膠濟(jì)鐵路既有線直通運(yùn)行高速列車技術(shù)條件研究

劉派　琚珺喆　楊金龍

【摘 要】膠濟(jì)線為典型的客貨共線雙線鐵路，最高運(yùn)行速度120 km/h，文章對(duì)膠濟(jì)線淄博—濰坊段平面條件進(jìn)行分析，研究表明該段除兩端樞紐外，滿足高速列車以160 km/h運(yùn)行條件，依照現(xiàn)行規(guī)范，也可提速至145 km/h。為驗(yàn)證提速方案的可行性，對(duì)膠濟(jì)線站場(chǎng)、運(yùn)輸組織等相關(guān)條件進(jìn)行研究，分析其適應(yīng)性，結(jié)果表明以上技術(shù)指標(biāo)均滿足高速列車提速條件。本案例的相關(guān)研究，對(duì)于既有線直通高速列車改造工程實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】既有鐵路; 直通運(yùn)行; 高速列車; 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

【中圖分類號(hào)】U212.33【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

1 膠濟(jì)鐵路概況

膠濟(jì)鐵路始建于1899年，至1904年建成通車，至今已有超過(guò)110年歷史。新中國(guó)成立后為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，鐵道部對(duì)膠濟(jì)線進(jìn)行了技術(shù)改造并增建第二線。進(jìn)入21世紀(jì)，鐵道部又對(duì)膠濟(jì)鐵路進(jìn)行電氣化提速改造，工程于2006年竣工，即墨—高密試驗(yàn)段在2007年第六次大提速中運(yùn)行速度達(dá)到250 km/h。之后為迎接2008年奧運(yùn)會(huì)，又在電化線基礎(chǔ)上建設(shè)膠濟(jì)客運(yùn)專線，濟(jì)南東—即墨實(shí)現(xiàn)客貨分離。目前，膠濟(jì)客運(yùn)專線最高運(yùn)行速度200 km/h，膠濟(jì)既有線（濟(jì)南東—即墨貨運(yùn)線）最高運(yùn)行速度120 km/h。

因膠濟(jì)客運(yùn)專線為奧運(yùn)工程，為充分利用既有工程、縮短工期，膠濟(jì)通道采用部分新建、部分改建、部分利用既有工程的方案實(shí)現(xiàn)客貨分線[1-3]。淄博—濰坊段中，淄博—臨淄利用電氣化工程中建成客線，臨淄—濰坊新建客專線（濰坊進(jìn)站前改建既有電化線），原電化線作為貨運(yùn)線（濰坊西—濰坊新建貨運(yùn)線）。膠濟(jì)客運(yùn)專線在該段新建青州市站、昌樂(lè)站客運(yùn)車場(chǎng)，并改建臨淄站，原膠濟(jì)線青州市站改名為青州市南站并停辦客運(yùn)業(yè)務(wù)。因臨淄站客運(yùn)車場(chǎng)僅有下行線站臺(tái)，目前暫未辦理客運(yùn)列車?？浚R淄區(qū)人口密集，出行需求旺盛，長(zhǎng)期依賴公路交通，亟需鐵路客運(yùn)分流。而位于客專線的青州市站遠(yuǎn)離青州市區(qū)，使大量出行客流依然選擇公路交通。由于該地區(qū)人口眾多，臨淄、青州發(fā)往淄博、濰坊方向的公路班車已是流水發(fā)車，但依舊無(wú)法滿足龐大的客流需求。因此，在膠濟(jì)既有線淄博—濰坊段開(kāi)行動(dòng)車組列車，同時(shí)重啟臨淄站、青州市南站客運(yùn)業(yè)務(wù)并停靠動(dòng)車組，實(shí)現(xiàn)臨淄、青州中心城區(qū)通達(dá)淄博、濰坊地區(qū)，并通過(guò)膠濟(jì)客運(yùn)專線實(shí)現(xiàn)直通省會(huì)濟(jì)南乃至其他地區(qū)具有重要意義（圖1）。

2 客貨共線鐵路主要技術(shù)規(guī)范

膠濟(jì)線淄博—濰坊段目前運(yùn)行貨物列車與普速旅客列車，最高運(yùn)行速度120 km/h。而動(dòng)車組列車構(gòu)造速度相對(duì)較高，為充分利用列車性能，同時(shí)兼顧列車運(yùn)行安全與旅客舒適度，分析對(duì)該區(qū)段進(jìn)行提速的條件是否具備，并對(duì)提速幅度加以研究。本文結(jié)合鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范[5-6]以及相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)膠濟(jì)鐵路淄博—濰坊段平面條件進(jìn)行分析，并檢驗(yàn)動(dòng)車組曲線通過(guò)動(dòng)力學(xué)性能，進(jìn)而確定速度目標(biāo)值。膠濟(jì)線為客貨共線鐵路，應(yīng)參照客貨共線鐵路平面條件標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究。為滿足最高行車速度、內(nèi)外鋼軌磨耗均勻以及抗傾覆安全系數(shù)的要求，客貨混運(yùn)線路不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的最小曲線半徑如表1所示。

