阿根廷圣馬丁鐵路設計方案研究

趙曉敏

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

近年來，隨著我國鐵路技術(shù)的高速發(fā)展，我國鐵路技術(shù)和設備已處于世界領先地位，在海外市場上越來越受到發(fā)展中國家的重視。特別是我國推行的“一帶一路”政策，使相關(guān)國家利用我國技術(shù)、資金、設備對本國鐵路設施進行改建，鐵路運輸能力得到較大提高。其他國家也對我國鐵路技術(shù)抱有信心，希望采用中國技術(shù)和設備對本國既有鐵路進行升級改造。

阿根廷圣馬丁鐵路既有線改造工程的方案研究就是利用中國技術(shù)、資金和設備改建的嘗試，詳見圖1。下面就以本工程為例對國外既有鐵路從技術(shù)標準、改建方案和運營管理方式等方面開展相關(guān)技術(shù)研究。

圖1 阿根廷圣馬丁鐵路位置示意

2 海外既有鐵路改造設計原則

（1）結(jié)合既有設備實際

既有線的徑路和設備分布，限制了線路改建方案。為了控制工程投資，改建應充分考慮既有用地的條件，減少新增用地和拆遷數(shù)量，保證項目順利推進。

（2）結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展實際

技術(shù)方案滿足運輸需要，也要結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展實際，考慮經(jīng)濟承受能力、投資計劃、近遠期運量發(fā)展情況等因素［1］。

（3）滿足投資控制要求

了解項目背景和項目的先后順位。在控制投資的要求下，全面了解業(yè)主的需求，制定合理技術(shù)方案，避免在后期和施工中的變更，防止出現(xiàn)工程增補［2］。

（4）符合當?shù)鼐S護技術(shù)實際

既有線的改造，要考慮便于后期運營線路的養(yǎng)護維修，滿足所在國家的養(yǎng)護維修習慣，減小后期維護難度。

（5）使用先進技術(shù)和設備

中國鐵路技術(shù)是在各種氣候條件、地形地質(zhì)條件、各種需求條件下進行研究并經(jīng)過多年的運營實踐總結(jié)出來的，是先進成熟的鐵路技術(shù)。海外鐵路的改建設計要盡可能地采用中國技術(shù)，確保鐵路建設和運用安全高效。

3 方案研究

圣馬丁鐵路是阿根廷鐵路路網(wǎng)的重要組成部分，是一條貫穿東西部地區(qū)的干線鐵路，是聯(lián)系首都布宜諾斯艾利斯至西部中心城市門多薩的一條貨運主線鐵路，是阿根廷大宗及散裝貨物運輸大動脈。

本線以布宜諾斯艾利斯港口作為主要運輸點，向西經(jīng)智利連通兩洋，可全面推動發(fā)展陸港聯(lián)運，發(fā)展多種方式聯(lián)合運輸。是一條以貨運為主，兼顧客運的路網(wǎng)性主干線。

3．1 既有線概況

圣馬丁貨運鐵路Dr.Domingo Cabred站至Rufino站為客、貨混運鐵路；Rufino站至Paunero-Gutiérrez站為貨運鐵路。每列貨車45節(jié)車廂，每列客車7節(jié)車廂。

線路平面曲線共125條，占全線的6.09%。曲線半徑在500 m以上900 m以下為19條16.971 km；900 m以上為106條74.963 km。坡度較緩，本線最大坡度為15‰，均在K710～K799之間，分布較為集中，只占全線的0.4%。

全線車站平均站間距離14 km，其中最小為3.6 km，最大為57.46 km，部分車站已停運。大部分為會讓站，站線有效長多為450 m，個別850 m，部分設有基本站臺和貨物站臺，貨物站臺上有倉庫。

全線既有通信明線路一趟，電桿倒伏或損失嚴重，鐵線已完全損失，不能繼續(xù)使用。目前圣馬丁線路運行在機車安裝衛(wèi)星車載臺，通過衛(wèi)星電話實現(xiàn)簡單調(diào)度功能。

信號為區(qū)間人工鑰匙路簽方式閉塞。既有鐵路信號室內(nèi)聯(lián)鎖設備已廢棄，設備房屋已被用于市政公益房屋。道岔均采用人工扳動方式，大部分車站扳道器已經(jīng)損壞，無法使用。部分車站設臂板信號機，現(xiàn)已廢棄。

