利用既有普速铁路网开行重载列车的探讨

利用既有普速铁路网开行重载列车的探讨

杨承爱

中铁二院工程集团有限责任公司  四川成都  610031

摘要：为实现利用既有普速铁路开行重载列车的目的，本文结合国内外重载铁路主要技术标准的使用，选取西南地区普速铁路骨架路网，通过分析最小曲线半径、限制坡度、行车组织及到发线有效长等主要技术标准，研究利用其开行重载列车需采取的策略及措施，并提出相应的意见及建议，为建设重载铁路网提供一种思路和借鉴。

关键词：重载铁路；最小曲线半径；限制坡度；行车组织；到发线有效长

1前言

随着我国社会经济的快速发展，在客运专线网建成后，重载铁路将迎来快速发展期。重载铁路具有牵引质量高、轴重大、运量大的特点，其主要技术标准有别于常规铁路。目前，我国正在运行或已建成的重载铁路主要有大秦线等，主要集中在华北片区。我国中西部铁路网基本分布在山区，为达到以较小的代价完成山区普通货物列车实现重载化运行的目的，本次普速选取西南地区铁路网骨架进行研究。

2西南地区普速铁路骨架路网现状

从西南地区铁路网位置可知，剔出客专、城际铁路、地方铁路及货运专支线后，本地区主要铁路骨架为“三纵三横”，“三纵”分别为西安-宝鸡-成都-昆明、西安-安康-重庆-贵阳-柳州、安康-襄樊-怀化-柳州；“三横”分别为成都-重庆-怀化，昆明-贵阳-怀化及昆明-南宁-柳州（下称 “三纵三横”骨架路网）。

“三纵三横” 骨架路网主要技术标准如表1、表2。

表1.“三纵”主要技术标准表

表2.“三横”主要技术标准表

3 “三纵三横”骨架路网开行重载列车主要技术标准研究

根据“三纵三横” 骨架路网各线线路状况，研究扩能改建为重载铁路后，线路宜采用的最小曲线半径、限制坡度、运输组织方式、到发线有效长等四项技术标准。

3.1最小曲线半径

重载铁路钢轨磨耗较常规的客货混运铁路严重，特别是小半径曲线地段钢轨磨耗较明显；会显著缩短换轨周期，增加维修成本，故新建重载铁路宜使用较大半径。但西南片区既有铁路目前曲线半径均较小，如采用较大半径改为重载铁路，则工程投资巨大，废弃工程较多，且施工将严重干扰线路运营，因此本区域“普改重”宜选择合理的最小曲线半径。以下对“三纵三横” 骨架路网改为重载铁路所采用的最小曲线半径方案进行分析。

3.1.1西南片区铁路“普改重”最小曲线半径分析

（1）执行《重载铁路设计规范》（报批稿）的最小曲线半径

根据铁三院与中科院于2011年编写的《重载铁路设计规范》报批稿（下称“报批稿”）第5.2.1条，“新建线路平面的圆曲线半径应结合工程条件、减少维修等因素，因地制宜，合理选用。最小曲线半径一般采用1200m、困难条件下不应小于800m，特殊困难条件下不应小于600m。” “三纵三横” 骨架路网中，纵向铁路襄渝线安康至重庆段及黔桂线曲线半径能达到800m及以上，南昆线部分地段最小曲线半径亦仅能达到600m；横向线路渝怀线、柳南线及贵昆线六盘水至昆明段曲线半径大于或等于800m，其余半径均在600m以下。初步估计，目前“三纵三横” 骨架路网最小曲线半径仅有30%能达到报批稿要求，其余70%需进行改建。

（2）参考国外重载铁路采用的最小曲线半径

国外重载铁路发展较早，轴重大部分集中在22t~30t，部分重载铁路采用的最小曲线半径如表3。

表3.国外重载铁路统计表

由表可知，国外重载铁路采用的最小曲线半径较低，如澳大利亚哈默斯利铁矿公司的线路及巴西维多利亚米纳斯线采用的最小曲线半径均小于400m，特别是澳大利亚哈默斯利铁矿公司线，采用轴重30t，牵引达到26500t，可见，最小曲线半径对重载铁路影响较大，但并非唯一决定因素，尚需综合各因素进行考虑。

“三纵三横” 骨架路网如参考国外项目进行普速改重载，采用最小曲线半径400m，仅需改建成渝、渝黔、宝成线宝鸡至阳平关、焦柳线襄樊至柳州等段最小曲线半径，约占本区域线路长度的25%。

