青藏鐵路格拉段擴(kuò)能改造方案比選

鄒中翔

(陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院)，西安 710043)

1 概述

青藏鐵路格拉段是溝通西藏自治區(qū)與內(nèi)地間的重要鐵路通道。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)論[1-2]，青藏線格拉段建議采取分步實(shí)施的擴(kuò)能改造方案，先期實(shí)施開放全部預(yù)留車站并延長(zhǎng)部分車站到發(fā)線有效長(zhǎng)工程，目前，該工程已經(jīng)完工，線路通過能力可適應(yīng)至2025年。隨著近年來(lái)西藏自治區(qū)同內(nèi)地之間的物資交流和人員往來(lái)迅速增長(zhǎng)，青藏線格拉段運(yùn)輸能力已不滿足近期(2030年)，遠(yuǎn)期(2040年)運(yùn)輸需求，以下在結(jié)合前期研究成果的基礎(chǔ)上[3-4]，對(duì)青藏線下階段擴(kuò)能改造方案進(jìn)行比選論證。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 運(yùn)輸能力

(1)現(xiàn)狀圖定列車對(duì)數(shù)及能力利用率

青藏鐵路格爾木至拉薩段(簡(jiǎn)稱格拉段)地處青藏高原腹地，位于青海省西部、西藏自治區(qū)中北部，線路全長(zhǎng)1136.338 km。目前，上一階段擴(kuò)能改造工程已經(jīng)完成，全線維持單線內(nèi)燃標(biāo)準(zhǔn)，最大坡度20‰，58處(含格爾木、拉薩)車站已經(jīng)全部開站，其中，25處車站到發(fā)線有效長(zhǎng)900 m，32處車站到發(fā)線有效長(zhǎng)720 m，實(shí)行自動(dòng)站間閉塞，綜合維修天窗時(shí)間120 min。旅客列車為NJ2、HXN3型機(jī)車雙機(jī)牽引(16輛)；貨物列車部分滿足HXN3型機(jī)車三機(jī)牽引4 000 t條件，但現(xiàn)狀仍主要由NJ2、HXN3型機(jī)車雙機(jī)牽引，牽引質(zhì)量為2 580 t，零星為三機(jī)牽引3 580 t。根據(jù)青藏集團(tuán)公司《列車運(yùn)行圖技術(shù)資料》，青藏鐵路格拉段通過能力已經(jīng)飽和，格拉段現(xiàn)狀通過能力和能力利用率見表1。

表1 青藏鐵路格拉段現(xiàn)狀通過能力和能力利用率

2.2 運(yùn)輸質(zhì)量

目前，青藏鐵路格拉段凍土區(qū)段線路最高允許速度為100 km/h(局部段落限速80 km/h)，剩余地段線路最高允許速度120 km/h(局部段落限速100 km/h)。受線路坡度大、內(nèi)燃機(jī)車在高海拔地區(qū)功率降低等因素影響，本段客貨列車運(yùn)行速度均較低。現(xiàn)狀客車平均技術(shù)速度88.7 km/h，平均旅行速度82.5 km/h；貨車平均技術(shù)速度54.3 km/h，平均旅行速度34.8 km/h。

2.3 客貨運(yùn)量預(yù)測(cè)

根據(jù)運(yùn)量預(yù)測(cè)，青藏鐵路格拉段研究年度客貨運(yùn)量預(yù)測(cè)匯總見表2。

表2 青藏鐵路格拉段研究年度客貨運(yùn)量預(yù)測(cè)匯總

3 擴(kuò)能方案思路

格拉段現(xiàn)狀運(yùn)輸能力已基本飽和，在現(xiàn)狀工程設(shè)置條件下，開行部分4 000 t貨物列車后，運(yùn)輸能力依然不滿足研究年度近、遠(yuǎn)期運(yùn)輸需求[5]，能力缺口分別為255萬(wàn)t和405萬(wàn)t，需進(jìn)行擴(kuò)能改造。

本次研究根據(jù)青藏線格拉段運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀及近、遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)運(yùn)量，從內(nèi)燃牽引擴(kuò)能和電氣化改建擴(kuò)能兩方面進(jìn)行系統(tǒng)研究。內(nèi)燃方案采用延長(zhǎng)車站到發(fā)線、增加車站及增設(shè)雙插段等擴(kuò)能措施，電氣化方案采用電氣化改造、延長(zhǎng)車站到發(fā)線等擴(kuò)能措施。在對(duì)各方案詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，從運(yùn)輸能力、運(yùn)輸質(zhì)量、工程投資及運(yùn)營(yíng)成本、運(yùn)營(yíng)效果等多方面對(duì)各方案進(jìn)行綜合比選和系統(tǒng)論證，提出運(yùn)輸能力大、運(yùn)輸質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)性好的擴(kuò)能方案[6-8]。

