大準鐵路單線區(qū)段運輸能力提升研究

呼 梟

大準鐵路單線區(qū)段運輸能力提升研究

呼 梟

（神華新朔鐵路有限責任公司，鄂爾多斯 017000）

大準鐵路是西煤東運的重要通道，經(jīng)濟快速發(fā)展極大地促進了煤炭需求的增長，大準鐵路常年處于滿負荷運輸狀態(tài)。為了進一步釋放大準線運輸能力，亟須對線路中單線區(qū)段進行擴能改造。本文基于大準線線路特點，同時考慮實際運輸需求，通過理論計算確定了限制大準線單線區(qū)段運輸能力的關鍵區(qū)間。在此基礎上，從增加具有萬噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量、增加萬噸列車到發(fā)線數(shù)量、部分或全部區(qū)段進行增二線改造等多個角度提出擴能改造方案，以期為大準鐵路即時和長遠發(fā)展提供有力的技術支持。

重載鐵路；單線區(qū)間；運輸能力；擴能改造

0 引 言

大準鐵路地處鄂爾多斯高原，上游分別與準東線、新準線（新準連接東烏、包神及甘泉鐵路）相連，下游分別與大秦線、京包線、朔黃線相連，同時管內(nèi)有5個大型電廠專用線，是一條年運量已突破1.5億t的重要運煤干線，是大秦線主要煤流和車流來源。在當前蒙西能源結(jié)構(gòu)核心區(qū)煤炭資源需求日益增強的背景下，大準—大秦運輸通道憑借運輸里程短和運價低的優(yōu)勢具有極大的競爭力。然而，大準鐵路既有線路條件下的綜合運輸能力供給與市場運輸需求之間的矛盾較為突出，特別是蒙冀鐵路的開通對大秦線的分流導致大秦線運能富余，作為大秦線上游子系統(tǒng)的大準鐵路，其系統(tǒng)綜合運能必須符合大秦線的運能需要。因此，進一步提高大準鐵路的運輸能力勢在必行[1]。

鐵路通過能力加強的策略可分為提高列車重量和增加行車密度兩種[2-5]。目前，大準鐵路的技術特征為：限制坡度上行4‰、下行9‰，最小曲線半徑400m，正線允許速度80km/h，牽引主要以SS4B、HX機車為主，干線全長264km，共有22個車站（其中萬噸站15個），到發(fā)線有效長分別為1?050m、1?700m、2?800m。點岱溝至九蘇木站（163km）為雙線自動閉塞區(qū)段，九蘇木至燕莊站（93km）為單線雙向自動閉塞區(qū)段[6]。單線段共分布車站9個（含九蘇木站），其中具有萬噸列車到發(fā)線的車站有6個（包含起點和終點站），具有5 000t列車到發(fā)線的車站有3個（莊頭窯已關閉），如圖1所示。大準鐵路貨源主要來自準東方向、巴準方向和管內(nèi)7個裝車站。受九蘇木至燕莊單線區(qū)段運能限制，目前大準線萬噸列車開行對數(shù)已達到總運送能力的98%，現(xiàn)有線路設備條件下大準線運能無法突破，因此，九蘇木至燕莊單線區(qū)段的擴能改造勢在必行。單線鐵路大幅度提高運輸能力最有效的方法是修建雙線，以增加行車密度，提高列車重量?；诖?，本文對大準線單線區(qū)段擴能改造方案進行深入探討，以期為大準鐵路重載擴能工程的順利實施提供一定的理論指導與技術支持。

圖1 九蘇木—燕莊間車站分布示意圖

1 鐵路運輸能力現(xiàn)狀分析

大準—大秦運輸通道除九蘇木至燕莊區(qū)段為單線段外，其余區(qū)段均為復線。全線各區(qū)段運送能力如圖2所示，其中點岱溝至九蘇木段運輸能力22?700萬t/年，九蘇木至燕莊段運輸能力9?400萬t/年，大同口交出能力為8?800萬t/年，而大秦線運輸能力為45?000萬t/年。九蘇木至燕莊單線區(qū)段雖已實現(xiàn)雙向自動閉塞，運輸能力有所釋放，但相對現(xiàn)階段的運輸需求來說，該地段仍是大準—大秦煤炭外運通道的瓶頸地段[7-9]。