對(duì)于客貨共線鐵路，緩和曲線長(zhǎng)應(yīng)按表2設(shè)置。當(dāng)采用表列數(shù)值間曲線半徑時(shí)，緩長(zhǎng)可采用線性內(nèi)插值并取整至10 m。曲線超高是確定緩和曲線長(zhǎng)度及曲線線間距加寬值等相關(guān)平面標(biāo)準(zhǔn)的重要參數(shù)。改建與增加第二線調(diào)整緩和曲線長(zhǎng)引起較大工程時(shí)，可采用較短的緩和曲線，其長(zhǎng)度應(yīng)按照實(shí)設(shè)超高設(shè)置。對(duì)于設(shè)計(jì)速度大于等于160 km/h的線路，超高順坡率一般不大于1/10v，困難不大于1/8v;對(duì)于設(shè)計(jì)速度小于等于120 km/h的線路一般不大于1/9v，困難不大于1/7v。

根據(jù)客貨共線鐵路實(shí)驗(yàn)結(jié)果，乘客平均舒適度指數(shù)N = 0.0053hq + 0.560。根據(jù)廣深線旅客舒適度試驗(yàn)，當(dāng)欠超高30 mm時(shí)感覺(jué)良好，欠超高55 mm時(shí)感覺(jué)較好。根據(jù)得到的平均舒適度指數(shù)公式，欠超高與過(guò)超高允許值與舒適度的關(guān)系如表3所示。

為方便線路檢修，現(xiàn)行線路維修規(guī)則規(guī)定，高速鐵路有砟軌道最大欠超高值為一般40 mm，困難60 mm。然而，在鐵路大提速期間，普速旅客列車運(yùn)行欠超高已達(dá)到90 mm，個(gè)別甚至達(dá)到110 mm。此外，日本新干線、法國(guó)TGV、德國(guó)ICE110等高速列車，在有砟軌道上運(yùn)行欠超高達(dá)到100 mm及以上。因此，目前國(guó)內(nèi)高速列車運(yùn)行的欠超高標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于保守，具備調(diào)整欠超高限值的條件[7]。結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范與我國(guó)高速鐵路現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并考慮安全冗余，欠超高允許值不宜超過(guò)90 mm?？紤]我國(guó)既有線客貨混運(yùn)及貨車密度較大的實(shí)際，為減少大量貨物列車對(duì)曲線的破壞作用，過(guò)超高允許值不宜超過(guò)50 mm。

3 膠濟(jì)線平面條件分析

膠濟(jì)線淄博—濰坊段目前運(yùn)行貨物列車與普速旅客列車，最高運(yùn)行速度120 km/h。而動(dòng)車組列車構(gòu)造速度相對(duì)較高，為充分利用列車性能，同時(shí)兼顧列車運(yùn)行安全與旅客舒適度，分析對(duì)該區(qū)段進(jìn)行提速的條件是否具備，并對(duì)提速幅度加以研究。因淄博站、濰坊站基本逢車必停，且淄博樞紐與濰坊樞紐段平面條件較差，改造困難。因此，對(duì)淄博—K252（淄河橋）、濰坊西—濰坊段不考慮提速。

膠濟(jì)線K252—濰坊西段主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下[8]：

（1）鐵路類別：I級(jí)干線。

（2）正線數(shù)目：雙線。

（3）限制坡度：5 ‰。

（4）線路允許速度：120 km/h。

（5）最小曲線半徑：2200 m。

（6）線間距：4.4 m。

（7）牽引種類：電力。

（8）到發(fā)線有效長(zhǎng)度：1050 m。

（9）閉塞方式：自動(dòng)閉塞。

表4為膠濟(jì)線K252—濰坊西上行線曲線（不含站內(nèi)曲線）半徑、緩長(zhǎng)、均衡速度列表，并包含旅客列車通過(guò)速度分別為145 km/h、160 km/h時(shí)的欠超高與貨物列車通過(guò)速度為80 km/h時(shí)的過(guò)超高。由表可知，該路段區(qū)間正線曲線半徑、緩和曲線長(zhǎng)均滿足160 km/h路段線路設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，在不變更曲線超高的情況下，列車以160 km/h速度通過(guò)時(shí)欠超高不超過(guò)90 mm。若提速至145 km/h，則滿足欠超高60 mm的要求。經(jīng)檢算，80 km/h過(guò)超高不高于40 mm，滿足貨物列車過(guò)超高不大于50 mm的要求。

