淺談大準(zhǔn)鐵路九蘇木至燕莊段單線雙方向自動(dòng)閉塞改造工程

苗生宏

（神華準(zhǔn)能大準(zhǔn)鐵路公司設(shè)備管理部，鄂爾多斯市 010300）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

大準(zhǔn)鐵路是國(guó)家I級(jí)電氣化鐵路，西起薛家灣站，東至大同東站，正線全長(zhǎng)264 km，運(yùn)營(yíng)里程302 km，是全國(guó)首條開(kāi)行萬(wàn)噸重載列車(chē)的單線電氣化鐵路，是大秦鐵路的主要集運(yùn)線之一，是蒙西煤炭外運(yùn)的重要通道。

大準(zhǔn)線點(diǎn)岱溝至九蘇木段（163 km）為雙線自動(dòng)閉塞行車(chē)方式，年運(yùn)輸能力已達(dá)2.27億噸。大準(zhǔn)線九蘇木至燕莊段仍為單線半自動(dòng)閉塞行車(chē)方式，年運(yùn)輸能力僅為7 750萬(wàn)噸，共包含九蘇木、莊頭窯、丹洲營(yíng)、燕莊等9個(gè)車(chē)站。近年來(lái)，隨著大準(zhǔn)鐵路點(diǎn)岱溝至九蘇木區(qū)段雙線自閉的開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，九蘇木至燕莊區(qū)段的運(yùn)能瓶頸效果凸顯，大大制約了大同口方向運(yùn)能的進(jìn)一步釋放。大準(zhǔn)鐵路公司審時(shí)度勢(shì)、大膽探索、銳意創(chuàng)新，分階段實(shí)施了大準(zhǔn)線九蘇木至燕莊段單線雙向自動(dòng)閉塞改造工程，即在國(guó)家能源集團(tuán)內(nèi)部首次將自動(dòng)閉塞設(shè)備應(yīng)用于單線區(qū)段，將九蘇木至燕莊段改造為單線雙方向自動(dòng)閉塞行車(chē)方式，從而統(tǒng)一了點(diǎn)岱溝至燕莊段的行車(chē)閉塞方式，解決了九蘇木至燕莊段運(yùn)輸瓶頸問(wèn)題，使該區(qū)段運(yùn)輸能力由7 750萬(wàn)噸/年提升至8 800萬(wàn)噸/年，大準(zhǔn)線全線運(yùn)能得到了極大釋放，同時(shí)關(guān)閉了莊頭窯車(chē)站，更新改造了大準(zhǔn)線所有6502電氣集中聯(lián)鎖車(chē)站淘汰落后設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了大準(zhǔn)線正線全程斷軌及列車(chē)占用檢查，避免了車(chē)輛遺留的安全隱患，從而對(duì)車(chē)流高效組織和運(yùn)輸安全提升具有重要意義[1]。

本項(xiàng)目的實(shí)施大大降低了因施工對(duì)行車(chē)組織的干擾，確保了運(yùn)輸任務(wù)的完成。項(xiàng)目經(jīng)過(guò)100多個(gè)施工天窗作業(yè)，于2018年7月最終完成九蘇木-丹洲營(yíng)段單線雙方向自動(dòng)閉塞改造工程并全線開(kāi)通使用。2018年8月通過(guò)最終驗(yàn)收，2019年7月完成項(xiàng)目消缺及竣工資料組卷歸檔，并對(duì)資料的時(shí)效性、邏輯性、同步性進(jìn)行嚴(yán)格審查，同步完成結(jié)算工作。2018年11月大準(zhǔn)線發(fā)送煤炭1 385.1萬(wàn)噸，創(chuàng)月發(fā)送紀(jì)錄；2019年5月24日當(dāng)天大準(zhǔn)線發(fā)送煤炭57.04萬(wàn)噸，創(chuàng)日發(fā)送紀(jì)錄；大準(zhǔn)線煤炭運(yùn)量屢創(chuàng)新高。

