200 km/h客貨共線鐵路速度匹配標(biāo)準(zhǔn)研究

柴冠華 朱海軍

國家鐵路局規(guī)劃與標(biāo)準(zhǔn)研究院，北京 100055

客貨共線鐵路是中國乃至世界鐵路運輸?shù)闹匾M成部分。2018年7月國務(wù)院印發(fā)實施《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，其中明確指出要優(yōu)化調(diào)整貨物運輸結(jié)構(gòu)，大幅提升鐵路貨運比例?？拓浌簿€鐵路能否持續(xù)充分發(fā)揮旅客運輸和貨物運輸?shù)碾p重功能，對于打好防治污染攻堅戰(zhàn)、提高線路投資效益等具有重要意義。

客貨共線鐵路應(yīng)兼顧旅客列車設(shè)計速度和貨運通過能力。設(shè)計速度是線路平面最小曲線半徑、緩和曲線長度等設(shè)計的主要依據(jù)，確定合理的速度有利于節(jié)省工程投資、降低運輸成本、提升投資效益［1-2］。

貨物運輸能力受鐵路基礎(chǔ)設(shè)施、運輸組織等因素影響［3-5］，可通過適當(dāng)提升貨物列車速度得到增強(qiáng)。然而在實際運營過程中，既有200 km∕h提速線路基本不開行貨物列車，新建200 km∕h及以上客貨共線鐵路少部分線路部分區(qū)段開行少量的貨物列車，大部分線路只開行旅客列車，或?qū)⒙每土熊嚱邓僦?60 km∕h后與貨物列車共線運行。這導(dǎo)致一大批已建成的貨運設(shè)施、接軌專用線閑置，部分線路運輸能力沒有得到充分利用。既無法滿足沿線貨運需求，也不能充分發(fā)揮投資效益。

本文對國內(nèi)外客貨共線鐵路建設(shè)運營情況及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理，分析實際運營過程中存在的問題，確定適應(yīng)鐵路高質(zhì)量發(fā)展的客貨車速度匹配原則并提出建議，為今后客貨共線鐵路設(shè)計、運營維護(hù)等標(biāo)準(zhǔn)的制定或修訂提供參考。

1 國內(nèi)外客貨共線鐵路的建設(shè)和運營情況

1.1 國外客貨共線鐵路建設(shè)和運營情況

隨著鐵路技術(shù)裝備水平的發(fā)展，世界發(fā)達(dá)國家多采取既有線提速改造或新建高速鐵路［6］，將旅客列車速度提高至200 km∕h及以上，實現(xiàn)旅客運輸快速化，也較好地滿足了貨物運輸需求。

1）德國

德國高速鐵路基本上是客貨共線運輸。漢諾威—維爾茨堡、曼海姆—斯圖加特、漢諾威—柏林三條高速鐵路均按250 km∕h旅客列車與120 km∕h貨物列車（貨物列車速度下限80 km∕h）共線運行設(shè)計。目前最高運營速度：旅客列車280 km∕h，一般貨物列車120 km∕h，輕快貨物列車160 km∕h。

既有線通過設(shè)備改造，將允許通過速度提高至200 km∕h，按客貨混運模式運行。新建高速鐵路上200 km∕h以上的旅客列車和貨物列車分時段運行，即夜間高速旅客列車運行結(jié)束30 min后至次日高速旅客列車運行開始前30 min為貨物列車運行時段。德國規(guī)定禁止高速鐵路上運行的貨物列車與高速旅客列車會車［7］。

2）法國

法國高速鐵路為客運專線，新建高速鐵路上只運行TGV（Train a Grande Vitesse）高速列車［8］。既有線通過提速改造后允許通過速度達(dá)到160~200 km∕h，TGV高速列車在既有線上與普速客車、貨物列車共線運行，貨物列車運行速度100~120 km∕h。

