新建室韋口岸至莫爾道嘎鐵路牽引質量方案研究

帥 娟,岳曉東,李益民,曾靈敏

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

新建室韋口岸至莫爾道嘎鐵路牽引質量方案研究

帥 娟,岳曉東,李益民,曾靈敏

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

新建室韋口岸至莫爾道嘎鐵路(簡稱莫室線)是俄羅斯發往中國鋼鐵基地鐵礦石的運輸通道,戰略意義明顯,對新建莫室線宜采用的牽引質量方案進行深入研究。綜合考慮相鄰線鐵路主要技術標準及已確定的莫室線其他相關鐵路主要技術標準,給出其可采用的牽引質量方案,通過基于運營組織經濟性的初步分析、既有線下坡道制動約束分析以及工程運營費比較分析,綜合確定莫室線的牽引質量方案為DF4D型貨運機車牽引2 500 t。

鐵路運輸;牽引質量;技術標準;莫室線

1 概述

室韋口岸至莫爾道嘎鐵路(簡稱莫室線)的建設是為俄羅斯發往國內鋼鐵基地的鐵礦石等大宗貨物運輸服務,對調整我國海上進口鐵礦石依存度,充分利用陸路進口國外鐵礦石資源,具有重要戰略意義。莫室線所運鐵礦石等大宗貨物由俄羅斯方向經室韋集運,發往牙克石及其以遠,根據運量構成特點,本線重空車流明顯,重車方向為室韋至莫爾道嘎。運輸通道構成主要有莫室線-朝烏線-牙林線等。

研究年度,區域內相關既有線現狀及改建和規劃新線建設初步擬定的鐵路主要技術標準見表1。

2 與牽引質量相關的莫室線鐵路主要技術標準的選擇

設計的鐵路主要技術標準除了牽引質量,還主要包括鐵路等級、正線數目、限制坡度、機車類型、到發線有效長度、閉塞類型等[1],這些標準的選擇相互影響,需綜合考慮確定。新建莫室線其他相關鐵路主要技術標準選擇如下。

(1)鐵路等級[2]

根據莫爾道嘎至室韋段在路網中的地位和作用及承擔的運量,綜合沿線地形條件所作的工程研究,確定莫室線鐵路等級為Ⅲ級。

表1 相關鐵路現狀及改建和規劃鐵路主要技術標準

(2)正線數目

根據莫室線承擔的運量水平,綜合考慮功能定位及投資合理性,確定其為單線鐵路。

(3)限制坡度

綜合考慮推薦的莫室線線路走向方案沿線自然坡度情況,以及工程、運營和施工方面的技術經濟性比較,同時考慮后方通路朝烏線、牙林線坡度分布統計情況,確定其限制坡度宜為6‰。

(4)機車類型

根據莫室線貨運特點,綜合考慮各主力貨運機車的技術經濟指標及相鄰線路采用的機車類型,其貨運機車類型可選DF4D或HXN5。

3 莫室線牽引質量的選擇

3.1 莫室線可選擇的牽引質量方案

莫室線主要承擔運送由俄羅斯進口的礦石,其重車方向為室韋至莫爾道嘎及以遠,其牽引質量應結合相鄰既有線共同研究。

莫室線鐵路限制坡度確定為6‰,采用DF4D型機車可以牽引4 000 t;與其相鄰的朝烏線莫爾道嘎—朝中段限制坡度上行22.0‰、下行26.5‰,現狀牽引質量上行1200 t、下行900 t;牙林線朝中—伊圖里河段限制坡度上行21.3‰、下行26.3‰,現狀牽引質量上行1200 t、下行900 t;牙林線伊圖里河—牙克石段最大坡度上行12.6‰、下行12.8‰,現狀牽引質量上行4 000 t、下行1 500 t;伊圖里河為既有區段站。

根據莫室線和相鄰線的鐵路主要技術標準,通道內室韋—莫爾道嘎—伊圖里河—牙克石段可選擇以下牽引質量方案。

①DF4D:單機牽引4 000 t—雙機牽引2 000 t—雙機牽引4 000 t;

②DF4D:單機牽引2 000 t—雙機牽引2 000 t—雙機牽引4 000 t;

③DF4D:單機牽引2 500 t—降坡、雙機牽引2 500 t、延長到發線—雙機牽引4 000 t;

④DF4D:單機牽引4 000 t—降坡、三機牽引4 000 t、延長到發線—雙機牽引4 000 t;

⑤DF4D:單機牽引4 000 t—不降坡、四機牽引4 000 t、延長到發線—雙機牽引4 000 t;

⑥HXN5:單機牽引4 000 t—不降坡、雙機牽引4 000 t、延長到發線—雙機牽引4 000 t;

