滇西南普速鐵路開行動車組關鍵技術分析

文 東 徐 濤 尹業(yè)斌

(1.中鐵二院昆明勘察設計研究院有限責任公司， 昆明 650200；2.中鐵二院工程集團有限公司西南指揮部， 昆明 650200)

云南省地處我國西南邊疆，由于歷史原因和地形、地質(zhì)等客觀條件制約，云南鐵路發(fā)展相對滯后，既有鐵路存在標準低、運行速度慢等缺點，是全國動車組開行線路覆蓋密度較少的省份。目前全省開行動車組的線路主要集中覆蓋滇東及滇中地區(qū)，而大理、麗江、迪慶、保山、德宏、普洱、臨滄、怒江、版納及紅河等滇西南地區(qū)州市既有、在建及規(guī)劃鐵路均以普速鐵路為主。滇西南地區(qū)因山高坡陡谷深，地形地質(zhì)條件復雜，線路橋隧比例高，如在建大瑞(大理一瑞麗)、大臨(大理一臨滄)、麗香(麗江一香格里拉)鐵路及既有大麗(大理一麗江)鐵路全線橋隧占比分別高達86.5%，87.3%，72.9%和60.12%，鐵路建設造價高、難度大、周期長，使得滇西南地區(qū)相當長一段時間內(nèi)鐵路客運仍依靠普速鐵路。

滇西南區(qū)位優(yōu)勢獨特，泛亞鐵路東、中、西線有5條國際鐵路通道經(jīng)滇西南出境，是連接絲綢之路經(jīng)濟帶與21世紀海上絲綢之路的紐帶。但目前規(guī)劃的中越、中緬雙通道、中印及中老鐵路均為普速鐵路，不具備動車組列車開行條件。對滇西南普速鐵路升級改造，動車組成網(wǎng)運行后，將有條件在國際通道上開行動車組列車，促進國際產(chǎn)能合作。因此，無論是內(nèi)在需求還是面向東南亞國際鐵路通道的建設，滇西南地區(qū)利用既有普速鐵路開行動車組的研究顯得更加迫切并具有實際意義。

1 滇西南地區(qū)普速鐵路開行動車組對客流影響分析

1.1 云南鐵路旅客運輸量發(fā)展分析

目前，云南省境內(nèi)鐵路、公路、水運、航空等各種運輸方式相結合的綜合運輸體系已初步形成，各種運輸方式協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合運輸體系正逐步完善。2019年云南各種運輸方式旅客運輸量及其增長速度如表1所示[1]。

表1 2019年云南各種運輸方式旅客運輸量及其增長速度表

根據(jù)表1，云南省旅客運輸主要由公路運輸方式完成，但鐵路運輸增長強勢，公路運輸客流相對萎縮。根據(jù)云南省2017至2019年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，云南省鐵路旅客運輸連續(xù)3年增長率分別達17.2%、13.9%和16.9%，而公路運輸分別下降了6.4%、10.2%和11.4%。特別是2016年底滬昆(上海一昆明)高速鐵路、云桂(南寧一昆明)鐵路和昆玉(昆明一玉溪)鐵路的開通，標志著云南鐵路正式接入全國高速鐵路網(wǎng)，鐵路客流增長強勁。2016-2019年云南各種運輸方式旅客運輸量如圖1所示。

圖1 2016至2019年云南各種運輸方式旅客運輸量圖

1.2 滇西南地區(qū)普速鐵路開行動車組列車對客流影響分析

滇西南地區(qū)各州市國土總面積為24.1萬km2，占云南省國土面積的61.1%；常住人口 2 054萬人，占云南全省常住人口的42.5%。地區(qū)內(nèi)旅游資源得天獨厚，旅游業(yè)已成為該區(qū)域重要的支柱產(chǎn)業(yè)。2019年云南省接待海外入境旅客 1 485萬人次，接待國內(nèi)游客 79 977萬人次。云南出入境主要來自緬甸、泰國、越南、老撾方向，隨著未來中國東盟間經(jīng)貿(mào)發(fā)展，特別是泛亞鐵路東、中、西線5條國際鐵路通道建成通車，旅游客流將大幅增長，預測2030年和2040年中國到東盟各國旅游人數(shù)為 4 100萬人和 5 000萬人[2]。

