單線鐵路集裝箱運量較大時到發(fā)線有效長對能力的影響

常培清

（中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司 副處長、高級工程師，北京 100088）

客貨共線單線鐵路車站到發(fā)線有效長度的選擇，一般按貨物列車長度確定。我國長大干線鐵路已形成路網(wǎng)，以大宗、長距離的貨物直達運輸為主，鐵路貨運量中集裝箱占比不到10%，一般是根據(jù)牽引質(zhì)量確定到發(fā)線的有效長。目前我國鐵路長大干線牽引質(zhì)量基本為4 000～5 000 t，對應有效長度為850 m、1 050 m的系統(tǒng)。但是，對于一些國外鐵路，集裝箱運量占比較高，與我國鐵路運量組成差別較大，套用中國規(guī)范的牽引質(zhì)量和到發(fā)線有效長系列不一定合適，需要根據(jù)實際情況進行分析確定。

1 我國鐵路到發(fā)線有效長確定的原則

確定到發(fā)線有效長應綜合考慮輸送能力、牽引質(zhì)量和相鄰線路統(tǒng)一牽引等因素，到發(fā)線有效長度與牽引質(zhì)量關(guān)系比較緊密。如果與相鄰線路到發(fā)線有效長度不一致時，就會產(chǎn)生列車的換重作業(yè)，增加列車在技術(shù)站的作業(yè)和停留時間，所以，新建鐵路一般選擇與相鄰線一致的到發(fā)線有效長。單線鐵路的通過能力取決于線路平縱斷面條件、機車類型、牽引質(zhì)量、車站間隔時分、閉塞方式、天窗時間等，而輸送能力則取決于線路的通過能力、牽引質(zhì)量、客貨車行車量。因此，在設(shè)計通過能力基本確定的前提下，貨物列車到發(fā)線有效長度所能適應的牽引質(zhì)量，將決定線路的輸送能力。

關(guān)于鐵路到發(fā)線有效長的確定，在《鐵路車站及樞紐設(shè)計規(guī)范》（TB 10099—2017）里按高速鐵路、城際鐵路、重載鐵路和客貨共線鐵路進行了規(guī)定，并在條文解釋里有詳細的計算說明[1]。我國客貨共線鐵路到發(fā)線有效長是根據(jù)牽引質(zhì)量、車輛技術(shù)參數(shù)計算車列長度，再加機車長度和安全距離來確定的，并結(jié)合相鄰線的到發(fā)線有效長和規(guī)范的系列數(shù)值選擇到發(fā)線有效長。

2 擬選定鐵路的運量和主要技術(shù)標準

2.1 運量預測

設(shè)計年度內(nèi)遠期開行旅客列車4對/日；單方向區(qū)段最大貨流密度2 000萬t/年。

2.2 鐵路主要技術(shù)標準

擬選定鐵路主要技術(shù)標準為：標準軌距；單線自動站間閉塞；限制坡度12‰；內(nèi)燃DF系列（電力SS系列）機車雙機牽引；旅客列車設(shè)計速度120 km/h，貨物列車設(shè)計速度80 km/h；牽引質(zhì)量 4 000 t（電力牽引 5 000 t）。

3 到發(fā)線有效長與牽引質(zhì)量的關(guān)系[2]

3.1 計算列車對數(shù)的參數(shù)

貨運列車分兩種編組形式：集裝箱列車按到發(fā)線有效長編組，其他貨物列車按牽引質(zhì)量編組。

集裝箱列車：內(nèi)燃DF系列（電力SS系列）機車雙機牽引，采用集裝箱專用平車運輸集裝箱貨物；普通貨物列車：內(nèi)燃DF系列（電力SS系列）機車雙機牽引，運輸其他貨物。各種車輛的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 車輛技術(shù)參數(shù)

