大包線開行萬噸列車方案研究

張曉東

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 線路運(yùn)輸處，陜西 西安 710043）

1 大包線開行萬噸列車的必要性

1.1 大包線現(xiàn)狀

京包線大同—包頭段既有線全長(zhǎng)447.95 km，其中大同樞紐屬太原鐵路局管轄，其余均屬呼和浩特鐵路局管轄。本段旅客列車采用DF4D型機(jī)車牽引，編掛輛數(shù)為13～18輛；貨物列車采用DF8B、DF4B型機(jī)車牽引，牽引質(zhì)量上行為3 800 t、下行為3 500 t；集寧—呼和浩特為雙機(jī)牽引區(qū)段，摘掛列車(單機(jī))牽引質(zhì)量為2 000 t。列車追蹤間隔時(shí)間為8～10 min。

1.2 大包線開行萬噸列車的必要性

根據(jù)大秦線4億t擴(kuò)能規(guī)劃，大秦線以開行 20 000 t 重載列車為主，采用大重量、低密度、固定車底循環(huán)運(yùn)輸?shù)拈_行模式。因此，要求相鄰線到發(fā)大秦線的列車牽引質(zhì)量盡量統(tǒng)一為 5 000 t、10 000 t 和20 000 t，在湖東站集結(jié)為 20 000 t 列車或直接通過。大包線開行萬噸列車可以較好滿足大秦線集運(yùn)條件，減少大同樞紐及湖東站作業(yè)壓力，有效提高運(yùn)輸能力。

《鐵路主要技術(shù)政策》指出：“發(fā)展大宗貨物重載運(yùn)輸和高附加值貨物快捷運(yùn)輸，運(yùn)煤專線可開行 10 000 t 或 20 000 t 的重載貨物列車”。大包線開行萬噸煤炭專列，符合鐵路主要技術(shù)政策的要求。

2 大包線萬噸列車牽引方式

2.1 牽引動(dòng)力適應(yīng)性

大包線的限制坡度：大集段(大同—集寧南)上下行分別為4‰和9‰、集呼段(集寧南—呼和浩特)為9‰、呼包段(呼和浩特—包頭)為6‰。呼包段、大集段煤炭專列采用DF8B型機(jī)車單機(jī)牽引5 000 t，集呼段采用DF8B+DF4型雙機(jī)牽引，白塔—十八臺(tái)為補(bǔ)機(jī)地段。

為充分利用既有設(shè)備、既有線開行萬噸列車，仍采用既有DF8B、DF4B型機(jī)車牽引，機(jī)車在不同限坡區(qū)段對(duì)應(yīng)牽引質(zhì)量見表1。

表1 各區(qū)段不同牽引力使用系數(shù)牽引質(zhì)量比較表

由表1得知，按《牽引計(jì)算規(guī)程》計(jì)算，考慮牽引力使用系數(shù)采用0.9，集寧南—包頭西均不能滿足開行萬噸列車條件。若牽引力使用系數(shù)采用1.0，集寧南—呼和浩特西采用DF8B三機(jī)牽引仍不能滿足開行萬噸列車條件。針對(duì)集呼段 9‰ 地段不多且分布不均勻的特點(diǎn)，利用動(dòng)能闖坡DF8B三機(jī)牽引 10 000 t，經(jīng)模擬牽引計(jì)算顯示列車最低速度 31.4 km/h，大于DF8B型機(jī)車持續(xù)速度 31.1 km/h，可以利用動(dòng)能闖坡三機(jī)牽引10 000 t。但考慮采用DF8B三機(jī)牽引需增加DF8B機(jī)車臺(tái)數(shù)，造成既有DF4B型機(jī)車閑置，同時(shí)利用動(dòng)能闖坡尚需試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，因此內(nèi)燃過渡階段萬噸列車暫按DF8B雙機(jī)牽引，其中集呼段加補(bǔ)兩臺(tái)DF4B型機(jī)車。

2.2 機(jī)車附掛方式

目前大秦線開行的萬噸列車有2種牽引方式，一種為兩臺(tái)機(jī)車均在前面的整列式萬噸列車，一種為兩臺(tái)機(jī)車一前一中的組合式萬噸列車。大包線研究了整列式和組合式 2 種牽引方式。