滇西南既有鐵路基礎薄弱、線路標準低是影響旅客出行的主要因素；動車組不能成網(wǎng)運行，則難以滿足沿線居民及游客的快速交通需求。從發(fā)展?jié)摿矗嵛鹘?jīng)昆明—廣通—大理鐵路，滇南經(jīng)昆明至玉溪鐵路與省會昆明相連，共同構成滇西南與滇中地區(qū)的重要客運通道，隨著普速鐵路開行動車組列車改造完成，將提高線路運輸能力和旅客運輸品質(zhì)，區(qū)域人均出行水平將得到較大提高[3]，鐵路旅客出行增長空間巨大。

以昆明—廣通—大理鐵路為例，2018年7月昆廣大開通動車組列車實現(xiàn)了大理與昆明“兩小時經(jīng)濟圈”的交通跨越，結束了滇西不通動車的歷史。動車組開行當日發(fā)送旅客2.8萬人次，上座率達135%，當年大理鐵路旅客運輸量增加81.7%，而昆明至大理間大巴班次減少70%，航班減少57%。開行動車組列車當年及2019年大理州各種運輸方式旅客運輸量及其增長速度如表2所示[4-5]。

表2 2018年和2019年大理州各種運輸方式旅客運輸量及其增長速度表

2 滇西南地區(qū)鐵路現(xiàn)狀分析

2019年底，云南省鐵路網(wǎng)總里程達到3 983 km(不含米軌線路656 km)，其中高速鐵路里程(含200 km/h)1 023 km，主要覆蓋滇東及滇中地區(qū)。滇西南地區(qū)2019年底鐵路通車里程總計951 km，其中僅廣大新雙線設計速度為200 km/h，線路全長175 km，占全省高速鐵路總里程的17.11%。滇西南地區(qū)在建及規(guī)劃線路均以普速鐵路為主，其中在建線路全長約1 179 km，提升改造開行動車組空間巨大。滇西南地區(qū)既有及在建鐵路概況如表3所示。

表3 滇西南地區(qū)既有及在建鐵路概況表

3 滇西南地區(qū)普速鐵路提升改造開行動車組關鍵技術分析

滇西南地區(qū)既有和在建普速電氣化鐵路主要有120 km/h、140 km/h和160 km/h，按正線數(shù)目分有單線和雙線兩種，不同線路技術標準、工況條件對改建開行動車組列車方案影響較大，改建工程內(nèi)容及工程投資也有所區(qū)別。

3.1 提速改造分析

速度和時間優(yōu)勢是鐵路吸引客流提高市場競爭力的關鍵。滇西南地區(qū)鐵路標準普遍偏低，在研究改建開行動車組列車時，應對線路提速改造方案進行分析，如設計速度120 km/h線路應研究提速至140 km/h和160 km/h方案，設計速度160 km/h線路提速至200 km/h方案。不同設計速度其線路技術標準不一致，如表4所示。

表4 120 km/h、140 km/h、160 km/h及200 km/h主要技術標準對比表

根據(jù)表4可知，設計速度為160 km/h及以下線路若要提速至200 km/h，需調(diào)整線路平縱斷面、更換橋梁梁型、擴大隧道凈空面積等，對于以橋隧工程為主的滇西南鐵路，以上改建相當于新建一條線路。因此，除160 km/h線路原設計已預留200 km/h工程條件(如成昆鐵路廣通至昆明段)，可提速改造至200 km/h外，其他速度等級鐵路不具備提速改造至200 km/h條件。120 km/h和140 km/h線路主要技術標準相近，不需更換梁體和擴大隧道凈空面積，提速改造代價小；而120 km/h、140 km/h提速至160 km/h，雖然部分線路平縱斷面不需調(diào)整，但隧道需擴孔，工程代價較大。因此，120 km/h線路改造開行動車組列車時為節(jié)省旅行時間可研究提速至140 km/h，如大麗、麗香鐵路；140 km/h可研究局部提速至160 km/h或維持既有設計速度，如大瑞鐵路；而160 km/h線路應維持既有速度，如玉磨鐵路和大臨鐵路。