本項(xiàng)目共投資7 199.6萬(wàn)元（其中丹洲營(yíng)-燕莊段投資2 886.2萬(wàn)元，九蘇木-丹洲營(yíng)段投資4 313.4萬(wàn)元）。項(xiàng)目實(shí)施后成功提高了運(yùn)輸能力，節(jié)約了生產(chǎn)投資，增加了經(jīng)濟(jì)效益，為大準(zhǔn)鐵路公司增加年收入41 580萬(wàn)元；關(guān)閉了莊頭窯車(chē)站并減少車(chē)站維護(hù)費(fèi)用25.388萬(wàn)元/年；減少車(chē)務(wù)、信號(hào)、工務(wù)相關(guān)人員費(fèi)用258萬(wàn)元/年；同時(shí)更新了近兩年即將達(dá)到壽命期的6502電氣集中聯(lián)鎖設(shè)備，間接節(jié)省專項(xiàng)投資費(fèi)用3 600萬(wàn)元；項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，統(tǒng)籌考慮了未來(lái)九蘇木至燕莊段增二線改造的可能，使得占本項(xiàng)目約40%的投資費(fèi)用的設(shè)備和材料，在未來(lái)進(jìn)行九蘇木-燕莊段增二線改造工程時(shí)可以利舊使用，相當(dāng)于未九蘇木至燕莊段增二線改造間接節(jié)省投資金額約2 879.84萬(wàn)元。

2019年，本項(xiàng)目共產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益41 863.388萬(wàn)元[2]。

2 項(xiàng)目實(shí)施背景

2.1 滿足神華準(zhǔn)能鐵路運(yùn)能增長(zhǎng)的需要

根據(jù)準(zhǔn)能集團(tuán)公司每年的運(yùn)量數(shù)據(jù)，大準(zhǔn)鐵路大同方向運(yùn)量占全線全部運(yùn)量的約60%，原因?yàn)榇笸跒榇鬁?zhǔn)鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾隹?。隨著大秦鐵路運(yùn)量需求逐級(jí)固定運(yùn)量的增加，大同口運(yùn)輸增量空間已經(jīng)接近飽和。由于周邊運(yùn)輸路網(wǎng)的不斷完善，大準(zhǔn)鐵路在西煤東運(yùn)中區(qū)位優(yōu)勢(shì)將日益明顯。一方面國(guó)鐵蒙冀鐵路全線通車(chē)后，會(huì)分流大秦線呼鐵局部分運(yùn)量，大準(zhǔn)線大同口貨源將成為大秦線運(yùn)量的重要保證；另一方面巴準(zhǔn)至大準(zhǔn)線通道區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，貨源充足。根據(jù)調(diào)查報(bào)告顯示，大準(zhǔn)線大同口煤炭運(yùn)輸需求達(dá)8 800萬(wàn)噸以上[3]。

2.2 滿足丹洲營(yíng)地區(qū)電廠運(yùn)能需求

內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市作為西電東送的重要出口城市，將成為華北地區(qū)的重要的電力能源基地。目前豐鎮(zhèn)境內(nèi)豐鎮(zhèn)、新豐、京隆三個(gè)電廠電煤需求每年約700萬(wàn)噸，遠(yuǎn)期需求每年達(dá)到1 000萬(wàn)噸，由于汽運(yùn)限噸位、成本高，且運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、公路崎嶇、運(yùn)輸條件差等原因，依賴公路運(yùn)輸無(wú)法滿足電廠發(fā)展的需要，主要依托大準(zhǔn)鐵路運(yùn)輸。由于大準(zhǔn)鐵路運(yùn)能的限制，一直無(wú)法滿足其運(yùn)量需求。根據(jù)電力發(fā)展規(guī)劃，未來(lái)豐鎮(zhèn)市火電裝機(jī)容量將達(dá)到600萬(wàn)千瓦以上，相應(yīng)電煤需求量達(dá)1 000萬(wàn)噸以上。大準(zhǔn)線九蘇木至燕莊段僅為單線、運(yùn)輸為半自動(dòng)閉塞模式，無(wú)力承擔(dān)急劇增加的煤炭需求[4]。

2.3 對(duì)國(guó)家能源集團(tuán)快速發(fā)展提供有力支持

大準(zhǔn)線運(yùn)能的整體提升將為為國(guó)家的能源供給做出了重要貢獻(xiàn)。結(jié)合集團(tuán)煤炭開(kāi)采以低灰、低硫、特低磷、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤為主的優(yōu)越條件，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，且主要礦區(qū)位于國(guó)家“三西”能源基地的重點(diǎn)發(fā)展區(qū)，生產(chǎn)和市場(chǎng)前景十分廣闊。目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)要求快速發(fā)展轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展，對(duì)能源的需求將持續(xù)增長(zhǎng)，這就為國(guó)家能源集團(tuán)煤炭運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了良好的契機(jī)[5]。