3）俄羅斯

俄羅斯聯(lián)邦鐵路部門對莫斯科—圣彼得堡長650 km既有線進(jìn)行提速綜合改造，以使全線適應(yīng)200 km∕h運行要求［9］。目前，該線路每天開行列車總數(shù)100多對，其中旅客列車70多對，直通貨物列車20多對，摘掛列車和區(qū)段貨物列車8~l0對，快速集裝箱列車2~3對。

4）土耳其

土耳其擬修建卡爾斯—埃迪爾內(nèi)鐵路，按180~250 km∕h速度目標(biāo)值、客貨共線鐵路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)［10］。

1.2 國內(nèi)客貨共線鐵路建設(shè)和運營情況及現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

1.2.1 建設(shè)和運營情況

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國按照新建200 km∕h客貨共線鐵路標(biāo)準(zhǔn)建成的運營線路共計31條8 663 km。其中：既有鐵路中20條線路完全未開行貨物列車，11條線路部分區(qū)段開行了少量貨物列車；開行貨物列車的線路中2條線路旅客列車按160 km∕h速度運營。根據(jù)貨物列車開行現(xiàn)狀和沿線貨運需求，將既有31條線路大致分為4類：①周邊有分流線路，目前不需要開行貨物列車的線路。該類線路包括金麗溫、贛龍新雙線、婁邵新雙線、衡柳、海南西環(huán)、廣大（新建）、渝貴、遂成、津保、龍廈、茂湛、邕北（部分區(qū)段）12條鐵路。②沿線貨運需求不大，開行貨物列車效益不佳，未開行貨物列車的線路。該類線路包括合寧、合武、漢宜、渝利、衢九、甬臺溫、南昆、南廣、深茂9條鐵路。③沿線貨運需求較大，周邊沒有可分流路網(wǎng)，受運輸能力等因素制約，未開行貨物列車或貨物列車開行數(shù)量不能滿足貨運需求的線路。該類線路包括溫福、福廈、廈深、昌福、永莆、寧啟復(fù)線6條鐵路。④可以滿足貨運需求的線路，包括160、200 km∕h客貨共線。目前貨物列車開行數(shù)量基本滿足需求，這類線路包括牡綏、丹大、遂渝、蘭渝、邕北（部分區(qū)段）5條線路。

1.2.2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

TB 10098—2017《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》［11］規(guī)定客貨共線鐵路旅客列車設(shè)計速度160、200 km∕h分別對應(yīng)貨物列車設(shè)計速度90、100 km∕h。目前主要干線大部分貨物列車運行速度仍保持在60~80 km∕h［12］。貨物列車的設(shè)計速度明顯高于實際運行速度。規(guī)范中如此規(guī)定主要是考慮我國鐵路機(jī)車車輛裝備發(fā)展需求，具有一定的前瞻性。

2 客貨共線鐵路運營中存在的問題

經(jīng)分析200 km∕h客貨共線鐵路運營中主要存在運輸安全風(fēng)險增加、維修工作量增加、運輸能力下降等方面的問題，并且線路通過能力受現(xiàn)行管理模式制約。

2.1 運輸安全風(fēng)險增加

1）線路設(shè)備損傷增加

由于貨物列車軸重大、轉(zhuǎn)向架性能差、牽引質(zhì)量大，作用于軌道的垂向、橫向、縱向力均比旅客列車大得多。同時貨物列車制動、啟動過程中容易打滑，從而使軌面和車輪踏面產(chǎn)生擦傷、剝離掉塊，增加了鋼軌重傷甚至斷軌風(fēng)險［13-14］，見圖1。另外，擦傷的鋼軌換軌處理后鋁熱焊縫及其前后鋼軌高低不平可能進(jìn)一步增大鋼軌斷軌的風(fēng)險。

