既有沙午線擴能改造方案研究

楊朝暉

(中國鐵路呼和浩特局集團有限公司 建設管理處，內蒙古 呼和浩特 010050)

1 既有沙午線概述

環境保護部、國家發展和改革委員會、財政部、能源局，以及北京、天津、河北、山西、山東、河南 6 省市在公布的《京津冀及周邊地區 2017 年大氣污染防治工作方案》中，明確了“2+26”城市的大氣污染治理任務，提出天津港不再接收公路運輸煤炭，提升區域內鐵路貨運比例。邯鄲市、邢臺市近年來環境空氣質量較差，亟需進行環境治理，市政府持續發布環境信息，全面落實《京津冀及周邊地區 2017 年大氣污染防治工作方案》和《京津冀及周邊地區 2017—2018 年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》，全面提速提效，完成減煤、壓能、減排、治礦、控車任務。邯鄲市政府提出發展綠色物流模式 3 年行動計劃，減少汽車運輸污染，增加鐵路貨運量。沙午線 (沙河—午汲) 的改造建設是區域節約能源、保護環境、實現可持續發展戰略的重要通道。

既有沙午線位于河北省沙河市、武安市境內，原名褡午鐵路 (褡褳—午汲)，是工礦業運輸支線，主要承擔沙河市、武安市地區的煤礦和鐵礦運輸任務。沙午線于 1974 年投入運營，是工礦業運輸支線，主要承擔沙河市、武安市地區的煤礦與鐵礦運輸任務。沙午線自京廣線 (北京—廣州) 沙河站出岔，經沙河市章村站、權村站，武安市西陽苑站、西石門站、上水頭站、南營井站、上泉站至邯長線 (邯鄲—長治) 午汲站，線路過西石門站后又向西岔出支線到礦山鎮，線路全長 71 km，其中西陽苑—礦山鐵路支線 9.3 km。沙午線 2016 年貨運量共計 53.2 萬 t，主要集中在章村站、郭二莊站、上泉站，到達貨物主要為鐵礦石、化工品等，發送貨物主要為煤炭，其中鐵礦石主要來自沿海港口、化工品來自青海等西北地區、煤炭主要發往河南、山東等地。沙午線 2014—2016 年貨運量統計如表 1 所示。

表1 沙午線2014—2016年貨運量統計 tTab.1 Freight volume statistics in the last three years of the Shahe-Wuji line

由表 1 可見，近 3 年到達量逐年增長，發送量逐年減少，貨物量年波動較大，主要存在以下問題。

（1）沙午線運輸組織較為繁瑣。沙午線牽引質量午汲—南營井上行 1 000 t，沙河—西石門下行1 000 t，整列列車需要在午汲站或沙河站解編 5 次，嚴重影響午汲站、沙河站的通過能力。

（2）沙午線運輸能力不能滿足沿線企業的運輸需求。根據調查，對沙午線有運輸需求的專用線，包括在建沙河電廠專用線 (接軌于權村站)、規劃裕華鋼鐵專用線 (接軌于南營井站)、規劃興華鋼鐵專用線(接軌于南營井站)、規劃冀南鋼鐵專用線 (接軌于上泉站)、規劃河北龍鳳山鑄業專用線 (接軌于上泉站)等，總計運量約 2 000 多萬 t。目前，沙午線輸送能力僅為 625 萬 t/a，遠遠不能滿足企業的運輸需求[1]。

2 既有沙午線擴能改造方案

2.1 配套改造分析

針對沙午線線路技術標準低、輸送能力不足、運輸效率低等問題，擴能改造應兼顧線路擴能、提高運輸效率 2 個基本目標[2]。沙午線配套改造技術分析如表 2 所示。

表2 沙午線配套改造技術分析Tab.2 Technical analysis of supporting transformation target of Shahe-Wuji line

由表 2 可見，沙午線南營井—午汲段重空車流方向明顯，吸引企業產能穩定并且大部分企業尚沒有擴能規劃，近、遠期貨運量相差不大。基于以上因素，選擇合理的擴能方案，應遵循以下原則[3]。

（1）擴能方案應在充分考慮運營特征、合理預測運量的基礎上，研究多種可能的擴能改造方案。

（2）改建的主要技術標準選擇應緊密結合其前后方通路的技術標準和運輸組織方案，統籌考慮，協調一致[4]。

（3）沙午線地形條件困難，既有坡度大，運營成本高，應研究解決該矛盾的可行性方案。

（4）沙午線擴能改造宜充分利用既有設施和設備。

2.2 配套擴能改造方案

由于沙午線貨運量主要集中在上泉、南營井和權村站，并且貨流主要為自午汲方向的到達車流，因而研究以上行方向擴能改造方案為主，沙午線配套擴能改造方案構成表如表 3 所示。