4 擴(kuò)能改建方案

4.1 內(nèi)燃擴(kuò)能方案

(1)延長(zhǎng)車站到發(fā)線有效長(zhǎng)度

目前，青藏線格拉段擴(kuò)能改造工程已經(jīng)完工，25處車站到發(fā)線有效長(zhǎng)度為850 m，具備開行部分4 000 t列車的條件。在此基礎(chǔ)上，對(duì)除拉薩外的32處車站到發(fā)線有效長(zhǎng)度延長(zhǎng)至850 m，組織開行4 000 t(HXN三機(jī)牽引)列車[9-11]。本方案靜態(tài)投資約19.73億元，研究年度運(yùn)輸能力適應(yīng)情況見表3。由表3可知，全部車站到發(fā)線延長(zhǎng)后，近遠(yuǎn)期運(yùn)輸能力均不足，能力缺口分別為74萬(wàn)t和321萬(wàn)t。

表3 延長(zhǎng)到發(fā)線有效長(zhǎng)能力適應(yīng)情況

(2)到發(fā)線延長(zhǎng)并局部區(qū)段復(fù)線

根據(jù)前述分析，延長(zhǎng)32處車站到發(fā)線有效長(zhǎng)度至850 m，全部開行4 000 t(HXN三機(jī)牽引)列車后，近遠(yuǎn)期能力均不足。經(jīng)檢算，近期需要能力為22.7對(duì)/d，平圖能力低于22.7對(duì)/d的區(qū)間共計(jì)4個(gè)，區(qū)段長(zhǎng)度共計(jì)93.7 km；遠(yuǎn)期需要能力為23.9對(duì)/d，平圖能力低于23.9對(duì)/d的區(qū)間共計(jì)8個(gè)，區(qū)段長(zhǎng)度共計(jì)181.4 km[12]。滿足近、遠(yuǎn)期能力需要增設(shè)會(huì)讓站或復(fù)線區(qū)段工程設(shè)置見表4。

表4 增設(shè)會(huì)讓站或復(fù)線區(qū)段工程設(shè)置

綜上，為滿足近期運(yùn)輸需求，全段需新增越行站2處，改建既有坡度5 km，設(shè)置施工便線6 km，增建二線長(zhǎng)度45.7 km；該方案靜態(tài)投資約57.77億元。遠(yuǎn)期全段還需新增越行站2處，改建既有坡度5 km，設(shè)置施工便線5.5 km，增建二線42 km；該方案靜態(tài)投資約38.09億元。綜合分析，在延長(zhǎng)32處到發(fā)線有效長(zhǎng)度至850 m的基礎(chǔ)上，對(duì)8處運(yùn)輸能力不滿足需求的區(qū)段采用局部復(fù)線或加站方案后，內(nèi)燃牽引4 000 t，可滿足遠(yuǎn)期運(yùn)量需求。

(3)增建第二線方案[13]

若維持內(nèi)燃牽引，實(shí)施增建第二線工程，關(guān)閉會(huì)讓站28處，保留車站30處，平均站間距39.1 km，靜態(tài)投資約656.77億元。本線遠(yuǎn)期運(yùn)量為客車9對(duì)/d(旅游旺季11對(duì)/d)、行包1對(duì)/d，貨運(yùn)量950萬(wàn)t，為單線運(yùn)量水平。若建成雙線，運(yùn)輸能力將大幅增加，在滿足研究年度客貨運(yùn)量的前提下，富余量較大，會(huì)造成能力閑置浪費(fèi)。同時(shí)，由于工程投資巨大，運(yùn)營(yíng)固定成本支出大幅增加，投資經(jīng)濟(jì)性差，與格拉段運(yùn)量增長(zhǎng)水平不匹配，研究后予以放棄。

