大秦鐵路重載列車“速密重”合理匹配研究

孫雁勝，于海軍，魏玉光

（1.中國鐵路太原局集團有限公司，山西 太原 030000；2.中國鐵路太原局集團有限公司 運輸部，山西 太原 030000；3.北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044)

作為“西煤東運”的重要運輸通道，大秦鐵路(韓家?guī)X—柳村南)承擔全國6大電網(wǎng)、5大發(fā)電公司、380多家主要電廠、10大鋼鐵公司和6 000多家工礦企業(yè)的生產(chǎn)用煤和出口煤炭的運輸任務[1]，其貨源主要是準格爾、平朔、大同和東勝礦區(qū)[2]。大秦鐵路重載列車運行速度高、密度大，列車編組形式多樣，已常態(tài)化實現(xiàn)年運量4.5億t。2018年，大秦鐵路完成年運量4.51億t，同比增運1 861.2萬t，增長4.3%，全年滿負荷運載。大秦鐵路的貨源地“三西”地區(qū)煤炭儲量占全國60%以上，截至2018年底，共有生產(chǎn)煤礦1 204個，生產(chǎn)能力占全國能力的64%，產(chǎn)量占全國的70%；“三西”地區(qū)共有開工建設的煤礦511個，新增產(chǎn)能占全國新增產(chǎn)能的56%[1-2]。根據(jù)煤炭運輸市場的發(fā)展趨勢，一方面，雖然清潔能源比重不斷提升，但是火電的價格低廉，調(diào)峰性能較好，未來的絕對量會繼續(xù)攀升；另一方面，公路運煤存在超載、環(huán)境污染等問題，公路運煤的市場份額會在國家政策導向下逐漸向鐵路轉(zhuǎn)移。大秦鐵路運輸潛在需求龐大，而運輸能力卻制約了大秦鐵路的進一步發(fā)展。因此，需要從“速密重”科學合理匹配的角度，優(yōu)化運輸組織、采用新技術、新設備，打破運輸能力對大秦鐵路發(fā)展的限制，實現(xiàn)運輸效率和效益最大化[3]。

1 大秦鐵路重載運輸現(xiàn)狀

1.1 設備設施

大秦鐵路為雙線自動閉塞電氣化鐵路，采用“四顯示追蹤”模式，主要技術標準為Ⅰ級雙線，限制坡度重車線14‰、空車線12‰，最小曲線半徑400 m，牽引種類是電力牽引[4]。大秦鐵路重載列車編組主要有2萬噸組合列車、1.5萬噸組合列車、單元萬噸列車、組合萬噸列車4種形式。大秦鐵路的牽引任務由湖東電力機務段擔當，配屬裝有LOCOTROL系統(tǒng)的機車共566臺，其中HXD1型250臺、HXD2型180臺、SS4型136臺，大秦鐵路機車參數(shù)如表1所示。HXD型機車擔當2萬噸組合列車頭部與中部及1.5萬噸組合列車頭部牽引任務，SS4型機車擔當組合萬噸列車及1.5萬噸組合列車中部牽引任務[5]。2萬噸重載列車使用C80型(含C76型，下同)系列車輛按單元萬噸+單元萬噸組合編組，1.5萬噸重載列車使用C80型系列、C70型系列車輛按單元萬噸+5 000噸組合編組，單元萬噸重載列車使用C80型系列、C70型系列車輛整編編組，組合萬噸重載列車使用普通敞車(C64型、C62型)按5 000噸+ 5 000噸組合編組，大秦鐵路車輛參數(shù)如表2所示，大秦鐵路重載列車編組形式如表3所示。