整列式牽引方式在雙機(jī)牽引地段，2臺(tái)機(jī)車均在頭部，在補(bǔ)機(jī)地段，補(bǔ)機(jī)加掛在列車尾部；組合式牽引方式在雙機(jī)牽引地段，2 臺(tái)機(jī)車在一前一中，在補(bǔ)機(jī)地段，補(bǔ)機(jī)加掛在列車頭部。2 個(gè)方案的主要區(qū)別在于：整列式萬噸列車由于機(jī)車位于列車頭部，列車制動(dòng)充風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)，但該牽引方式無需安裝同步操縱設(shè)備；組合式萬噸列車雖可有效減少萬噸列車充風(fēng)時(shí)間，但需在機(jī)車上安裝同步操縱設(shè)備。根據(jù)相關(guān)科研單位的研究，若采用Locotrol設(shè)備，安裝機(jī)車同步操縱設(shè)備存在以下問題。①若機(jī)車安裝Locotrol設(shè)備，則前期需要完成包括調(diào)研、接口設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證、機(jī)車制動(dòng)機(jī)的更換等大量的工作，周期會(huì)很長(zhǎng)；②大包線沒有GSM-R鐵路數(shù)字移動(dòng)通信平臺(tái)，只能采用800 MHz電臺(tái)通信方式，但當(dāng)列車在隧道中運(yùn)行時(shí)，這種通信方式通信性能將會(huì)降低。同時(shí)經(jīng)檢算 4 臺(tái)(內(nèi)燃)機(jī)車牽引10 000 t，機(jī)車、車輛的車鉤強(qiáng)度均有一定的余度，滿足安全要求。因此，機(jī)車牽引方式暫按雙機(jī)牽引，補(bǔ)機(jī)地段尾部加補(bǔ)2臺(tái)DF4B型機(jī)車的整列式牽引方式。

3 大包線萬噸列車車站分布

3.1 萬噸列車車站分布原則

（1）近、遠(yuǎn)結(jié)合，兼顧大包電化、集包三四線的車站分布及運(yùn)輸組織方案，確定萬噸列車的集疏站和會(huì)讓站，以減少?gòu)U棄工程。

（2）車站分布盡量選擇既有平、縱斷面條件較好，工程量較小的車站，減少工程投資。

（3）車站分布應(yīng)考慮區(qū)間通過能力的均衡性。

（4）萬噸列車集疏站選址應(yīng)在有大量煤炭產(chǎn)生或集結(jié)、便于組合成列，并有配套機(jī)務(wù)車輛設(shè)備的車站。

3.2 萬噸列車煤炭集疏點(diǎn)的選擇

發(fā)往大秦線煤炭運(yùn)量構(gòu)成表明，大秦線集運(yùn)的煤炭主要來自包惠段、既有包神線、包頭樞紐及大包沿線，其中大包沿線運(yùn)量較少，因此煤炭運(yùn)量主要集結(jié)在包頭樞紐。萬噸列車集疏站應(yīng)選擇在有大量煤炭產(chǎn)生或集結(jié)、便于組合成列，并有配套機(jī)務(wù)車輛設(shè)備的車站。通過工程條件及站點(diǎn)分布比較，將包頭地區(qū)古城灣站設(shè)置為萬噸列車集疏站。

3.3 摘掛補(bǔ)機(jī)點(diǎn)的選擇

大包線集呼段既有限制坡度為9‰，現(xiàn)為補(bǔ)機(jī)地段，補(bǔ)機(jī)點(diǎn)分設(shè)在白塔和十八臺(tái)。由于9‰地段主要分布于既有白塔—十八臺(tái)之間，根據(jù)牽引動(dòng)力適應(yīng)性的分析，開行萬噸列車后集呼段仍為補(bǔ)機(jī)地段，

3.3.1 補(bǔ)機(jī)點(diǎn)選擇

考慮近、遠(yuǎn)結(jié)合的原則，集包三四線建成后，將在呼和浩特地區(qū)建成貨物列車外繞線，萬噸列車經(jīng)貨物列車外繞線運(yùn)行，呼和浩特地區(qū)貨物列車外繞線在臺(tái)閣牧和白塔接軌，因此補(bǔ)機(jī)點(diǎn)不宜設(shè)在呼和浩特地區(qū)。補(bǔ)機(jī)點(diǎn)選擇主要考慮利用既有白塔站和在臺(tái)閣牧新設(shè)補(bǔ)機(jī)點(diǎn)2個(gè)方案。利用既有白塔站具有補(bǔ)機(jī)地段走行距離短的優(yōu)點(diǎn)，但從工程方面分析，既有白塔站受地形限制改擴(kuò)建比較困難，只能滿足上行方向補(bǔ)機(jī)要求，下行到發(fā)線不具備延長(zhǎng)條件；新設(shè)臺(tái)閣牧補(bǔ)機(jī)點(diǎn)方案工程條件較好，上下行到發(fā)線有效長(zhǎng)均可延長(zhǎng)，萬噸列車可原列返回，能有效緩解本段能力緊張的局面，但補(bǔ)機(jī)走行距離較白塔長(zhǎng)34.8 km，增加運(yùn)用機(jī)車約 4 臺(tái)。經(jīng)綜合分析，開行萬噸列車后補(bǔ)機(jī)點(diǎn)選擇設(shè)在臺(tái)閣牧車站。

3.3.2 摘機(jī)點(diǎn)選擇

十八臺(tái)至葫蘆間上行方向?yàn)?‰足下坡，經(jīng)呼和浩特鐵路局制動(dòng)力試驗(yàn)，可以滿足下坡制動(dòng)要求；且補(bǔ)機(jī)距離較短，可以利用既有機(jī)務(wù)實(shí)施。摘補(bǔ)機(jī)點(diǎn)選擇十八臺(tái)站。

