新建伊寧至阿克蘇鐵路速度目標值研究

張文斌

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,陜西 西安 710043)

1 伊寧至阿克蘇鐵路概況

新建伊寧至阿克蘇鐵路位于新疆維吾爾自治區(qū)西部的伊犁哈薩克自治州(以下簡稱伊犁州)、巴音郭愣蒙古自治州和阿克蘇地區(qū)[1]。線路起自伊寧市精伊霍鐵路伊寧站,利用精伊霍鐵路向東至布列開車站接軌引出,新建線路向南沿伊犁河谷而上,經新源縣后翻越天山,接入既有庫俄鐵路庫臺克力克站,利用并改建庫俄鐵路接入南疆鐵路庫車西站,后利用南疆鐵路至項目終點阿克蘇市阿克蘇站,沿途經伊寧市、鞏留縣、新源縣、輪臺縣、庫車市、新和縣、阿克蘇市[2]。線路全長654.03 km,其中伊寧至布列開段利用精伊霍鐵路43.6 km,布列開至庫臺克力克新建線路全長313.96 km,庫臺克力克至庫車西段改建利用庫俄鐵路68.77 km,庫車西至阿克蘇段利用南疆鐵路227.7 km。

據運量預測,該線近期、遠期客貨運量如表1所列。新建伊寧至阿克蘇鐵路線路走向見圖1。

表1 研究期內項目預測運量

2 速度目標值

該線伊寧至布列開段利用精伊霍鐵路,布列開至庫臺克力克新建線路,庫臺克力克至庫車西段改建利用庫俄鐵路,庫車西至阿克蘇段利用南疆鐵路,研究年度精伊霍鐵路和南疆鐵路將擴能改造[3-4],因此本次重點對布列開至庫臺克力克新建線路、庫臺克力克至庫車西段改建利用庫俄鐵路速度目標值分段進行研究。

2.1 布列開至庫臺克力克段(新建段)

(1) 速度目標值方案 該線為新疆鐵路網骨架的重要組成部分,形成南北疆之間便捷的鐵路運輸通道。為保障區(qū)域路網鐵路通道運輸質量,速度目標值不宜過低,但該線需穿越南天山,地形復雜、工程艱巨,速度目標值方案還應考慮工程經濟性,同時與相鄰鐵路協調統(tǒng)一。

結合項目功能定位及運量預測,該線為客貨共線鐵路,且為單線,速度目標值越高,客貨干擾越大,達速效果越差,同時200 km/h方案工程投資增加較大、經濟性差?！惰F路線路設計規(guī)范》[5]規(guī)定:速度目標值200 km/h的客貨共線鐵路應一次修建雙線。根據客貨運量預測結果該線按單線設計[6],因此,重點對120 km/h、160 km/h速度目標值方案進行研究。

(2) 工程經濟性綜合分析 根據項目建設方案及地形特征,結合路網構成及運量預測,布列開至那拉提西段與規(guī)劃的伊寧至巴倫臺鐵路共線,客運量水平高,且地形相對平緩,而那拉提西至庫臺克力克段需翻越南天山,地形復雜[7-8]。為充分體現與客流水平的匹配性、地形特征的適應性、工程投資的經濟性,對速度目標值進行分段研究[9-12]。

布列開至那拉提西段:布列開至那拉提西段與新建伊寧至巴倫臺鐵路共線,且沿線經濟據點及旅游景點分布較多,客運對數較多,同時地形相對平緩,不同速度目標值對應的曲線半徑選擇均能適應地形條件。結合工程投資、運輸質量研究該段120 km/h、160 km/h速度目標值方案。不同方案的工程投資經濟性分析見表2。

由表2可知,160 km/h方案較120 km/h方案投資增比僅為2.4%,但節(jié)時比達33.5%,160 km/h速度目標值方案節(jié)時效果明顯、運輸質量較高。

那拉提西至庫臺克力克段:那拉提西至庫臺克力克段線路主要穿越南天山,且客車對數相對較少。不同速度目標值對應的曲線半徑選用對線路方案具有一定影響[13],采用較小曲線半徑可有效縮短橋隧長度[14],優(yōu)化工程設置,降低工程投資,但降低列車運行速度限制了運輸質量的提高。結合工程投資、運輸質量[15]研究了該段120 km/h、160 km/h 2個速度目標值方案,不同速度目標值方案工程經濟性分析見表3。

表3 那拉提西至庫臺克力克段不同速度目標值方案工程經濟性比較

由表3可知,該段雖然地形較復雜,但160 km/h與120 km/h方案工程投資相當,投資增比僅為6.4%,而160 km/h與120 km/h方案節(jié)時比達34.1%,160 km/h速度目標值方案節(jié)時效果明顯、運輸質量仍較高。

(3) 綜合分析 列車達速效果分析:結合地形特征,該線穿越南天山,20‰的足坡地段長達130.3 km。在20‰的坡度方案上,采用160 km/h速度等級旅客列車[16],通過模擬牽引計算分析,列車達速效果如圖2所示。

圖2 160 km/h速度等級旅客列車達速效果Fig.2 Passenger train speed reaching diagram at 160 km/h

由圖2可見,160 km/h速度等級旅客列車在20‰的足坡地段,上坡最低運行速度為140 km/h,達速效果較好。

與功能定位、區(qū)域路網的匹配性分析:該線為南北疆之間便捷的運輸通道,應采用較高的速度目標值;考慮該線位于我國西北邊陲,地廣人稀,所處地區(qū)經濟欠發(fā)達,客運需求量偏低,且沿線工程地質復雜、投資大,速度目標值過高經濟性較差。區(qū)域相關鐵路速度目標值示意圖如圖3所示。

