大準鐵路開行兩萬噸列車相關問題研究

喬保元

神華準能大準鐵路公司，內蒙古準格爾旗 010300

1 大準鐵路基本情況

大準鐵路東起山西省大同市燕莊車站，西至內蒙古準格爾旗薛家灣站，是準格爾礦區煤炭外運的主要通道，正線全長264.2km，最高允許運行速度為80km/h，限制坡度為上行4‰，下行9‰（點支線12‰）。與國鐵有兩大交接口，一是與大同樞紐大同東站接軌，連接大秦線、豐沙大線;二是與呼鐵局豐鎮站接軌，連接京包線、集通線；建設中的新巴準鐵路、準池鐵路，分別與大準鐵路點岱溝、外西溝站接軌。

目前管內共開通運營的車站22 個，車站到發線有效長1050m、1700m，其中1700m 到發線車站15 個，萬噸列車牽引定數為11000 噸，普通列車為6100 噸。主要裝車點有點岱溝、南坪、唐公塔站及薛家灣準東專用線，目前點岱溝站年裝車能力在3000 萬噸以上，南坪站年裝車能力在3500 萬噸以上。

現支配電力機車71 臺，內燃機車21 臺，通勤客車8 輛，貨車477 輛，救援列車1 組，接觸網檢測車1 臺。牽引供電系統由7 座牽引變電所、7 座10 千伏配電所組成；TDCS、TMIS及供電遠動等行車系統已投入使用。

機車交路情況：采用肩回式立折交路，即以薛家灣、點岱溝、南坪為本段，到達燕莊、丹洲營、九蘇木返回本段的半肩回運轉制交路。

2 大準鐵路運輸能力分析

2.1 大準鐵路運輸能力現狀

1）點岱溝至九蘇木區段運輸能力情況。點岱溝至九蘇木區段為雙線自閉區段，采用四顯示追蹤行車，參考大秦、朔黃鐵路追蹤時間，萬噸列車追蹤間隔時間取13 分鐘，經計算點岱溝至九蘇木雙線區段最大通過能力為2.27 億噸。

Q ：列車載重量，計算中萬噸列車取8160 萬噸，普通列車取3800 萬噸；K波:貨運量波動系數（取1.05）；K使：區間通過能力使用系數（取0.9）；根據大準鐵路實際情況（取2）；

2）九蘇木至燕莊段輸送能力情況。大準鐵路九蘇木至燕莊區段為單線區段，包括九蘇木、莊頭窯、天成、樊家、丹州營、北黃土溝、十九溝、黍地溝、燕莊等9 個站，通過運行圖模擬鋪畫與公式計算相結合的方法對主要站間輸送能力進行計算，燕莊口年輸送能力為7000 萬噸。各主要區段輸送能力如下：

2.2 遠期運輸需求預測情況

1）大準鐵路管內電煤運輸預測。大準鐵路管內目前共有神華國華、大唐托克托、京隆、京能岱海、華能豐鎮、國電新豐和建設中的和林電廠等7 座電廠，目前管內電廠煤炭需求運量為2800 萬噸，2013 年因大準線能力緊張，大準線管內僅發送煤炭1900 萬噸，缺口在三分之一以上。根據內蒙古自治區電力工業發展規劃，2020 年大準線管內煤炭運輸需求為4700萬噸。

2）管外煤炭各方向煤炭運輸能力預測。目前大準鐵路僅燕莊一個交出口（豐鎮口以零星貨物為主），2013 年燕莊口運量為6500 萬噸，占大準線發運量的近80%。準池鐵路和準通線建成通車后，大準鐵路后方將形成大秦、準通、朔黃三個出口，屆時大準鐵路將形成以準池鐵路為主方向，燕莊口和準通線為輔方向的運輸格局。其中準池方向遠期年運量1.6 億噸；燕莊口遠期發運量為7000 萬噸，準通線遠期運量7000 萬噸以上。

綜合考慮管內電廠運量，大準鐵路點岱溝至外西溝段運輸能力需求在3.5 億噸左右。

3 大準線開行兩萬噸列車必要性分析

3.1 開行兩萬噸列車是未來運輸能力的需要

我國“三西”地區煤炭外運主要依賴鐵路，鐵路煤炭運量占總外運量的70%以上。結合我國煤炭行業“十二五規劃”的總體思路，隨著既有煤礦的擴建及新煤礦的增添，蒙西各個礦區的煤炭產量都會有相當程度的增長。在神朔鐵路運輸能力已經飽和的情況下，從鄂爾多斯腹地煤炭到達秦皇島和黃驊港，大準鐵路運輸通道的運距優勢非常明顯：鄂爾多斯地區煤炭經大準通道到達秦皇島距離較“大包通道”約縮短150 公里。天然的地理優勢，決定著大準線隨著鄂爾多斯煤炭開發的不斷深化，通道的運量逐步增長，預計最大區段貨流密度（點岱溝至外西溝段）將達到3.5 億噸以上，當前能力將不能滿足運量需要，考慮進行三、四線改造投入太大，研究開行兩萬噸列車是行之有效的增運措施。

