石門至長沙鐵路增建第二線速度目標(biāo)值的選擇研究

張 文

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司,武漢 430063)

1 概述

石門至長沙鐵路位于湖南省北部地區(qū),北起常德市石門縣,橫跨澧、沅、資、湘四大河流,經(jīng)常德、益陽、望城等市(縣)到達長沙市,線路全長 266 km,是洛湛鐵路通道的重要組成部分,同時也是溝通焦柳和京廣兩大干線的重要鐵路運輸通道,對于促進沿線旅游開發(fā)和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、強化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有重要作用。

石長鐵路(單線)于 1998年 10月開通運營以來,為促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展作出了積極貢獻。但隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展,沿線火力發(fā)電廠、糧食儲備庫、創(chuàng)元鋁業(yè)等項目相繼建成投產(chǎn),沿線旅游業(yè)不斷興旺發(fā)達,既有線通過能力已不能滿足日益增長的客貨運輸需求。因此,對石長鐵路進行擴能改造具有十分重要的意義。石門至長沙鐵路增建第二線工程線路平面見圖1。

圖1 石門至長沙鐵路增建第二線工程線路平面示意

2 速度目標(biāo)值的選擇

2.1 滿足時間目標(biāo)值要求

鐵路在長途客流市場主要面臨航空的競爭。由于既有石長線客流所經(jīng)鐵路網(wǎng)不是以高速、快速鐵路為主,長途列車難以在旅行時間上優(yōu)于航空運輸。本線1 000 km以上長途客流占總客流比例較小,且本線長度較短,在長途客流所經(jīng)線路長度比重較小,因此本線不宜追求過短的時間目標(biāo)值,應(yīng)發(fā)掘經(jīng)濟、便利、安全性上的優(yōu)勢,吸引以務(wù)工、求學(xué)為出行目的的客流,從旅行時間上創(chuàng)造“夕發(fā)朝至”列車開行條件,提高旅客出行的便利性。為滿足西安—長沙、宜昌—廣州等列車“夕發(fā)朝至”要求,本線時間目標(biāo)值應(yīng)為 2.7h左右(表1)。

表1 旅客列車對本線時間目標(biāo)值要求分析

本線旅游資源豐富,沿線地區(qū)的中短途客流較大,鐵路在此市場將主要面臨高速公路的競爭。目前長沙至張家界高速公路已建成,高速公路旅行時間為 4 h,而快速列車的旅行時間 5 h。為提高鐵路在客運市場的競爭力,石長鐵路應(yīng)在旅行時間上較公路有一定優(yōu)勢。由于通過高速公路出行更具便利性,為爭取對高速公路的競爭優(yōu)勢,鐵路必須在總旅行時間上應(yīng)更為節(jié)省,石長鐵路的旅行時間要求 2.5h。詳見表2。

表2 與高速公路競爭對石長鐵路時間目標(biāo)值要求分析

綜上所述,結(jié)合本線特點,考慮長途跨線客流“夕發(fā)朝至”需求、同高速公路競爭等因素,本線的時間目標(biāo)值應(yīng)為 2.5 h。

為滿足時間目標(biāo)值要求,本線全段列車運行速度應(yīng)在 130 km/h以上。

2.2 滿足與相鄰鐵路速度匹配要求

石長鐵路客流主要途經(jīng)黔張常、滬昆線杭州至株洲段、焦柳線襄石段、京廣線武廣段、洛湛鐵路益永段等。研究年度黔張常、滬昆線杭州至株洲段速度目標(biāo)值為 200 km/h,焦柳線襄石段速度目標(biāo)值為 120 km/h,京廣線武廣段速度目標(biāo)值為 130 km/h,洛湛鐵路益永段速度目標(biāo)值為 160 km/h?？梢姳揪€既銜接高標(biāo)準的快速鐵路,也銜接標(biāo)準較低的既有鐵路,從與相鄰線路匹配關(guān)系考慮,本線速度目標(biāo)值宜介于這兩者之間,選擇范圍在 120～200 km/h。

2.3 適應(yīng)本線既有條件,滿足工程技術(shù)經(jīng)濟要求

對于既有線擴能項目,既有線提速改造速度目標(biāo)值還應(yīng)根據(jù)沿線地形條件和既有線現(xiàn)狀條件,盡量考慮既有線路和設(shè)備的利用,對既有線提速改造方案進行研究后,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比選,本著經(jīng)濟合理的原則確定。因此,本線速度目標(biāo)值對既有線和新建線路應(yīng)區(qū)別對待、統(tǒng)籌考慮,應(yīng)在高標(biāo)準新線與條件困難的既有線間取得合理平衡,選取工程技術(shù)經(jīng)濟性良好的速度目標(biāo)值方案。

綜上分析,本線速度目標(biāo)期望值,按全線考慮旅客列車運行速度應(yīng)達到 130 km/h及以上。首先應(yīng)對既有線提速改造方案進行研究,分路段結(jié)合其改造條件,合理確定既有線速度目標(biāo)值,若既有線提速代價太大,不能達到期望值的標(biāo)準,則新建線路應(yīng)選擇較高的速度目標(biāo)值,使全線平均速度綜合達到速度目標(biāo)期望值的要求和滿足時間目標(biāo)值的要求。既有線提速宜在120～160km/h,新建線路宜在 160～200 km/h速度序列中按工程技術(shù)經(jīng)濟最優(yōu)的原則合理選擇。

