海岫鐵路擴能改造主要技術標準的研究

金發良

(沈陽鐵道勘察設計院有限公司,沈陽 110013)

1 既有海岫鐵路概況

既有海岫鐵路北起沈大鐵路的海城站,向南至岫莊鐵路的起點岫巖站,正線全長89.8 km。該線于1986年10月開工建設,1991年3月全線開通運營,是遼寧省目前最長的一條地方鐵路。主要技術標準為地方鐵路Ⅲ級,單線,內燃牽引,限制坡度15‰,最小曲線半徑300 m,到發線有效長450 m,全線牽引質量1 400 t。本線作為地方鐵路,目前由地方鐵路公司管理運營。全線僅辦理貨運業務,與國鐵在三里站辦理車輛交接。受地方鐵路管理模式、運價水平和運輸組織模式、運輸能力制約,全線運量水平一直在120萬t左右徘徊,每天開行2～3對貨物列車。

2 本線運量水平分析

海岫鐵路現為盡頭式地方鐵路,向南與正在建設的岫莊鐵路相連。沿線地區礦產資源豐富,礦產加工業發達,是海城市及岫巖縣重要的鎂石礦、滑石礦開采和加工基地。目前全線到達貨物103×104t,發送貨物45×104t。到達主要是沿線礦產品開發企業生產用煤和沿線供暖用煤,另外有少量化肥、糧食等生活物資,發送主要是沿線的鎂礦及鎂制品。近幾年受海岫鐵路運輸能力、運輸價格等因素影響,大部分適合鐵路運輸的貨物通過公路分流,不但增加了沿線企業的運輸成本,而且也使地區鐵路運量始終維持在較低水平。本線擴能改造后,隨著運營管理模式的變化,本線的運輸能力大大提高,運費明顯降低,必將吸引大量企業選擇鐵路運輸方式。牌樓鎮位于海城中部地區,是海城市鎂石礦、滑石礦重要的產業基地之一,海城市70%左右的鎂制品生產來自牌樓鎮；偏嶺鎮位于岫巖縣西北部地區,是岫巖縣鎂石礦、滑石礦深加工重要的產業基地之一,現有礦產品加工企業128家。根據沿線主要鄉鎮礦產品儲量和開發規劃,預測本線近遠期地方運量分別為807萬t和1 062萬t。

研究年度東邊道鐵路、岫莊鐵路建成后,海岫線將與岫莊線一起構成岫巖、莊河地區與東北地區及關內進行貨物交流的便捷通道。因此該線不僅承擔沿線礦產品外運和燃料運輸,而且將承擔岫巖地區和莊河地區與東北及關內的貨物交流。預測近期本線承擔的上下行方向通過運量分別為300×104t和950×104t；遠期本線承擔的上下行方向通過運量分別為380×104t和1 460×104t，本線各方向貨物交流詳見表1。

表1 研究年度地區貨物交流情況 萬t

以本線近期運量為例,本線地方運量占39.0%,通過運量占61%,可見本線直通貨物運輸所占比例較大。本線地方運量主要是沿線各站發送的礦產品,基本為大宗品貨物,貨源集中,貨流方向以關內方向為主,宜組織始發直達列車；本線通過運量以關內和蒙東地區與莊河地區的煤炭交流為主,其余為沈陽及以遠與莊河地區的貨物交流。全線運量以煤炭、礦產品等大宗貨物為主。

3 主要技術標準的研究

鐵路主要技術標準主要包括線路等級、限制坡度、牽引種類和牽引質量、到發線有效長及速度目標值等。技術標準的選擇直接影響鐵路的運輸組織、工程投資和運營成本等。根據海岫線功能定位和研究年度預測的客貨運量,鐵路等級應確定為國鐵Ⅱ級；本線是以貨運為主、兼顧少量客運,新建線路旅客列車速度目標值確定為120 km/h,改建線路應按照既有線平面條件、地形條件、投資規模等因素對速度目標值100 km/h和120 km/h進行比選確定。本文重點進行限制坡度、牽引種類、牽引質量等技術標準的研究。