3 既有沙午線擴能改造方案研究

由于沙午線貨運量主要集中在南營井—午汲段，南營井—沙河段僅在權村站有較大貨運量，其余站均為零星車流。因此，既有沙午線擴能改造方案針對這2個區段分別進行研究。

3.1 南營井—午汲段擴能改造方案

3.1.1 內燃牽引方案I

（1）方案 I-1：內燃雙機牽引 5 000 t。沙午線既有牽引機型為 DF8B，雙機牽引質量達到 5 000 t 時，既有坡度 13‰ 需要軟化至 10‰。該方案近、遠期輸送能力均能夠滿足運輸需求，但該方案需要將坡度軟化至 10‰，超限坡度共 11 處，長 8.105 km，占既有段落長度 77.9%。線路基本需要全部改線，需繞行10.3 km，展線條件困難，既有線基本廢棄。因此，該方案不予采用[5]。

（2）方案 I-2：內燃三機牽引 5 000 t。沙午線既有牽引機型為 DF8B，在既有坡度 13‰ 的坡道上三機牽引 5 000 t 動力較富余，雖然產生一些機力浪費，但能在一定程度上提高列車運行速度，進而提高線路通過能力。該方案近、遠期輸送能力均能夠滿足運輸需求，但該方案配備機車臺數及乘務員人員增多，運營成本增加的同時機車利用率不高，而且 3 臺機車同步操作比較困難，不利于運輸安全。經以上分析，該方案不予采用。

（3）方案 I-3：內燃雙機牽引 4 000 t。沙午線既有牽引機型為 DF8B，在既有坡度 13‰ 的坡道上牽引質量僅能達到 4 000 t，該方案牽引動力與牽引質量相匹配。內燃雙機 4 000 t 方案 I-3 通過能力適應性分析如表 4 所示，內燃雙機 4 000 t 方案 I-3 輸送能力適應性分析如表 5 所示。

由表 4 和表 5 可以看出，該方案通過能力和輸送能力近期均能夠滿足運輸需求，但遠期均不能滿足運輸需求，需要進行二次改造。

表3 沙午線配套擴能改造方案構成表Tab.3 Shahe to Wuji line supporting transformation scheme composition table

表4 方案I-3(內燃雙機4000t)通過能力適應性分析表對/dTab.4 Adaptability analysis table for I-3 passing capacity of internal combustion dual-engine 4 000 t scheme

表5 方案I-3(內燃雙機4000t)輸送能力適應性分析表萬 t/aTab.5 Adaptability analysis table for I-3 conveying capacity of internal combustion dual-engine 4 000 t scheme

綜上所述，在內燃牽引方案I中，建議采用方案I-3 (內燃雙機牽引 4 000 t)，但遠期需要進行二次改造才能滿足運輸需求。

3.1.2 電力牽引方案 II

（1）方案 II-1：電力單機牽引 4 000 t。該方案需要將坡度軟化為 10‰，采用電力牽引，存在與方案 I-1 相同的線路繞行 10.3 km、展線條件困難等問題，既有線基本廢棄。此外，遠期不能滿足運輸需求，需要雙機牽引但導致機力浪費較多。經上述分析，該方案不予采用[6]。

（2）方案 II-2：電力單機牽引 5 000 t。該方案需要將既有坡度 13‰ 軟化至 9‰，超限坡共 13 處，長 8.975 km，占既有段落長度 86.2%。線路基本需要全部改線，繞行 11.5 km，展線條件十分困難，既有線基本廢棄。經上述分析，該方案不予采用。

（3）方案 II-3：電力雙機牽引 5 000 t。該方案為在既有坡度 13‰ 的坡道上的電力雙機牽引方案，選擇邯鄲機務段的 HXD3、SS4、HXD2B機型時，該方案牽引動力與牽引質量相匹配，近、遠期運輸能力均能夠滿足運輸需求。

綜上所述，在電力牽引方案 II 中，建議采用方案II-3 電力雙機牽引 5 000 t，能夠滿足近、遠期運輸需求。

3.1.3 方案比選

方案 I-3 近期內燃雙機牽引 4 000 t，與相鄰路網牽引質量不匹配，列車需要在邯鄲南站進行減軸作業，或者在后方運輸通道上欠軸運行，占用較多線路的運輸能力；方案 II-3 電力雙機牽引 5 000 t，與相鄰路網牽引質量匹配，列車僅需在邯鄲南站進行無改編中轉作業即可，運輸組織簡單。因此，從行車組織效率方面分析，方案 II-3 電力雙機牽引 5 000 t 更有利。