圖1 鋼軌損傷

2）貨物狀態(tài)及裝載不良影響運行安全

貨物列車車門外漲、變形、門縫增大導(dǎo)致散堆貨物泄露，影響行車安全。車門關(guān)閉不嚴(yán)，運行過程中車門打開侵限。貨物裝載不良導(dǎo)致貨物泄漏、竄動位移和墜落，篷布及附作物侵限等。另外，散堆貨物泄漏打擊動車組車窗問題較為突出。

2.2 維修工作量增加

200 km∕h客貨共線鐵路開行貨物列車后出現(xiàn)線路扣分增加，軌道質(zhì)量指數(shù)增大的情況，反映了貨物列車上線對線路質(zhì)量影響較大。開行貨物列車對線路的破壞加速，部分地段的養(yǎng)護(hù)維修周期縮短。如寧啟線南莫—海安區(qū)間，個別地段的養(yǎng)護(hù)周期由原來的45 d縮短為20 d，養(yǎng)護(hù)維修成本（機(jī)械用油、機(jī)械磨損、汽車費用、人工費用等）相應(yīng)增加。

2.3 運輸能力下降

客運量較大區(qū)段貨物列車運行速度在80 km∕h及以下，旅客列車運行速度為200 km∕h，運行速度相差大，貨物列車扣除系數(shù)大，對線路運輸能力影響嚴(yán)重。另外，考慮到貨物列車與動車組列車會車，貨物列車只能利用動車組列車運行空檔運行。目前采用的主要方式為待動車組列車運行結(jié)束后，利用天窗前后的空閑時段開行貨物列車。

2.4 受管理模式制約

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》［15-16］中高速鐵路部分和普速鐵路部分對貨物列車運行的相關(guān)規(guī)定見表1。其中還規(guī)定200 km∕h及以上客貨共線鐵路按照高速鐵路模式進(jìn)行管理。與普速鐵路管理模式不同的是，高速鐵路采用垂直天窗進(jìn)行維修，且與普速鐵路的列車控制系統(tǒng)不同，給貨物列車上線后線路養(yǎng)護(hù)、列車交會、人員組織等帶來困難［17-18］，導(dǎo)致客貨共線鐵路實際運營中部分鐵路運輸企業(yè)執(zhí)行動車組列車與貨物列車分時段運營方式，部分鐵路運輸企業(yè)采取動車組列車降速至160 km∕h運營，致使線路未發(fā)揮其能力。

表1 《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中高速鐵路部分和普速鐵路部分對貨物列車運行的相關(guān)規(guī)定

3 客貨共線鐵路客貨列車速度匹配研究

3.1 不同速度匹配方案對線路通過能力的影響

以合武線為例，對200 km∕h客貨共線鐵路，旅客列車速度200 km∕h，貨物列車速度分別取80、90、100、120 km∕h四個方案進(jìn)行比較。

3.1.1 跨天窗運行方式

跨天窗運行方式下列車運行圖的編制條件：①鑒于沿線中間站規(guī)模較小的實際情況，天窗時間內(nèi)每站每側(cè)僅停1列貨物列車；②考慮技術(shù)作業(yè)站階段性接發(fā)車能力，貨物列車的行車間隔不小于10 min；③旅客列車合理運行時段按6：00—23：00考慮。

經(jīng)分析，跨天窗運行方式下貨物列車最高運行速度120 km∕h時開行10對貨物列車對旅客列車通過能力基本沒有影響，貨物列車最高運行速度為80 km∕h時開行5對貨物列車對旅客列車通過能力基本沒有影響?？梢姡拓浌簿€鐵路在跨天窗運行方式下貨物列車速度越高，開行的貨物列車對數(shù)越多。

3.1.2 分時段運行方式

分時段運行方式下列車運行圖的編制條件：①考慮相關(guān)技術(shù)作業(yè)站階段性接發(fā)車能力，貨物列車的行車間隔不小于10 min；②旅客列車合理運行時段按06：00—23：00考慮。