4.2 電化擴(kuò)能方案

根據(jù)內(nèi)燃改建方案研究結(jié)論，到發(fā)線延長(zhǎng)并局部區(qū)段復(fù)線方案運(yùn)輸能力可滿足運(yùn)輸需求。延長(zhǎng)車站到發(fā)線有效長(zhǎng)方案那曲至拉薩段能力滿足運(yùn)輸需求，格爾木至那曲段能力不足。對(duì)格爾木至那曲段進(jìn)行電氣化改造后，全線能力滿足需求。該方案靜態(tài)投資較延長(zhǎng)到發(fā)線有效長(zhǎng)度并電化方案投資節(jié)省約26.15億元，節(jié)省22.9%。但其全線牽引種類不統(tǒng)一，內(nèi)燃區(qū)段僅占全線總長(zhǎng)的27.7%，客貨列車均需在那曲進(jìn)行換機(jī)作業(yè)，不但增加那曲地區(qū)作業(yè)量，不利于全線實(shí)現(xiàn)直通運(yùn)輸，而且增加了客貨列車在途時(shí)間，降低了運(yùn)輸效率，與現(xiàn)狀格爾木至拉薩間貫通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸組織模式不一致，研究后予以舍棄。本次電化擴(kuò)能方案按全線統(tǒng)一牽引種類，研究現(xiàn)狀電化方案及延長(zhǎng)到發(fā)線有效長(zhǎng)度并電化方案。

(1)現(xiàn)狀電化方案

對(duì)青藏線格拉段實(shí)施現(xiàn)狀電化改造方案靜態(tài)投資97.52億元。受32處車站到發(fā)線有效長(zhǎng)度650 m的限制，研究年度僅能開行4 000 t貨車3對(duì)/d(HXD1雙機(jī)牽引)，其余需開行3 000 t(HXD3雙機(jī)牽引)貨車，運(yùn)輸能力適應(yīng)情況見表5。由5表可知，電化后近期運(yùn)輸能力可滿足需求，遠(yuǎn)期能力不足。該方案4 000 t列車開行數(shù)量受限；需同時(shí)組織3 000 t和4 000 t列車，運(yùn)輸組織相對(duì)復(fù)雜；3 000 t列車不能與格爾木地區(qū)各既有及規(guī)劃線實(shí)現(xiàn)直通運(yùn)輸，增加格爾木地區(qū)作業(yè)量及貨車在途時(shí)間。

表5 現(xiàn)狀電化后的能力適應(yīng)情況

(2)延長(zhǎng)到發(fā)線有效長(zhǎng)度并電化方案

將除拉薩外剩余32處到發(fā)線由650 m延長(zhǎng)至850 m，組織開行4 000 t(HXD1雙機(jī)牽引)列車，同時(shí)實(shí)施電化改建工程。該方案靜態(tài)投資114.08億元，運(yùn)輸能力適應(yīng)情況見表6。由表6可知，線路輸送能力大于運(yùn)輸需求，且近期存在一定富余。

表6 到發(fā)線延長(zhǎng)并電化的能力適應(yīng)情況

4.3 擴(kuò)能方案比選

(1)運(yùn)輸能力對(duì)比

①內(nèi)燃擴(kuò)能方案：僅延長(zhǎng)剩余32處車站到發(fā)線有效長(zhǎng)，全部組織開行4 000 t列車后，近、遠(yuǎn)期運(yùn)輸能力均不足，需進(jìn)一步增設(shè)會(huì)讓站或局部區(qū)段復(fù)線滿足運(yùn)輸需求。

②電力擴(kuò)能方案：現(xiàn)狀電化方案滿足近期運(yùn)輸需求，遠(yuǎn)期能力不足；延長(zhǎng)到發(fā)線有效長(zhǎng)度并電化改造，改造后，近、遠(yuǎn)期能力均滿足運(yùn)輸需求，近期能力富余較大。

(2)運(yùn)輸質(zhì)量對(duì)比

格拉段地處高寒地區(qū)，其中，望昆至安多間551 km處于多年凍土區(qū)，線路允許速度100 km/h，約占格拉段全長(zhǎng)的49%。旅客列車在該區(qū)段最高行車速度按100 km/h控制，其余區(qū)段最高行車速度120 km/h。按線路行車速度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行牽引計(jì)算[14-15]，并對(duì)內(nèi)燃和電化改建方案客貨列車旅行時(shí)間分析。內(nèi)燃方案旅客列車平均旅行時(shí)間13.8 h，平均旅行速度82.5 km/h；貨物列車平均旅行時(shí)間33.9 h，平均旅行速度34.5 km/h。電化方案旅客列車平均旅行時(shí)間12.8 h，平均旅行速度88.7 km/h；貨物列車平均旅行時(shí)間27.8 h，平均旅行速度40.5 km/h。兩方案相比，電化方案旅行時(shí)間較內(nèi)燃方案旅客列車節(jié)省1.0 h，貨物列車節(jié)省6.1 h。

