復(fù)雜艱險山區(qū)高速鐵路限制坡度的選擇

段艷軍 張 穎

(1.中鐵二院(成都)建設(shè)發(fā)展有限責(zé)任公司，四川 成都 610031; 2.成都工業(yè)學(xué)院，四川成都 611730)

1 概述

我國山地面積約占陸地面積的2/3，隨著高速鐵路建設(shè)逐步由東向西推進，山區(qū)高速鐵路項目越來越多。鐵路限制坡度在下坡制動安全可控、電分相入口速度滿足要求、坡頂末速度可接受、供電維修可實施的前提下選用長大坡道能有效克服高差、繞避不良地質(zhì)體、降低工程難度、節(jié)省工程投資、縮短運行時間。目前我國多條山區(qū)高速鐵路采用了大于20‰的長大坡度，如表1所示。

川藏鐵路位于青藏高原東南部，線路穿越橫斷山、念青唐古拉山等山脈，跨越大渡河、雅礱江、金沙江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江等水系。沿線山高谷深，線路六起六伏，拔起高度約10 000 m，地形起伏劇烈，見圖1。由于地形困難，地勢起伏較大，地質(zhì)復(fù)雜，線路需要采用大坡度才能較好地適應(yīng)地形條件。

表1 我國部分高速鐵路長大坡道統(tǒng)計表

圖1 川藏鐵路沿線地形地勢圖

2 限制坡度研究

川藏鐵路本著統(tǒng)籌規(guī)劃、分段實施的原則，全線限制坡度統(tǒng)一研究。結(jié)合前期雅安至康定段和拉薩至林芝段研究成果，本次重點研究了限制坡度12‰、加力坡24‰，限制坡度16‰、加力坡30‰，限制坡度16‰、加力坡35‰三個坡度方案。三方案的主要工程數(shù)量及投資比較見表2。

2.1 從工程投資方面分析

24‰方案較 30‰，35‰方案線路分別增長 37.84 km，44.46 km(增加的線路長度占總長度的3.61%，4.31%);靜態(tài)投資增加93.535 億元、105.692 億元。

2.2 從工程條件方面分析

1)線路方案。

表2 主要工程數(shù)量及投資比較表

線路長度變化情況，采用30‰及35‰限制坡度方案分別較24‰限制坡度方案減少37.84 km和44.46 km。

2)工程條件。

三方案線路走向及主要車站位置基本相同，主要區(qū)別在于采用大限制坡度方案爬坡能力更強，在瀘定至新都橋段、雅江至理塘段等長大緊坡地段展線長度更短;線路通過折多山、沙魯里山、伯舒拉嶺等山脈時，大坡度方案線路拔起高度高、越嶺隧道長度短、輔助坑道條件較好，反坡施工情況略有優(yōu)化，工期略短;線路跨越金沙江、怒江等深切峽谷時，橋梁高度略有下降，工程難度有所降低。

2.3 從路網(wǎng)適應(yīng)性分析

本線連接成都和拉薩及沿線市縣，成都樞紐已經(jīng)形成限制坡度13‰、牽引質(zhì)量4 000 t為主的牽引質(zhì)量系列;拉薩地區(qū)形成了限制坡度12‰以上坡度、牽引質(zhì)量3 000 t為主的牽引質(zhì)量體系。已經(jīng)實施的成都至雅安段采用限制坡度為13‰、牽引質(zhì)量為3 000 t，拉薩至林芝采用限制坡度為12‰、牽引質(zhì)量為3 000 t?？梢?4‰的限制坡度與兩端線路匹配條件較好，有利于運輸組織。

2.4 運輸組織方案分析

不同的限制坡度對應(yīng)不同的運輸組織方案，主要體現(xiàn)在列車的速度、密度和重量，本次主要研究列車牽引質(zhì)量、列車限速、列車對數(shù)和區(qū)間通過能力等指標(biāo)，從而給出不同限制坡度方案對運營產(chǎn)生的不同影響。

1)限制坡度、機車類型與牽引質(zhì)量的匹配。

考慮到高海拔、高寒山區(qū)、雨雪天氣多等特點，分別對HXD2，HXD1D兩種機型牽引貨物列車上坡進行了計算，通過對三種工況(以計算速度通過限制坡道、平直坡道保有一定加速度、限制坡度起動)綜合分析，不同坡度不同軌面情況下牽引質(zhì)量如表3所示。

表3 牽引質(zhì)量情況表

根據(jù)表3中計算結(jié)果，普貨采用HXD2雙機牽引，快貨采用HXD1D雙機牽引。

普貨列車牽引質(zhì)量方面，24‰限制坡度方案擬采用HXD2雙機牽引2 700 t，30‰限制坡度方案擬采用HXD2雙機牽引2 100 t，35‰限制坡度方案擬采用HXD2雙機牽引1 800 t。

快貨列車牽引質(zhì)量方面，24‰限制坡度方案擬采用HXD1D雙機牽引1 100 t，30‰限制坡度方案擬采用HXD1D雙機牽引1 100 t，35‰限制坡度方案擬采用HXD2雙機牽引1 000 t。