圖2 大準線各區(qū)段年運送能力示意圖

1.1 區(qū)間通過能力計算方法及關鍵參數(shù)

九蘇木至燕莊間為單線雙向自動閉塞，按照單線成對追蹤運行圖進行鋪畫并計算區(qū)間通過能力，運行圖周期為[10-11]：

平行運行圖最大的區(qū)間通過能力（萬t對數(shù)）為：

年輸送能力為：

表1 大準鐵路2018年列車運行圖標尺

1.2 單線雙向自動閉塞區(qū)段能力分析

大準鐵路運輸組織受大秦線車流疏密影響較大，目前大部分時間采取鐘擺式運輸組織模式，即上行重車集中交出，下行空車集中到達。鐘擺式運輸組織模式優(yōu)點是在采用單線自動閉塞區(qū)段，可以有效地提高線路輸送能力，但鐘擺式運輸對本務機車數(shù)量、車站到發(fā)線能力、裝車系統(tǒng)能力要求較高。目前，九蘇木至燕莊單線自動閉塞區(qū)段采用追蹤運行的組織模式，追蹤列數(shù)2～5列不等。分析全日運行圖統(tǒng)計資料，同時考慮技術設備情況，全日運行情況可簡化為“2+2”追蹤模式（上下行各2列追蹤）、“3+1”（單方向連發(fā)3列，反方向1列會讓）追蹤模式、“3+2”追蹤模式（單方向連發(fā)3列，反方向1列會讓）三種開行周期。

從表1與圖1可知，九蘇木至天成與十九溝至燕莊兩區(qū)段為該單線區(qū)段較困難區(qū)間（因黍地溝站萬噸列車到發(fā)線只有1條）。本節(jié)以兩個困難區(qū)間為例，根據(jù)九蘇木至燕莊單線區(qū)段中間站到發(fā)線設置數(shù)量及單線雙向自動閉塞列車追蹤運行特點，分析不同追蹤模式的區(qū)間運輸能力，其詳細運行圖見圖3、圖4、圖5。

圖3 “2+2”追蹤模式下區(qū)間運行圖

圖4 “3+1”追蹤模式下區(qū)間運行圖

圖5 “3+2”追蹤模式下區(qū)間運行圖

表2統(tǒng)計了三種追蹤模式下九蘇木至天成與十九溝至燕莊兩個區(qū)間的運輸能力。

表2 不同追蹤模式下單線區(qū)段困難區(qū)間運輸能力

由表2可知：

（1）“2+2”追蹤模式下，十九溝至燕莊區(qū)間及天成至九蘇木區(qū)間輸送能力均為9 840萬t。但考慮到黍地溝站還可以會讓普通列車（因為大同口接入列車98%為萬噸列車，會讓普通列車的能力在此不進行冗余計劃分析，下同），所以限制區(qū)間則為天成至九蘇木。該模式不存在模式轉(zhuǎn)換問題，輸送能力為9 840萬t。九蘇木至天成扣除丹洲營到達運量后（目前丹洲營站與管內(nèi)三個電廠連接線上開行普通貨物列車，3對普通列車占用3條萬噸線，實際運量為400萬t，折算影響按500萬t計，下同），能力為9 340萬t，則大同口交出能力為9 340萬t。

