黔桂鐵路增建二線速度標(biāo)準(zhǔn)研析

■ 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 呂欣 楊舉明

黔桂鐵路位于廣西壯族自治區(qū)西北部和貴州省東南部，線路南起廣西壯族自治區(qū)柳州市，向北經(jīng)廣西壯族自治區(qū)河池市、貴州省黔南州，終至貴州省貴陽市，柳州至貴陽運營長度為479km。黔桂鐵路是西部陸海新通道主通道的重要組成部分，是西部地區(qū)直達(dá)北部灣、粵港澳大灣區(qū)的貨運主通道，也是西南川渝黔等省市與兩廣間貨物交流的便捷通道，定位為一條以貨為主、兼顧客運的區(qū)際干線鐵路。既有黔桂鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為國鐵I級單線、預(yù)留雙線電氣化鐵路，牽引質(zhì)量3800t，限制坡度6‰加力坡13‰，設(shè)計速度柳州至金城江段160km/h，金城江至貴陽段120km/h～140km/h。目前，重車方向最大區(qū)段每天開行7對旅客列車、26對貨物列車，其能力利用率高達(dá)99.6%，急需復(fù)線改造。線路地理位置如圖1所示。

圖1 地理位置示意圖

本文以黔桂鐵路增建二線為例，對既有線復(fù)線改造中線路條件及主要工程影響速度標(biāo)準(zhǔn)的各種因素進(jìn)行研究分析，探討增建二線速度目標(biāo)值的選擇，最終確定經(jīng)濟(jì)、合理的最優(yōu)方案，可為類似工程提供有益借鑒和參考。

1.既有線工程條件對速度標(biāo)準(zhǔn)的影響

1.1 線路

既有黔桂鐵路線路執(zhí)行《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》（GB 50090t 2006），該規(guī)范客貨共線鐵路速度標(biāo)準(zhǔn)有120km/h、140km/h和160km/h的相應(yīng)規(guī)定?，F(xiàn)狀柳州至金城江設(shè)計速度160km/h，金城江至龍里設(shè)計速度140km/h，都勻地段困難條件下設(shè)計速度120km/h。黔桂增建二線線路執(zhí)行《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》（TB 10098t2017），最新規(guī)范客貨共線鐵路速度標(biāo)準(zhǔn)只有120km/h、160km/h和200km/h的相應(yīng)規(guī)定，不同速度標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別如表1所示。

表1 不同速度標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)最小曲線半徑及線間距

經(jīng)梳理，既有線平面特征如表2所示。

表2 既有線平面特征

1.2 路基

既有線路基設(shè)計執(zhí)行2005年頒布的《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》（TB 10001t2005）。將《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》（TB 10001t 2005）140km/h時速相關(guān)條文與現(xiàn)行《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》（TB 10001t2016）160km/h時速相關(guān)條文作對比，主要區(qū)別體現(xiàn)在曲線地段路基面加寬值不同和基床填料的應(yīng)用范圍不同。新老規(guī)范中，曲線地段路基面加寬值在相同曲線半徑條件下差別最大時僅為20cm，對運行速度影響較小，且基床填料的分類選用，是為了控制路基本體的沉降與變形。既有黔桂線運營時間超過12年，沉降變形基本穩(wěn)定，不足以對運行速度造成關(guān)鍵影響。經(jīng)研究，既有線設(shè)計速度140km/h的路基段落具備160km/h的運營條件。

1.3 橋涵

既有線橋梁設(shè)計執(zhí)行1999年頒布的《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB 10002.1t99）和《鐵路混凝土和砌體工程設(shè)計規(guī)范》（TB 10002.4t99）等規(guī)范。設(shè)計活載為“中t活載”，梁部采用《專橋（01）2051》，墩臺基礎(chǔ)等主體工程的圬工規(guī)格均執(zhí)行當(dāng)時橋規(guī)的相關(guān)規(guī)定，墩臺身鋼筋混凝土一般采用C25鋼筋混凝土，素混凝土一般采用C20混凝土?，F(xiàn)行新建客貨共線鐵路執(zhí)行2017年頒布的《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》（TB 10002t2017）和《鐵路橋涵混凝土設(shè)計規(guī)范》（TB 10092t2017）等規(guī)范。既有黔桂鐵路橋梁梁部采用《專橋（01）2051》，通用梁圖中表示“經(jīng)檢算自振頻率和振幅滿足客車160km/h、貨車90km/h的行車要求”，因此，既有橋梁能滿足160km/h的速度標(biāo)準(zhǔn)。另外，既有涵洞動力性能滿足160km/h的速度標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 隧道

