車(chē)組速度則可達(dá)145 km/h。

2.3.2.2 長(zhǎng)大上坡道對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度的影響模擬分析

列車(chē)運(yùn)行在長(zhǎng)大上坡道上，運(yùn)行速度會(huì)產(chǎn)生一定的損失，同樣采用上述2種動(dòng)車(chē)組分別按其最高運(yùn)行速度進(jìn)入20‰、25‰、30‰的長(zhǎng)大上坡道進(jìn)行模擬（見(jiàn)圖2）。2種動(dòng)車(chē)組列車(chē)以較高的速度進(jìn)入最大坡度地段運(yùn)行時(shí)，350 km/h列車(chē)在30‰、25‰的連續(xù)上坡道運(yùn)行12 km，速度降至250 km/h以下，在20‰的連續(xù)上坡道速度能達(dá)到260 km/h；200 km/h列車(chē)在30‰、25‰的連續(xù)上坡道運(yùn)行12 km，速度降至140 km/h以下，在20‰的連續(xù)上坡道速度能達(dá)到170 km/h。

綜上所述，電動(dòng)車(chē)組功率大，加減速性能優(yōu)越，對(duì)坡度適應(yīng)能力強(qiáng)，鄭萬(wàn)鐵路無(wú)連續(xù)長(zhǎng)大坡道，動(dòng)車(chē)組選型基本不受最大坡度選擇的限制。

2.3.3 最大坡度方案和比較

客運(yùn)專線主要運(yùn)行高性能的電動(dòng)車(chē)組，最大坡度的選取主要受沿線地形、動(dòng)車(chē)組對(duì)坡度的適應(yīng)性、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用及與相鄰線路的匹配等因素影響。結(jié)合鄭萬(wàn)鐵路沿線地形特點(diǎn)及參照相關(guān)項(xiàng)目研究成果[7]，小于12‰坡度方案對(duì)改善動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng)條件影響甚微而工程投資增加較大，目前規(guī)劃及在建客運(yùn)專線大部分采用20‰的限制坡度，因此主要對(duì)20‰和30‰坡度方案進(jìn)行分析。

圖1 2種速度等級(jí)動(dòng)車(chē)組的坡道加速性能

圖2 2種速度等級(jí)動(dòng)車(chē)組在長(zhǎng)大上坡工況

2.3.3.1 運(yùn)營(yíng)費(fèi)比較

運(yùn)營(yíng)費(fèi)由線路及建筑物養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、設(shè)備維修費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用及其他費(fèi)用4大類(lèi)組成，由于2方案線位及線路長(zhǎng)度差別不大，所以其中隨最大坡度變化而變化的費(fèi)用主要是能耗費(fèi)用。

對(duì)于電能耗費(fèi)用的計(jì)算，采用各種最大坡度方案電動(dòng)車(chē)組的運(yùn)行模擬結(jié)果，計(jì)算出各種最大坡度下每列車(chē)公里的能耗，其乘以列車(chē)公里數(shù)即得出總能耗（度）。計(jì)算期采用30年，運(yùn)營(yíng)費(fèi)現(xiàn)值30‰坡度方案較20‰坡度方案增加61 992萬(wàn)元。

2.3.3.2 工程影響分析

鄭州—平頂山段和南陽(yáng)—襄陽(yáng)段地形相對(duì)較緩、地勢(shì)平坦；平頂山—南陽(yáng)段線路屬低山、丘陵區(qū)，地勢(shì)起伏不大。起點(diǎn)鄭州東站的地面標(biāo)高為85．1 m，平頂山—南陽(yáng)段溝底標(biāo)高為580 m，襄陽(yáng)東津處地面標(biāo)高為72．0 m，兩地定線距離分別為202．9、177．4 km，計(jì)算其坡率分別為（580-85．1）/20 290≈2．44‰和（580-72）/177 400≈2．86‰。由此可見(jiàn)，鄭萬(wàn)鐵路線路坡度的選取是相對(duì)較自由的，只受小范圍的環(huán)境地形工程控制。不同的最大縱坡值主要對(duì)跨越鐵路、公路、河流的橋梁工程有一定影響，30‰坡度方案較20‰坡度方案不能達(dá)到增大設(shè)計(jì)坡度有效節(jié)省工程投資的目的。因此20‰方案能很好地適應(yīng)沿線地形條件，工程安全風(fēng)險(xiǎn)可控，能很好地適應(yīng)動(dòng)車(chē)組牽引特性，與兩端相銜接的客運(yùn)專線最大坡度協(xié)調(diào)一致。