表1 大秦鐵路機車參數(shù)Tab.1 Locomotive parameters of Datong-Qinhuangdao railway

表2 大秦鐵路車輛參數(shù)Tab.2 Wagon parameters of Datong-Qinhuangdao railway

表3 大秦鐵路重載列車編組形式Tab.3 Train formation of Datong-Qinhuangdao railway

1.2 運輸組織

大秦鐵路湖東—柳村南重車線貨物列車允許速度80 km/h，空車線由C70，C80，C76車型編組的整列空車按90 km/h運行，其他貨物列車均按80 km/h運行。大秦鐵路2萬噸重載列車、1.5萬噸重載列車追蹤間隔時間為12 min，單元萬噸及組合萬噸重載列車追蹤間隔時間為10 min。湖東二場重車方向2萬噸重載列車發(fā)車間隔時間為14 min，1.5萬噸重載列車發(fā)車間隔時間為13 min，單元萬噸及組合萬噸重載列車發(fā)車間隔時間為12 min。在牽引定數(shù)方面，HXD1/2型機車單機牽引定數(shù)10 000 t，普超(在列車規(guī)定的牽引定數(shù)上可以超重多少，在此范圍內(nèi)編組列車不需要調(diào)度命令) 10 500 t；HXD1/2型機車雙機組合牽引定數(shù)20 400 t，普超2×10 500 t。SS4型機車單機牽引定數(shù)5 000 t，普超5 300 t；SS4型機車雙機牽引定數(shù)10 000 t，普超 10 500 t。

大秦鐵路列車運行圖根據(jù)施工維修安排的不同情況，分為基本圖、非施工日分號圖、集中修分號圖?；緢D安排120 min綜合維修天窗，安排貨物列車87對/d，其中2萬噸列車55對/d，1.5萬噸列車0/6對/d (上行開行0列/d，下行開行6列/d)，單元萬噸列車10/4對/d，組合萬噸列車22對/d，日運量117.8萬t/d。非施工日分號圖不安排施工天窗，安排貨物列車95對/d，其中2萬噸列車63對/d，1.5萬噸列車0/6對/d，單元萬噸列車10/4對/d，組合萬噸列車22對/d，日運量131.2萬t/d。集中修施工分號圖安排180 min施工天窗，安排貨物列車74對/d，其中2萬噸52對/d，1.5萬噸列車0/6對/d，單元萬噸列車8/2對/d，組合萬噸列車14對/d，日運量105.6萬t/d。按285個非施工日、30個日常維修日、50個集中修日測算，大秦鐵路圖定年運量為46 206萬t/a。

2019年大秦鐵路實際安排非施工日284個(湖東二場日均開車84.8列/d，其中，2萬噸列車58.4列/d，1.5萬噸列車6.5列/d，單元列車4.9列/d，組合列車15.0列/d)、2 h日常維修日34個(湖東二場日均開車73.6列/d，其中2萬噸列車51.9列/d，1.5萬噸列車5.7列/d，單元列車3.9列/d，組合列車12.1列/d)、3 h集中修施工日47個(湖東二場日均開車71.6列/d，其中2萬噸列車53.3列/d，1.5萬噸列車6.2列/d，單元列車3.1列/d，組合列車9.0列/d)，年運量完成43 080萬t/a。

2 提高大秦鐵路重載列車速密重途徑

2.1 提高列車運行速度

（1）速度影響因素。一是大秦鐵路機車、車輛構造速度未充分發(fā)揮。HXD1/2型機車構造速度為120 km/h，SS4型機車構造速度為100 km/h。C80車輛構造速度為100 km/h，C80E車輛構造速度為100 km/h，C70系 列 車 輛 構 造 速 度 為120 km/h，C64車輛構造速度為120 km/h。目前，大秦鐵路重載列車限制速度為重車80 km/h、空車90 km/h，與機車、車輛構造速度比較尚有一定差距，具備提速條件。二是困難區(qū)段重載列車降速運行，影響大秦鐵路重載列車運行秩序。在化稍營—涿鹿、延慶北—下莊、下莊—茶塢間長大下坡道區(qū)段，由于坡道限制列車操縱難度大，為保證列車管充風時間，滿足重載列車循環(huán)制動需求，導致重載列車在該區(qū)間運行速度較低，使重載列車運行時分延長，產(chǎn)生擁堵現(xiàn)象，影響整體運行秩序[6]。