3.4 大包線萬噸列車車站分布

大包線共分布萬噸列車車站7處，其中古城灣為萬噸列車集疏站，臺(tái)閣牧、十八臺(tái)為摘掛補(bǔ)機(jī)作業(yè)點(diǎn)，其余為越行站。車站分布最大站間距81.4 km(堡子灣—蘇集)，最小站間距48.6 km(臺(tái)閣牧—陶思浩)，平均站間距65.7 km。車站分布見表2。

表2 萬噸列車車站分布表

4 萬噸列車開行方案

4.1 萬噸列車開行原則

（1）在不影響旅客列車運(yùn)行的基礎(chǔ)上盡量增加萬噸列車開行數(shù)量。

（2）在集疏站條件允許的情況下，盡量組織萬噸列車集中到發(fā)，減少對(duì)其他貨物列車通過能力的影響，提高運(yùn)輸能力。

（3）將萬噸列車定位為最高等級(jí)貨物列車。

4.2 萬噸列車開行數(shù)量

大秦線2009年已完成貨運(yùn)量 4億t，大包線發(fā)往大秦線的煤炭可組織開行萬噸列車；發(fā)往集通、張集、豐沙大的車流及本線地方車流，因不具備開行萬噸列車條件，仍開行5 000 t 和4 000 t 列車。研究年度大包線發(fā)往大秦線煤炭運(yùn)量及萬噸列車對(duì)數(shù)見表3。

表3 大包線萬噸列車開行對(duì)數(shù)表

4.3 萬噸列車開行方案

根據(jù)萬噸列車開行地點(diǎn)及開行方式的不同，分別討論萬噸列車集中集束到發(fā)、分散集束到發(fā)及交接口組合3個(gè)方案。

4.3.1 萬噸列車集中集束到發(fā)方案

集中集束方案是將萬噸列車集中到發(fā)，每次盡量多組織萬噸列車連發(fā)。本方案將旅客列車集中到發(fā)，為開行萬噸列車創(chuàng)造條件，通過運(yùn)行圖鋪畫，在調(diào)整旅客列車開行方案后，2008年萬噸列車分兩次集中到發(fā)，每次13列。通過鋪畫滿能力運(yùn)行圖確定的萬噸列車扣除系數(shù)為1.2、旅行速度為44.40 km/h，其他貨物列車旅行速度為31.63 km/h。本方案可以有效提高線路通過能力，旅客列車與重載列車分時(shí)段運(yùn)行，客貨列車旅行速度均較高；但本方案要求相鄰煤炭集運(yùn)線路集中到發(fā)5 000 t 煤炭列車，運(yùn)輸組織難度大，且古城灣集疏站、臺(tái)閣牧、葫蘆等技術(shù)作業(yè)點(diǎn)要求到發(fā)線數(shù)量多、站場(chǎng)規(guī)模較大，經(jīng)估算僅古城灣增加集疏線上下行各兩組后增加投資約8 000萬元，同時(shí)本方案對(duì)旅客列車開行影響較大，旅客列車需集中到發(fā)。

4.3.2 萬噸列車分散集束到發(fā)方案

分散集束方案是將萬噸列車分組分散到發(fā)，每次組織3～4列萬噸列車連發(fā)。本方案在滿足既有旅客列車開行方案的基礎(chǔ)上，按每組到發(fā)4列萬噸列車，通過鋪畫滿能力運(yùn)行圖確定的萬噸列車扣除系數(shù)為1.5、旅行速度為31.21 km/h，其他貨物列車旅行速度為22.95 km/h。本方案對(duì)其他貨物列車運(yùn)行影響較大，以2008年運(yùn)量為例，分散集束方案比集中集束方案少開行貨物列車8對(duì)/日；但本方案要求萬噸集疏站及技術(shù)作業(yè)站規(guī)模較小，可減少工程投資，同時(shí)本方案運(yùn)輸組織調(diào)整難度相對(duì)較小，可操作性較強(qiáng)。

4.3.3 交接口組合萬噸方案

根據(jù)萬噸列車開行地點(diǎn)不同，提出交接口組合萬噸列車方案，在本段開行 5 000 t 列車至堡子灣站，集結(jié)后發(fā)往大同樞紐。由于大包線煤炭專列按 5 000 t 開行，線路能力不能適應(yīng)運(yùn)量需要，故本方案不可行。

4.4 推薦方案

綜上所述，若按萬噸列車集中集束到發(fā)，雖能降低萬噸列車扣除系數(shù)，提高貨物列車旅行速度，但對(duì)旅客列車開行影響較大，同時(shí)萬噸集疏站古城灣及補(bǔ)機(jī)摘掛作業(yè)站所需到發(fā)線數(shù)量多、增加投資較大，運(yùn)輸組織難度大。因此，萬噸列車開行方案推薦采用分散集束到發(fā)方案。