⑦HXN5:單機牽引5 000 t—不降坡、三機牽引5 000 t、延長到發線—雙機牽引5 000 t、延長到發線。

3.2 莫室線牽引質量方案初步分析

新建莫室線線路全長約92 km,既有通道伊圖里河—莫爾道嘎段長約123 km,方案①需在莫爾道嘎站和伊圖里河站進行增減軸作業,增加了車站的換重工作量,使中轉時間延長,機車車輛購置費相應增加。且根據我國鐵路的運營經驗,在短距離內頻繁增減軸作業,顯然是不合理的,因此方案①不可選。

方案②在莫爾道嘎—伊圖里河段采用DF4D雙機牽引2 000 t,可不必軟化坡度及延長到發線有效長度,即可滿足牽引質量要求;且伊圖里河站的增減軸作業相對簡單。但列車在本線牽引質量嚴重欠軸,機力浪費嚴重;且為了滿足研究年度的運輸能力要求,莫室線需增開會讓站(與2 500 t方案相比,近期多增開2處會讓站、遠期多增開1處會讓站),造成站間距離過短、工程投資增大、運營成本相對較高、運輸質量降低。因此方案②亦不可選。

方案③可通過動能闖坡及對既有線軟化坡度(局部地段降坡至21‰)、延長既有車站到發線有效長,使其能夠達到DF4D雙機牽引2 500 t的要求。但采用此方案需在伊圖里河站進行增減軸作業,增加了該站中轉作業時間,運營費有所增加。

方案④在莫爾道嘎—伊圖里河段采用DF4D三機牽引4 000 t,可與相鄰牙林線牽引質量協調匹配,減少了伊圖里河站的增減軸作業,提高了運輸綜合效率;且減少了貨運行車量,莫室線開站數量減少(與2 500 t方案相比,近期少開1處會讓站、遠期少開2處會讓站)。但既有線莫爾道嘎—伊圖里河段利用動能闖坡后,部分地段仍需降坡至20‰,改造工程量大,并需對既有車站到發線有效長進行同步改造,工程投資高。

方案⑤與方案④相同,減少了伊圖里河站的增減軸作業,提高了運輸綜合效率;且莫室線開站數量減少,工程投資節省;莫爾道嘎至伊圖里河段無需軟化坡度。但既有線莫爾道嘎—伊圖里河段需采用DF4D機車四機牽引4 000 t,機車購置費亦相應增加;且需對既有車站到發線有效長進行同步改造,工程投資較高。

方案⑥全線采用HXN5型大功率機車,與方案⑤相同,減少了伊圖里河站的增減軸作業,提高了運輸綜合效率;且莫室線開站數量減少,工程投資節省;莫爾道嘎—伊圖里河段無需軟化坡度。但需延長既有線到發線有效長至850 m,改造工程投資較高;且HXN機車購置費用過高,一次投入過大,考慮到國際運量不確定性大,該方案投資風險較大。

方案⑦全線采用HXN型大功率機車,屆時莫室線采用單機牽引5 000 t,莫爾道嘎—伊圖里河—牙克石段采用三機牽引5 000 t,莫爾道嘎—伊圖里河段無需軟化坡度。該方案可與相鄰濱州線牽引質量協調匹配,提高了運輸綜合效率;且減少了貨運行車量,莫室線開站數量減少(與2 500 t方案相比,近期少開2處會讓站、遠期少開3處會讓站);但該方案需延長既有線到發線有效長至1 050 m,改造工程難度大,工程投資較高;且HXN機車購置費用過高,一次投入過大,考慮到國際運量不確定性大,該方案投資風險亦較大。

根據以上分析,從有利于運輸組織與合理使用既有設備等方面考慮,列車牽引質量采用2 500 t-2 500 t-4 000 t組合方案與全線4 000 t、全線5 000 t方案較為合理。

3.3 考慮通道既有線下坡道制動約束的牽引質量方案分析

從通道既有線下坡道制動方面分析,既有線下坡道較大,其中朝烏線莫爾道嘎—朝中段下坡道最大26.5‰(超過25‰的坡道共9處,總長4 920 m)、牙林線朝中—伊圖里河段下坡道最大26.3‰(超過25‰的坡道共4處,總長1 800 m);線路允許速度較低,其中朝烏線莫爾道嘎—朝中段55 km/h、朝烏線莫爾道嘎—朝中段55～70 km/h。因此既有線若開行4 000 t及以上列車,應進一步研究重車方向長大下坡道區間的列車再充風問題。

當列車最高運行速度采用50 km/h,最低緩解速度采用15 km/h時,DF4D機車雙機牽引27輛C70重車、DF4D機車四機或HXN5雙機牽引43輛C70重車、以及HXN5雙機牽引54輛C70重車在長大下坡道區間的列車再充風分析詳見表2。