（3）参考国内重载铁路线路最小曲线半径

我国重载铁路运输发展经历了多个阶段，目前运行或在建的重载铁路如表4。

表4.我国重载铁路概况表

其中，大秦线、张唐铁路为新建重载铁路，其余4条为既有线改建为重载铁路，主要分布于我国华北地区，主要用于煤炭及矿石运输，连接矿区至港口。比较具有代表性的线路为大秦线，全长653km，最小曲线半径仅为400m，根据大秦线钢轨磨耗资料的统计分析，大秦线目前年总运量达5亿吨，半径1200m及以上的曲线，钢轨磨耗及使用寿命与直线地段相比差别不大；半径800m的曲线钢轨侧磨比较严重，每年达19mm，使用1年就需要换轨，而更小的曲线半径，如500m的曲线半径，侧磨非常严重，每季度需换轨1次。

“三纵三横”骨架路网的各条线路目前运量均较少，如六大干线之一的沪昆铁路怀化至昆明段，目前运量仍不足6000万吨，改为重载铁路后，按远期年运量1.2亿吨计，约为大秦线1/4，参考大秦线最小曲线半径400m，每季度需换轨1次，则沪昆线怀化至昆明段仅需每年换轨1次，“三纵三横” 骨架路网其余线路根据运量不等，换轨周期均在1年以上。

3.1.2西南山区“普改重”最小曲线半径选用的建议

目前由于西南地区地形条件大部分为山岭重丘，特别在云贵高原，地形陡峻，河谷深切，铁路线路走向于崇山峻岭，线路采用技术标准较低，根据《重载铁路设计规范》报批稿要求的最小曲线半径， “三纵三横”骨架路网约70%需进行改建，势必引起大量废弃工程，严重干扰运营，且耗资巨大，工期需数十年甚至几十年才能完成；若参考国外项目进行改建，最小曲线半径可采用300余m，但由于国外重载铁路运输物品品名单一，多为煤炭、矿物等大宗物资，对线路运行速度要求不高，以及国外铁路采用的轨距不尽相同，故不具可比性；根据对国内重载铁路大秦线年运量，采用的最小曲线半径与钢轨磨耗换轨周期的分析对比，“三纵三横”骨架路网换轨周期均在1年及以上，方案可行，故建议参考大秦线最小曲线半径。

综上，虽然重载铁路在小半径曲线地段钢轨磨耗较常规的客货混运铁路严重，但由于西南地区地形地质条件限制，“三纵三横”骨架路网改建时，建议在能保证安全、均磨，且能节省大量工程投资时，曲线半径不宜小于600m。困难条件下，改建将引起巨大工程时，不应小于400m。按照此标准，“三纵三横”骨架路网除成渝、渝黔、焦柳线襄樊至柳州段外，其余线路曲线半径均能满足要求，故从平面条件看，需改建成渝、渝黔、焦柳线襄樊至柳州段。

3.2限制坡度

限制坡度是影响改建铁路全局的主要技术标准之一，限制坡度的选择，不仅影响改建工程投资的大小，而且涉及到改建后铁路运输能力、行车安全与运营费等。

3.2.1影响限制坡度的因素

影响改建重载铁路限制坡度的因素较多，主要有：列车轴重、牵引种类、机车类型、牵引质量及机车台数等。

（1）列车轴重

采用中-活载进行设计的铁路线路，适应230KN及以下车辆运行，如大秦线采用中-活载进行设计，在开通后，随着运量的增加，开行250KN级机车车辆后，设备病害发生和发展速度加快。各种病害频发，如曲线地段钢轨侧磨、II型混凝土桥枕裂纹较多，道床板结、污染严重，有些地段路基下沉，路桥、路涵过渡段不均匀沉降严重，部分地段翻浆冒泥，桥梁横隔板断裂、梁体出现裂纹、墩台裂损、梁端顶死、支座倾斜、涵洞裂损变形等，故250KN级车辆上线运行，工程措施应适当加强。“三纵三横”骨架路网目前的工程措施难以适应250KN级以上轴重的机车车辆运行的需要，铁路机车车辆轴重初期按230KN，运营过程中采取工程措施进行改建、加强，逐步逐段达到250KN。

