長荊線擴(kuò)能改造方案研究

國 巍

(中鐵武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 鐵道與公路處，湖北 武漢 430074)

1 長荊線現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)狀

長荊線(長江埠—荊門)為中國鐵路武漢局集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“武漢局集團(tuán)公司”)管轄的一條單線半自動(dòng)閉塞Ⅱ級(jí)電氣化鐵路，西接焦柳線(焦作—柳州)，東端通過漢丹線(武漢西—丹江口)連通京廣線(北京—廣州)，全長175.3 km，到發(fā)線有效長1 050 m，限制坡度6‰，貨物列車牽引質(zhì)量4 500 t，最大站間距離26.8 km (天門—京山)，最小站間距離7.1 km(應(yīng)城東—應(yīng)城)，平均站間距離19.48 km，設(shè)計(jì)速度120 km/h，與其相銜接干線相比，長荊線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低。長荊線示意圖如圖1所示。

長荊線各區(qū)間小半徑曲線分布零散，全線共設(shè)87個(gè)曲線，曲線長40.308 km，占線路總長的23%，其中最小曲線半徑為800 m，最小夾直線長度為49.82 m；共設(shè)217個(gè)坡段，最大縱坡6‰，最小坡長200 m。全段平面曲線R ＜ 1 200 m的有44個(gè)，曲線長21.6 km；1 200 m≤R ＜ 1 600 m的曲線有18個(gè)，曲線長7.82 km。長荊線主要限制區(qū)間為冷水鋪至荊門站間，區(qū)間長24.6 km，曲線半徑600 m，允許速度80 km/h，每對(duì)列車運(yùn)行周期72 min，運(yùn)行周期較長[1]。

目前長荊線平圖能力僅為18.5對(duì)，平圖能力利用率已達(dá)100%，運(yùn)輸能力十分緊張，隨著地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來客貨運(yùn)量的較快增長，特別是為適應(yīng)長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略需要，計(jì)劃大量增開沿江貨運(yùn)班列，長荊線運(yùn)量預(yù)計(jì)將大幅增加，既有鐵路能力將無法滿足運(yùn)量需要，亟需加快長荊線的擴(kuò)能改造。

圖1 ?長荊線示意圖Fig.1 Diagram of the Changjiangbu-Jingmen railway

1.2 運(yùn)行速度

依據(jù)長荊線近期預(yù)測(cè)客貨運(yùn)量的規(guī)模，根據(jù)《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，近期客貨運(yùn)量小于2 000 萬t且大于或等于1 000萬t為Ⅱ級(jí)鐵路，而Ⅱ級(jí)鐵路旅客列車設(shè)計(jì)行車速度宜按120 km/h，100 km/h，80 km/h取值[2]。既有長荊線線路允許速度120 km/h，但由于路基病害原因旅客列車僅按100 km/h運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)營中旅客列車旅行速度約為78.9 km/h，區(qū)間走行時(shí)間長，運(yùn)輸能力已經(jīng)飽和，難以適應(yīng)運(yùn)量的持續(xù)增長，難以實(shí)現(xiàn)旅客及貨主對(duì)運(yùn)輸時(shí)效性、安全性等高質(zhì)量要求。因此，實(shí)施長荊線擴(kuò)能改造提高旅客列車設(shè)計(jì)行車速度，應(yīng)結(jié)合既有線特征等因素進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選來確定[3-5]。

（1）從長荊線功能定位及區(qū)域路網(wǎng)構(gòu)成上分析，長荊線功能定位為以服務(wù)地方運(yùn)輸需求為主的客貨共線的區(qū)域性鐵路干線。隨著漢十高速鐵路(武漢—十堰)的全線開通運(yùn)營，特別是與長荊線基本平行的滬漢蓉高速鐵路(上海—成都)、漢丹鐵路相比，區(qū)域內(nèi)已形成大能力的快速客運(yùn)通道，長荊線由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低，缺乏對(duì)通過客流的競(jìng)爭(zhēng)力，因而對(duì)速度目標(biāo)值的要求不大。

（2）從運(yùn)量構(gòu)成上分析，長荊線近期2020年，客貨運(yùn)量分別將達(dá)到192萬人、1 237萬t；遠(yuǎn)期2030年，客貨運(yùn)量分別將達(dá)到268萬人、1 680萬t[1]。客流以地方客流為主，地方客流約占總客流密度的70%左右，沿線地方客流以務(wù)工、旅游為主，客流主要流向?yàn)槿A南、華東、東南等地，少量的通過客流主要為漢宜沿線與武漢及以遠(yuǎn)部分地區(qū)之間的交流。貨流以通過貨流為主，主要承擔(dān)襄陽至懷化間、懷化以遠(yuǎn)部分地區(qū)與武漢及以遠(yuǎn)地區(qū)的非集裝箱大宗貨物交流，客貨運(yùn)量在區(qū)域總運(yùn)量中占比不大，因而通過改造至達(dá)到線路允許速度120 km/h后完全可以滿足客貨運(yùn)輸需求。