2.3.4 最大坡度推薦

鄭萬(wàn)鐵路本線主要運(yùn)行高性能的電動(dòng)車(chē)組，動(dòng)車(chē)組的功率質(zhì)量比大，加減速性能優(yōu)異，對(duì)坡度的適應(yīng)能力強(qiáng)，20‰、30‰最大坡度對(duì)動(dòng)車(chē)組運(yùn)行速度影響不大，而運(yùn)營(yíng)費(fèi)用30‰坡度較20‰坡度增加較多；同時(shí)結(jié)合本線地形地貌，20‰、30‰最大坡度對(duì)工程影響相對(duì)較少，因此最大坡度推薦采用20‰。

2.4 其他主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇

2.4.1 最小曲線半徑

根據(jù)推薦采用的速度目標(biāo)值，結(jié)合我國(guó)客運(yùn)專線運(yùn)輸組織模式及軌道的超高設(shè)置要求，推薦本線最小曲線半徑一般7 000 m、困難5 500 m。

2.4.2 牽引類(lèi)型

本線是設(shè)計(jì)速度推薦為350 km/h的客運(yùn)專線，要求列車(chē)軸重小、功率大，以及良好的起動(dòng)性能，只有電動(dòng)車(chē)組才能滿足要求。結(jié)合本線銜接的相關(guān)線路均為電力牽引，采用電力牽引也是與相鄰線統(tǒng)一牽引制式的需要，并符合國(guó)家能源政策和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

2.4.3 到發(fā)線有效長(zhǎng)度

本線以承擔(dān)中長(zhǎng)途動(dòng)車(chē)組旅客列車(chē)為主，推薦采用650 m有效長(zhǎng)[3]。

2.4.4 動(dòng)車(chē)組選型

動(dòng)車(chē)組類(lèi)型選擇應(yīng)滿足、適應(yīng)本線速度目標(biāo)值、各設(shè)計(jì)年度高峰小時(shí)最大客流及其他行車(chē)組織等線路功能定位的要求；堅(jiān)持技術(shù)先進(jìn)、可靠，保障安全、舒適，關(guān)注環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)，方便運(yùn)用、維修[8]；同時(shí)立足國(guó)產(chǎn)化，因此推薦采用CRH系列動(dòng)車(chē)組。

3 結(jié)論

綜上，確定出鄭萬(wàn)鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）鐵路等級(jí)：客運(yùn)專線；

（2）正線數(shù)目：雙線；

（3）旅客列車(chē)速度目標(biāo)值：350 km/h；

（4）正線線間距：5．0 m；

（5）最大坡度：一般20‰，困難30‰；

（6）最小曲線半徑：一般7 000 m，困難5 500 m；

（7）牽引種類(lèi)：電力；

（8）列車(chē)類(lèi)型：動(dòng)車(chē)組；

（9）到發(fā)線有效長(zhǎng)度：650 m；

（10）列車(chē)運(yùn)行控制方式：自動(dòng)控制；

（11）調(diào)度指揮方式：綜合調(diào)度集中。

鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是決定鐵路建筑物和設(shè)備的類(lèi)型、能力和規(guī)模的重要依據(jù)，對(duì)鐵路能否滿足運(yùn)輸需求、運(yùn)營(yíng)效率的高低、投資規(guī)模和經(jīng)濟(jì)效益的大小有重要影響。鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇應(yīng)在滿足運(yùn)輸需求的前提下，根據(jù)鐵路在路網(wǎng)中的意義和作用、運(yùn)量、沿線地形、相鄰鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工程投資等條件綜合選定[9]。