石門至長沙鐵路增建第二線速度目標值的選擇研究

張 文

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

1 概述

石門至長沙鐵路位于湖南省北部地區,北起常德市石門縣,橫跨澧、沅、資、湘四大河流,經常德、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和區域經濟發展、強化路網結構具有重要作用。

石長鐵路(單線)于 1998年 10月開通運營以來,為促進當地經濟發展作出了積極貢獻。但隨著經濟不斷發展,沿線火力發電廠、糧食儲備庫、創元鋁業等項目相繼建成投產,沿線旅游業不斷興旺發達,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 速度目標值的選擇

2.1 滿足時間目標值要求

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鐵路網不是以高速、快速鐵路為主,長途列車難以在旅行時間上優于航空運輸。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,在長途客流所經線路長度比重較小,因此本線不宜追求過短的時間目標值,應發掘經濟、便利、安全性上的優勢,吸引以務工、求學為出行目的的客流,從旅行時間上創造“夕發朝至”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“夕發朝至”要求,本線時間目標值應為 2.7h左右(表1)。

表1 旅客列車對本線時間目標值要求分析

本線旅游資源豐富,沿線地區的中短途客流較大,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,石長鐵路應在旅行時間上較公路有一定優勢。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勢,鐵路必須在總旅行時間上應更為節省,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值要求分析

綜上所述,結合本線特點,考慮長途跨線客流“夕發朝至”需求、同高速公路競爭等因素,本線的時間目標值應為 2.5 h。

為滿足時間目標值要求,本線全段列車運行速度應在 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值為 200 km/h,焦柳線襄石段速度目標值為 120 km/h,京廣線武廣段速度目標值為 130 km/h,洛湛鐵路益永段速度目標值為 160 km/h。可見本線既銜接高標準的快速鐵路,也銜接標準較低的既有鐵路,從與相鄰線路匹配關系考慮,本線速度目標值宜介于這兩者之間,選擇范圍在 120～200 km/h。

2.3 適應本線既有條件,滿足工程技術經濟要求

對于既有線擴能項目,既有線提速改造速度目標值還應根據沿線地形條件和既有線現狀條件,盡量考慮既有線路和設備的利用,對既有線提速改造方案進行研究后,經技術經濟比選,本著經濟合理的原則確定。因此,本線速度目標值對既有線和新建線路應區別對待、統籌考慮,應在高標準新線與條件困難的既有線間取得合理平衡,選取工程技術經濟性良好的速度目標值方案。

綜上分析,本線速度目標期望值,按全線考慮旅客列車運行速度應達到 130 km/h及以上。首先應對既有線提速改造方案進行研究,分路段結合其改造條件,合理確定既有線速度目標值,若既有線提速代價太大,不能達到期望值的標準,則新建線路應選擇較高的速度目標值,使全線平均速度綜合達到速度目標期望值的要求和滿足時間目標值的要求。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經濟最優的原則合理選擇。

3 既有線提速改造方案研究

據既有線現狀路和路網相關鐵路干線的速度標準,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處小半徑維持現狀。

綜上所述,140、160 km/h提速改造投資大,而節省運營時分又有限,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。考慮石長線在路網中的地位及經濟發展水平對速度目標值的需求,石長鐵路提速后與路網相關鐵路焦柳鐵路和京廣鐵路速度標準不一致。因此,除區間個別的小半徑曲線改造較經濟合理外,對既有線原則上不再進行提速改造。既有線提速改造技術經濟比較見表3。

表3 既有線提速改造技術經濟比較

4 增建二線地段速度目標值方案研究

對于增建第二線,選線自由度相對較大,經技術經濟比較后在經濟合理的情況下應力求達到速度目標期望值,并選擇較高的速度目標值。根據既有線提速改造方案研究結論,既有線基本維持現有標準,增建第二線速度目標值主要研究 160 km/h、160 km/h預留 200 km/h、200 km/h 3種方案。

第二線采用 200 km/h速度標準相對于 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、點式應答器、LEU、站間列控安全信息局域網等設備,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種速度目標值方案技術經濟比較詳見表4。

表4 石長鐵路增建二線速度目標值方案技術經濟比較

經比較,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。根據線路輸送能力分析,按時速 160km增建二線可滿足路網規劃近、遠期客貨運量需求,為減少廢棄工程,節省工程用地和投資,故本次推薦 160 km/h方案。

5 結論

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

[1] GB 50090—2006,鐵路線路設計規范[S].

[2] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.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標準[S].

[4] 鐵道部.中長期鐵路網規劃研究[M].北京:中國鐵道出版社,2004.

[5] TB10003— 2005 J449— 2005,鐵路隧道設計規范[S].