（3）從區(qū)域交通方式旅行時(shí)間上分析，長荊線主要服務(wù)于沿線中短途客流，競(jìng)爭(zhēng)主要與公路運(yùn)輸之間展開，現(xiàn)狀通道內(nèi)二廣高速公路荊門段設(shè)計(jì)速度100 km/h，滬蓉高速公路武荊段設(shè)計(jì)速度120 km/h，這樣既有2種運(yùn)輸方式全程旅行時(shí)間基本持平，均約為2.5 h。由于公路運(yùn)輸成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵路運(yùn)輸成本，結(jié)合目前長荊線運(yùn)營狀況，鐵路客票銷售良好，節(jié)假日票源甚至略顯緊張，鐵路運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)明顯，而提速改造后長荊線將達(dá)到線路允許速度120 km/h，縮短旅行時(shí)間約16.8 min，進(jìn)一步提高了鐵路運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。

（4）從工程投資及投資節(jié)時(shí)比上分析，某些地段翻漿冒泥、基床下沉外擠嚴(yán)重及病害復(fù)發(fā)率較高是造成長荊線列車運(yùn)行速度低下的主要原因，工程上可采用換填滲水土或級(jí)配碎石、鋪設(shè)土工材料、增設(shè)排水盲溝、加強(qiáng)基床和改善路基邊溝排水條件等綜合措施進(jìn)行整治，就可以達(dá)到原線路允許速度120 km/h，而路基病害整治投資約為3 000萬元，投資節(jié)時(shí)比可達(dá)到178萬元/min，因而工程上通過病害整治以達(dá)到設(shè)計(jì)速度投資適宜，成效明顯。

綜上分析，長荊線通過擴(kuò)能改造可以使線路長期限速、慢行地段恢復(fù)正常，線路允許速度達(dá)到120 km/h，能較好地適應(yīng)沿線地方客貨流需求，工程投資不大，提速增效明顯，更好地促進(jìn)沿線地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提升鐵路運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。

2 長荊線擴(kuò)能改造方案分析

2.1 方案分析

2.1.1 方案 I：提高牽引質(zhì)量至 5 000 t 方案

長荊線既有到發(fā)線長度為1 050 m，滿足5 000 t牽引質(zhì)量要求，因而首先研究通過提高牽引質(zhì)量到5 000 t來增加運(yùn)輸能力。目前長荊鐵路采用HXD1B型貨運(yùn)機(jī)車，在6‰限坡情況下單機(jī)牽引質(zhì)量為4 570 t，不能滿足牽引質(zhì)量5 000 t的要求。經(jīng)研究，可通過更換HXD2B等機(jī)車滿足牽引質(zhì)量5 000 t的要求。根據(jù)預(yù)測(cè)運(yùn)量，提高牽引質(zhì)量至5 000 t方案能力適應(yīng)情況[6]如表1所示。

表1 ?提高牽引質(zhì)量至5?000?t方案能力適應(yīng)情況表Tab.1 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t

2.1.2 方案 II：提高牽引質(zhì)量至 10 000 t 方案

由于提高牽引質(zhì)量至5 000 t方案不滿足需求，結(jié)合現(xiàn)浩吉鐵路(浩勒?qǐng)?bào)吉—吉安)已開行萬噸列車，考慮研究提高牽引質(zhì)量至10 000 t的方案。若需滿足10 000 t牽引質(zhì)量要求，需將本線到發(fā)線長度延長至1 700 m，根據(jù)預(yù)測(cè)運(yùn)量，提高牽引質(zhì)量至10 000 t方案能力適應(yīng)情況如表2所示。

表2 ?提高牽引質(zhì)量至10?000?t方案能力適應(yīng)情況表Tab.2 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 10 000 t

2.1.3 方案 III：提高牽引質(zhì)量至 5 000 t 并實(shí)施單線自閉改造方案

由于方案I提高牽引質(zhì)量至5 000 t后與周邊路網(wǎng)牽引質(zhì)量匹配，有利于貨車長交路的實(shí)施，能力不適應(yīng)預(yù)測(cè)客貨運(yùn)量的需求，因而考慮在方案I的基礎(chǔ)上，再對(duì)本線實(shí)施單線自閉改造，提高設(shè)計(jì)通過能力。提高牽引質(zhì)量至5 000 t并實(shí)施單線自閉改造方案能力適應(yīng)情況如表3所示。

表3 ?提高牽引質(zhì)量至5?000?t并實(shí)施單線自閉改造方案能力適應(yīng)情況表Tab.3 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t through implementing single-track self-blocking renovation