綜上所述，沙午線擴能改造方案南營井—午汲段建議采用方案 II-3，即電力雙機牽引 5 000 t。

3.2 南營井—沙河段擴能改造方案

考慮與南營井—午汲段運輸組織模式一致，提高運輸組織效率，對提高牽引質量至 4 000 t 的內燃、電力整列運輸方案Ⅲ和方案Ⅳ進行研究，考慮到中間各站改造困難，整列方案僅考慮權村站到發線延長至1 050 m，其余各站仍然保持到發線有效長 650 m (權村站自邯長線到達車流牽引質量為 4 200 t，沙午線采用雙機內燃牽引，計算牽引力使用系數取 1 時，牽引質量將達到 4 500 t，即可滿足運輸需求)[7]。

3.2.1 方案Ⅲ (內燃雙機牽引 4 000 t)

沙午線既有牽引機型為 DF8B，雙機牽引質量達到 4 000 t 時，既有坡度 (上行 15‰、下行 18‰) 需軟化至上行 13‰、下行 18‰，該方案牽引動力與牽引質量相匹配。方案Ⅲ通過能力適應性分析如表 6 所示，方案Ⅲ輸送能力適應性分析如表 7 所示。

表6 方案III通過能力適應性分析表 對/dTab.6 Adaptability analysis table for scheme III passing capacity of internal combustion dual

表7 方案III輸送能力適應性分析表 萬 t/aTab.7 Adaptability analysis table for scheme III conveying capacity of internal combustion dual

由表 6 和表 7 可以看出，方案Ⅲ近、遠期輸送能力均可滿足運輸需求，通過能力利用 20% 的儲備能力也能滿足運輸需求。該方案需將既有坡度 (上行15‰、下行 18‰) 軟化至上行 13‰、下行 18‰，超限坡地段共 4 處，其中 2 處需要通過縱斷面改建以調整滿足限坡要求，其余 2 處超限坡坡長 200 m，坡度分別為 -13.6‰，12.2‰ (曲線半徑為 500 m)，經行車檢算，動能闖坡可以通過，考慮維持既有坡度[8]。

3.2.2 方案 Ⅳ (電力雙機牽引 4 000 t)

該方案為在既有坡度 (上行 15‰、下行 18‰) 的坡道上的電力雙機牽引方案，選擇電力機車 HXD3時，該方案牽引動力與牽引質量相匹配。方案Ⅳ通過能力適應性分析如表 8 所示，方案 Ⅳ 輸送能力適應性分析如表 9 所示。

由表 8 和表 9 可以看出，該方案近、遠期通過能力和輸送能力均可滿足運輸需求。

3.2.3 方案比選

（1）從工程投資方面分析。從工程投資上分析，方案Ⅲ比方案Ⅳ節省工程投資 17 250 萬元。

（2）從行車組織方面分析。方案Ⅲ遠期將在南營井—午汲段出現電力、內燃混合牽引或南營井站換掛內燃機車，運輸組織復雜；方案 Ⅳ 運輸組織模式與南營井—午汲段一致，運輸組織相對簡單。因此，從行車組織方面分析，方案 Ⅳ 更有利[9]。

（3）從機車運用方面分析。方案Ⅲ牽引動力與牽引質量相匹配；方案 Ⅳ 牽引動力稍有浪費。因此，從機車運用方面分析，方案Ⅲ更有利。

綜上所述，從環境保護角度及全線運輸組織協調統一考慮，沙午線擴能改造方案南營井—沙河段建議采用方案 Ⅳ。通過對沙午線分區段擴能改造方案比選，南營井—午汲段應采用方案 II-3 (電力雙機牽引5 000 t)；南營井—沙河段應采用方案 Ⅳ (電力雙機牽引 4 000 t)。

表8 方案IV通過能力適應性分析表 對/dTab.8 Adaptability analysis table for scheme Ⅳ passing capacity

表9 方案IV輸送能力適應性分析表 萬 t/aTab.9 Adaptability analysis table for scheme IV conveying capacity

4 結束語

目前國家對保護生態環境、大氣污染治理十分重視，已提升至國家戰略層面，綠色發展意義重大。為促進邯鄲、沙河周邊綠色協調發展，從既有線能力提升入手，結合沙午線平縱斷面，以及相鄰鐵路的運輸組織、牽引種類及牽引質量等條件，合理確定沙午線的運輸組織，根據全線地形條件及運輸需求分段研究沙午線擴能改造方案，從而得到合理的沙午線擴能改造方案。由于鐵路運輸具有成本低、污染小等優點，通過大力增加鐵路運輸比例，努力提升既有鐵路運輸能力，科學、合理規劃設計既有鐵路擴能改造方案，確保既有鐵路擴能改造方案的經濟、技術可行性，為其他既有線擴能改造方案提供借鑒。

參考文獻：

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