(3)投資及運(yùn)營(yíng)成本

從工程投資分析，內(nèi)燃牽引延長(zhǎng)到發(fā)線并進(jìn)一步增設(shè)會(huì)讓站或局部區(qū)段復(fù)線方案近遠(yuǎn)期工程總投資95.86億元?，F(xiàn)狀電化方案近期工程總投資97.52億元，遠(yuǎn)期增加投資18.93億元。電化并延長(zhǎng)到發(fā)線方案工程投資114.08億元。從運(yùn)營(yíng)成本分析[16-18]，電化改建方案較內(nèi)燃改建方案能耗降低明顯，經(jīng)測(cè)算，電化改建方案近期單位運(yùn)營(yíng)成本(不含折舊)為0.138元/換算t·km，內(nèi)燃改建方案近期單位運(yùn)營(yíng)成本(不含折舊)為0.173元/換算t·km，電化改建方案較內(nèi)燃改建方案近期全線運(yùn)營(yíng)成本可節(jié)省2.19億元/a。

(4)運(yùn)輸組織及運(yùn)營(yíng)干擾分析

因格拉段僅部分車站有效長(zhǎng)度為850 m，僅可開行少部分4 000 t列車，大部分列車牽引質(zhì)量仍為3 000 t。現(xiàn)狀電化方案不能與格爾木地區(qū)各既有及規(guī)劃線實(shí)現(xiàn)直通運(yùn)輸，增加格爾木地區(qū)作業(yè)量，降低部分貨物列車運(yùn)輸效率。此外，該方案僅能滿足近期運(yùn)輸需求，遠(yuǎn)期仍需進(jìn)一步延長(zhǎng)剩余32站到發(fā)線有效長(zhǎng)度，將對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)造成頻繁干擾。延長(zhǎng)到發(fā)線有效長(zhǎng)度并電化方案投資較現(xiàn)狀電化方案近期投資增加16.6億元，近期輸能較現(xiàn)狀電化方案提高183萬(wàn)t/a，可有效應(yīng)對(duì)本線客流的不確定性，避免遠(yuǎn)期延長(zhǎng)到發(fā)線工程對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)造成再次干擾[19-22]。

(5)綜合分析

采用內(nèi)燃牽引，延長(zhǎng)全部車站到發(fā)線有效長(zhǎng)度至850 m，近遠(yuǎn)期能力均不足，需采用局部區(qū)段加站或增建二線方案，但存在工程建設(shè)規(guī)模大、投資高、對(duì)運(yùn)營(yíng)干擾大等缺點(diǎn)。采用電力牽引，列車運(yùn)行速度快、全線旅行時(shí)間短，旅行速度高，考慮格拉段沿線氣候及自然環(huán)境惡劣的實(shí)際條件，要求列車快速通過高原，以縮短客貨列車旅行時(shí)間，電化改建方案更具優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)狀電化滿足近期需求，遠(yuǎn)期能力不足；進(jìn)一步延長(zhǎng)剩余32處車站到發(fā)線有效長(zhǎng)至850 m后，可滿足遠(yuǎn)期能力需求，以及有效應(yīng)對(duì)本線客流的不確定性，避免遠(yuǎn)期延長(zhǎng)到發(fā)線工程對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)造成再次干擾。

5 結(jié)束語(yǔ)

青藏線格拉段是西藏自治區(qū)對(duì)外鐵路貨物運(yùn)輸?shù)闹魍ǖ?，隨著西藏自治區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)將進(jìn)入跨越式發(fā)展階段，同內(nèi)地之間的物資交流和人員往來(lái)將迅猛增長(zhǎng)，運(yùn)能與運(yùn)量矛盾凸顯。為滿足運(yùn)輸需求、提高運(yùn)輸質(zhì)量、節(jié)約運(yùn)輸成本、同時(shí)有效應(yīng)對(duì)本線客流的不確定性，避免遠(yuǎn)期延長(zhǎng)到發(fā)線工程對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)造成的再次干擾，建議采用延長(zhǎng)32處車站到發(fā)線有效長(zhǎng)度并實(shí)施全線電化改造方案。