新建蒙自至文山铁路限制坡度的选择

新建蒙自至文山铁路限制坡度的选择

潘安琪

中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600

摘要：新建蒙自至文山铁路作为云桂沿边铁路通道的重要组成部分，也是通道内首段建设线路。线路地处云贵高原南缘，沿线地形起伏大、岩溶发育，工程艰巨；项目限制坡度的选择对线路走向、线路长度、机车类型、牵引质量、路网运输组织灵活性及施工风险等均有较大影响。本次研究从降低工程技术难度和工程风险，节省投资、增加沿边铁路通道路网灵活性、适应沿边铁路通道运输组织要求等角度综合分析，推荐限制坡度采用24‰方案。

关键词：限制坡度；线路走向方案；运输组织

1项目概况

本项目地处为革命事业做出突出贡献的文山革命老区，为边疆稳固繁荣做出巨大牺牲的云南东南部文山、红河两个沿边民族自治州。线路连接文山壮族苗族自治州文山市和红河哈尼族彝族自治州蒙自市。正线全长101.768km，是一条服务于沿边地区开发开放客货兼顾的区域性铁路。

2运输需求

研究年度本线客货运输需求见表1。

表1客货运量预测表

3限制坡度的研究

3.1沿线地形情况

新建蒙自至文山铁路位于云贵高原南缘，呈浅-深切割的中山山地高原地貌，总体地势中间高两端低。线路两端蒙自地区、文山地区地貌单元主要为构造侵蚀堆积盆地区，海拔高程1250m～1300m，相对高差在10m以内，地表平坦，自然坡度5°左右。线路中间沿线主要为构造侵蚀溶蚀中山区地貌单元，海拔高程1100m～2100m，相对高差100m～900m，山势挺拔，沟谷切割深，多成“V”字形峡谷，自然坡度多为30°左右，线路展线条件困难，主要以谷间越岭隧道方式穿行。

3.2本线货车车流构成

本线货车以通过车流为主，占总车流的70%以上，其中主要为沿边铁路通道东段富宁方向与西段普洱方向、昆玉河线玉溪方向的车流交流，各自约占总车流的35%左右。故从路网线路协调性来看，本线的限制坡度及牵引质量等技术标准，宜与文富线、普蒙线、昆玉河线玉蒙段协调一致。

3.3相邻线限制坡度及牵引质量

区域路网限制坡度及牵引质量见图1。

图1区域路网限制坡度及牵引质量示意图

可以看出，本线衔接蒙自端各线均为3000t系列，文山端各线均为4000t系列，经本线直通货车均需进行换重作业。区域路网内蒙自以西的昆玉河玉蒙段、玉磨、大临、大瑞等客货共线铁路限制坡度均采用24‰，文山以北师文线限制坡度拟采用18.5‰，文山以东文富、广西沿边等线限制坡度拟采用13‰[1]。

3.4限制坡度方案比选

结合前后方通道限制坡度情况，本线主要研究13‰、18.5‰、24‰三个坡度方案。结合线路走向研究，在对各坡度不同走向（中线方案和南线方案）进行比选分析基础上，进一步比较不同坡度方案的适应性。

3.4.1坡度走向方案初步比选

受地形条件影响，走向方案比较起终点为红河站至文山南站区段。

3.4.1.1坡度13‰方案

13‰坡度走向方案比较得出，中线方案线路总长较南线方案减少15.36km，桥隧工程总长短25.15km，工程投资节省19.2亿元。中线方案较优。

3.4.1.2坡度18.5‰方案

18.5‰坡度走向方案比较得出，中线方案线路总长较南线方案长0.57km，桥隧工程增加0.36km，但由于南方案高桥、深隧工程较多，投资较北方案增加18.1亿元。中线方案较优。

3.4.1.3坡度24‰方案

24‰坡度走向方案比较得出，中线方案线路总长较南线方案长1.5km，桥隧工程总长减少20.04km，工程投资节省17.5亿元。中线方案较优。

3.4.4不同坡度方案比选（红河站~文山站）

在上述走向方案比选基础上，对中线三个坡度方案进行进一步比选。

不同坡度方案的主要技术经济比较见表2。

表2坡度方案主要技术经济比较表单位：万元

可以看出，24‰方案线路长度相对较短，且由于线路爬升后高程已出地面，故越岭短隧较多，大于8km的隧道仅1座，为老寨隧道，长8.807km。18.5‰、13‰方案多走行于山区，长隧相对较多，大于8km的隧道各3座。其中18.5‰方案乍木箐隧道长12.085km、芷村隧道9.773km、老寨隧道10.351km；13‰方案马鹿塘隧道长11.635km、三山隧道长10.315km、老尖坡隧道9.125km。

该段落岩溶中-强烈发育。24‰方案老寨隧道穿越岩溶强烈发育段落仅约2.8km，且由于线位较高，遭遇岩溶的风险低；18.5‰方案穿越岩溶强烈发育段落芷村隧道达7.53km、老寨隧道达8.2km，遭遇岩溶的风险较高；13‰方案穿越岩溶强烈发育段落马鹿塘隧道为0.895km、三山隧道为7.785km，老尖坡隧道为4.7km，遭遇岩溶的风险较高。从施工工期角度分析，24‰方案受老寨隧道控制，土建工期36.7月，工期较易保证；18.5‰方案工期受乍木箐隧道控制，土建工期约45.3月；13‰方案工期受马鹿塘隧道控制，土建工期约43.6月。且18.5‰、13‰方案老寨隧道、芷村隧道、三山隧道均穿越岩溶强烈发育区，工期难以保证。

由表5可见，24‰坡度方案由于地形条件适应性相对较好，线路展线较短，桥隧总长较18.5‰和13‰方案分别缩短17.257km、23.776km，静态工程投资节省约12.67亿元、24.65亿元；虽然24‰方案运营费略高，但工程换算总费用最省。