表2 下坡道制動周期檢算

由表2可以看出,DF4D雙機牽引2 500 t列車方案,當機車動力制動率采用0.5及以上時,在25‰～27‰的下坡道上,列車從緩解初速增至坡道限速時的“增速時間(緩解過程中保持動力制動)”大于“充風時間+空走時間”,即說明在25‰～27‰的下坡道上,該方案列車能維持周期制動要求。

DF4D四機或HXN5雙機牽引4 000 t列車以及HXN5三機牽引5 000 t列車方案,機車動力制動率需采用0.75及以上,在25‰～27‰的下坡道上,列車從緩解初速增至坡道限速時的“增速時間(緩解過程中保持動力制動)”基本大于“充風時間+空走時間”,列車才能維持周期制動要求。但根據實際運營情況,列車在長大下坡道上,尤其在有小半徑曲線的地段上,若機車動力制動力過大,易產生車鉤偏轉,會將機車頂出去。因此在既有莫爾道嘎—朝中—伊圖里河段開行4 000 t方案或5000 t方案的安全性及可行性有待進一步現場實驗論證。

3.4 考慮工程運營費的牽引質量方案分析

與方案③(2 500 t-2 500 t-4 000 t方案)相比,方案

表3 各方案工程運營費估算現值比較(n=25年、IRR=3%)____萬元____

3.5 莫室線牽引質量選擇

根據以上分析,在運輸組織與合理使用既有設備、滿足既有線下坡道制動約束以及減少工程運營費方面,新建莫室線宜采用DF4D單機牽引2 500 t,既有通道莫爾道嘎—伊圖里河段采用降坡、雙機牽引2 500 t并延長到發線,伊圖里河—牙克石段采用雙機牽引4 000 t。因此確定莫室線牽引質量為2 500 t。

4 結語

以新建室韋口岸至莫爾道嘎鐵路主要技術標準設計為背景,對該線宜采用的牽引質量方案進行深入研究。綜合考慮相鄰線路鐵路主要技術標準及已確定的莫室線其他相關鐵路主要技術標準,給出了其可采用的牽引質量方案,通過基于運營組織經濟性的初步分析、既有線下坡道制動約束分析、工程運營費比較分析,綜合確定新建莫室線的牽引質量宜采用DF4D單機牽引2 500 t。

[1] 中華人民共和國鐵道部.GB 50090—2006鐵路線路設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2006.

[2] 中華人民共和國鐵道部.GB 50091—2006鐵路車站與樞紐設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2006.

[3] 鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊·線路[M].北京:中國鐵道出版社,2006.

[4] 金發良.海岫鐵路擴能改造主要技術標準的研究[J].鐵道標準設計,2012(1):36-43.

[5] 葉偉.新建荊州至岳陽鐵路主要技術標準的研究[J].鐵道標準設計,2010(3):26-30.

[6] 劉勇.松江河—長白鐵路主要技術標準研究[J].鐵道貨運, 2012(11):33-38.

[7] 方福權.哈爾濱至漠河鐵路擴能改造方案研究[J].鐵道標準設計,2012(9):11-14.

[8] 李維平.提高既有包西線運輸能力的實踐及措施[J].鐵道運輸與經濟,2010(6):37-39.

[9] 孫建暉.葉赤鐵路擴能改造探討[J].中國科技信息,2009(12): 306-308.

[10]吳國欽,李國軍.鐵路單線區段提高通過能力的方案研究與應用[J].鐵道運輸與經濟,2009(8):35-37.

Study on Traction Tonnage Scheme of Newly-built Railway from Shiwei Port to Moerdaoga

SHUAI Juan,YUE Xiao-dong,LI Yi-min,Zeng Ling-min
(China Railway Engineering Consultancy Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)

The Railway from Shiwei Port to Moerdaoga(referred to as Shiwei-Moerdaoga Railway)was designed to serve as an iron ore transport corridor from Russia to China's steel-iron base,having important strategic significance.The purpose of the study was to determine the scheme of traction tonnage for this railway.First,through comprehensive consideration of the main technical standards,including the technical standards of adjacent railways and the technical standards identified by other related disciplines in this railway,the study proposed several optional traction tonnage schemes.Then,by preliminary analysis of the economic efficiency of project operation organization,by analysis of the braking constraint at the downhill of the existing line,and by comparative analysis of the project operation expenses,the study comprehensively determined that the traction tonnage should be 2500 ton in the form of DF4D-type freight locomotive traction.

railway transportation;traction tonnage;technical standards;Shiwei-Moerdaoga Railway

U212.3

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.009

1004-2954(2014)08-0040-04

2013-11-26;

2013-12-10

帥 娟(1981—),女,工程師,2004年畢業于蘭州交通大學,工學學士。