3.2 受到發(fā)線有效長限制的牽引質(zhì)量

按到發(fā)線有效長編組列車，當?shù)桨l(fā)線有效長為850 m時，單層集裝箱和雙層集裝箱列車牽引質(zhì)量均小于4 000 t，普通貨物列車牽引質(zhì)量4 500 t；當?shù)桨l(fā)線有效長為1 050 m時，單層集裝箱列車牽引質(zhì)量小于4 000 t，雙層集裝箱列車牽引質(zhì)量介于4 000～5 000 t，普通貨物列車牽引質(zhì)量接近5 500 t；當?shù)桨l(fā)線有效長為1 250 m時，單層集裝箱列車牽引質(zhì)量接近4 000 t，雙層集裝箱列車牽引質(zhì)量接近5 000 t，普通貨物列車牽引質(zhì)量接近6 500 t。 見表 2。

表2 受到發(fā)線有效長限制的牽引質(zhì)量表

從表2可以看出，到發(fā)線每增加200 m，單層集裝箱列車的牽引質(zhì)量增加約25%，雙層集裝箱列車的牽引質(zhì)量增加約24%，普通貨物列車的牽引質(zhì)量增加約23%。綜合考慮牽引機車類型、限制坡度和到發(fā)線有效長的限制，到發(fā)線有效長850 m時，雙層集裝箱和普通貨物列車牽引質(zhì)量接近4 000 t，單層集裝箱牽引質(zhì)量利用率為72%，宜選擇4 000 t的牽引質(zhì)量；到發(fā)線有效長1 050 m時，如果當?shù)仉娏Y源匱乏，采用內(nèi)燃機車牽引，宜選擇4 000 t的牽引質(zhì)量，如果具備電氣化的條件，可選擇5 000 t的牽引質(zhì)量；到發(fā)線有效長1 250 m時，集裝箱列車牽引質(zhì)量接近5 000 t，普通貨物應按牽引質(zhì)量編組，宜選擇5 000 t的牽引質(zhì)量。

4 集裝箱占比對通過能力的影響

以遠期區(qū)段最大貨流密度2 000萬t/年為例，計算采用不同到發(fā)線有效長，根據(jù)選定的牽引質(zhì)量，對集裝箱占比每增加10%列車對數(shù)變化規(guī)律進行分析，得出研究結(jié)論。

計算采用20英尺標準箱，集裝箱平均靜載重采用14 t。貨運波動系數(shù)為1.15。

4.1 集裝箱占比對貨物列車對數(shù)的影響

4.1.1 單層集裝箱與普通貨物列車組合的列車對數(shù)

單層集裝箱列車，到發(fā)線有效長850 m時，列車編組57輛，每車裝2箱；到發(fā)線有效長1 050 m時，列車編組71輛，每車裝2箱；到發(fā)線有效長1 250 m時，集裝箱列車編組86輛，每車裝2箱。普通貨物列車牽引質(zhì)量4 000 t，列車編組50輛；牽引質(zhì)量5 000 t，列車編組63輛。以集裝箱占比每增加10%來進行比較，在采用不同的到發(fā)線有效長時，比較其列車對數(shù)見表3。

從表3中可以看出，隨著集裝箱占比的增加，列車對數(shù)在增加?？v向比較，集裝箱運量每增加10%，當采用850 m有效長時，集裝箱列車對數(shù)增加3.9對，總列車對數(shù)增加1.7對；當采用1 050 m有效長、4 000 t牽引質(zhì)量時，集裝箱列車對數(shù)增加3.2對，總列車對數(shù)增加1.0對；當采用1 050 m有效長、5 000 t牽引質(zhì)量時，集裝箱列車對數(shù)增加3.2對，總列車對數(shù)增加1.4對；當采用1 250 m有效長時，集裝箱列車對數(shù)增加2.6對，總列車對數(shù)增加0.9對。橫向比較，在集裝箱占比相同的情況下，隨著到發(fā)線有效長的增加，列車對數(shù)在減少，4 000 t牽引質(zhì)量時，1 050 m有效長比850 m減少的列車對數(shù)為：8×集裝箱占比；5 000 t牽引質(zhì)量時，1 250 m有效長比1 050 m減少的列車對數(shù)為：6×集裝箱占比。

4.1.2 雙層集裝箱與普通貨物列車組合的列車對數(shù)