（2）急性肝衰竭 肝組織呈新舊不等的亞大塊壞死或橋接壞死；較陳舊的壞死區(qū)網(wǎng)狀纖維塌陷，或有膠原纖維沉積；殘留肝細胞有程度不等的再生，并可見細、小膽管增生和膽汁淤積。

2)列車速度。

a.雅安至林芝段。

采用CRH380和CRH2對雅安至林芝段分別進行了計算，列車運行指標(biāo)統(tǒng)計如表4，表5所示。

表4 CRH380動車組列車牽引計算主要指標(biāo)表

表5 CRH2-200動車組列車牽引計算主要指標(biāo)表

貨車速度:貨車速度分上坡下坡兩種情況進行分析。

按照現(xiàn)行規(guī)范，HXD2機車上坡計算速度為65 km/h，因此緊坡地段上坡速度按65 km/h考慮。

下坡限速主要檢算了緊急制動、動力制動、0.8常用空氣制動三種工況，經(jīng)檢算貨物列車下坡限速主要受0.8常用空氣制動限制，而0.8常用空氣制動距離主要與貨車車輛的制動特性相關(guān)，根據(jù)1999年實施《牽規(guī)》中高摩合成閘瓦進行計算，24‰下坡初速75 km/h制動距離為2 311 m，30‰下坡初速70 km/h制動距離為6 294 m，35‰下坡初速65 km/h制動力不足，可見運營安全和運營效率均存在問題;采用目前性能最好的H高摩合成閘瓦計算，24‰，30‰，35‰限坡方案下坡限速分別取值為75 km/h，70 km/h，65 km/h，制動距離分別為 1 911 m，2 471 m，4 070 m，H高摩合成閘瓦制動距離比高摩合成閘瓦有所縮短，運營安全和運營效率均有所提高，如表6所示。

表6 貨車下坡0.8常用空氣制動及相關(guān)指標(biāo)表

從表6可見，24‰方案運營適應(yīng)性較好，采用高摩合成閘瓦貨車最小追蹤間隔可滿足7 min，采用新型H高摩合成閘瓦貨車最小追蹤間隔可滿足6 min;30‰方案運營適應(yīng)性相對較差，采用高摩合成閘瓦貨車最小追蹤間隔為15 min，若突破《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定提高換算制動率最小追蹤間隔也可達到8 min;采用新型H高摩合成閘瓦貨車最小追蹤間隔可滿足8 min;35‰方案運營適應(yīng)性相對更差一些，采用高摩合成閘瓦會出現(xiàn)制動力不足的情況，若突破《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》提高換算制動率最小追蹤間隔可達到8 min;采用新型H高摩合成閘瓦貨車最小追蹤間隔可滿足11 min;在采用新型H高摩合成閘瓦貨車情況下突破《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》進一步提高換算制動率可滿足最小追蹤間隔8 min。

從運營角度看，24‰方案運營適應(yīng)性好，對車輛制動性能不做過多限制;30‰方案運營適應(yīng)性略差，貨車最小追蹤間隔有所增大;35‰方案運營適應(yīng)性進一步變差，要求突破《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中關(guān)于換算制動率的規(guī)定，或要求川藏鐵路貨物列車全部采用新型H高摩合成閘瓦車輛，或未來進一步研發(fā)制動性能更優(yōu)的貨物車輛。

b.成都至拉薩。

從成都至拉薩采用大功率機車進行檢算全程旅行時間約為10.68 h，各路段列車速度和時間如表7所示。

表7 成都至拉薩(CRH 380 AL)列車運行速度時分表

3)列車對數(shù)及區(qū)間通過能力。

為提高貨物送達速度、減小客貨速差，考慮將部分高附加值貨物編組為快運貨物列車，從全線來看，列車對數(shù)最多能力最困難的是邦達機場至林芝段，因此，將邦達機場至林芝段不同限坡方案的列車對數(shù)及通過能力利用情況列表見表8。

表8 列車對數(shù)及通過能力表

從表8可以看出，各方案區(qū)間通過能力均滿足近遠期運輸需求，其中35‰限坡方案在2045年能力利用率達到96.0%，能力趨于飽和。若考慮將有條件的車站擴大規(guī)模，貨物列車可成組被越行，則扣除系數(shù)可下降，通過能力利用率將有所降低。

3 結(jié)語

隨著限制坡度變大線路長度、工程投資及工程實施難度均呈現(xiàn)下降轉(zhuǎn)好趨勢;24‰坡度與路網(wǎng)匹配性及運輸組織靈活性最好，30‰坡度方案、35‰坡度方案與路網(wǎng)匹配性及路網(wǎng)靈活性依次變差。

限制坡度標(biāo)準(zhǔn)對線路的走向、長度、工程投資、運營費用、牽引質(zhì)量及輸送能力等都有較大的影響，選擇工程實施容易、投資可控、路網(wǎng)相適應(yīng)好、運輸組織靈活的限制坡度是一項理論和實踐性較強的工作，本文從工程條件及投資、路網(wǎng)適應(yīng)性和運輸組織方案等方面論述了鐵路項目前期技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究中限制坡度選擇的考慮要素和分析方法，為復(fù)雜艱險山區(qū)限制坡度的選擇提供了參考。