2.1.4 方案 IV：提高牽引質(zhì)量至 5 000 t 并增開所有緩開站方案

長荊線目前預(yù)留有龍集、永興、孫橋、袁家灣、九里、鐘祥西、劉家灣7個(gè)車站，該方案將預(yù)留的7個(gè)緩開站近期全部開放，以避免再次施工，初步匡算工程投資4.3億元，工期9個(gè)月。近期增開全部緩開站，提高牽引質(zhì)量至5 000 t。提高牽引質(zhì)量至5 000 t并增開所有緩開站方案能力適應(yīng)情況如表4所示。

2.1.5 方案 V：提高牽引質(zhì)量至 5 000 t 并分期增開緩開站方案

由于一次增開全部緩開站投資略高，因而研究根據(jù)運(yùn)量需求分期增開預(yù)留的緩開站方案。長荊線既有站之間站間距較大，影響客貨運(yùn)通過能力，經(jīng)牽引計(jì)算模擬后，研究年度近期需增開K29+450處的龍集站、K120+100的九里站、K140+150的鐘祥西站、K165+600的劉家崗站等4個(gè)車站，近期初步匡算投資估算總額約2.5億元。遠(yuǎn)期需進(jìn)一步增開K62+200的永興站、K82+500的孫橋站等2個(gè)車站，袁家灣站緩開，遠(yuǎn)期初步匡算投資估算總額為1.2億元。提高牽引質(zhì)量至5 000 t并分期增開緩開站方案能力適應(yīng)情況如表5所示。

表4 ?提高牽引質(zhì)量至5?000?t并增開所有緩開站方案能力適應(yīng)情況表Tab.4 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t and putting all the backup stations into operation

表5 ?提高牽引質(zhì)量到5?000?t并分期增開緩開站方案能力適應(yīng)情況表???Tab.5 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t and putting the backup stations into operation step by step

2.1.6 方案 VI：提高牽引質(zhì)量至 5 000 t 并增建二線方案

根據(jù)長荊線的相關(guān)運(yùn)量分析，遠(yuǎn)景年2050年輸送能力建議為：貨運(yùn)4 000 萬t/a，旅客列車30對(duì)/d，單線運(yùn)能不足，需增二線滿足遠(yuǎn)景運(yùn)輸需求，因而研究提出實(shí)施增建二線方案，包含按原設(shè)計(jì)速度增二線方案、提速至140 km/h增二線方案和提速至160 km/h增二線方案等3個(gè)子方案[7]。

按原設(shè)計(jì)速度增二線方案、提速至140 km/h增二線方案、提速至160 km/h增二線方案3種方案下線路均東起漢丹線上的長江埠站，向西經(jīng)應(yīng)城市、天門市、京山縣、鐘祥市、荊門市，西至焦柳線上的荊門站，提高牽引質(zhì)量至5 000 t并增建二線方案概況如表6所示。

表6 ?提高牽引質(zhì)量至5?000?t并增建二線方案概況表Tab.6 Overview of the plan to increase the traction tonnage to 5 000 t and construct a parallel railway

經(jīng)計(jì)算，不同速度下的增建二線方案設(shè)計(jì)平圖能力均為165對(duì)/d (I追= 8 min)，提高牽引質(zhì)量至5 000 t并增建二線方案能力適應(yīng)情況如下表7所示。

表7 ?提高牽引重量至5?000?t并增建二線方案能力適應(yīng)情況表Tab.7 Adaptability of the plan to increase the traction tonnage to 5 000 t and construct a parallel railway

2.2 方案比選

方案I雖然提高牽引質(zhì)量至5 000 t與周邊路網(wǎng)干線牽引質(zhì)量一致，有利于開行長交路的貨物列車，但單純提高牽引質(zhì)量并不能滿足近、遠(yuǎn)期運(yùn)輸需求，需結(jié)合其他擴(kuò)能改造措施(如增開車站)統(tǒng)籌考慮。經(jīng)研究后，予以放棄。

方案II能滿足近期運(yùn)輸需求，但遠(yuǎn)期能力不足，無法適應(yīng)運(yùn)量繼續(xù)增長。同時(shí)，由于區(qū)域內(nèi)各相鄰鐵路牽引質(zhì)量多以5 000 t系列為主，提高本線牽引質(zhì)量至10 000 t，與相鄰路網(wǎng)運(yùn)輸質(zhì)量不匹配，不利于組織長交路。對(duì)沿線車站而言，方案II需要延長到發(fā)線至1 700 m，將對(duì)站坪及到發(fā)線進(jìn)行較大改造，施工改造工期較長，對(duì)既有線運(yùn)營產(chǎn)生較大的影響。由于方案II提高牽引質(zhì)量至10 000 t方案存在與周邊路網(wǎng)牽引質(zhì)量不匹配、不利組織貨車長交路等缺點(diǎn)，經(jīng)研究后，予以放棄。