（2）牵引种类及机车类型

电力牵引比内燃牵引的计算牵引力大，计算速度高，牵引定数大，满足相同运能要求时的限制坡度比内燃牵引的大。故建议全部采用电力牵引，目前西南路网骨架“三纵三横”已大部分实现电气化运行，故不再分析内燃机车牵引情况，本文选取我国重载铁路常用的机型HXD1（轴重23t、25t）、HXD2（轴重23t、25t）、HXD3（轴重23t、25t）进行研究。

（3）牵引质量和机车台数

由于西南山区地形起伏较大，既有线限制坡度较大，为避免造成过多废弃工程，降低工程投资，建议西南地区改建重载铁路后，牵引质量为10000t。根据各线情况，对应采用双机、三级、四机牵引。

3.2.2限制坡度的计算值

《重载铁路设计规范》报批稿对上述参数进行计算研究，计算结果及取值摘录如表5。

表5.牵引质量10000t状况下限制坡度计算及取值

3.2.3 “三纵三横”骨架路网限制坡度取值建议

根据“三纵三横”主要技术标准表（表1、表2）进行分析，“三纵三横”骨架路网限制坡度除渝黔线外，均未超过13‰，与牵引质量10000t状况下限制坡度取值表（表5）对比，采用四机牵引， HXD1、HXD2均能满足要求，虽然成昆线成都~燕岗、焦柳线部分地段限制坡度不超过6‰，可采用双机或三机牵引。但限制坡度的选择需考虑与邻接铁路的牵引定数相协调。统一牵引定数可避免列车换重作业，加速机车车辆周转，提高运营指标并增加运输的机动性。故“三纵三横”骨架路网限制坡度宜统一为13‰。初期轴重按230KN，采用四机牵引，后期轴重250KN按三机牵引，机型采用HXD1或HXD2型。

3.3行车组织方式

“三纵三横”骨架路网内，部分线路目前运量较小，运输方向分散、线路交流结点多。根据最小曲线半径、限制坡度改为重载铁路后，需进一步确定合理的运输方式，以充分发挥重载铁路效能。以下对“三纵三横”骨架路网重载列车编组模式、开行重载列车方案进行研究。

3.3.1重载列车编组模式

目前1万吨重载列车编组模式主要有单元编组、组合编组（两个5000吨编组重联）。例如大秦线编组方式：

（1）单元编组：C80车辆单元万吨列车编组方式为单HXD1或单HXD2＋C80*102辆＋普通列尾，列车总重10200吨。或C70车辆单元万吨列车编组方式：单HXD1或单HXD2＋C70*108辆＋普通列尾，列车总重10368吨。

（2）组合编组：C62/C64车辆组合1万吨列车编组方式：SS4机车1台＋C62/C64*60辆＋SS4机车1台＋C62/C64*60辆＋普通列尾，列车总重10560吨。及C70车辆组合1万吨列车编组方式：SS4机车1台＋C70*54辆＋SS4机车1台＋C70*54辆＋普通列尾，列车总重10368吨。

大秦线由于地处华北地区，地形平坦，上行限制坡度仅为4‰，1万吨编组可采用单机单元编组或双机组合编组牵引，但“三纵三横”骨架路网限制坡度较大，开行1万吨重载列车，初期轴重按230KN，四机牵引，按单元编组难以操作控制，宜采用组合编组，即两个5000吨编组重联，具体为：双HXD1或双HXD2＋C80*51辆＋双HXD1或双HXD2＋C80*51辆+普通列尾方式，列车总重10200吨。后期可采用双HXD1或双HXD2＋C80*102辆＋单HXD1或单HXD2方式。

3.3.2列车运输方式、车站设置及开行方案

（1）运输方式

重载铁路运输适合幅员辽阔、资源丰富、煤炭和矿石等大宗货物运量占有较大比重的区域开行，我国西南地区不仅有丰富的煤炭、矿石等大宗物资运输，又有较多的工业产品、农产品、轻快货物需要运输，即使在高铁路网及城际铁路基本建成后，尚需开行少量短途客车，故“三纵三横”骨架路网列车运输组织需兼顾重载与普通货物列车、客车。甚至可借鉴欧洲开行以客运为主的客货混运重载列车，实行混合编组开行方式等。

（2）重载列车站点分布

由于“三纵三横”骨架路网基本覆盖我国西南及部分西北及中部区域。涵盖了我国近1/4的国土面积，仅需确定较大区域编组场位置，可实现重载列车采用跨区间长距离运输，既能节省编组场建设工程投资，又可减少重载编组作业及缩短运输时间，提高运输效率。从“三纵三横”骨架路网所在位置分析，建议建设西安、襄樊、成都、重庆、昆明、贵阳、怀化、南宁、柳州等9个重载编组场，可开行较大区重载间编组列车等。