综合上述分析，采用24‰坡度方案优势较明显。

3.4.5不同限坡机型及牵引质量适应性分析

本线采用电力牵引，我国直流传动电力机车已经停产，逐步淘汰。交流传动电力机车已形成8轴9600kw、6轴9600kw和6轴7200kw三大系列，限制坡度的选择应与机车牵引特性良好匹配，既要满足牵引质量的要求，还应力求减少机力虚糜，提高机车的运用效率。在不同坡度方案下，目前各种主型机车主要技术参数及双机牵引质量见表3。

表3各类主型机车主要技术参数和性能表

由上表可以看出，13‰方案各型机车双机牵引均能满足牵引质量4600t以上，部分机车满足牵引质量5000t要求；18.5‰方案各型机车双机牵引均能满足牵引质量3300t，采用HXD1、HXD2、HXD3B机车双机牵引可达4000t；24‰坡度方案各型机车双机牵引均能满足牵引质量2500t以上，HXD1、HXD2、HXD3B三种机车双机牵引可达3000t。

3.4.6长大下坡道列车运行安全分析

3.4.6.1纯动力制动下列车运行安全检算

列车在长大下坡道上运行，安全是必须保证的前提条件。旅客列车单位动力制动力较大，经测算坡度在不超过24‰坡度情况下，可满足牵引20辆客车制动要求。交流传动货运机车双机重联牵引，采用纯动力制动，在不同坡度下保持列车匀速运行的牵引质量见表4。

表4动力制动保持匀速运行对应的牵引质量

由表可见，交流电力机车动力制动力大，在全负荷作用下，满足长大坡道下保持列车匀速运行的牵引质量均大于受机车牵引力限制的上坡牵引质量。为保证列车运行的安全可靠，动力制动系数按80%计算，13‰的下坡道牵引质量不宜大于5500t，18.5‰的下坡道牵引质量不宜大于4500t，24‰下坡道牵引质量不宜大于3300t。

3.4.6.2纯空气制动情况下列车运营安全检算

为保证列车运行的安全可靠，本次研究在考虑极端不利情况下，不使用机车电制动，采用纯空气制动，计算不同坡度下满足列车空气制动周期的牵引质量见表5。

表5满足空气制动充风缓解时间限制的牵引质量

由上表可见，在纯空气制动条件下，满足货车空气制动周期的牵引质量13‰下坡不宜大于6000t，18.5‰下坡不宜大于4200t，24‰下坡不宜大于3000t。

根据国内长大下坡线路运营实际，精伊霍线、青藏线格拉段和宝成线等线路坡度较大。其中精霍线精河至伊宁段限坡为20‰，现状货车采用SS4型机车双机牵引3200t，HXD1双机试验最大牵引质量4500t；青藏线格拉段限坡20‰，货车双机牵引2000t，普超至2580t，三机牵引3000t，普超至3580t[2]；宝成线限坡30‰，足坡地段位于宝鸡南至秦岭段，货车双机牵引3000t。运营实际情况表明，长大坡道上可以保证列车运行安全，行车速度符合相关要求。

3.4.7运输组织合理性分析

3.4.7.1既有区域路网技术作业站分布概况

图2区域路网技术作业站分布示意图

由图2可以看出，由于区域路网现状单线铁路分布较多、坡度较大，技术作业站分布距离偏小，基本在300km以内。

3.4.7.2沿边通道技术作业站的分布

从规划沿边铁路通道技术作业站分布情况分析，既有蒙自北区段站西距普洱约302km，东至靖西约403km。结合既有技术作业站分布特征，需在蒙自与靖西站间布设一个技术作业站，以办理机车换挂与乘务点换班等技术作业。文山市作为沿边铁路通道上的重要节点城市，规划将形成衔接蒙自、丘北、富宁、天保等4个方向的铁路地区，故技术作业站设在文山地区较为合理[3]。

3.4.7.3坡度方案对应的技术作业站优缺点分析

沿边铁路通道限制坡度文山以东段拟采用13‰，蒙自以西拟采用24‰，即本线东西两端坡度差异较大，本线坡度无法同时兼顾。若本线采用13‰或24‰坡度方案，可与其中一端坡度一致并统一牵引质量，但需在蒙自北或文山南进行机车换挂和增减轴作业；若本线采用18.5‰坡度方案，则需在文山南站办理机车换挂作业，并在蒙自北进行增减轴作业。即在两端坡度差异较大条件下，18.5‰方案使通道坡度多样化，增加运输组织复杂性，采用13‰和24‰方案可与一端坡度相协调，相比较而言技术作业相对集中，运输组织效率较高。

3.4.8限制坡度推荐意见

综合以上分析，24‰方案能较好适应地形，重点工程可实施性强，施工风险小，工期较短且相对可控；与昆玉河线、沿边通道蒙自以东区段路网协调一致。因此本次研究从降低工程技术难度和工程风险，节省投资、增加沿边铁路通道路网灵活性、适应沿边铁路通道运输组织要求等角度综合分析，推荐本线限制坡度采用24‰方案。

参考文献

[1]中铁第五勘察设计院集团有限公司.新建文山至富宁铁路可行性研究报告[R].北京：中铁第五勘察设计院集团有限公司，2017.

[2]内蒙古铁道勘察设计院有限公司.改建铁路精霍线精河至伊宁段扩能改造勘察设计项目可行性研究[R].呼和浩特：内蒙古铁道勘察设计院有限公司，2016.

[3]中国中铁二院工程集团有限责任公司.新建铁路大理至攀枝花线预可行型研究汇报材料[R].成都：中国中铁二院工程集团有限责任公司，2017.