4 相關(guān)條件適應(yīng)性分析

為保證運(yùn)行安全，減少病害發(fā)生，降低維護(hù)成本，對(duì)動(dòng)車組在超過(guò)設(shè)計(jì)速度一定范圍的情況下運(yùn)行時(shí)動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)動(dòng)車組在膠濟(jì)線婁山—即墨間曲線動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果[9]，當(dāng)CRH2型動(dòng)車組分別以180 km/h、195 km/h的速度通過(guò)R=2200 m曲線時(shí)，脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向力的最大值均低于限度值，具體表5所示。在膠濟(jì)線曲線通過(guò)試驗(yàn)中，CRH2型動(dòng)車組橫向平穩(wěn)性與垂向平穩(wěn)性最大平均值均小于2.50，被試車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性均滿足要求。根據(jù)膠濟(jì)線即墨—高密段交會(huì)試驗(yàn)[10]，兩列CRH2型動(dòng)車組以250 km/h交會(huì)時(shí)會(huì)車壓力波最大幅值為1 195 Pa;CRH2型動(dòng)車組以200 km/h的速度與提速貨物列車交會(huì)時(shí)，動(dòng)車組所承受的最大壓力波幅值為570 Pa。均遠(yuǎn)小于車窗所能承受的最大壓力波幅值。由上述試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)線間距為4.4 m時(shí)，動(dòng)車組列車以160 km/h以上速度與提速貨物列車交會(huì)是安全的，兩列動(dòng)車組列車以200 km/h以上速度交會(huì)是安全的。

膠濟(jì)線與膠濟(jì)客運(yùn)專線在淄博—濰坊段共用的車站有淄博站、臨淄站、昌樂(lè)站與濰坊站。臨淄站為膠濟(jì)線與辛泰線交匯站，雖然客專場(chǎng)與普速場(chǎng)并列，但卻無(wú)法接軌;昌樂(lè)站雖有聯(lián)絡(luò)線，但僅能在理論上運(yùn)行膠濟(jì)線上行至膠濟(jì)客專線上行或膠濟(jì)客專下行至膠濟(jì)線下行的列車，無(wú)法滿足青州市南站、臨淄站普速場(chǎng)的動(dòng)車組直通運(yùn)行需求，且膠濟(jì)線昌樂(lè)—濰坊段僅有濰坊西站一座貨運(yùn)站。而淄博站、濰坊站聯(lián)絡(luò)線設(shè)施完善，淄博站普速場(chǎng)與客專場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線一直有張東線與膠濟(jì)客專跨線列車運(yùn)行。因此，動(dòng)車組列車分別在淄博站與濰坊站實(shí)現(xiàn)膠濟(jì)既有線與膠濟(jì)客專線的直通運(yùn)行。

青州市南站（原青州市站）為原既有線客運(yùn)車站，于膠濟(jì)客運(yùn)專線青州市站開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后停辦客運(yùn)業(yè)務(wù)并改名，客運(yùn)設(shè)施基本完善，包括一座高度為1 250 mm的側(cè)式站臺(tái)和一座高度為1 200 mm的島式站臺(tái)，具備高速列車的停靠條件，僅需稍加投資改造便可投入運(yùn)營(yíng)[11]。臨淄站的情況稍微復(fù)雜一些，臨淄站客專場(chǎng)下行方向有一座高度為1 245 mm的客運(yùn)站臺(tái)，具備?？縿?dòng)車組列車的條件，然而客專上行線方向卻沒(méi)有站臺(tái)，剩余一座站臺(tái)位于普速場(chǎng)，曾用于停靠7053/4次普客列車進(jìn)行換向作業(yè)，高度僅為550 mm，具體如圖4所示。若要實(shí)現(xiàn)?？縿?dòng)車組，需對(duì)該站臺(tái)進(jìn)行相關(guān)改造，改造完畢后，臨淄站可供下行客專線動(dòng)車組與上行既有線動(dòng)車組?？?，具備開(kāi)啟客運(yùn)服務(wù)的條件。

