鄭萬鐵路主要技術標準選擇

■ 陳俊 焦新坡

鐵路的主要技術標準應根據鐵路近、遠期運量確定鐵路等級和正線數目，結合地形、工程投資和相鄰鐵路的主要技術標準確定速度目標值、最大坡度和牽引質量等[1-2]。結合鄭萬鐵路（鄭州—萬州）主要技術標準選擇實踐，就鐵路主要技術標準的選擇進行探究。

1 相鄰線鐵路主要技術標準

鄭萬鐵路位于豫、鄂、渝三省市境內，北接京廣、隴?？蛯?，中與既有焦柳鐵路、寧西鐵路、襄渝鐵路，規劃的運（城）十（堰）宜（昌）鐵路、武西客專、安（康）張（家界）常（德）鐵路等相交，南端連接萬州，并通過渝萬客專達重慶。相鄰鐵路的主要技術標準見表1。

2 主要技術標準的選擇

2.1 鐵路等級及正線數目

鄭萬鐵路本線只承擔旅客運輸任務，鐵路等級為客運專線。近、遠期區間最大列車對數分別為90對/d和129對/d，為滿足運輸能力、服務頻率和速度的高標準需求，應一次修建雙線。

2.2 速度目標值

2.2.1 速度目標值方案

鄭萬鐵路鄭州—襄陽段地形平坦，工程相對較小，具備提高速度目標值的條件，就250 km/h和350 km/h兩個速度目標值方案進行了比較分析（見表2）。

2.2.2 不同速度目標值方案對工程投資的影響分析

不同速度目標值方案對工程投資的影響如下：

（1）速度目標值不同，線路平縱斷面參數不同[3-4]，其中最小曲線半徑對速度目標值最為敏感。鄭州—襄陽段僅平頂山至方城經過伏牛山余脈低山、丘陵區，地形條件較好，不同速度目標值線位方案差別較小，對橋隧工程數量影響較小，當曲線半徑達到2 000 m以上時，采用曲線繞避障礙適應地形以減少工程量的做法效果不明顯。

（2）速度目標值不同，線間距、路基寬度、基床厚度、路基壓實標準、軌道設計標準、路基基床處理、橋梁結構、隧道內凈空和襯砌厚度有差異，影響工程數量及價格分析單價指標。尤其是250 km/h及以下標準，擬推薦采用有砟軌道，250 km/h以上標準一般推薦采用無砟軌道。

（3）速度目標值越高，環保要求越高，降噪、減振、拆遷等工程相應增加[5]。

表1 相鄰線鐵路主要技術標準

（續表1）

表2 不同速度目標值方案主要建設標準比較

（4）速度目標值不同，牽引變電變壓器容量、接觸網導線等站后工程也有所不同，隨速度目標值的提高相應的標準也提高，工程投資也增加。

不同速度目標值對工程投資的影響，主要體現在采用設計標準的差異而導致工程數量不同、站后部分設備選型不同等（見表3）。

從工程投資比較看，350 km/h方案比250 km/h方案增加靜態投資45．34億元，增加12．43%，考慮建設期貸款利息差額，全部投資增加約48．66億元，投資增加12．42%。

2.2.3 速度目標值推薦

鄭萬鐵路沿線地勢平坦，350 km/h方案比250 km/h方案靜態投資增加12．42%?？紤]鄭萬鐵路是一條區際快速客運專線，兼輔城際和旅游客流功能；客流特點呈現為沿線及輻射區域各大城市間的中長途直達客流為主，京廣、徐蘭等350 km/h客?？缇€客車占本段總對數2/3左右。因此，鄭萬鐵路采用350 km/h方案更有利于增強本線修建意義，提升旅客舒適性及運輸服務質量，加強主要城市間的快速聯系。綜合考慮鄭萬鐵路采用350 km/h方案綜合效益最優，建議采用350 km/h速度目標值。

2.3 最大坡度

2.3.1 區域相關客運專線最大坡度

與鄭萬鐵路相關的客運專線京廣客專、徐蘭客專、武西客專、西成客專等線路最大坡度均采用20‰?？梢姡?0‰最大坡度能適應區域地形條件，滿足立交、通航等要求。

表3 2個方案經濟技術比較

2.3.2 電動車組與坡度的適應性分析

2.3.2.1 連續坡道上的加速性能模擬分析

研究全線列車均采用動車組類型列車，根據原鐵道部《關于印發〈時速200和300公里動車組主要技術條件〉的通知》（鐵運函〔2006〕462號）及其他一些相關資料中動車組的技術參數，目前我國主要能運行300 km/h及以上速度的CRH2-300和CRH3型動車組，以及運行200～250 km/h的CRH1、CRH2-200和CRH5型動車組[5-6]。下面分別以加速性能略低的CRH3和CRH5為例，分析電動車組對坡度的適應性。這2種動車組在平坡、12‰、20‰、25‰、30‰的連續坡道上進行速度從0開始加速的模擬見圖1。2種動車組對坡度有很好的適應性，在各種坡度上均能保持較高的加速度運行，以20‰的坡度為例，350 km/h動車組以0速起車運行12 km后速度達到200 km/h，200 km/h動車組速度則可達145 km/h。