既有線隧道執(zhí)行《鐵路隧道規(guī)范》（TB 1003t2005），時速160km及以下隧道建筑限界相同，單線隧道建筑限界采用國標(biāo)《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路建筑限界》（GB 146.2t83）之“隧限t 2A”，雙線隧道采用“隧限t2B”，但時速160km隧道斷面內(nèi)輪廓考慮機(jī)車類型、車輛密封性、旅客舒適度等因素，即考慮空氣動力學(xué)效應(yīng)影響，其斷面與時速140km及以下隧道斷面有所不同，具體斷面面積如表3所示。

表3 電氣化客貨共線鐵路隧道軌面以上最小凈空橫斷面面積（單位：m2）

1.5 軌道

既有黔桂線有砟軌道區(qū)段采用重型軌道標(biāo)準(zhǔn)，60kg/m鋼軌，彈條II扣件，軌枕類型為混凝土III型軌枕，滿足新舊規(guī)范客貨共線鐵路旅客列車設(shè)計行車速度160km/h的運營條件。增建二線有砟軌道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與既有線相同，采用60kg/m鋼軌，彈條II扣件，軌枕類型為混凝土III型軌枕。既有線銀洞坡隧道和定水壩隧道內(nèi)采用彈性支承塊無砟軌道，采用60kg/m鋼軌，預(yù)埋鐵座式扣件。增建二線線路長度≧3km的單個隧道或隧道群內(nèi)鋪設(shè)無砟軌道，無砟軌道根據(jù)《國鐵集團(tuán)軌道部件使用規(guī)定》（鐵工電〔2021〕38號），采用雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)，采用60kg/m鋼軌，WJt12型扣件。滿足設(shè)計速度200km/h及以下客貨共線鐵路運營條件。

經(jīng)研究，全線大部分段落線路平面滿足160km/h標(biāo)準(zhǔn)，僅有金城江出站端、下寨進(jìn)站端和都勻城區(qū)段等短段落不滿足160km/h標(biāo)準(zhǔn)；橋梁、路基、軌道均滿足160km/h運營速度條件；隧道斷面不滿足160km/h標(biāo)準(zhǔn)，若既有線提速至160km/h，需對隧道斷面進(jìn)行擴(kuò)挖，實施難度大，需斷道施工，且改造風(fēng)險高。

2.增建二線速度標(biāo)準(zhǔn)比選研究

鑒于既有線柳州至金城江段、金城江至貴陽段速度標(biāo)準(zhǔn)不一致，故對增建二線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分段進(jìn)行研究。

2.1 柳州至金城江段

柳州樞紐內(nèi)柳州至洛滿段已建成雙線，洛滿至金城江段既有線設(shè)計速度為160km/h，本次增建二線結(jié)合工程投資、既有線平縱斷面條件等因素，研究了設(shè)計速度120km/h、160km/h和200km/h三個方案。

經(jīng)比選研究，設(shè)計速度120km/h方案低于既有線標(biāo)準(zhǔn)且較設(shè)計速度160km/h方案投資僅節(jié)省1.2億元，研究后舍棄。設(shè)計速度200km/h方案，對既有線研究了維持現(xiàn)狀和提速至200km/h兩個方案，既有線提速至200km/h將引起大量廢棄工程，增加投資較多，研究后舍棄。既有線維持現(xiàn)狀，增建二線采用200km/h標(biāo)準(zhǔn)，即使在增建第二線不換邊情況下，單向運行時間僅可節(jié)省約10min，提速效果不明顯，無論是否換邊，因線間距原因預(yù)留工程不能利用，工程投資大，研究后舍棄。因此，該段推薦和既有線速度標(biāo)準(zhǔn)一致的160km/h方案。

2.2 金城江至貴陽段

貴陽樞紐內(nèi)小西堡（線路所）至貴陽段已建成雙線，本次對金城江至小西堡（線路所）段既有線提速改造和增建二線速度標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行了研究。

2.2.1 既有線提速方案研究

本段既有線設(shè)計速度為140km/h（困難地段為120km/h），線路平面條件大部分段落滿足160km/h標(biāo)準(zhǔn)，具備提速至160km/h的條件。若將既有線提速至160km/h標(biāo)準(zhǔn)，雖然可節(jié)省運行時間16.1min，但需對既有隧道斷面進(jìn)行擴(kuò)挖。經(jīng)研究，需擴(kuò)挖隧道120座——104172m，同時廢棄部分預(yù)留工程，改造工程量較大，對列車運營干擾較大，綜合考慮投資及運營干擾等因素，本段既有線維持既有標(biāo)準(zhǔn)不變。