（3）列车开行方案

根据运输方式及重载列车编组场分布，采取合理的列车开行方案有利于提高运输效率，建议在“三纵三横”骨架路网列车运行图上，首先安排开行每日数列跨区间重载列车，原则上列车区间不停靠、不解编，直接从本编组场至下一编组场；其次安排开行旅客列车；最后，根据运行图剩余运输能力，安排轻快及普通短途货物列车。各轻快及普通货物列车到达临近重载编组场后，根据货物最终目的地，重新编组，部分货物进入重载编组，直接运输至下一编组场，较大节省中途停靠时间。

3.4到发线有效长

牵引质量为10000t时，到发线有效长度计算：

（1）初期轴重按230KN，采用四机牵引：

HXD1或HXD2机车（4台）+C80型货车（102辆）

到发线有效长度＝（12×102+37.9×4）×1.1＝1513.2m。

（2）后期轴重按250KN，采用三机牵引：

HXD1或HXD2机车（3台）+C80型货车（102辆）

到发线有效长度＝（12×102+37.9×3）×1.1＝1471.5m。

三纵三横”骨架路网根据上述列车编组方式，考虑停车制动安全距离后，计算出需要的有效长度最长为1513.2m，建议到发线有效长采用1500m。

4 “三纵三横” 骨架路网开行重载列车的意见及建议

4.1 “三纵三横” 骨架路网“普改重”意见

三纵三横”骨架路网建设年限长短不一，有上世纪六、七十年代建设的成昆、焦柳、渝黔等长大干线，也有本世纪初建设的项目如渝怀线，改建的黔桂线、宝成线阳平关至成都复线等，受地形、地质条件及建设时人财物力及技术水平所限，技术标准参差不齐，总体而言，本区域路网骨架技术标准较低，为充分利用既有设备，避免改建重载铁路后产生较大废弃工程，节约工程投资，以及减少改建过程中对既有线运营产生严重干扰。经研究认为：

（1） “三纵三横”骨架路网改建重载铁路，既有线曲线半径按不宜小于600m。困难条件下，改建将引起巨大工程时，不应小于400m；限制坡度按13‰进行改建。按此标准，骨架路网中大部分线路平纵面条件可维持现状，仅需对宝成线宝鸡至阳平关、成渝线、渝黔线、襄渝线进行改扩建。

（2）“三纵三横”骨架路网需兼顾重载与普通货物列车、客车，可实行混合开行方式等；根据“三纵三横”骨架路网所在位置，建设西安、襄樊、成都、重庆、昆明、贵阳、怀化、南宁、柳州等9个重载编组场，实行重载列车采用跨区间长距离运输，直接从本编组场至下一编组场；经计算，采用到发线有效长度1500m安全可行。

4.2 实现“三纵三横” 骨架路网“普改重”建议

（1）为尽早实现“三纵三横”骨架路网开行重载列车，需对宝成线宝鸡至阳平关、成渝线、渝黔线、襄渝线尽快启动改扩建工程，建议参照《重载铁路设计规范》报批稿技术要求进行设计施工；

（2）根据实际运行情况，逐步增加区域编组场，提高货物运输效率，进一步研究将普速客车纳入重载列车进行混编方式；

（3）对重载运行中出现的局部较严重的路、桥、隧病害，难以整治又危及行车安全的，建议及时进行改线。

（4）为便于货物运输组织，9个编组场的设置，在条件允许的情况下，尽可能利用既有编组站进行改扩建；

5结语

通过对西南地区“三纵三横” 骨架路网开行重载列车采用主要技术标准的研究，可以得出以下结论：

（1）西南地区大部分普速铁路在技术标准上能满足开行重载列车要求，仅需对少量线路进行改建即可形成重载列车路网。

（2）西南地区骨架路网开行重载列车后、可兼顾普通货物列车与普速客车，实行混合开行方式。无须重新建设普速铁路网；

（3）普速铁路实现重载化运输，须采取循序渐进的策略，逐条推进、逐步完善，最终成网。

普速铁路实现重载化运输，涉及的因素较多，本文主要研究最小曲线半径、限制坡度、行车组织及到发线有效长等，为国家建设重载铁路网提供一种思路和借鉴。

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作者简介：杨承爱（1974—），男，高级工程师，从事铁道工程（线路）专业技术工作。