3.1 限制坡度選擇

本線沿線地形起伏較大,既有線最大縱坡15‰,地面高程在26～108～482～80 m之間,影響線路縱坡選擇的主要因素是如何提高既有線利用率、與相鄰線的限制坡度協調、隧道長度控制、地形特征適應程度以及改造的工程投資等。根據本線的功能定位、地形條件及與相鄰線限制坡度的匹配,分別研究了6‰、9‰、13‰和15‰限坡方案。本線下行方向貨流密度為1 275萬t,上行方向貨流密度為728萬t,輕重車方向不明顯,從運量特點,本線不適宜采用均衡坡。

3.1.1 從與相鄰線限坡匹配上分析

路網相鄰線限制坡度情況見表2。

表2 現狀及研究年度相鄰線鐵路主要技術標準 ‰

從表2可以看出,與本線相鄰線的限制坡度均在6‰以內,選擇6‰有利于與相鄰線的限制坡度協調一致。

本線的貨物流向主要是本線沿線以及岫巖、莊河地區與沈大線和溝海線的貨物交流,因此選擇6‰,列車的牽引質量與沈大線、溝海線、岫莊線的牽引質量一致,便于實現機車長交路,減少在接軌站的增減軸作業。目前相鄰線的牽引質量沈大線和溝海線為5 000 t,東邊道為4 000 t，岫莊線為3 000 t,因此選擇5 000 t可以與沈大、溝海一致,雖然與東邊道和岫莊不一致,但上述各線限制坡度均為6‰,可以有條件實現5 000 t牽引質量要求。從機車類型分析,目前采用6‰限制坡度,牽引5 000 t最常用的機車類車型是SS4電力機車,且相鄰線沈大線、溝海線、東邊道鐵路均為電力牽引,因此從相鄰線的技術標準分析,本線選擇6‰和SS4電力機車、牽引質量5 000 t，在車流組織合理性和與相鄰線的協調方面無疑是最合理的選擇。

3.1.2 從對沿線地形適應性上分析

本線地處遼南低山丘陵區,地勢中間高,南北低,地勢起伏較大。全線最高點位于K52+820處。從海城至分水嶺段線路長52.8 km,地面高程從26 m上升到482 m,地面自然坡度平均在8.6‰；從分水嶺至岫巖段線路長37.0 km,地面高程從482 m下降到80 m,地面自然坡度平均在10.8‰。既有線坡度分布詳見表3。

因此從本線的地形條件、自然坡度分析,本線選擇6‰限制坡度,既有線僅利用7.5 km,新建隧道長度10.39 km,工程巨大,投資總額高達32.1億元。基于上述分析,6‰限制坡度不適應地形條件,應進一步重點分析研究9‰、13‰和15‰方案。

表3 全線既有坡度分布

3.1.3 從運輸組織上分析

對于電氣化鐵路,采用6‰限坡方案實現5 000 t牽引質量與相鄰線貫通,無疑是最好的選擇,但是工程投資特別巨大；15‰限坡方案與本線銜接的岫莊線、沈大線及東北東部鐵路限制坡度均不匹配,采用大功率的HXD系列機車,單機牽引質量均達不到5 000 t,運輸能力雖然能夠滿足運量需求,但與相鄰線沈大線牽引質量不匹配,增加直通列車在沈大線接軌站的增減軸作業,影響接軌站的車站通過能力,不利于車流組織；9‰和13‰限坡方案,當采用大功率交流HXD系列電力機車,牽引質量也只在3 000 t與4 000 t之間,要實現與相鄰線牽引質量的匹配,只有采取雙機或補機的形式。當采用雙機牽引方式, 13‰限坡能充分利用雙機的牽引力,提高機車的利用率,減少機車牽引力的浪費。

3.1.4 從工程投資規模上分析

每個限坡方案的工程投資及有關參數見表4。可以看出,6‰限坡投資最大,且遠遠大于其他限坡方案；15‰限坡雖然能較好適應既有線坡度,但由于本線技術標準低,設備落后,投資節省不明顯；13‰和9‰限坡方案投資較為適中,相對而言,13‰限坡能更好適應地形條件,多利用既有線29 km,投資節省2.46億元,優勢更為明顯。