（2）“3+1”追蹤模式下，限制區(qū)間為九蘇木至天成，輸送能力為8 672萬t。但該模式下單線區(qū)段只有2條萬噸到發(fā)線供上、下行各3列車會讓，可通過集中安排上行3列追蹤、下行1列會讓或者集中安排下行3列追蹤、上行1列會讓的方式解決該問題。但這樣就存在“3+1”（上行+下行）與“1+3”的轉(zhuǎn)換問題。經(jīng)計算，每轉(zhuǎn)換一次，需扣除運行圖時間約69min，輸送能力減少約279萬t，按理想情況下，只轉(zhuǎn)換一次計算，輸送能力為8 393萬t。同時扣除丹洲營到達運量折算量500萬t，實際大同口交出能力約7 893萬t。

（3）“3+2”追蹤模式下，限制區(qū)間為九蘇木至天成，輸送能力為9 840萬t，該模式同樣存在單線區(qū)段只有2條萬噸到發(fā)線供上、下行各3列車會讓的情況。可通過集中安排上行3列追蹤、下行2列會讓或者集中安排下行3列追蹤、上行2列會讓的方式解決，存在“3+2”（上行+下行）與“2+3”的轉(zhuǎn)換問題，需扣除運行圖時間約69min，輸送能力減少約279萬t，按理想情況下，只轉(zhuǎn)換一次計算，輸送能力為9 561萬t，同時扣除丹洲營到達運量折算量500萬t，實際大同口交出能力約為9 061萬t。

由以上分析可知，無論哪種追蹤模式下，九蘇木—天成段均為困難區(qū)間，十九溝—燕莊區(qū)間運輸能力要高于九蘇木—天成段；從追蹤模式來看，九蘇木—天成段“2+2”追蹤模式對本務機車數(shù)量要求較低，更有利于空車終到裝車站作業(yè)組織，避免列車集中到達和集中出發(fā)，降低對裝車站線路使用和裝車組織的影響。

2 單線雙向自動閉塞區(qū)段能力運行因素分析

對于不追蹤運行列車，1對萬噸列車運行周期為：

對于成對追蹤運行列車，對萬噸列車運行周期為：

以九蘇木至天成區(qū)段為例，不考慮天窗時間，同時為了考慮實際情況中的不確定因素，引入備用系數(shù)，不同追蹤模式下區(qū)間通過能力為：

表3 九蘇木至天成區(qū)間不同追蹤模式下通過能力

3 擴能改造建議

從九蘇木—燕莊的單線雙向自動閉塞區(qū)段能力分析可知，九蘇木至天成為限制區(qū)間。該單線段萬噸車站與5 000t車站間隔分布，萬噸站間隔遠、到發(fā)線數(shù)量少，且丹洲營至燕莊段98%開行萬噸列車，北黃土溝站的使用率極低（僅有2%），制約著萬噸列車不同追蹤模式下的追蹤區(qū)段選擇及會讓周期，行車組織較復雜，限制了該段能力的進一步提高。通過以上三種模式能力分析可得：該單線區(qū)段通過能力約為9 400萬t，大同口交出能力約為8 800萬t（減去丹洲營折算量）。

根據(jù)以上分析及單線區(qū)段車站分布、到發(fā)線數(shù)量、單線雙向自動閉塞區(qū)段行車組織特點，同時結(jié)合大同口和丹洲營站的運量需求提出以下三種擴能改造方案[12-15]：（1）通過增加具備萬噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量和增加萬噸列車到發(fā)線數(shù)量，對單線區(qū)間進行擴能改造；（2）單線區(qū)段部分開展增二線改造，進行萬噸擴能改造；（3）單線區(qū)段全部開展增二線改造，進行擴能改造。

3.1 單線區(qū)間擴能改造

為了提升單線區(qū)間運輸能力，根據(jù)大準鐵路實際情況，共擬定如下三種擴能改造實施方案：

方案1 增加具備萬噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量。將北黃土溝、樊家、莊頭窯站1條到發(fā)線延長為1 700m，可采用“2+2”模式間隙穿插1列萬噸列車的模式鋪畫運行圖，如圖6（a）所示。