既有線主要技術(shù)標準如下：

正線數(shù)目：單線、部分雙線（單線運營）；

軌距：1 676 mm；

限制坡度：15‰；

最小曲線半徑：500 m；

牽引種類：內(nèi)燃；

牽引質(zhì)量：3 000 t；

到發(fā)線有效長度：250～950 m；

閉塞類型：人工鑰匙路簽閉塞。

3．2 方案概述

在對既有線路進行修復的基礎上，研究了提高輸送能力和通信信號現(xiàn)代化的措施，從小曲線半徑改造、到發(fā)線有效長、軸重選擇、通信信號現(xiàn)代化等方面進行了經(jīng)濟技術(shù)比選。

（1）小半徑曲線改造

為提高列車運行速度，應改善小半徑曲線，但征地和拆遷的工程要控制在允許范圍內(nèi)。圣馬丁貨運鐵路項目平面條件較好，最小曲線半徑為500 m，一般能滿足運營要求［3］。如增大曲線半徑，可提高平面條件，提高運營效率。

根據(jù)運量需求預測，結(jié)合本線功能與定位，對既有線平縱斷面及既有移動設備等綜合分析研究，小曲線半徑改造方案主要是小半徑曲線改造、維持小半徑曲線兩大方案。

既有曲線半徑大于500 m［4］，其中小于900 m地段共19條16.971 km。曲線占整個線路長度比例較小，曲線零散分布，對行車速度及輸送能力影響較小。

小半徑曲線改為大半徑曲線將增加較多征地和拆遷，其中大部分位于人口密集的城鎮(zhèn)區(qū)域或車站進出站范圍，改造小半徑曲線會引起征地拆遷等相關(guān)工程。

小半徑曲線改造，增加工程投資較大，輸送能力、運行效率改善并不明顯。因此，本次暫就維持小半徑曲線方案鋪設無縫線路進行修復改造及提升輸送能力的措施進行詳細研究［5］。

（2）到發(fā)線有效長

到發(fā)線有效長是控制車站到發(fā)能力的決定性因素。既有車站基本位于城區(qū)，周圍建筑物較集中，延長到發(fā)線有效長，征地及房屋拆遷工程量較大，工程實施難度巨大。為提高鐵路運輸能力，減少城市拆遷工程，在條件適宜區(qū)間新開車站，車站到發(fā)線有效長為 1 850 m［6］。

（3）軸重選擇

圣馬丁貨運鐵路既有軸重17.5 t。為滿足高速重載鐵路發(fā)展的趨勢，研究了25 t和30 t軸重的方案。結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況和鐵路改擴建方案的局限性，確定為25 t軸重方案。既滿足了鐵路提高運輸能力的需求，又具備可實施性。

（4）通信信號現(xiàn)代化

圣馬丁貨運鐵路信號無聯(lián)鎖設備，通信以手機聯(lián)系為主，設施相對落后。針對鐵路現(xiàn)狀，研究使用我國通用的通信信號自動化方式，但基于既有設備和國情，改造工程投資相對較大，實施困難。選擇信號基于繼電器+PLC控制設備的聯(lián)鎖系統(tǒng)，將車站正線、到發(fā)線道岔納入聯(lián)鎖系統(tǒng)，實現(xiàn)道岔的集中控制；通信新設傳輸及接入系統(tǒng)、TD-LTE無線通信系統(tǒng)、電話交換系統(tǒng)等通信系統(tǒng)。

3．3 方案比選及推薦意見

3．3．1 到發(fā)線有效長方案比較

依據(jù)運輸近期運量1 100萬t，遠期運量1 700萬t的需求及項目的功能定位，分析研究了維持既有到發(fā)線有效長區(qū)間新開車站、貨運集中車站延長到發(fā)線有效長和全線車站到發(fā)線有效長延長三個方案。

（1）維持車站現(xiàn)狀新開區(qū)間站方案

既有車站站型和到發(fā)線有效長度不變，區(qū)間新開車站，新開站到發(fā)線有效長1 850 m。該方案投資相對較少，輸送能力可達1 700萬t，滿足近遠期運量需求；無征地拆遷費用，但區(qū)間調(diào)整坡度工程量較大，輸送能力提升幅度較小。

（2）貨運集中車站延長至850 m方案

依據(jù)運量及貨物流向分析，為適應運量需求，延長貨運量集中車站的到發(fā)線有效長度至850 m，相關(guān)車站改建后平均站間距26 km，共改造車站45個，鐵路輸送能力可達到1 500萬t／年。該方案區(qū)間不需要調(diào)整坡度，輸送能力1 500萬t，只能滿足近期運輸需求，投資較維持現(xiàn)狀方案高，增加占地16萬m2，部分占地需城鎮(zhèn)拆遷。