3.2 前方通道朔黃鐵路運輸需要

朔黃線遠期運能為4.6 億噸以上，其后方通道為神朔線和準池線。神朔線運輸能力為3 億噸，由于該線技術條件限制，只具備萬噸列車開行條件，需在神池南站組合兩萬噸列車，但神池南站兩萬噸條到發線數量不足（重車線21 條、空車線18條），過多的解編作業將對朔黃通道運輸能力形成制約，所以準池線開行兩萬噸列車，能夠有效緩解神池南站的解編作業壓力，加快車流周轉，提升運輸效率，因此大準鐵路點岱溝至外西溝段必須開行兩萬噸列車。

3.3 綜合運輸經營需要

近年來，我國重載運輸方面積累了豐富的經驗，綜合考慮帶動科技進步、節省投資、有利于環保等多方面因素，在鐵路擴能方案中加大牽引定數已成主流趨勢。目前大準線萬噸列車日開行對數達到25 對，開行技術已經非常成熟，運輸組織技術也趨于完善，萬噸列車的開行為大準線每年帶來了豐厚的利潤。在運能需要時，做為我國西煤東運主要通道，大準鐵路開行兩萬噸列車進行兩萬噸擴能改造，無論是從提高蒙西煤炭外運通道能力來說，還是從帶動鐵路盈利水平提升來講均是十分必要的。

4 開行兩萬噸列車需研究解決的相關問題

4.1 兩萬噸車站設置問題

對于重載鐵路來說，車站的作用主要是滿足線路上少量客車越行貨車的需要；滿足天窗維修時，維修機械停放、走行的需要；滿足非正常情況下車流調整的需要。開行兩萬噸列車，相應線路區段必須設有兩萬噸車站。

1）大準線兩萬噸車站選址。兩萬噸車站選址應綜合考慮合理站間距、車站承擔的作業內容等因素，從施工條件及成本、運輸組織、遠期規劃等方面比選確定。兩萬噸車站站間距過大會引起作業組織不便，過小會影響行車效率。大秦線兩萬噸列車站間最大距為88.8km，最小位42.8km，平均站間距離為60.2km。目前大準鐵路點岱溝至外西溝區段，外西溝為兩萬噸車站，大紅城預留兩萬噸車站改造條件；另外距離點岱溝車站最近的兩萬噸車站為巴準鐵路納林川車站，距點岱溝站40 公里，即在納林川至大紅城110 公里區段沒有兩萬噸車站，對該區段的運輸組織、車流調整及天窗施工將帶來諸多不便。

根據巴準鐵路至大準鐵路車站分布情況，考慮點岱溝、龍王渠車站受地形條件限制不具備再次改造條件，建議對老牛灣車站進行兩萬噸改造，該車站東距兩萬噸站大紅城車站45 公里，西距兩萬噸站納林川車站68 公里，符合兩萬噸站間距設置的要求。

2）兩萬噸車站站場改造。為滿足開行兩萬噸列車條件，需要對技術作業站進行相應改造，站場改造時應充分滿足車站對車輛編組、分解等作業的需求，對線路、站房做出合理規劃。結合大準線運輸實際，一方面建議兩萬噸車站股道增設腰岔，以提高股道效率；另一方面建議關鍵道岔的型號改為18 號道岔，以提高進出站列車通過速度。

4.2 牽引供電加強改造問題

1）既有供電設施及相關情況。大準線點岱溝至外西溝段牽引網采用帶回流線的直接供電方式，設有窯溝、大紅城、外西溝三個牽引變電所，薛家灣、王桂窯、雞鳴驛三個分區所。牽引變電所牽引變壓器采用三相V/V 結線方式，具體安裝容量為：窯溝牽引變電所（16+25）MVA，大紅城牽引變電所（25+20）MVA，外西溝牽引變電所（25+25）MVA。

2）線路供電方案分析。區段內列車追蹤間隔時間按照兩萬噸列車追蹤時間15min、萬噸列車13min、5000 噸列車10min 計算。若不對既牽引變電所變壓器進行增容改造，所有供電區段都不符合“牽引網最低電壓水平正常供電不低于20kV、非正常供電不低于19kV”的要求。

3）供電能力加強建議。在維持既有供電方案的情況下，預選導線配置組合已經不能滿足點岱溝-窯溝、窯溝-王桂窯、大紅城-廟溝三個供電區段的載流需求；另外牽引網壓降損失過大，點岱溝至外西溝段的三個牽引變電所牽引變壓器安裝容量也均無法滿足擴能需求，需重新進行供電方案研究。

結合本線導線載流需求、牽引網電壓需求以及既有供電設施情況，建議將牽引網的供電方式改為AT 供電方式，并對相應的牽引供電設施進行調整，對既有牽引變電所、分區所進行改造，新增AT 所；同時牽引網新增F 線及PW 線。

4.3 兩萬噸列車配屬機車選型研究

隨著神華路網初步形成，打通長大交路，并考慮開行兩萬噸列車，必須提早對機車更新、選型方案進行規劃。

大準鐵路現有主力機型是SS4B，該型機車牽引及制動功率大，起動平穩，加速快，工作穩定可靠，為大準鐵路運輸任務的完成提供了可靠的保障。但是隨著長大交路的實現和兩萬噸列車的開行，SS4 型電力機車也越來越不適應大準鐵路運輸生產力發展的要求，建議選用更為先進的HXD 型電力機車。