方案2 增加具備萬噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量。將黍地溝、北黃土溝、樊家、莊頭窯站改造為2條萬噸到發(fā)線，任意區(qū)間均可采用“2+2”模式鋪畫運行圖，如圖6（b）所示。

方案3 增加萬噸列車站到發(fā)線數(shù)量。將十九溝、天成、丹洲營站再增設1條萬噸到發(fā)線，可采用“3+3”模式間隙穿插1列萬噸列車或普通列車的鋪畫排列運行圖，如圖6（c）所示。

圖6 大準線單線區(qū)間擴能改造實施方案

以實施方案中典型區(qū)間為例，圖7（a）展示了方案1改造后燕莊—十九溝區(qū)間運行圖，圖7（b）展示了方案2改造后黍地溝—十九溝區(qū)間運行圖，圖7（c）展示了方案3改造后燕莊—十九溝區(qū)間運行圖。

圖7 擴能改造方案下典型區(qū)間運行圖

針對以上三種擴能改造實施方案，表4統(tǒng)計了各實施方案的區(qū)間運輸能力。由表4可知，按照方案1進行擴能改造，投資少、施工周期短、見效快，限制區(qū)間為十九溝至燕莊，可滿足大同口運能近億噸及近期丹洲營站電煤、白貨運輸需求。若大同口運能需求突破1.1億t，需按照方案2進行擴能改造，即考慮丹洲營至燕莊段對黍地溝站增加1條萬噸到發(fā)線，九蘇木至丹洲營段需研究其他方式進行，限制區(qū)間為十九溝至黍地溝，大同口運輸能力為42對萬噸列車；若丹洲營站到發(fā)運量與大同口運能需求達1.3億t，可選擇方案2進行擴能改造，可將方案1作為過渡方案，提前見效受益；若大同口運能需求超過1.2億t要考慮增二線擴能改造，按照方案3進行擴能改造，限制區(qū)段為十九溝至燕莊，可滿足大同口運能過億噸，近期丹洲營站電煤、白貨運輸需求；若大同口交出突破1.2億t，需考慮丹洲營至燕莊段對黍地溝站擴能增加1條萬噸到發(fā)線，九蘇木至丹洲營段需要研究其他方式進行擴能改造（如將黍地溝、北黃土溝、樊家、莊頭窯站改造為2條萬噸到發(fā)線或增二線建設）。

表4 三種擴能改造方案運輸能力

注：方案1和方案3中黍地溝站不進行擴能改造。

3.2 單線區(qū)間部分增二線改造進行萬噸擴能改造

大準鐵路九蘇木至燕莊區(qū)段在丹洲營地區(qū)分布有新豐、豐鎮(zhèn)和京隆三個電廠，根據(jù)調(diào)查，三電廠均無擴容計劃，近期、遠期總裝機容量維持現(xiàn)狀的300萬千瓦，煤炭總需求量約750萬t（18年大準線發(fā)運380萬t）。隨著公轉(zhuǎn)鐵交通結(jié)構(gòu)調(diào)整，大宗貨物運輸將向鐵路轉(zhuǎn)移，大準鐵路承擔的沿線地區(qū)電廠煤炭運輸量將有所增加。另外，豐鎮(zhèn)市高科技氟化學工業(yè)園區(qū)，鎳、鉻、錳等礦石需求已突破1 000萬t，烏海地區(qū)至豐鎮(zhèn)市高科園焦炭需求也超出500萬t，百斯德物流園區(qū)專用線在大準線丹洲營站接軌。從市場發(fā)展變化和貨源需求的角度分析，同時考慮準通鐵路（擬建大準、集通、蒙冀鐵路聯(lián)絡線，計劃在大準線樊家站接軌）即將連接蒙冀鐵路，選擇僅對九蘇木至丹洲營段進行增二線改造，丹洲營到燕莊段選擇單線擴能改造中的方案2或方案3，此擴能改造模式具有更好的經(jīng)濟性。