方案III近期天門至長江埠段能力飽和、荊門至天門段能力不足，輸送能力缺口101萬t/a；遠(yuǎn)期全線能力不足，平圖能力缺口4 ～ 10對(duì)/d，輸送能力缺口360萬～ 970萬t/a。可見，提高牽引質(zhì)量至5 000 t并實(shí)施單線自閉改造方案依然無法滿足本線客貨運(yùn)量的運(yùn)輸需求。方案III能力適應(yīng)年限較短，經(jīng)研究后，予以放棄。

方案IV能滿足運(yùn)輸能力需求，近期通過能力富余14對(duì)，遠(yuǎn)期通過能力富余5對(duì)，研究年度能力富余得當(dāng)，但投資約4.3億元，投資稍大。

方案V能滿足運(yùn)輸能力需求近期通過能力富余1對(duì)，遠(yuǎn)期通過能力富余2對(duì)，近期能力稍顯緊張，不能較好地適應(yīng)客貨運(yùn)量的波動(dòng)情況，運(yùn)輸組織靈活性較差。

方案VI能滿足項(xiàng)目遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)客貨運(yùn)量，且在增建二線的時(shí)候可考慮適當(dāng)改造，提高線路允許速度，提高旅客列車運(yùn)行質(zhì)量。但工程投資巨大，增二線方案中投資最低的原標(biāo)準(zhǔn)增建二線的也高達(dá)66.9億元，遠(yuǎn)大于其他單線擴(kuò)能改造方案的投資。此外，通過能力利用率近期僅22%、遠(yuǎn)期為30%，能力利用虛糜，但當(dāng)達(dá)到遠(yuǎn)景年度運(yùn)量時(shí)，能力利用才比較合理。因此，方案VI工程投資巨大、能力利用虛糜，不太合理，經(jīng)研究后，予以放棄。

方案IV與方案V均可滿足運(yùn)輸需求，且增開預(yù)留車站可以顯著提高全線能力，與增建二線相比較，工程投資較小，改造工期較短，對(duì)既有線路的運(yùn)營影響較小。方案V與近期方案IV相比，提高牽引質(zhì)量至5 000 t并分期開放緩開站方案近期投入車站建設(shè)成本較少，節(jié)省線路運(yùn)營成本，能夠較好地適應(yīng)近、遠(yuǎn)期運(yùn)量需求，且工程投資適度，但遠(yuǎn)期還要再增開2個(gè)車站，造成反復(fù)施工，影響運(yùn)營。進(jìn)一步從能力適應(yīng)性、工程投資、施工干擾等多個(gè)方面比選方案IV與方案V后，可以看到方案IV有以下優(yōu)點(diǎn)：①投資適度。與方案V相比，近期增加投資1.2億元，增加投資不多。②運(yùn)輸能力有一定富余。與方案V相比，荊門至天門段的平圖能力由28對(duì)/d提高到41對(duì)/d，運(yùn)輸能力有一定的富余，運(yùn)輸組織靈活性較強(qiáng)。③避免二次施工方案。與方案V相比，一次增開全部緩開站方案能避免二次施工對(duì)既有線運(yùn)營的干擾。

綜上所述，建議在對(duì)長荊線的路基病害進(jìn)行整治以達(dá)到設(shè)計(jì)速度120 km/h的基礎(chǔ)上，推薦方案IV—提高牽引質(zhì)量至5 000 t并增開所有緩開站方案為長荊線最優(yōu)的擴(kuò)能改造方案。

3 結(jié)束語

鐵路的擴(kuò)能改造問題是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要充分了解既有線在路網(wǎng)中的作用、功能定位、預(yù)測(cè)運(yùn)量、區(qū)域路網(wǎng)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及區(qū)域路網(wǎng)相關(guān)規(guī)劃等。在制訂各項(xiàng)可能方案時(shí)，應(yīng)以最終發(fā)展規(guī)模為目標(biāo)，遵循區(qū)域路網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化的原則，整體規(guī)劃、分步實(shí)施，合理確定研究年度的相關(guān)工程[8]。在方案比選時(shí)，應(yīng)把運(yùn)輸需求、系統(tǒng)能力、施工組織、投資效益等多方面的實(shí)際問題結(jié)合起來統(tǒng)籌考慮，做到推薦方案在技術(shù)上可行、施工上順暢、經(jīng)濟(jì)上合理。長荊線擴(kuò)能改造方案研究推薦采用提高牽引質(zhì)量至5 000 t并增開所有緩開站方案，該方案投資適度，運(yùn)輸組織靈活性強(qiáng)且避免二次施工干擾，該方案的實(shí)施將是滿足未來鐵路運(yùn)量增長的有效手段，可進(jìn)一步提高區(qū)域鐵路網(wǎng)的機(jī)動(dòng)性。