2.3.2.2 長大上坡道對列車運行速度的影響模擬分析

列車運行在長大上坡道上，運行速度會產生一定的損失，同樣采用上述2種動車組分別按其最高運行速度進入20‰、25‰、30‰的長大上坡道進行模擬（見圖2）。2種動車組列車以較高的速度進入最大坡度地段運行時，350 km/h列車在30‰、25‰的連續上坡道運行12 km，速度降至250 km/h以下，在20‰的連續上坡道速度能達到260 km/h；200 km/h列車在30‰、25‰的連續上坡道運行12 km，速度降至140 km/h以下，在20‰的連續上坡道速度能達到170 km/h。

綜上所述，電動車組功率大，加減速性能優越，對坡度適應能力強，鄭萬鐵路無連續長大坡道，動車組選型基本不受最大坡度選擇的限制。

2.3.3 最大坡度方案和比較

客運專線主要運行高性能的電動車組，最大坡度的選取主要受沿線地形、動車組對坡度的適應性、運營費用及與相鄰線路的匹配等因素影響。結合鄭萬鐵路沿線地形特點及參照相關項目研究成果[7]，小于12‰坡度方案對改善動車組運營條件影響甚微而工程投資增加較大，目前規劃及在建客運專線大部分采用20‰的限制坡度，因此主要對20‰和30‰坡度方案進行分析。

圖1 2種速度等級動車組的坡道加速性能

圖2 2種速度等級動車組在長大上坡工況

2.3.3.1 運營費比較

運營費由線路及建筑物養護費用、設備維修費用、運輸費用及其他費用4大類組成，由于2方案線位及線路長度差別不大，所以其中隨最大坡度變化而變化的費用主要是能耗費用。

對于電能耗費用的計算，采用各種最大坡度方案電動車組的運行模擬結果，計算出各種最大坡度下每列車公里的能耗，其乘以列車公里數即得出總能耗（度）。計算期采用30年，運營費現值30‰坡度方案較20‰坡度方案增加61 992萬元。

2.3.3.2 工程影響分析

鄭州—平頂山段和南陽—襄陽段地形相對較緩、地勢平坦；平頂山—南陽段線路屬低山、丘陵區，地勢起伏不大。起點鄭州東站的地面標高為85．1 m，平頂山—南陽段溝底標高為580 m，襄陽東津處地面標高為72．0 m，兩地定線距離分別為202．9、177．4 km，計算其坡率分別為（580-85．1）/20 290≈2．44‰和（580-72）/177 400≈2．86‰。由此可見，鄭萬鐵路線路坡度的選取是相對較自由的，只受小范圍的環境地形工程控制。不同的最大縱坡值主要對跨越鐵路、公路、河流的橋梁工程有一定影響，30‰坡度方案較20‰坡度方案不能達到增大設計坡度有效節省工程投資的目的。因此20‰方案能很好地適應沿線地形條件，工程安全風險可控，能很好地適應動車組牽引特性，與兩端相銜接的客運專線最大坡度協調一致。

2.3.4 最大坡度推薦

鄭萬鐵路本線主要運行高性能的電動車組，動車組的功率質量比大，加減速性能優異，對坡度的適應能力強，20‰、30‰最大坡度對動車組運行速度影響不大，而運營費用30‰坡度較20‰坡度增加較多；同時結合本線地形地貌，20‰、30‰最大坡度對工程影響相對較少，因此最大坡度推薦采用20‰。

2.4 其他主要技術標準選擇

2.4.1 最小曲線半徑

根據推薦采用的速度目標值，結合我國客運專線運輸組織模式及軌道的超高設置要求，推薦本線最小曲線半徑一般7 000 m、困難5 500 m。

2.4.2 牽引類型

本線是設計速度推薦為350 km/h的客運專線，要求列車軸重小、功率大，以及良好的起動性能，只有電動車組才能滿足要求。結合本線銜接的相關線路均為電力牽引，采用電力牽引也是與相鄰線統一牽引制式的需要，并符合國家能源政策和可持續發展戰略要求。

2.4.3 到發線有效長度

本線以承擔中長途動車組旅客列車為主，推薦采用650 m有效長[3]。

2.4.4 動車組選型

動車組類型選擇應滿足、適應本線速度目標值、各設計年度高峰小時最大客流及其他行車組織等線路功能定位的要求；堅持技術先進、可靠，保障安全、舒適，關注環保、節能、經濟，方便運用、維修[8]；同時立足國產化，因此推薦采用CRH系列動車組。

3 結論

綜上，確定出鄭萬鐵路的主要技術標準如下：

（1）鐵路等級：客運專線；

（2）正線數目：雙線；

（3）旅客列車速度目標值：350 km/h；

（4）正線線間距：5．0 m；

（5）最大坡度：一般20‰，困難30‰；

（6）最小曲線半徑：一般7 000 m，困難5 500 m；

（7）牽引種類：電力；

（8）列車類型：動車組；

（9）到發線有效長度：650 m；

（10）列車運行控制方式：自動控制；

（11）調度指揮方式：綜合調度集中。

鐵路的主要技術標準是決定鐵路建筑物和設備的類型、能力和規模的重要依據，對鐵路能否滿足運輸需求、運營效率的高低、投資規模和經濟效益的大小有重要影響。鐵路技術標準的選擇應在滿足運輸需求的前提下，根據鐵路在路網中的意義和作用、運量、沿線地形、相鄰鐵路的主要技術標準、工程投資等條件綜合選定[9]。