2.2.2 增建二線方案研究

結(jié)合沿線工程地質(zhì)條件、既有線資料、預(yù)留工程等，研究了與既有線同標(biāo)準(zhǔn)增建二線（方案Ⅰ）；增建二線采用160km/h標(biāo)準(zhǔn)，部分維持既有（方案Ⅱ）；增建二線采用160km/h標(biāo)準(zhǔn)（方案Ⅲ）；增建二線采用120km/h標(biāo)準(zhǔn)（方案Ⅳ）四個方案。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異見表4。

表4 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異表

方案Ⅰ：與既有線同標(biāo)準(zhǔn)增建二線方案

線路自金城江站引出，采用與既有線相同標(biāo)準(zhǔn)，為充分利用預(yù)留工程，基本按原預(yù)留位置增建第二線至龍里（小西堡），線路長度275.808km。

方案Ⅱ：增建二線采用160km/h標(biāo)準(zhǔn)方案，部分維持既有

該方案線路走向同方案Ⅰ一致，基本按原預(yù)留位置增建第二線，局部利用既有線預(yù)留工程段落，增二線段維持既有標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)梳理，增二線金城江出站端受車站布置影響采用1200小半徑且無法改建，都勻外繞段同樣采用小半徑，其余段落線路平面均滿足160km/h標(biāo)準(zhǔn)，由于160km/h以下路基及橋梁形式相同，隧道斷面160km/h較140km/h增大，金城江至龍里段既有及預(yù)留隧道均為140km/h以下斷面形式，增二線涉及預(yù)留隧道8座1898延米采用140km/h標(biāo)準(zhǔn)要求，其余新建隧道均按160km/h標(biāo)準(zhǔn)新建。線路長度275.808km。

方案Ⅲ：增建二線采用160km/h標(biāo)準(zhǔn)方案

該方案線路走向同方案Ⅰ一致，基本按原預(yù)留位置增建第二線，都勻外繞段仍采用120km/h標(biāo)準(zhǔn)，其余段落增建二線工程均按照160km/h標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。對既有線預(yù)留工程中不滿足160km/h條件的隧道進(jìn)行擴(kuò)挖改造，以及將金城江出站端及下寨進(jìn)站端既有線曲線半徑（1200m）改造為滿足160km/h標(biāo)準(zhǔn)，其中下寨段線路橋隧工程較大，改造困難，二線按一次性雙線改建約2km。線路長275.808km。

方案Ⅳ：增建二線采用120km/h標(biāo)準(zhǔn)方案

該方案線路走向與方案Ⅰ一致，基本按原預(yù)留位置增建第二線，線路長度277.282km。

四個方案主要工程數(shù)量及投資比較見表5。

表5 主要工程數(shù)量及投資比較表

經(jīng)研究，方案Ⅳ與方案Ⅰ相比，因標(biāo)準(zhǔn)差異較小，節(jié)省投資較少，不但運行時間增加10.8min，還降低了線路標(biāo)準(zhǔn)，因此不宜采用；方案Ⅱ較方案Ⅰ運行時間僅節(jié)省2.8min～3min，但投資增加4.43億元，投資節(jié)時比高，較不經(jīng)濟(jì)；方案Ⅲ較方案Ⅰ運行時間僅節(jié)省3.8min～4.5min，但投資增加7.62億元，投資節(jié)時比高，較不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)項目功能定位，本線以貨為主，對運行速度要求不高，故推薦投資較省的方案Ⅰ，即與既有線同標(biāo)準(zhǔn)增建二線方案。本線增建二線后，金城江～龍里（小西堡）設(shè)計速度140km/h，困難地段120km/h。

4.結(jié)語

深入分析既有黔桂鐵路設(shè)計資料和實際工程條件后，根據(jù)項目功能定位、客貨流特點，綜合考慮運輸組織、預(yù)留工程、地形地質(zhì)、工程投資等因素，合理確定增建二線與既有線相協(xié)調(diào)的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。針對預(yù)留復(fù)線條件的單線鐵路，在進(jìn)行增建二線速度標(biāo)準(zhǔn)研究時，要充分考慮預(yù)留的橋梁、隧道、車站和路基等工程，并按照“充分利用既有工程，避免大拆大改”的設(shè)計原則，合理確定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，盡量節(jié)省工程投資。黔桂鐵路增建二線速度標(biāo)準(zhǔn)宜采用與既有線相同的速度標(biāo)準(zhǔn)，既符合項目功能定位，滿足運輸需求，又能充分利用預(yù)留工程，節(jié)省工程投資。