（3）全線到發(fā)線有效長延長至850 m方案

全線75個車站均延長至850 m，該方案滿足遠期運輸要求，輸送能力2 500萬t；投資最大，增加占地32萬m2，部分需城鎮(zhèn)拆遷和線路改線。

（4）推薦意見

根據(jù)各方案優(yōu)缺點分析研究，維持現(xiàn)狀新開區(qū)間站方案實施方便，占地和拆遷較少。推薦采用維持既有車站現(xiàn)狀區(qū)間新開車站方案。

3．3．2 軸重方案比較

本項目就25 t和30 t軸重方案進行比較。

（1）25 t軸重方案

既有線路目前運行的機車車輛軸重為17.5 t，既有路基較穩(wěn)定可以直接利用，橋涵需要全部拆除重建，滿足軸重25 t荷載需要。本方案僅對軟弱及病害路基進行加固維護處理，橋涵拆除重建。投資低、工期短、運營干擾少，近期已購進的25 t軸重機車和車輛可使用，既有設施發(fā)揮作用明顯。缺點是設備能力儲備較小，后期擴能改建重復投資大。

（2）30 t軸重方案

軸重增加較多，既有路基需加固處理，新建橋涵，新購置30 t軸重的機車車輛等設備。本方案改建后，運能達2 500萬t以上，但投資大、工期長，已購置機車車輛繼續(xù)使用達不到運能，需要新建維修設施。

（3）推薦意見

根據(jù)各方案優(yōu)缺點分析研究，25 t軸重方案雖然運能較低，但是能滿足運輸要求，特別是路基維持既有，能匹配已購置中國產(chǎn)的機車車輛，施工影響較小，不中斷行車。推薦采用25 t軸重方案。

3．3．3 鐵路改造設計標準

鐵路的技術(shù)標準是鐵路運輸能力的重要指標，與國家的建設環(huán)境和財政能力密切相關(guān)。選擇合理適當?shù)募夹g(shù)標準非常重要，要能充分利用既有設施設備，投資控制在預計范圍。以圣馬丁貨運鐵路改造工程為例設計標準如下［7］：

正線數(shù)目：單線、部分雙線（單線運營）；

列車設計速度：90 km／h；

最小設計速度：45 km／h；

最小曲線半徑：500 m，在不增加征地和拆遷的條件下，盡量增大曲線半徑；

限制坡度：15‰；

牽引質(zhì)量、種類：10 000 t、內(nèi)燃；

閉塞方式：半自動閉塞；

軌距：1 676 mm；

軌道承載能力：25 t／軸；

到發(fā)線有效長：新建車站1 850 m；既有車站維持既有有效長標準。

3．3．4 改建方案的主要工作內(nèi)容和運輸能力

（1）對局部不符合改造要求的平、縱斷面進行調(diào)整。

（2）全部橋涵拆除重建［8］。

（3）路基病害做加固防護處理［9］。

（4）更換鋼軌、軌枕、道床及需聯(lián)鎖道岔，軌道采用普通無縫線路［10］。

（5）維持既有車站到發(fā)線有效長，區(qū)間新開車站。

（6）全線正線、到發(fā)線通信信號自動化升級改造。

圣馬丁貨運鐵路項目經(jīng)過以上改建后，單線鐵路能夠滿足近遠期客、貨運量增長需求。線路最高行車速度由原來的40 km／h提高至120 km／h；全線運輸能力由原來的150萬t／年提高至1 700萬t／年，實現(xiàn)了鐵路改建的預期目標。

4 主要結(jié)論

圣馬丁貨運鐵路修復工程實施后，將進一步提高項目影響區(qū)域與布宜諾斯艾利斯港之間的溝通，提高圣馬丁貨運鐵路與港口、公路等多種運輸方式間的聯(lián)運能力，增加貨運鐵路運載能力、減少基礎設施維護費用、增強鐵路競爭力。

國外鐵路改建項目研究一定要充分了解項目背景和所在國家的國情，對項目技術(shù)性、安全性［11］、可實施性進行控制［12］，才能確保推薦的技術(shù)方案滿足預期目標。不能完全按照國內(nèi)項目的設計流程和常用方法確定項目的實施方案，充分考慮既有鐵路的設施現(xiàn)狀，考慮采用我國鐵路的技術(shù)、設備和運營設施，使項目達到技術(shù)出口、設備出口、管理理念的出口，真正使我們的鐵路技術(shù)得到充分推廣。技術(shù)方案要充分考慮當?shù)亟?jīng)濟、政治和相關(guān)政策，使我們的設計技術(shù)水平得到業(yè)主肯定，保證對海外市場的占有率。