十宜鐵路限制坡度選擇的研究分析

吳　偉

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司　武漢　430063)

十宜鐵路限制坡度選擇的研究分析

吳偉

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司武漢430063)

摘要限制坡度是鐵路選線中重要的技術標準之一，尤其在復雜山區鐵路中，對工程投資和工程風險控制有重大影響。文中通過從不同限坡方案的平縱斷面條件、工程情況和投資、換算工程運營費、工程風險，以及與相鄰路網協調性、運輸發展的適應分析等方面對十宜鐵路的6‰,9‰,13‰,18‰限坡方案進行了研究和比較，13‰方案在適應地形、工程投資、工程運營等方面具有較大優勢，最終推薦限坡13‰方案。

關鍵詞十宜鐵路山區鐵路限制坡度研究

十堰至宜昌鐵路位于鄂西北地區，北起襄渝線十堰站，利用襄渝復線至六里坪站，從六里坪站引出后往南經房縣、神農架林區、興山、三峽壩區、引入漢宜鐵路宜昌東站。線路全長271.96 km。其中新建線路長252.66 km，利用襄渝復線19.3 km。十宜鐵路是北煤南運輔助通道(運城—石門)的重要組成部分，同時又是湖北省精品旅游快速鐵路環線的組成部分，是一條客貨兼顧的區域性大能力鐵路，在鐵路網中具有重要的作用。

1研究概述

十宜鐵路全線位于湖北省境內西北地區，線路走向總體呈南北向，自北向南縱穿大巴山山脈東端的武當山、神農架-荊山2大山系。武當山峰頂海拔高程為1 706 m，神農架最高峰海拔高程為3 105.4 m，區域內地勢高峻，峽谷縱橫，峰谷相對高差300～1 200 m，部分地區可溶巖大面積出露，多呈溶蝕溝谷、峰丘洼地等巖溶地貌。

限制坡度是鐵路選線的重要技術標準。本線所處地區地形困難，地質條件十分復雜，工程非常艱巨，限制坡度的選擇對工程投資、工程風險影響較大，因此，需結合地形地質條件以及銜接線路的技術標準對本線的限制坡度進行綜合研究。

2相鄰線路的影響及牽引分析

2.1　相鄰線路的影響

與本線相鄰的南同蒲線重車方向限制坡度為12‰，襄渝線六里坪以西限坡為12‰、以東為6‰，焦柳線、石長線限制坡度為6‰。另外本線往北延伸的限坡從地形條件來看，與本線也基本相同，為與相鄰線路限制坡度互相協調，滿足本線煤運通道運輸要求，宜研究6‰,9‰,13‰,18‰ 4個限坡方案。

2.2　牽引質量及到發線有效長度

隨著我國機車車輛設備性能的不斷提高，重載化運輸成為鐵路發展的主要趨勢。從車流特性來看，十宜鐵路大部分車流為通過車流，其南北兩端延伸線分別與石長線和南同蒲線相銜接。既有南同蒲線牽引質量為3 500 t，研究年度南同蒲線牽引質量將提高至5 000 t；石長線目前牽引質量為3 500 t，2020年前將完成增建二線及電氣化改造工程，牽引質量為4 000 t、煤炭始發直達列車5 000 t。十宜鐵路車流主要為煤炭直達列車，應盡量減少中途換重次數，牽引質量應與相鄰線路牽引質量相匹配，才能夠方便運輸組織。

因此本線牽引質量采用5 000 t，相應的到發線長度為1 050 m(雙機1 080 m)，困難條件下可考慮在滿足5 000 t列車越行需要的前提下，部分車站到發線有效長度850 m(雙機880 m)。

2.3　牽引機力

我國正在加快更新貨運機車，以提高貨物列車運行速度至120 km/h，根據鐵道部裝備現代化總體部署，擬推廣采用我國最新研制的“和諧型”系列機車。本線所經地區地形條件復雜，長大隧道較多，大功率機車能更好地適應地形條件，貨物列車應采用“和諧型”機車牽引。

“和諧型”系列電力機車采用交-直-交傳動，具有世界先進水平，該型機車是第六次大提速貨車提速的主力機型，也是今后我國實現鐵路干線貨運重載、快捷運輸的主型機車。目前“和諧型”計劃生產的有HXD1A,HXD2A,HXD3A和HXD1B,HXD2B,HXD3B 4種型號，各種機型在不同限坡條件下的牽引質量見表1。

表1　120 km/h貨運機車的牽引質量表

由表1可見，在9‰的情況下，HXD1A,HXD2A單機牽引可以滿足本線牽引質量的要求；在13‰及以上限坡時，各種機型需要雙機牽引才能滿足牽引質量的要求。

3限制坡度方案比選

從本線所處區域條件分析，本線復雜的地形地質條件是影響限制坡度選擇的重要因素。限制坡度的選擇對于降低本項目的工程風險和建設風險具有至關重要的作用。本文將從平縱斷面條件、主要工程投資等5個方面進行比較分析。