3 主要研究?jī)?nèi)容

3.1 區(qū)間行車(chē)通過(guò)能力研究

原有九蘇木至燕莊段采用半自動(dòng)閉塞，通過(guò)能力已接近飽和。以九蘇木至燕莊段最長(zhǎng)區(qū)間天成至九蘇木段為例，區(qū)間長(zhǎng)22.3 km，未改造前開(kāi)行列車(chē)34對(duì)。本段通過(guò)能力受限于天成站至九蘇木站的區(qū)間運(yùn)輸能力[6]。

通過(guò)單線雙方向自動(dòng)閉塞改造，可以顯著提升區(qū)間行車(chē)通過(guò)能力及開(kāi)行列車(chē)對(duì)數(shù)。項(xiàng)目實(shí)施后，大準(zhǔn)線日開(kāi)行列車(chē)對(duì)數(shù)由60對(duì)提升至64對(duì)。

3.2 調(diào)度集中系統(tǒng)優(yōu)化

九蘇木站CTC分機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性改造，其他各站TDCS分機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性改造。既有各站的行車(chē)調(diào)度臺(tái)的設(shè)置及管轄范圍維持不變，各站間及至中心的通道組網(wǎng)方式不變，根據(jù)自閉改造對(duì)中心軟件進(jìn)行適應(yīng)性修改，優(yōu)化了調(diào)度集中系統(tǒng)[7]。

3.3 區(qū)間閉塞系統(tǒng)改造

九蘇木至燕莊段新建單線雙方向自動(dòng)閉塞系統(tǒng)，區(qū)間制式均采用ZPW-2000A四顯示自動(dòng)閉塞，單線雙方向追蹤運(yùn)行，與大準(zhǔn)雙線區(qū)段閉塞方式保持一致。并根據(jù)區(qū)間閉塞制式及線路情況的變化，對(duì)工程范圍內(nèi)的LKJ數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，維持既有主體機(jī)車(chē)信號(hào)及列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控裝置控制方式，統(tǒng)一了大準(zhǔn)全線電碼化制式，實(shí)現(xiàn)了大準(zhǔn)正線電碼化全覆蓋，簡(jiǎn)化了司乘人員操縱方式，更加方便設(shè)備檢修維護(hù)[8]。

3.4 聯(lián)鎖系統(tǒng)改造

本工程共涉及九個(gè)車(chē)站，改造后將樊家圐圙站、北黃土溝站、十九溝站已達(dá)壽命期的6502電氣集中聯(lián)鎖及丹洲營(yíng)站已達(dá)壽命期的三取二計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備全部更新為二乘二取二硬件安全冗余結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備。天成站、九蘇木站、黍地溝站、燕莊站既有聯(lián)鎖設(shè)備利舊使用，結(jié)合站場(chǎng)變化修改聯(lián)鎖軟件，并關(guān)閉了莊頭窯站。一并解決了莊頭窯、樊家、北黃土溝、十九溝站6502電氣集中聯(lián)鎖設(shè)備超期使用、設(shè)備嚴(yán)重老化、電纜絕緣性能下降等安全問(wèn)題[9]。

3.5 信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更新

樊家圐圙站、丹洲營(yíng)站、北黃土溝站、十九溝站，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)配套改造集中監(jiān)測(cè)車(chē)站分機(jī)；天成站、九蘇木站、黍地溝站、燕莊站按設(shè)備變化更新集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，新增ZPW-2000區(qū)間設(shè)備故障智能診斷系統(tǒng)，為下一步實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備故障智能診斷打下了良好基礎(chǔ)。

3.6 單線雙方向自動(dòng)閉塞小軌道區(qū)段斷軌報(bào)警研究

大準(zhǔn)鐵路公司技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)用情況自行設(shè)計(jì)研發(fā)出“單線雙方向自動(dòng)閉塞小軌道區(qū)段斷軌報(bào)警電路”，在保證既有聯(lián)鎖電路安全運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)了調(diào)諧區(qū)小軌斷軌檢查報(bào)警功能。該電路補(bǔ)充既有區(qū)間無(wú)絕緣軌道電路系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)了大準(zhǔn)正線全線斷軌檢查[10]。