經(jīng)分析，分時段運行方式下貨物列車以最高運行速度80、120 km∕h開行時其對旅客列車的影響時長分別約為150、80 min，對旅客列車平行運行圖通過能力的影響對數(shù)分別約為37.5、20.0對?？梢?，客貨共線鐵路在分時段運行方式下貨物列車速度越高，對旅客列車開行對數(shù)的影響越小。

3.1.3 旅客列車、貨物列車交會運行方式

旅客列車、貨物列車交會運行方式下列車運行圖的編制條件：①連續(xù)追蹤列車的數(shù)量按2列考慮；②旅客列車合理運行時段按6：00—23：00考慮。

經(jīng)分析，此運行方式下貨物列車最高運行速度為80、120 km∕h時，貨物列車可分別開行2、4列，旅客列車可分別開行6、12列?？梢姡拓浌簿€鐵路在旅客列車、貨物列車交會運行方式下貨物列車速度越高，可開行的旅客列車和貨物列車越多。

綜上所述，在不同運行方式下，貨物列車速度越高，可開行的旅客列車和貨物列車越多，對線路通過能力的影響越小。貨物列車速度低于80 km∕h方案對于線路通過能力影響較大，故不作深入分析。

3.2 不同速度匹配方案對線路曲線半徑的影響

線路最小曲線半徑的影響因素因鐵路運輸性質(zhì)而異?？瓦\專線更加注重旅客舒適度，重載鐵路重視輪軌均勻磨耗，客貨共線鐵路則兩者兼顧［19］。按照TB 10098—2017中考慮旅客舒適度、在內(nèi)外軌均勻磨耗條件下最小曲線半徑的公式進(jìn)行計算。曲線半徑取100 m的整倍數(shù)，200 km∕h旅客列車與不同速度等級貨物列車匹配時最小曲線半徑見表2。

表2 200 km/h旅客列車與不同速度等級貨物列車匹配時最小曲線半徑

由表2可見：旅客列車與貨物列車的速度差越大，線路所要求的最小曲線半徑越大。當(dāng)貨物列車設(shè)計速度為110、120 km∕h時，一般情況下最小曲線半徑分別為3 300、3 100 m，低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中對一般情況下最小曲線半徑的規(guī)定值（3 500 m）。因此，與200 km∕h旅客列車匹配的貨物列車最高運行速度為100 km∕h。

《鐵路主要技術(shù)政策》［20］中規(guī)定：新建客貨共線鐵路旅客列車最高運行速度200 km∕h，普通貨物列車最高運行速度120 km∕h。目前貨物列車最高運行速度多為80 km∕h，與《鐵路主要技術(shù)政策》中規(guī)定的貨物列車最高運行速度存在差異。在滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，兼顧一定的線路通過能力和旅客列車開行對數(shù)要求，客貨共線鐵路與200 km∕h旅客列車匹配的貨物列車速度應(yīng)在80～100 km∕h選擇。

4 結(jié)論

1）對于200 km∕h客貨共線鐵路，在實際運營過程中需要嚴(yán)格貨物裝載標(biāo)準(zhǔn)，制定防止散堆裝貨物撒漏措施，優(yōu)選散堆裝貨物車輛，提高動車組玻璃抗擊打標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)貨運安全管理。為保證運輸安全，應(yīng)對現(xiàn)行《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》進(jìn)行針對性補(bǔ)充完善，統(tǒng)一200 km∕h客貨共線鐵路運營管理模式。

2）綜合考慮客貨共線鐵路運營中存在的問題、不同速度匹配方案對線路通過能力和曲線半徑的影響，客貨共線鐵路與200 km∕h旅客列車匹配的貨物列車速度應(yīng)根據(jù)實際情況在80～100 km∕h選擇。

3）200 km∕h客貨共線鐵路貨物列車速度選擇應(yīng)充分考慮鐵路移動裝備質(zhì)量、運營管理水平、養(yǎng)護(hù)維修能力等因素。與110、120 km∕h貨物列車匹配的運行方案應(yīng)在進(jìn)一步深化研究后綜合確定。