3 既有線提速改造方案研究

據(jù)既有線現(xiàn)狀路和路網(wǎng)相關(guān)鐵路干線的速度標(biāo)準,研究既有線提速 140、160 km/h兩個改造方案。

3.1 既有線 140 km/h提速改造方案

按 140 km/h速度提速改造,改建既有線 82.25 km,改建比例為 31.3%,改造曲線 81處,其中單雙繞地段 14處,新建橋梁 21-4 782m,新建隧道 21-4 576 m,廢棄橋梁 13-1891 m,廢棄隧道 12-1 877 m。對于部分車站、大橋地段,若按 140 km/h提速改造,工程較大、改造困難,保留局部限速地段長18.471 km,其中石門 、臨澧 、常德、德山、益陽等 5個站進出站小半徑保留,橋梁 6-3 174 m,隧道 2-432 m處小半徑維持現(xiàn)狀。

3.2 既有線 160 km/h提速改造方案

按 160 km/h速度提速改造,改建既有線 122.85 km,改建比例為 46.7%,改造曲線 127處,其中單雙繞地段 20處,新建橋梁 32-7 420m,新建隧道 21-4 576 m,廢棄橋梁 20-3210 m,廢棄隧道 12-1 877 m。對于部分車站、大橋地段,若按 160 km/h提速改造,工程較大、改造困難,予保留局部限速地段長25.015 km,其中石門、臨澧 、常德、德山、益陽 5個站進出站小半徑保留,橋粱 7-33 058 m,隧道 2-432 m處小半徑維持現(xiàn)狀。

綜上所述,140、160 km/h提速改造投資大,而節(jié)省運營時分又有限,提速成本均在5 700萬元/min以上,顯然代價太大,從經(jīng)濟上分析是不可取的;此外,既有線改造施工難度大,對既有線運營干擾大,安全隱患多;而且對于正常運營通車的石長鐵路來說,廢棄既有線路和橋隧建筑物太多,會造成很大的社會負面影響。160km/h提速改造相比較 140 km/h提速改造方案,代價更大?？紤]石長線在路網(wǎng)中的地位及經(jīng)濟發(fā)展水平對速度目標(biāo)值的需求,石長鐵路提速后與路網(wǎng)相關(guān)鐵路焦柳鐵路和京廣鐵路速度標(biāo)準不一致。因此,除區(qū)間個別的小半徑曲線改造較經(jīng)濟合理外,對既有線原則上不再進行提速改造。既有線提速改造技術(shù)經(jīng)濟比較見表3。

表3 既有線提速改造技術(shù)經(jīng)濟比較

4 增建二線地段速度目標(biāo)值方案研究

對于增建第二線,選線自由度相對較大,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后在經(jīng)濟合理的情況下應(yīng)力求達到速度目標(biāo)期望值,并選擇較高的速度目標(biāo)值。根據(jù)既有線提速改造方案研究結(jié)論,既有線基本維持現(xiàn)有標(biāo)準,增建第二線速度目標(biāo)值主要研究 160 km/h、160 km/h預(yù)留 200 km/h、200 km/h 3種方案。

第二線采用 200 km/h速度標(biāo)準相對于 160 km/h來說差異在于:曲線半徑加大對地形的適應(yīng)性變差,與既有線并行地段減少;線間距及路基寬度加大、橋梁梁型不同、隧道斷面加大、路基基底處理標(biāo)準提高等引起路基、橋涵、隧道工程及征地拆遷等均有所增加。站后配套工程主要是信號工程差異較大,160 km/h鐵路信號列控采用的是 CTCS-0,200km/h鐵路信號列控采用的是 CTCS-2,CTCS-2較 CTCS-0增加了列控中心、點式應(yīng)答器、LEU、站間列控安全信息局域網(wǎng)等設(shè)備,增加投資較多,其余站后工程相差不大。

石長鐵路沿線為低山丘陵地段,地形條件較為困難,3種速度目標(biāo)值方案技術(shù)經(jīng)濟比較詳見表4。

表4 石長鐵路增建二線速度目標(biāo)值方案技術(shù)經(jīng)濟比較

經(jīng)比較,采用 200 km/h方案與 160 km/h方案相比,增加投資 7.03億元;160 km/h、預(yù)留 200 km/h平面方案與 160 km/h方案相比,增加投資 3.74億元。根據(jù)線路輸送能力分析,按時速 160km增建二線可滿足路網(wǎng)規(guī)劃近、遠期客貨運量需求,為減少廢棄工程,節(jié)省工程用地和投資,故本次推薦 160 km/h方案。

5 結(jié)論

綜上所述,根據(jù)既有線提速改造方案研究和增建第二線速度目標(biāo)值方案比選結(jié)論,從盡量利用既有線路和設(shè)備,減少廢棄工程,節(jié)省工程投資,而又滿足時間目標(biāo)值要求綜合考慮,推薦既有線局部提速改造,增建第二線速度目標(biāo)值 160km/h方案。

[1] GB 50090—2006,鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司.石門至長沙鐵路增建第二線工程可行性研究報告[R].武漢:2009.

[3] TBJ066,鐵路增建第二線工程項目建設(shè)標(biāo)準[S].

[4] 鐵道部.中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃研究[M].北京:中國鐵道出版社,2004.

[5] TB10003— 2005 J449— 2005,鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S].