和邢鐵路限制坡度的選擇

閆興志

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600)

1 工程概述

和(順)至邢(臺)鐵路位于山西省和順縣、左權縣及河北省邢臺地區，線路西接陽涉鐵路和順站，東接京廣鐵路邢臺站，線路全長128.631 km。本線橫跨太行山脈，地勢西高東低，落差大，并呈臺階式下降。和順地區高程約1 275 m，邢臺地區高程約75 m，兩端直線距離約85 km，高差達1 200 m左右。沿線地貌可分為中低山區、低山丘陵區、山間河谷區及河北平原區。項目的特點是線路行徑地區無大的政治經濟據點，影響線路走向的主要因素是高程控制。選線方案示意見圖1。

圖1 和順至邢臺線線路方案示意

2 沿線地形的分析

和邢鐵路為煤炭運輸通路，主要貨物流向明顯，上下行方向運量差別較大，且沿線地勢西高東低落差大，并呈臺階式下降。影響本線方案的主要為輕車方向限制坡度的選擇。本次研究首先對重車方向6‰、輕車方向13‰曲線、隧道不折減方案進行線路平、縱斷面指標分析統計，指標見表1。

段落1:太行山主脈嶺西，清障河河谷臺地地形，自然坡度為重車下坡，重車方向拔起高度10.9 m，輕車方向拔起高度240.3 m，展線系數1.26。

段落2:越嶺隧道向中低山區過渡地段，線路沿太行山脈東麓引線，自然坡度為輕車足坡地段，足坡段占段落88.4%，其它坡段位站坪坡，本段無返坡，輕車方向拔起高度731.9 m，展線系數1.31。

段落3:中底山區向丘陵區過渡地段，自然坡度為輕車上坡地段，局部自然坡度小于輕車限制坡度，本段無反坡，輕車拔起高度193.3 m，展線系數1.03。

段落4:丘陵向平原區過渡地段，本段主要是繞避平面障礙，重車拔起高度7.0 m，輕車拔起高度57.3 m展線系數1.29。

從表1中來看，嶺東線路展線系數最大，足坡段落也較長，說明輕車方向較大的限制坡度能夠更好地適應地形特征。

3 重車方向限制坡度的選擇

本線為煤炭運輸通路，主要貨物流向明顯，上行為重車方向，上下行方向運量差別較大，且沿線地勢西高東低落差大，并呈臺階式下降。根據本線運量特征及地形特點，采用輕、重車方向以不同的限制坡度，可以有效地適應地形條件，縮短線路長度，節省工程投資。

從沿線自然條件來看，重車方向限制坡度的選擇基本不受地形限制，上坡地段主要用于和順、邢臺地區跨越等級公路。重車方向研究了4‰和6‰兩個限制坡度方案，方案比較見表2。

表1 線路平、縱斷面指標分析表

表2 重車方向4‰和6‰限坡比較表

從上表可以看出，重車方向6‰與4‰方案處于同一平面，且重車上坡地段占全線長度比例極低，均不足5%;兩方案橋隧比例相差0.1%，4‰方案較6‰方案路基土石方多1.8×104m3，橋梁長110 m，投資貴240萬元。

從本線工程條件來看，由于重車方向上坡段很少，采用6‰與4‰方案差別不大。考慮到本線與邢黃鐵路的貨物交流通過小康莊至東北流疏解線進入邢黃鐵路，而東北流疏解線往黃驊港方向設計中采用了6.4‰的上坡，坡段長達1 881.6 m。為使通路坡度協調統一，擬將該段坡度進行適當軟化。從線路平縱斷面條件來看，該段坡度調整為6‰比較可行，若要降到4‰則存在較大難度，也必然產生較大工程。結合通路坡度統籌考慮，本線重車方向限制坡度推薦采用6‰方案。

4 輕車方向限制坡度的選擇

本線中間7個區間除車站外全部為連續長大下坡道，影響本線輕車方向限制坡度的選擇的主要因素為列車制動力。

4.1 受充風緩解時間限制的最大坡度分析

重載列車在長大下坡道上以較高速度運行時，單用動力制動往往不足以使列車減速。為了不超過規定速度，需要用空氣制動的周期制動調速，即制動、緩解、再制動、再緩解……直至駛出長大下坡道。周期制動時，在每次制動前，車輛制動機的副風缸空氣壓力應當恢復到規定壓力，所需的時間稱為副風缸充風時間tc。《列車牽引計算規程》(以下簡稱《牽規》)中規定“長大下坡道的牽引輛數受制動機充風時間和空走時間的限制”，即每次制動緩解后的增速時間tz應不小于列車副風缸充風時間tc和下一次制動的空走時間tk之和，這個原則可以用式tz≥tc+tk表達。