（2）提速目標值。由C80，C70系列車輛編組的2萬噸、1.5萬噸、單元萬噸重車的列車運行速度目標值為90 km/h；由C80，C70系列車輛編組的2萬噸、單元萬噸空車的重載列車運行速度目標值為100 km/h；其他重載列車運行速度維持現(xiàn)行。

（3）提速對策。一是提高固定設備保障能力，對大秦鐵路老舊橋梁和部分線路進行檢定，實施補強和技改，提高線路允許速度，該方案工程量大，投資較大。二是優(yōu)化大秦鐵路關鍵區(qū)段機務操縱流程，提高長大下坡道列車平均運行速度。

（4）提速效果。若大秦鐵路重載列車運行速度提高10 km/h，湖東—柳村南單程運行時分可壓縮45 min，往返可以壓縮1.5 h。以C80型車輛為例，2019年平均周轉(zhuǎn)時間為2.30 d，提速后往返運行時間可壓縮1.5 h，則周轉(zhuǎn)時間可壓縮至2.24 d，按C80單元萬噸裝車日均130列/d測算，每日可節(jié)省C80車輛800輛/d；如目前C80車輛配屬數(shù)量不變，每日可增加3列C80單元萬噸裝車，每日可增加運量2.5萬t/d，年運量可增加900萬t/a。

2.2 加大列車運行密度

湖東二場發(fā)車間隔時間限制大秦鐵路重載列車追蹤間隔時間。雖然大秦鐵路“線上”2萬噸列車、1.5萬噸列車追蹤間隔時間12 min，單元萬噸及組合萬噸列車追蹤間隔時間10 min，但是湖東二場重車方向2萬噸列車發(fā)車間隔時間為14 min，1.5萬噸列車發(fā)車間隔時間為13 min，單元萬噸及組合萬噸列車發(fā)車間隔時間為12 min。大秦鐵路列車運行圖基本為平行運行圖，列車運行密度主要受湖東二場發(fā)車間隔限制，進一步提高列車運行密度需要壓縮湖東二場發(fā)車間隔時間。

（1）壓縮發(fā)車間隔時間。湖東二場發(fā)車間隔時間2萬噸列車由14 min壓縮至13 min，1.5萬噸列車由13 min壓縮至12 min，單元萬噸及組合萬噸列車由12 min壓縮至11 min。壓縮大秦鐵路“線上”列車追蹤間隔時間，其中2萬噸列車及1.5萬噸列車由12 min壓縮至11 min，單元萬噸及組合萬噸列車由10 min壓縮至9 min。壓縮對策主要有以下幾點：一是優(yōu)化開車組織作業(yè)流程，車站提前預告司機開車計劃和時間，司機根據(jù)計劃提前做好開車準備工作，開放出站信號后及時發(fā)車，減少附加作業(yè)時間，組織達速運行，提高列車出站運行速度。經(jīng)現(xiàn)場測試，該方案可壓縮湖東二場列車發(fā)車間隔時間1 min。二是進行技術改造，移設湖東至大同縣區(qū)間第一離去、第二離去通過信號機位置，經(jīng)理論計算，湖東站出站信號機至第一離去通過信號機、第一離去通過信號機至第二離去通過信號機距離分別縮短200 m，可壓縮湖東二場列車發(fā)車間隔時間 1 ～ 2 min。

（2）增加列車運行密度?，F(xiàn)行非施工日分號圖，大秦鐵路重車方向安排重載列車95列/d，2萬噸重載列車63列/d，1.5萬噸重載列車6列/d，單元萬噸重載列車4列/d，組合萬噸重載列車22列/d，日運量131.2萬t/d。如果湖東二場2萬噸重載列車追蹤時間由現(xiàn)行14 min壓縮至13 min，則2萬噸重載列車每列可節(jié)省1 min，63列2萬噸重載列車可節(jié)省63 min，騰出的空間可增加2萬噸重載列車4列/d，日均運量可增加6.7萬t/d，年運量可增加2 000萬t/a；若按現(xiàn)行4.5億t/a運量規(guī)模和重載列車結構的情形來計算，63列2萬噸重載列車可以節(jié)省63 min，騰出的時間可以使每周安排2個120 min天窗，進一步滿足設備維修養(yǎng)護需求，提升設備保障能力。