4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

4.1 首創(chuàng)重載鐵路單線雙向自動(dòng)閉塞方式行車(chē)模式，突破單線運(yùn)輸能力瓶頸

本項(xiàng)目于國(guó)家能源集團(tuán)范圍內(nèi)，首創(chuàng)重載鐵路單線雙向自動(dòng)閉塞方式行車(chē)模式。相對(duì)于雙線自動(dòng)閉塞而言，不需要增建二線，工程投資遠(yuǎn)小于增建線路，見(jiàn)效快，適用于單線運(yùn)輸能力不足且急需通過(guò)提高運(yùn)輸能力以緩解運(yùn)輸壓力的鐵路。九蘇木至燕莊段單線雙向自動(dòng)閉塞改造后，單線區(qū)段可提升運(yùn)輸能力1 050萬(wàn)噸/年，突破了單線區(qū)段電氣化鐵路運(yùn)能的瓶頸，增加運(yùn)輸收入41 580萬(wàn)元/年，能夠滿足國(guó)家能源集團(tuán)運(yùn)輸領(lǐng)域階段性增量的需要[11]。

4.2 工程實(shí)施與運(yùn)輸組織模式創(chuàng)新，提升運(yùn)輸組織效能

若九蘇木至燕莊段選擇進(jìn)行增二線建設(shè)，建設(shè)工期計(jì)劃2年，工程倒邊撥接3處，對(duì)既有運(yùn)輸將造成一定影響。此外，該工程項(xiàng)目征地達(dá)約2 600畝，其中永久用地約1 600畝，臨時(shí)用地約1 000畝，在工程實(shí)施過(guò)程中將存在很多阻力，各種不確定因素影響施工改造。九蘇木至燕莊段實(shí)施單線雙向自閉改造工程的實(shí)際過(guò)程中，不存在征地等事宜，且工程建設(shè)周期較短（約4個(gè)月），對(duì)既有線鐵路運(yùn)輸影響較小。

而采用大準(zhǔn)鐵路九蘇木至燕莊段實(shí)施自閉改造后，實(shí)現(xiàn)了大準(zhǔn)忒路點(diǎn)岱溝至燕莊這一主要運(yùn)輸區(qū)段全部按單線雙方向自動(dòng)閉塞行車(chē)的目標(biāo)，改變了目前多種閉塞方式行車(chē)交叉實(shí)施的局面。結(jié)合運(yùn)行圖輔助軟件計(jì)算，機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)時(shí)間可壓縮0.5小時(shí)以上，完成同樣運(yùn)量，大準(zhǔn)鐵路可節(jié)余機(jī)車(chē)2臺(tái)，車(chē)輛105輛。對(duì)運(yùn)輸組織和運(yùn)輸安全均有重要意義。

4.3 統(tǒng)一閉塞方式，保障行車(chē)安全

九蘇木-燕莊段自動(dòng)閉塞改造完成后，統(tǒng)一了點(diǎn)岱溝至燕莊段閉塞方式，使大準(zhǔn)正線區(qū)間實(shí)現(xiàn)全線自動(dòng)閉塞方式行車(chē)，為下一步國(guó)家能源集團(tuán)啟用集團(tuán)統(tǒng)建調(diào)度信息系統(tǒng)，優(yōu)化調(diào)度集控人員，提升運(yùn)輸效率奠定了基礎(chǔ)。并結(jié)合部分車(chē)站站內(nèi)電碼化設(shè)備改造，使大準(zhǔn)正線實(shí)現(xiàn)全線機(jī)車(chē)信號(hào)行車(chē)，解決了部分單線區(qū)段司機(jī)暸望困難的隱患，提高了運(yùn)行效率，改善了司機(jī)工作條件，為大準(zhǔn)線的安全運(yùn)營(yíng)發(fā)揮了重要作用[12]。

4.4 單線雙方向自動(dòng)閉塞小軌道區(qū)段斷軌報(bào)警，彌補(bǔ)行業(yè)空白

由于電路局限，大準(zhǔn)鐵路線九蘇木—燕莊段單線雙向自動(dòng)閉塞聯(lián)鎖電路中缺乏調(diào)諧區(qū)小軌道電路檢查條件。當(dāng)小軌道區(qū)段發(fā)生斷軌或故障時(shí)，聯(lián)鎖無(wú)法卡控，危及行車(chē)安全。大準(zhǔn)鐵路公司技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)用情況自行設(shè)計(jì)研發(fā)出“單線雙方向自動(dòng)閉塞小軌道區(qū)段斷軌報(bào)警電路”，在保證既有聯(lián)鎖電路安全運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)了調(diào)諧區(qū)小軌斷軌檢查報(bào)警功能。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了大準(zhǔn)正線全線斷軌檢查，為大準(zhǔn)線鐵路運(yùn)輸提供安全保障的同時(shí)，也為小軌道區(qū)段斷軌的安全卡控提供了一種新的解決方案，彌補(bǔ)了技術(shù)空白[12]。