提速改造效果分析，以滇西大麗鐵路提升改造開行動車組為例。大麗鐵路全長161 km，提速改造前，開行普客列車在大理和麗江間旅行時間最短為101 min；開行動車組但不提速改造，兩城市間旅行時間最短為92 min；改造提速至140 km/h后可節(jié)省9 min，相對提速前的普速客車節(jié)省20 min。大麗鐵路升級改造開行動車組時間成本分析如表5所示[6]。

表5 大麗鐵路升級改造開行動車組時間成本分析表

3.2 列控系統(tǒng)級間轉換方式分析

設計速度160 km/h及以下普速鐵路列控系統(tǒng)采用CTCS-0(簡稱C0)級，滇西南普速鐵路銜接的快速鐵路設計速度均為200～250 km/h，列控系統(tǒng)采用CTCS-2(簡稱C2)級。普速鐵路改建開行動車組列車后列控系統(tǒng)仍維持原設計不變，但動車組上、下線運行時需完成C2和C0級間轉換[7]，轉換方式主要有人工轉換和自動轉換兩種。人工轉換一般是動車組停車后由司機在站內(nèi)人工完成C2和C0級間轉換，該轉換方式設置簡單，節(jié)省投資，但降低了運輸效率[8]，適用于動車組全部辦理停站通過作業(yè)車站；自動轉換是在區(qū)間設置級間轉換應答器組自動完成C2和C0級間轉換，該轉換方式信號改建工程較多，投資大，但動車組不需停站通過，運輸效率高。

以大理鐵路樞紐為例分析列控系統(tǒng)級間轉換設置方式，大理樞紐大理站為客運站，大理東站為區(qū)段站，大理北為會讓站。樞紐經(jīng)由大理站開往臨滄、瑞麗方向的動車組均需在大理站停站辦理客運作業(yè)，大臨、大瑞開行動車組改建時C2和C0列控系統(tǒng)級間轉換適宜采用人工方式；而大麗鐵路開行動車組列車所經(jīng)大理東、大理北站均不具備辦理客運條件，動車組一般都是不停站通過，因此，需在大理東與大理北站區(qū)間設置級間轉換應答器組自動完成列控級間轉換[6]，同步對大理東站列控系統(tǒng)及廣大線臨時限速服務器進行相應修改，而經(jīng)大理站開往麗江方向的動車組則可在大理站采用人工方式由C2級列控模式轉換為C0級列控模式。大理鐵路樞紐各引入線C2/C0級間轉換設置如圖2所示。

圖2 大理鐵路樞紐各引入線開行動車組列車C2/C0級間轉換設置示意圖

3.3 車站改建分析

滇西南地區(qū)普速鐵路既有設施設備主要適應機車牽引車列形式，開行動車組列車需對沿線車站相應進行改建，主要體現(xiàn)在兩方面，一是通道能力變化后應研究是否加站，二是對既有車站設施設備進行改建。

3.3.1 開行動車組列車加站分析

根據(jù)客流預測以及滇西南地區(qū)已完成開行動車組列車改建線路實際客流增長情況，普速鐵路開行動車組列車后，為適應客流增長及提高服務頻率的需要，線路開行動車組對數(shù)較原普客列車對數(shù)有所增加；部分提速路段旅客列車與貨物列車速度差加大，從而引起需要能力增加。以上兩個原因對通道能力均有較大影響，需對能力進行檢算，以確定是否需要增加會讓站或越行站。