2.3 提高重載列車重量

大秦鐵路2萬噸重載列車、1.5萬噸重載列車、單元萬噸重載列車裝車基本固定在大同樞紐、云支線(小站—燕子山)、口支線(大同—口泉)、北同蒲線(太原北—大同)、寧岢線(寧武—岢嵐)范圍內(nèi)，卸車基本固定在大秦鐵路(韓家?guī)X—柳村南)、遷曹線(遷安北—曹妃甸南)接軌的港口、電廠、鋼廠，裝卸范圍相對固定，如對部分站場股道進行技改，就能具備增加列車編組輛數(shù)、提高重載列車重量的條件。組合萬噸重載列車裝車范圍和卸車范圍不固定，列車重量需兼顧其他既有線牽引定數(shù)、站場設備的要求，提高列車重量難度較大。

（1）提高重載列車重量途徑。一是增加列車編組。C80單元萬噸列車編組輛數(shù)由現(xiàn)行105輛增加至108輛，C80E單元萬噸列車編組輛數(shù)由現(xiàn)行96輛增加至100輛；2萬噸列車編組由現(xiàn)行210輛增加至216輛；1.5萬噸列車中C80E普列由現(xiàn)行48輛增加至50輛；其他跨線普列列車重量維持現(xiàn)行。二是研發(fā)運用新型大功率機車，增加機車牽引力，滿足單元萬噸牽引重量由現(xiàn)行10 500 t增加至10 800 t的需求，同時對大秦鐵路供電設備進行檢定和測算，并進行增容改造，提高供電保障能力。三是研究站場到發(fā)線、車輛技檢設施、供電能力適應性改造。四是在大秦鐵路推廣使用27 t軸重、載重87 t系列運煤專用車輛。

（2）提高重載列車重量效果。一是在列車開行結構和規(guī)模不變的情況下，以C80列車為例，日均裝車130列，每列增加3輛，則每日可增加390輛，每日可增加運量3.1萬 t，每年可增加運量1 000萬 t；二是在維持現(xiàn)行C80車輛配屬數(shù)量不變的情況下，每列C80單元萬噸增加3輛，則每開行35列2萬噸重載列車可減少1條2萬噸重載列車運行線，按日均開行2萬噸重載列車60列/d組織，相當于減少2萬噸重載列車運行線1.7條/d，日均可減少機車供給4.8臺/d。

3 大秦鐵路重載列車速密重提升步驟

大秦鐵路重載列車速度、密度、重量提升分為4個階段。

（1）第一階段。基于現(xiàn)行設備條件，通過優(yōu)化作業(yè)流程，壓縮湖東二場發(fā)車間隔時間。通過優(yōu)化湖東二場開車作業(yè)組織流程，提前預告司機開車計劃，減少開放信號至列車起動輔助時間，優(yōu)化操縱流程，提高列車出站速度。壓縮湖東二場2萬噸重載列車發(fā)車間隔時間，湖東二場重車方向2萬噸重載列車發(fā)車間隔時間由14 min壓縮至13 min，1.5萬噸重載列車、單元萬噸及組合萬噸重載列車發(fā)車間隔時間不變。按“非施工日2萬噸重載列車67列/d，其他結構和天窗安排按現(xiàn)行”測算，圖定運量可以實現(xiàn)48 241萬t/a，較現(xiàn)圖增加2 000萬t/a。按“非施工日2萬噸列車67列/d，其他重載列車結構按2019年實際平均值，全年安排50個集中修，運量維持4.5億 t”測算，全年可以安排60個日常維修日，即大秦鐵路綜合維修天窗可由現(xiàn)行每月3個增加至每月6個。