圖3 區(qū)域相關鐵路速度目標值Fig.3 Schematic diagram of target value of region related railway speed

區(qū)域路網內既有蘭新線烏魯木齊至精河段線路允許速度160 km/h,精河至阿拉山口段線路允許速度120 km/h;精伊霍線現狀線路允許速度120 km/h,增建二線提速改造完成后速度目標值為160 km/h;南疆線吐魯番至阿克蘇段線路允許速度160 km/h,阿克蘇至喀什段線路允許速度120～160 km/h、增建二線電氣化改造后速度目標值為160 km/h;在建阿克蘇至阿拉爾鐵路速度目標值為120 km/h、預留160 km/h。

結合項目客運量預測及開行方案,該線采用160 km/h的速度目標值方案,符合項目功能定位,滿足運輸需求,與區(qū)域路網協調匹配。

工程經濟性及運輸質量分析:通過對布列開至那拉提西、那拉提西至庫臺克力克兩段的工程投資及經濟性綜合分析,160 km/h速度目標值方案較120 km/h工程投資增幅不大,而運輸質量提升明顯。

(4) 該段速度目標值研究小結 綜上所述,結合沿線地形特征,為符合項目功能定位,滿足客運需求,同時與區(qū)域路網協調一致,提高通道整體運輸質量,使綜合經濟效益最優(yōu)[17-20],布列開至庫臺克力克段(新建線路)速度目標值推薦采用160 km/h。

2.2 庫臺克力克至庫車西段(改建段)

(1) 線路特征分析 庫俄線是為俄霍布拉克礦區(qū)服務的貨運鐵路,由烏魯木齊局、新疆自治區(qū)、徐州礦務集團公司共同出資成立,烏魯木齊局相對控股。庫俄鐵路為Ⅱ級單線鐵路,最小曲線半徑800 m,礦區(qū)內600 m,采用6/16‰均衡坡,內燃牽引,預留電化條件,到發(fā)線有效長度850 m,半自動閉塞,全段線路長度86.6 km,分布車站8處(含2處預留站),平均站間距離12.29 km,目前按80 km/h運營。庫俄線線路特征如圖4所示。該線利用庫俄段線路長度68.77 km,最小曲線半徑800 m;既有線為減少工程,依山傍河布線,線型曲折,翻越卻勒塔格山時有橋隧工程。庫車西至庫臺克力克段平面曲線特征見表4。

圖4 庫俄線線路特征示意圖Fig.4 Schematic diagram of Ku-e railway route characteristics

表4 庫俄線庫車西至庫臺克力克段平面曲線特征

(2) 提速方案研究 結合區(qū)域路網及該線主要技術標準[21],同時考慮既有線路特征,重點研究了提速至120 km/h、提速至160 km/h、提速至160 km/h局部120 km/h共3個方案并進行比較。各速度目標值基礎設施適應性分析見表5。

表5 庫俄鐵路不同速度目標值工程基礎適應性分析

平縱斷面滿足提速至120 km/h條件,除軌道外既有設備基本滿足120 km/h速度目標值要求。對于160 km/h速度目標值方案,將不滿足平縱曲線條件的段落進行提速改建,滿足平縱條件的段落主要補強軌道工程和隧道工程。

提速至160 km/h方案:不滿足平面曲線段落和隧道地段全部改建,改建長度45.28 km,利用段長度23.32 km,占比33.9%,工程投資27.1億元。

提速至160 km/h局部120 km/h方案:蘇巴什至康村和依地克至庫臺克里克段橋隧集中,按120 km/h改建,段落長33.75 km,占比49%;其余地段提速至160 km/h,段落長35.02 km,工程投資9.6億元。

提速至120 km/h方案:全段平縱斷面維持現狀,僅對軌道工程補強,工程投資約5.1億元。

不同改建方案綜合經濟比較見表6。由表6可知,提速至160 km/h和160 km/h局部120 km/h方案較提速至120 km/h運行時間分別縮短9.4 min和4.4 min,但分別增加投資22.0億元和4.5億元,平均每提高1 min分別增加投資2.34億元和1.02億元,提速效益差。

表6 綜合經濟比較

綜合分析,庫臺克力克至庫車西段(改建段)速度目標值推薦節(jié)省投資[22]的120 km/h方案。

3 結語

新建伊寧至阿克蘇鐵路在路網中銜接精伊霍線和南疆線,是西部沿邊鐵路通道的重要構成,直接聯系南北疆地區(qū),可形成南北疆之間便捷的鐵路運輸通道,結束南北疆交流繞經吐魯番的歷史,其建設對于完善路網布局、筑牢祖國西北安全屏障、促進沿邊開放和國土開發(fā)、鞏固脫貧攻堅成果等具有積極意義。研究從提高運輸標準、改善沿線居民出行條件、合理利用既有路網資源及節(jié)省工程投資等角度綜合考慮,主要比較工程經濟性、列車達速效果、功能定位及路網的匹配性等方面,最終得出本線布列開至庫臺克力克段(新建段)速度目標值推薦采用160 km/h;庫臺克力克至庫車西段(改建段)速度目標值推薦采用120 km/h。