雙層集裝箱列車，到發(fā)線有效長850 m時，列車編組41輛，每車裝4箱；到發(fā)線有效長1 050 m時，按牽引質(zhì)量編組，列車編組46輛，每車裝4箱；到發(fā)線有效長1 250 m時，按牽引質(zhì)量編組，列車編組57輛，每車裝4箱。普通貨物列車編組同單層集裝箱。以集裝箱占比每增加10%來進行比較，在采用不同的到發(fā)線有效長時，比較其對應的列車對數(shù)見表4。

表3 單層集裝箱列車采用不同的有效長集裝箱占比與列車對數(shù)比較表 對/日

表4 雙層集裝箱列車采用不同的有效長集裝箱占比與列車對數(shù)比較表 對/日

從表4中可以看出，采用雙層集裝箱運輸時，縱向比較，集裝箱運量占比增加對總的列車對數(shù)影響不大。到發(fā)線有效長850 m時，集裝箱運量每增加10%，列車對數(shù)增加0.5對；到發(fā)線有效長1 050 m、牽引質(zhì)量4 000 t時，集裝箱運量每增加10%，列車對數(shù)增加0.2對；到發(fā)線有效長1 050 m、牽引質(zhì)量5 000 t時，集裝箱運量每增加10%，列車對數(shù)增加0.7對；到發(fā)線有效長1 250 m時，集裝箱運量每增加10%，列車對數(shù)增加0.2對。橫向比較，在集裝箱占比相同的情況下，隨著到發(fā)線有效長的增加，列車對數(shù)在減少。4 000 t牽引質(zhì)量時，1 050 m有效長比850 m減少的列車對數(shù)為：3×集裝箱占比；5 000 t牽引質(zhì)量時，1 250 m有效長比1 050 m減少的列車對數(shù)為：5×集裝箱占比。

4.2 集裝箱占比對需要通過能力的影響

需要通過能力根據(jù)下列公式計算：

為簡化計算程序，假定重車方向無空車，不開行零擔、摘掛、快運貨物列車。

單線鐵路客車扣除系數(shù)ε客取1.3，客車對數(shù)N客為4對/日；線路儲備能力系數(shù)α儲采用20%。

一般情況下，通過能力達到40對左右時，基本到達單線鐵路通過能力的上限，計算取41對。當需要通過能力超過41對，就需要選擇其他技術(shù)標準或采取措施進行擴能改造。從表5可以看出，需要通過能力41對，對應的貨物列車對數(shù)是29對。

從表5可以看出，集裝箱運量占比在0～40%時，到發(fā)線有效長850 m，牽引質(zhì)量4 000 t是最佳方案；集裝箱運量占比在40%～70%時，到發(fā)線有效長1 050 m，牽引質(zhì)量4 000 t是最佳方案；集裝箱運量占比在70%～80%時，到發(fā)線有效長1 050 m，牽引質(zhì)量5 000 t是最佳方案；集裝箱運量占比在80%～100%時，到發(fā)線有效長1 250 m，牽引質(zhì)量5 000 t是最佳方案。

從表4可以看出，雙層集裝箱與普通貨物列車組合，當集裝箱運量占100%，到發(fā)線有效長850 m，對應的貨物列車總數(shù)27.4＜29對，所以，采用雙層集裝箱列車運輸時，無論集裝箱的占比為多少，到發(fā)線有效長850 m，牽引質(zhì)量4 000 t是最佳方案。當運量繼續(xù)增長時，可選擇到發(fā)線有效長1 050 m系列。因到發(fā)線有效長1 250 m時，雙層集裝箱和普通貨物列車的牽引質(zhì)量與有效長匹配較差，而且會增加工程投資，所以不建議采用。

5 集裝箱占比對輸送能力的影響

輸送能力根據(jù)下列公式計算：

式中：N平為控制區(qū)間平行運行圖通過能力 （取41對）；G為牽引質(zhì)量；γ凈為凈載重系數(shù)；α波為貨運波動系數(shù)。

因雙層集裝箱按到發(fā)線有效長編組列車，其牽引質(zhì)量利用率較高，這里就不再列舉說明了。主要對單層集裝箱與普通貨物列車組合，其集裝箱占比與輸送能力的關(guān)系進行比較分析（見表6）。