3.1　平縱斷面條件

不同限坡方案的平縱條件分析見表2。

表2　平縱條件分析表

由表2可見，6‰方案在線路長度上要明顯較其他方案多出10 km以上，相應其展線系數較大。

從隧道縱坡方面分析，其中6‰方案除陽日隧道為人字坡外，其他長大隧道均為單面坡；9‰方案除武當山隧道(長22.65 km)為單面坡，10 km以上的長大隧道均為人字坡；13‰，18‰方案10 km以上的長大隧道均為人字坡。

從以上平縱斷面條件分析可得知，限坡6‰方案對于本線復雜地形的適應性差，經研究后予以放棄。限坡9‰方案基本能適應地形，限坡13‰方案、18‰方案均能較好適應地形。

3.2　主要工程和投資

對9‰，13‰，18‰方案進行研究，其工程投資比較見表3。

表3　不同限制坡度方案工程和投資比較表

由表3可見, 9‰方案的線路長度較13‰方案和18‰方案分別長6.415 km和7.28 km，靜態投資較13‰方案和18‰方案分別多出6.626億元和7.984億元。因此，從線路長度、工程投資角度分析，13‰方案和18‰方案較優。

3.3　換算工程運營費

按牽引質量5 000 t，考慮各種機型機力與限坡的合理匹配關系，9‰限坡方案選擇HXD2單機牽引，13‰限坡方案選擇HXD3雙機牽引，18‰限坡方案選擇HXD1雙機牽引，換算工程運營費見表4。

表4　換算工程運營費表

由表4可見，13‰方案換算工程運營費最小，從工程運營費用角度，推薦本線限制坡度為13‰。

3.4　工程風險

本線地處鄂西山區，工程地質、水文地質條件十分復雜，全線可溶巖地段約占32.53%，不良地質與特殊地質問題主要有巖溶和巖溶水、滑坡與巖堆、危巖落石、采空區、高地應力等，工程風險較大。不同限坡方案的主要工程風險體現在通過可溶巖地段的隧道長度及埋深、橋梁高度、長大隧道坡度等方面，9‰方案通過可溶巖地段的隧道較13‰方案長約19 km，重點隧道的埋深較13‰方案增加約40 m，最高橋145 m，武當山長隧道為單面坡，工程風險因素最多；通過地質加深工作和分析，13‰與18‰限坡方案通過可溶巖地段的隧道長度、橋梁高度、長大隧道坡度等方面基本相當。13‰方案重點隧道如武當山、陽日、神農架、大老嶺等長大隧道的埋深比18‰方案增加約20～35 m，工程地質條件無明顯的差異，工程風險無本質上的差別。

3.5　與相鄰路網的協調性及運輸發展的適應性

本線貨物列車以通過為主，與運十相鄰的南同蒲線重車方向限制坡度為12‰，襄渝線六里坪以西限制坡度為12‰、以東為6‰，焦柳線、石長線限制坡度為6‰。另外三門峽至十堰段的限制坡度從地形條件來看，與本線也基本相同，本線采用13‰(雙機)牽引5 000 t有利于與相鄰路網協調，方便運輸組織。重載、快速是未來貨物運輸的發展趨勢，13‰限坡方案較18‰限坡方案更能適應未來貨運向重載、快速發展的需要。

由上述可知，6‰方案對于本線復雜地形的適應性差，予以舍棄；從工程投資角度分析，9‰方案明顯較大，13‰方案較18‰方案較優；從換算工程運營費方面，13‰方案最低；從工程風險方面，

13‰方案與18‰方案相當；13‰方案更有利于與相鄰路網協調，方便運輸組織；因此限制坡度13‰方案較優。13‰與18‰限坡方案比較見圖1。

圖1　13‰與18‰限坡方案比較示意圖

4結語

十宜鐵路位于鄂西北山區，其復雜的地形條件和地質條件在山區鐵路中具有一定的特殊性和代表性，限制坡度是影響本線工程投資、工程風險的重要因素。本文通過對十宜鐵路的平縱斷面條件分析，不同限坡方案的工程投資及換算工程運營費的比較，對主要工程風險以及與相鄰路網協調性及運輸發展的適應性分析，得出雙機13‰限坡方案在適應地形條件、投資運營，以及相鄰線路的匹配等方面具有較大的優勢，因此推薦十宜鐵路采用限坡13‰方案。

參考文獻

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[3]郝瀛.鐵路選線設計[M].北京：中國鐵道出版社，1996.

[4]鐵道第一勘察設計院.線路[M].北京：中國鐵道出版社，1994.

Research and Analysis on Limiting Gradient Selection of Shiyan-Yichang Railway

WuWei

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China)

Abstract：Limiting gradient is one of the important technical standards for railway route selection, it has a significant impact on engineering investment and risk control especially in mountain area. The Shiyan-Yichang railway under various limiting gradient proposals are studied and analyzed in this article in terms of vertical section, engineering situation and investment, engineering risk and operation cost conversion, coordination with neighboring road network and transportation development adaptability, etc, and it is found that the proposal of limiting gradient 13‰ has relatively larger advantages in terrain adaptability, engineering investment and operation, etc, so it is the recommended proposal.

Key words:Shiyan-Yichang railway; mountain railway; research on limiting gradient selection

收稿日期：2015-03-24

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.038