3.3 單線區(qū)間完全增二線改造進行萬噸擴能改造

當九蘇木至燕莊單線區(qū)段全線進行增二線改造，大準線運輸能力全部釋放。根據(jù)貨源調(diào)查，近期大同口發(fā)運需求為1.2～1.5億t/年，若大同口貨源超過1.2億t，應選擇對大準線九蘇木至燕莊區(qū)段全線進行增二線建設的方案擴能改造。但若考慮準通鐵路連接蒙冀鐵路的建設，該方案的經(jīng)濟性相對較差。

4 結(jié) 論

為了提升大準線單線區(qū)間運輸能力，本文依據(jù)大準線實際線路特點，同時考慮運量需求分布，從增加具備萬噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量、增加萬噸列車到發(fā)線數(shù)量、部分或全部區(qū)段進行增二線改造等多個角度出發(fā)，提出了多種切實可行的擴能改造方案，并進行了深入的分析。結(jié)論如下：

（1）以萬噸列車的追蹤方式進行擴能改造時，僅需增加中間站萬噸列車到發(fā)線數(shù)量，該方案較建設增二線更加經(jīng)濟快捷。但采用連發(fā)追蹤鐘擺式模式運行時，列車在車站等待時間增加，列車周轉(zhuǎn)時間增加，造成機車車輛浪費，對本務機車數(shù)量、車站到發(fā)線能力、裝車系統(tǒng)能力要求較高。因此，選擇增加具備萬噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量或增加到發(fā)線數(shù)量進行擴能改造時，應綜合考慮工程造價、征地拆遷、行車組織、經(jīng)濟效益等諸多因素。

（2）基于大準線運輸能力的現(xiàn)狀，從經(jīng)濟性和快捷性方面考慮，應通過增加具備萬噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量方案進行擴能改造，可選擇按照單線擴能改造方案2進行改造，或由方案1逐步過渡至方案2。若考慮丹洲營站輻射范圍內(nèi)的電煤、白貨發(fā)展及準能鐵路與蒙冀鐵路的連接，則通過部分區(qū)段增二線改造進行擴能的方案更加合適。

此外，蒙冀鐵路的開通直接影響大準線大同口運量，因此研究丹洲營至燕莊段增二線建設和準通鐵路連接蒙冀鐵路建設時，要從煤炭、鐵路市場發(fā)展變化進行綜合研究考慮。

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Research on Transport Capacity Expansion of the Dazhun Railway in Single Line Section

HU Xiao

(Shenghua Xinshuo Railway Co., Ltd., Ordos 017000, China)

The Dazhun railway is an important route for coal transportation in the western region. The rapid economic development has greatly promoted the increase in demand for coal, and the Dazhun line has transported at full capacity for a long time. Therefore, transport capacity expansion projects in the single line sections need to be carried out urgently to increase the transport capacity of the railway. According to the track features and traffic volume, the section limiting the transport capacity has been identified. Furthermore, several plans for expanding the transport capacity have been proposed, including increasing the number of stations with receiving-departure tracks for 10 000-ton trains, increasing the receiving and departure tracks, and the construction of double-tracks. This research provides technical support for the immediate and long-term development of the Dazhun railway.

heavy-haul line; single line section; transport capacity; capacity expansion

1672-4747（2021）03-0093-09

U296; U292.5

A

10.19961/j.cnki.1672-4747.2020.11.005

2020-11-09

2020-12-13

呼梟(1971—)，男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，高級工程師，工學碩士，研究方向為鐵路運輸組織，E-mail: xstl_erdos@163.com

呼梟. 大準鐵路單線區(qū)段運輸能力提升研究[J]. 交通運輸工程與信息學報，2021, 19(3): 93-101.

HU Xiao. Research on Transport Capacity Expansion of the Dazhun Railway in Single Line Section[J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2021, 19(3): 93-101.

（責任編輯：李愈）