（2）第二階段。進行部分擴能技改，擴大C80列車編組輛數(shù)，進一步壓縮湖東二場發(fā)車間隔時間。一是擴大C80列車編組輛數(shù)，C80型單元萬噸重載列車編組數(shù)量由105輛增加至108輛，C80E型單元萬噸列車編組數(shù)量由96輛增加至100輛。同時對大新、湖東及大秦鐵路部分車站固定脫軌器進行移設，滿足車輛技檢需求。二是移設湖東至大同縣區(qū)間湖東出站方向第一、第二離去通過信號機位置，進一步壓縮湖東二場發(fā)車間隔時間。湖東二場重車方向2萬噸列車及1.5萬噸重載列車發(fā)車間隔時間壓縮至12 min，單元萬噸及組合萬噸重載列車發(fā)車間隔時間壓縮至11 min。按“非施工日2萬噸列車73列/d，其他列車結構不變，全年安排255個非施工日、60個日常維修日、50個集中修施工日”測算，圖定運量可實現(xiàn)51 521萬 t/a，較現(xiàn)圖增加5 310萬 t/a。

（3）第三階段。對大秦鐵路橋梁線路進行升級改造，投運新型大功率機車，確保重載列車的牽引力[7]，大秦鐵路全面使用27 t軸重、87 t系列運煤專用車。一是對大秦鐵路部分橋梁和線路進行技術改造，適應27 t軸重車輛重載運輸需求。二是升級大秦鐵路運煤專用車輛，使27 t軸重、87 t系列車輛替換C80型車輛，單元萬噸編組輛數(shù)按108輛編組，C80E型單元萬噸重載列車按100輛編組。三是在大秦鐵路投運27 t軸重大功率機車，滿足單機牽引12 000 t需求。按“非施工日湖東二場開車105列/d，2萬噸重載列車75列/d、1.5萬噸列車6列/d、單元萬噸重載列車4列/d、組合萬噸重載列車20列/d；日常維修日湖東二場開車88列/d，2萬噸重載列車58列/d、1.5萬噸重載列車6列/d、單元萬噸列車4列/d、組合萬噸重載列車20列/d；集中修施工日湖東二場開車76列/d，2萬噸重載列車54列/d、1.5萬噸重載列車6列/d、單元萬噸重載列車2列/d、組合萬噸重載列車14列/d；全年安排255個非施工日、60個日常維修日、50個集中修施工日”測算，圖定運量可以實現(xiàn)56 373萬 t/a，較現(xiàn)圖增加10 162萬 t/a。四是開展提速實驗，逐步提高重載列車速度；逐步將C80，C70系列車輛編組的2萬噸、單元萬噸空車的列車運行最高速度提高到100 km/h；條件成熟后，提高重車方向的列車速度。

（4）第四階段。發(fā)展移動閉塞、無人駕駛等技術，使大秦鐵路進入重載4.0時代。移動閉塞、自動駕駛等新技術的運用可大幅度降低列車追蹤時的前后列車距離，從而降低列車追蹤間隔時間。理論上可以將湖東二場重車方向兩萬噸發(fā)車間隔時間壓縮至8～10 min，從而大幅度提升大秦鐵路的能力。不僅如此，在移動閉塞條件和自動駕駛條件下，可以根據(jù)運輸需要靈活調(diào)整列車的重量、密度和列車運行速度。

4 結束語

大秦鐵路是國家重要的煤炭運輸通道，連接三西煤炭主產(chǎn)地和東部環(huán)渤海港口，其重載運輸技術的全面升級對確保煤炭供給安全、實現(xiàn)公轉(zhuǎn)鐵目標、打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)具有重要意義[8]。“速密重”的組合優(yōu)化是重載運輸提質(zhì)增量的捷徑，其需要從重載列車交通流、車站到發(fā)線和咽喉運用、集疏運體系等各個角度進行全方位、立體化的研究，還應探索鐵路移動閉塞、ECP制動等前沿技術，實現(xiàn)重載鐵路技術全面升級。