表4 各種限制坡度工程比較

綜合上述分析,6‰限制坡度雖然是最合理的限坡方案,但工程造價巨大,換算工程費最高。9‰限坡雖然要比13‰限坡牽引質量大,但在電氣化鐵路上也無法實現與相鄰線牽引質量5 000 t的貫通,需要增加接軌站的改造,同時影響接軌站接發車能力。考慮到相鄰線均為電化鐵路且限坡均為6‰,9‰限坡與相鄰線不匹配,不能構成限坡系列,換算工程運營費較13‰雙機牽引方案增加約20 286.4萬元,因此也不宜選擇。13‰限坡適應本線的地形條件,通過采用雙機的形式可以與相鄰線實現牽引質量貫通,可與相鄰線6‰限坡匹配。因此應選擇13‰,工程投資較9‰限坡和6‰限坡分別節省約2 4640萬元和152 442萬元。因此推薦采用13‰限坡方案。

3.2 機車類型和牽引質量的選擇

從運量構成分析,本線牽引質量應滿足大宗貨物直達運輸的需求,因此牽引質量的選擇盡可能與銜接的干線保持一致。目前相鄰線貨物機車沈大線以SS4電力機車為主,其次是內燃機車DF4和ND5,溝海線貨物機車以電力SS4機車為主,其次是內燃機車DF4和DF8B,東邊道設計機車為電力SS4機車和內燃DF4D機車,岫莊線設計為內燃DF4D機車。沈陽局目前在京哈、沈大使用大功率HXN3型內燃和HXD3B電力機車滿足重載運輸需求,研究年度在重載運輸線路和繁忙干線,大功率機車將逐步取代目前的DF4系列和SS4系列機車,逐步提高我國干線列車的牽引質量和貨物列車運行速度。主型機車在不同限制坡度下的牽引質量見表5。

表5 主型機車在不同限制坡度下的牽引質量 t

從表5看出,限制坡度13‰能夠滿足雙機牽引5 000 t要求的電力機車主要有SS4、HXD系列機車,內燃機車僅有HXN3,目前沈大線、溝海線、沈山線部分始發直達列車的牽引質量已經達到5 500 t,個別列車已經達到5 800 t,沈大線現已部分使用HXD3B機車。從本線運量構成和貨物流向分析,本線運量通過運量占69%,主要是莊河地區與蒙東地區之間的煤炭交流,由于東邊道前莊線設計為電氣化鐵路、既有溝海線和沈大線也為電氣化鐵路,因此本線在牽引種類和牽引質量的選擇上應與兩端的相鄰干線一致,實現電力機車可以直接進出本線,延長機車交路,提高機車運用效率。由于本工程全線中間高、兩頭低,地面最大高程相差456 m,連續足坡地段長約5.4 km,通過牽引模擬計算,采用大功率電力機車列車運行速度高,能節省運

行時間,但不能有效提高列車牽引質量,且大功率機車造價昂貴。考慮本線以貨運為主,對運行速度要求不高,而且近期本線運量水平不大,采用SS4機車完全可以滿足運輸能力的要求。因此建議本線近期宜采用SS4電力機車,遠期隨著運量的增加和沈陽局大功率HXD系列機車投入使用,機車類型可逐漸過渡到HXD系列,全面提高貨物列車運行速度和區間通過能力,減少貨物在途時間和車站停留時間。因此建議本線推薦采用電力機車,牽引質量5 000 t。

3.3 海岫鐵路主要技術標準的推薦意見

鐵路等級：Ⅱ級,線下Ⅰ級

正線數目：單線

設計行車速度：120 km/h

最小曲線半徑：一般800 m,困難600 m

限制坡度：13‰

牽引種類：電化

機車類型：SS4

牽引質量：5 000 t

到發線有效長度：1 050 m

閉塞類型：半自動閉塞

4 結論

本線是沈大鐵路和東北東部鐵路的重要聯絡線,是海城地區、岫巖地區和莊河地區與東北及關內地區貨物交流的便捷通道。本線地處遼南低山丘陵區,地勢起伏較大,地形復雜。根據本線運量特點和擴能改造方案,為提高既有線利用率,適應沿線地形地貌特征,減少工程費用,考慮與相鄰鐵路在牽引質量、機車交路、車流組織等方面的協調,本線的限制坡度選擇13‰。通過目前大功率機車的性能分析,對本線采用大功率機車,雖可提高列車運行速度,節省列車區間運行時分,但不能明顯提高貨物列車的牽引質量,因此本線推薦采用近期SS4電力機車,遠期逐步過渡到HXD系列電力機車,牽引質量采用5 000 t。

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