3.3.2 車站改建分析

為適應開行動車組列車，車站站線軌道、道岔、出站信號機及車輛設備等需配套進行系列改建。

(1)站線軌道及道岔改建分析

滇西南地區(qū)普速鐵路除正線采用60 kg/m無縫線路及道岔外，站內(nèi)到發(fā)線、貨物線及其他站線均采用50 kg/m無縫線路及道岔。在開行動車組列車改建時，需對沿線車站接發(fā)動車組進路上的到發(fā)線及道岔進行提升改造，即把進路上所有50 kg/m有縫線路及道岔改為60 kg/m無縫線路及道岔。對于提速路段，如120 km/h線路提速至140 km/h，原設計正線道岔為SC330，其直向最大通過速度為120 km/h，不滿足提速至140 km/h要求，需更換為專線4249道岔。車站布置形式、規(guī)模、到發(fā)線有效長等均維持既有不變，提升改造開行動車組車站改建如圖3所示。

圖3 普速鐵路開行動車組列車車站改建示意圖

(2)信號機-警沖標距離調(diào)整分析

滇西南地區(qū)普速鐵路車站出站信號機設置僅滿足接發(fā)傳統(tǒng)機車牽引車輛形式的客、貨列車需要，原設計車站出站信號機與警沖標距離均按3.5 m設置，提升改造開行動車組后，站內(nèi)出站信號機與警沖標的間距設置應滿足無動車組運行時沿線路方向不小于3.5 m，有動車組運行時沿線路方向不小于5 m的要求[9]。信號機-警沖標距離的調(diào)整對車站到發(fā)線有效長影響較大，進而影響車站場坪土建工程，受滇西南地形地勢條件控制，車站多設置在高填深挖路基段或橋隧相連處，既有線車站和已完成土建施工的在建線路即使場坪微小的調(diào)整都會增加較大的工程投資和工程風險。因此，提升改造開行動車組時，應盡量維持原信號機設置位置，在滿足限界要求前提下通過往岔心移動警沖標以滿足動車組開行要求。

(3)車輛設備的改建分析

滇西南地區(qū)普速鐵路車站原配置的車輛設備均未考慮開行動車組的需要，需配套進行改建，即沿線車站根據(jù)需要應考慮增加動車組存車和檢修設備。如玉磨鐵路開行動車組列車，相應對西雙版納站客車整備所按開行動車組列車要求進行改造，以滿足動車組存車及檢修要求。

3.4 改建工程費用分析

滇西南地區(qū)既有和在建共8條普速鐵路開行動車組列車提升改造項目投資如表6所示。

表6 既有和在建普速鐵路開行動車組改造投資比較表

在建普速鐵路提升改造開行動車組列車，主要涉及列控系統(tǒng)級間轉換、車站改建及客服系統(tǒng)升級等，每公里指標可控制在75萬元以內(nèi)，改建代價較小；麗香鐵路因提速改建并增開車站1個，每公里指標192萬元，改建代價相對較大；而既有線提升改造開行動車組列車除涉及與在建鐵路一樣的工程內(nèi)容外，還需對沿線既有橋梁、隧道、路基等病害進行整治，每公里單價指標相對較高，均在222萬/km以上。根據(jù)對表6的分析可知，普速鐵路開行動車組列車改造提前規(guī)劃實施可節(jié)省改建成本，應盡量避免開通后再進行改建。

4 結束語

普速鐵路開行動車組列車不僅有利于縮短旅客的在途時間，同時為高速鐵路動車組下線運行創(chuàng)造了條件，減少了中間換乘環(huán)節(jié)，能夠降低運營管理成本，擴大旅客吸引范圍，具有良好的社會經(jīng)濟效益。既有和在建普速鐵路在工程技術條件上均具備升級改造開行動車組的條件，同時也具有低成本、工期短等優(yōu)勢。普速鐵路開行動車組列車，并與其他線路跨線運行將是滇西南地區(qū)鐵路運輸?shù)陌l(fā)展趨勢。滇西南地區(qū)特殊的區(qū)位優(yōu)勢和鐵路發(fā)展現(xiàn)狀決定了在普速鐵路開行動車組的必要性，同時也是堅持“以人為本、注重社會效益”鐵路發(fā)展理念的具體體現(xiàn)。