1）SS4 型機車購置成本較高。參考大秦線機車使用情況，兩萬噸單列需要4 臺SS4 型機車或者2 臺HXD 機車牽引。目前兩臺SS4 型機車購置成本遠大于1 臺HXD 機車的成本，如果繼續增購SS4 型機車，購置費用高，經濟效益低下；但HXD 機車配屬機車數量相對較小，機車運用、整備、檢修難度均較小；

2）SS4 型機車維修保養成本增長快速。隨著鐵路重載技術的推廣，未來和諧系列電力機車將是貨物運輸的主型機型。目前“韶山系列”直流機車陸續停產，必然導致將來SS4B 機車零配件更換不易，維修成本攀升；

3）HXD 型大功率交流機車增運增效明顯。一是單機功率大，單機可牽引萬噸列車，雙機可牽引兩萬噸列車，節約機車使用臺數。二是列車的結集、分解、機車摘掛等作業簡單，效率高。三是節約電力成本，機車功率與牽引定數之間匹配較為經濟，牽引同重列車用電量節約10%以上。綜合考慮各方面因素，結合兩萬噸列車的開行，未來逐步推進HXD 型大功率電力機車承擔大準線的運輸任務。

4.4 機車同步操縱問題

機車無線同步操控系統是通過無線鏈路的數據通信來實現嚴密的邏輯控制。在重載線路上，同步操作控制包括各牽引機車的同時啟動、加減速、制動等，如果牽引機車操作不同步，就會造成車箱間的擠壓或者拉鉤現象，影響運輸安全，降低運輸效率。我國大秦線使用基于GSM-R 網絡的Locotrol 機車同步操控系統實現兩萬噸列車編組。目前大準線采用重聯線方式傳輸解決機車同步操縱問題，此技術僅適合于單元萬噸列車開行，大準線若開行兩萬噸列車，須解決機車無線同步操縱技術。

采用機車同步操控技術開行兩萬噸組合列車必須解決好山區連續隧道和彎道區段無線通信質量、長大坡道周期制動和牽引的同步性等關鍵問題。無線數據通信子系統作為機車無線同步操控系統的一個部分，其作用是為同步操控提供無線通信手段，是開行無線同步操控重載組合列車的關鍵。大準鐵路點岱溝至外西溝段曲線及隧道較多，在兩萬噸列車開行前，需要建立一個網絡覆蓋、容量和質量都有保障的無線通信平臺，杜絕通信盲區出現，滿足機車同步操控系統的需要。

4.5 線橋隧設備強化及維護問題

1）線橋隧設備的強化。開行兩萬噸列車對橋梁、線路有著更高的要求。兩萬噸列車開行前需對大準線部分橋梁及曲線地段進行檢測試驗以及改造強化，重點研究點岱溝至外西溝段小曲線半徑線路，特別是連續小曲線“S”彎的改造問題。根據重載列車開通條件，建議將60kg/m 無縫線路更換為75kg/m跨區間無縫線路，減少傷軌次數，緩解維修與運輸的矛盾。

兩萬噸列車的開行對橋墩受到的沖擊力也在不斷加劇。加之大準線許多橋梁原設計為柔性墩，更不適應兩萬噸重載運輸的開行。為確保行車安全，在兩萬噸列車的開行之前，需對大準鐵路隱患較大的橋墩進行全面檢測，拿出加固實施方案并進行工程改造。

2）推行大型機械作業，強化線路維護。兩萬噸列車的開行使軌道結構承受更大的荷載，從而使線路維修養護工作量加大。在天窗次數減少，運輸任務增加的情況下，建議充分利用軌檢車、機車添乘儀、軌道靜態檢測儀等各種檢測手段，采用大型養路機械進行線路維修養護工作，提高工作效率，提高線路養護、維修質量，滿足當前鐵路運輸重載需求，使原來“零敲碎打”式的維修模式向專業化、機械化轉變。

5 結論

大準鐵路做為我國西煤東運重要通道，從滿足運量需求、控制運輸成本、滿足路網需要等方面有著開行兩萬噸列車的強烈訴求，建議提前研究大準鐵路兩萬噸列車開行方案，解決兩萬噸車站設置、供電能力、機車選型、機車同步操控、線路加強養護等問題，具備兩萬噸列車開行條件，同時逐步優化專用線接入方式，避免交叉干擾，確保正線安全、暢通，實現大準鐵路通道運輸能力最大化，運輸經營最優化。

[1]皮軍元.鐵路既有線橋墩基礎加固[J].鐵道建筑技術，2002(6):16-18.

[2]耿志修.大秦鐵路重載運輸技術[J].鐵道知識，2009(3):4-9.

[3]楊浩.鐵路運輸組織學[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[4]楊兆坤.大秦線牽引兩萬噸列車.

[5]鐵道第三勘察設計院，巴準、大準、準池開行2萬噸擴能方案研究[R].2012.