表5 單層集裝箱列車采用不同的有效長集裝箱占比與需要能力比較表 對/日

表6 單層集裝箱列車采用不同的有效長集裝箱占比與輸送能力比較表 萬t/年

通過表6可以得出結(jié)論，當集裝箱占比小于10%時，牽引質(zhì)量4 000 t，輸送能力約3 000萬t/年；牽引質(zhì)量5 000 t，輸送能力約3 500萬t/年；這與我國規(guī)范對客貨共線單線鐵路的能力規(guī)定是相吻合的。隨著集裝箱運量的占比增加輸送能力在減少，牽引質(zhì)量4 000 t時，到發(fā)線有效長850 m，當集裝箱運量占比達到40%，輸送能力只有2 400萬t/年；到發(fā)線有效長1 050 m，當集裝箱運量占比達到70%，輸送能力只有2 400萬t/年。所以，集裝箱運量占比對單線鐵路的輸送能力影響比較大。

6 總結(jié)

本文系統(tǒng)地總結(jié)了完成貨運量2 000萬t/年、客車4對/日的情況下，集裝箱運量占比與到發(fā)線有效長、牽引質(zhì)量、需要能力、通過能力和輸送能力的關(guān)系。通過計算數(shù)據(jù)的分析，提出自己的觀點如下：

6.1 到發(fā)線有效長、牽引質(zhì)量的選擇

單層集裝箱列車，集裝箱運量占比≤40%時，優(yōu)先選擇到發(fā)線有效長850 m，牽引質(zhì)量4 000 t的標準；集裝箱運量占比≤70%且＞40%時，優(yōu)先選擇到發(fā)線有效長1 050 m，牽引質(zhì)量4 000 t的標準；集裝箱運量占比≤80%且＞70%時，優(yōu)先選擇到發(fā)線有效長1 050 m，牽引質(zhì)量5 000 t的標準，但是這一組合只能適應10%的增長量，匹配性較差，貨運量大于2 000萬t/年時，可選擇該標準；集裝箱運量占比≤100%且＞80%時，到發(fā)線有效長1 250 m可滿足運輸需求，雖然1 250 m有效長可提高牽引質(zhì)量，但是會引起工程量的增加較大，一般不建議采用。雙層集裝箱按到發(fā)線有效長編組與按牽引質(zhì)量編組匹配較好，優(yōu)先選擇4 000 t牽引質(zhì)量和850 m有效長的標準工程最省。同時，從表5可以看出，集裝箱運量占比≤70%時，到發(fā)線有效長1 050 m與4 000 t牽引質(zhì)量是最佳組合，如選擇5 000 t牽引質(zhì)量只能適應集裝箱運量10%的增長量，意義不大。這對一些非洲落后地區(qū)電力供應不足，提高通過能力提供了很好的借鑒作用。所以，當集裝箱運量占比較大時，盲目套用我國規(guī)范的到發(fā)線有效長和牽引質(zhì)量系列值是不合適的，要結(jié)合實際情況分析確定。

6.2 對通過能力、輸送能力的判斷

當集裝箱運量占比＞10%時，對單線鐵路設(shè)計通過能力與需要能力的匹配，不能套用我國的經(jīng)驗值，應根據(jù)實際情況計算列車對數(shù)來判斷設(shè)計通過能力與需要通過能力的關(guān)系。例如：表5中集裝箱運量占比＞40%時，4 000 t牽引質(zhì)量、850 m有效長，單線能力不能滿足需要能力的要求，需要選擇其他的標準來提高能力。

當集裝箱運量占比＞10%時，單線鐵路的輸送能力受集裝箱運量占比影響較大。例如：4 000 t牽引質(zhì)量、850 m有效長，當集裝箱占比為40%時，輸送能力為：貨運2 000萬t/年和客車4對/日，折合輸送能力只有2 400萬t/年，與我國規(guī)范單線的極限輸送能力為3 000萬t/年差距較大。

希望本文研究結(jié)論能夠為設(shè)計者在客貨共線鐵路車站到發(fā)線有效長等技術(shù)標準的選擇上提供幫助，在本著工程最經(jīng)濟的情況下，結(jié)合集裝箱運量的實際情況合理選擇鐵路技術(shù)標準。