截至2019年初，膠濟(jì)客專淄博—濰坊段共有76對(duì)動(dòng)車組列車運(yùn)行，其中40對(duì)為高速動(dòng)車組列車，同時(shí)上下行共存在35列普速列車運(yùn)行，能力利用率已達(dá)100 %，以至于10余對(duì)普速列車需經(jīng)由膠濟(jì)既有線分流。而鄰線濟(jì)青高速線僅有45對(duì)高速動(dòng)車組運(yùn)行，通過(guò)能力利用率不足50 %。因此，可以考慮將大部分運(yùn)行于膠濟(jì)客專的高速列車轉(zhuǎn)移至濟(jì)青高速線運(yùn)行，既有線普速列車回歸膠濟(jì)客專運(yùn)行，釋放出的運(yùn)力可用于既有線直通動(dòng)車組列車。

5 結(jié)論與展望

綜合考慮上述相關(guān)條件，膠濟(jì)線K252—濰坊西段滿足動(dòng)車組160 km/h運(yùn)行條件，若不調(diào)整曲線超高，且維持欠超高60 mm的標(biāo)準(zhǔn)，則須限速145 km/h。淄博—K252淄河橋、濰坊西—濰坊維持既有標(biāo)準(zhǔn)，最高限速120 km/h。該段開(kāi)行動(dòng)車組后，不僅能滿足區(qū)域性客流需求，還可通過(guò)膠濟(jì)客運(yùn)專線與京滬高速線等線路，實(shí)現(xiàn)直通省會(huì)濟(jì)南以及其他省內(nèi)外主要城市，遠(yuǎn)期還可連接淄博市郊鐵路博山線。

由于本文只對(duì)平面條件進(jìn)行了適應(yīng)性分析，實(shí)際工程中若進(jìn)行提速，還需對(duì)路基、橋涵等設(shè)施進(jìn)行安全性評(píng)估。由于動(dòng)車組列車絕大多數(shù)采用電力牽引，因此對(duì)于牽引供電、接觸網(wǎng)以及通信信號(hào)等站后工程，也要結(jié)合速度目標(biāo)值進(jìn)行相關(guān)分析，以確保滿足提速條件。技術(shù)問(wèn)題解決之后，若有必要，也可分析其經(jīng)濟(jì)性以及近遠(yuǎn)期發(fā)展方向的要求。

目前，我國(guó)高速鐵路技術(shù)發(fā)展已日趨成熟，之后應(yīng)逐步向提高高速鐵路的覆蓋范圍的方向發(fā)展。有條件的既有線應(yīng)充分利用起來(lái)，以高列車直通為主要目的，進(jìn)行相關(guān)適應(yīng)性改造，在保證運(yùn)輸效率、運(yùn)輸質(zhì)量與運(yùn)營(yíng)維護(hù)效果的前提下適當(dāng)提速。

參考文獻(xiàn)

[1]劉向東. 膠濟(jì)客運(yùn)專線ZH1標(biāo)總體施工組織方案探討[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 2007（6）： 61-63.

[2]宋雷. 膠濟(jì)鐵路客運(yùn)專線“7.20”大撥接施工成功實(shí)現(xiàn)安全開(kāi)通的幾點(diǎn)思考[C]//山東鐵道學(xué)會(huì). 2008年科技學(xué)術(shù)研討年提速安全與和諧鐵路論文集. 山東鐵道學(xué)會(huì)： 山東省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)， 2008： 4.

[3]賈陳君. 既有電氣化鐵路改造過(guò)渡設(shè)計(jì)與撥接施工[J]. 鐵道建筑， 2012（3）： 99-102.

[4]中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 改建鐵路膠濟(jì)線電氣化工程竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收調(diào)查報(bào)告[R]. 2019.

[5]GB50090-2006 鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]TB10098-2017 鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7]黃淑. 基于模糊重心理論的鐵路既有線改建方案評(píng)價(jià)方法研究[D]. 成都： 西南交通大學(xué)， 2010.

[8]張毓， 張婭敏. 高速列車通過(guò)半徑2200 m曲線動(dòng)力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J]. 鐵道建筑， 2009（4）： 106-108.

[9]熊小慧， 梁習(xí)鋒. CRH2型動(dòng)車組列車交會(huì)空氣壓力波試驗(yàn)分析[J]. 鐵道學(xué)報(bào)， 2009， 31（6）： 15-20.

[10]王春旭. 膠濟(jì)客運(yùn)專線擴(kuò)能改造研究[D]. 成都： 西南交通大學(xué)， 2015.

[定稿日期]2021-05-06

[作者簡(jiǎn)介]劉派（1996～），男，碩士，研究方向?yàn)殍F路工程與技術(shù);琚珺喆（1983～），女，本科，工程師，研究方向?yàn)檐壍澜煌ㄒ?guī)劃和建設(shè)管理;楊金龍（1994～），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)殍F路運(yùn)輸組織。