列車制動機副風缸充風時間與編組輛數和減壓量有關，《牽規》附錄K提供了貨物列車副風缸充風時間與編組輛數和減壓量的關系。5 000 t列車的編組輛數為60輛。長大下坡道上常用制動調速減壓量的確定，既要考慮不同下坡度的減速需要，又要考慮制動主管漏泄和多次周期制動后副風缸壓力可能有些衰減，但又不宜取最大減壓量，以免不必要地延長副風缸充風時間。

根據以上分析，本次研究過程中使用的主要參數見表3。

表3 主要計算參數表

經計算，牽引質量5 000 t，列車編組60輛，單機SS4B電力機車牽引，在16‰的下坡道上由上次制動末速30 km/h上升到下坡限制速度69 km/h，充風緩解時間141.4 s，增速時間157.5 s，可以滿足充風緩解時間要求;在17‰的下坡道上由上次制動末速30 km/h上升到下坡限制速度68 km/h，充風緩解時間149.9 s，增速時間135.6 s，不能滿足充風緩解時間要求。因此理論計算受副風缸充風緩解時間限制的最大下坡道可以達到16‰。

4.2 輕車方向限制坡度方案

根據以上分析，結合沿線地形情況及本線運量特征，輕車方向限制坡度主要研究了13‰曲線、隧道折減方案，13‰、16‰曲線、隧道不折減三個方案，各方案概況分別介紹如下。

4.2.1 重車6‰，輕車13‰曲線、隧道不折減方案

該方案新建正線長度128.631 km，主要工程有:橋梁24.461 km，計57座，隧道44.202 km，計17座，橋隧比例53.4%，展線系數1.487，工程靜態投資540 135萬元。

4.2.2 重車6‰，輕車16‰曲線、隧道不折減方案

該方案新建正線長度120 561 km，主要工程有:橋梁20.797 km，計 47座，隧道 45.592 m，計 11座，橋隧比例55.1%，展線系數1.394，工程靜態投資501 059萬元。

4.2.3 重車6‰，輕車13‰曲線、隧道折減方案

該方案新建正線長度139.994 km，主要工程有:橋梁24.856 km，計 55座，隧道 52.115 m，計 22座，橋隧比例55.0%，展線系數1.619，工程靜態投資578 158萬元。

4.2.4 方案綜合分析比較

各方案技術經濟比較見表4。

表4 限制坡度方案比較表

從表4可以看出，輕車方向限制坡度越大，展線系數相對越低，線路長度越短，工程投資也越小。13‰曲線、隧道折減方案線路長度最長，工程投資最大;采用13‰不折減方案，較13‰折減方案線路長度縮短11.636 km、投資省38 024萬元，節省效果非常明顯;16‰曲線、隧道不折減方案分別較13‰不折減方案線路長度縮短8.07 km，節省工程投資39 076萬元。

因本線輕車方向運量較小，預計將來也不致發生巨大變化，重車方向除和順～平松、西黃村～邢臺外，中間7個區間幾乎全部為連續長大下坡道，長達107 km，列車需持續周期制動，以保證在下坡限速下運行。長大下坡道越長，坡度越大，對制動系統要求也越高，列車運行安全系數也相應降低，也使機車車輛維修量大大增加。因線路、信號或天氣不良等情況下需要低速限速運行時，操縱難度更大。同時，由于下坡制動問題涉及因素較多，需要通過大量的牽引試驗后方可得出可靠的數據。鑒于此，國內5 000 t及以上牽引質量貨運鐵路，長大下坡道地段，盡管理論計算可以采用更大的坡度，但實際大于13‰限坡的很少，特別是區間存在連續長大下坡地段，目前投入運營的最大坡度基本在13‰及以下。根據以上分析，本次研究輕車方向限制坡度推薦采用13‰曲線、隧道不折減方案。

5 結束語

限制坡度的選擇應結合沿線所經地區地形、運輸需求、相鄰線的主要技術標準等因素綜合比選確定，它直接影響線路的走向、長度、工程投資和運營支出。采用適當限制坡度可以有效地適應地形，縮短線路長度，節省工程投資，提高運輸能力;反之較大地限制坡度必然會降低運輸能力，增大運營成本。

［1］GB 50090－2006鐵路線路設計規范［S］

［2］TB/T 1407－1998列車牽引計算規程［S］

［3］郝瀛.鐵道工程［M］.北京:中國鐵道出版社，2004