4.5 單線改造和復(fù)線建設(shè)相配套，避免重復(fù)投資

九蘇木-燕莊段單線雙向自動(dòng)閉塞改造項(xiàng)目共投資7 199.6萬(wàn)元，在進(jìn)行本項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，從整體設(shè)計(jì)、施工材料和設(shè)備安裝上，統(tǒng)籌考慮了未來(lái)增二線改造的可能。使得占本項(xiàng)目約40%的投資費(fèi)用的設(shè)備和材料，在將來(lái)進(jìn)行九蘇木-燕莊段增二線改造工程時(shí)可以利舊使用，相當(dāng)于為九蘇木-燕莊段增二線改造項(xiàng)目間接節(jié)省投資約2 879.84萬(wàn)元[13]。

4.5 區(qū)間信號(hào)布點(diǎn)要求

在不考慮鄰線干擾的情況下，以司機(jī)手動(dòng)扳閘轉(zhuǎn)換機(jī)車(chē)信號(hào)開(kāi)關(guān)最少為原則。布置區(qū)間信號(hào)機(jī)的主要工作就是逐一驗(yàn)算信號(hào)機(jī)間距離，滿足以上各種情況下各閉塞分區(qū)長(zhǎng)度的要求。計(jì)軸自動(dòng)閉塞區(qū)段，上、下行信號(hào)機(jī)設(shè)置于同一位置的線路兩側(cè)，安裝困難時(shí)或者為了方便維護(hù)，甚至可采用“背靠背”的方式設(shè)置在同側(cè)。在區(qū)間分割點(diǎn)處，上、下行方向均設(shè)禁止停車(chē)標(biāo)志牌，兩標(biāo)志牌之間31 m范圍內(nèi)禁止停車(chē)。禁停標(biāo)志牌均放在正向運(yùn)行線路的左側(cè)[14]。

4.6 項(xiàng)目實(shí)施與設(shè)備更新高效結(jié)合，及時(shí)消除安全隱患

莊頭窯、樊家、北黃土溝、十九溝站原有6502電氣集中聯(lián)鎖車(chē)站及丹洲營(yíng)站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備存在超期使用、設(shè)備嚴(yán)重老化、電纜絕緣性能下降等安全問(wèn)題。按照傳統(tǒng)設(shè)備更新方式計(jì)算，九蘇木-燕莊段信號(hào)設(shè)備更新近兩年共需投資約3 600萬(wàn)元。

本項(xiàng)目打破傳統(tǒng)思維，將九蘇木-燕莊段信號(hào)設(shè)備更新與九蘇木-燕莊段單線雙向自動(dòng)閉塞改造有效結(jié)合，無(wú)須單獨(dú)另外對(duì)6502電氣集中聯(lián)鎖設(shè)備進(jìn)行專項(xiàng)改造投資。項(xiàng)目實(shí)施完畢后，成功將原有6502電氣集中聯(lián)鎖設(shè)備統(tǒng)一更新為二乘二取二硬件安全冗余結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備，保證了信號(hào)設(shè)備能夠符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在規(guī)定的壽命期內(nèi)能夠保持性能良好，質(zhì)量穩(wěn)定，安全可靠地進(jìn)行應(yīng)用，避免了因半自動(dòng)和自動(dòng)閉塞方式不通用造成的設(shè)備維護(hù)問(wèn)題[15]。

5 結(jié)束語(yǔ)

單線雙方向自動(dòng)閉塞具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。一是能夠解決由于目前單線鐵路普遍采用的64D半自動(dòng)技術(shù)不能檢查區(qū)間斷軌檢查，單線雙方向由于有軌道電路的存在可以很好的做到斷軌檢查；二是采用單線雙方向自動(dòng)閉塞技術(shù)可以在不用增建二線的前提下增加運(yùn)量，大大緩解運(yùn)量接近飽和大準(zhǔn)鐵路，經(jīng)濟(jì)效益顯著；三是單項(xiàng)雙方向自動(dòng)閉塞目前在鐵路上實(shí)施非常少，對(duì)我國(guó)后續(xù)單線鐵路經(jīng)濟(jì)不足且運(yùn)量較大的情況下提供參考，具有非常好的社會(huì)效益。