國外重載鐵路運(yùn)輸進(jìn)展與我國重載鐵路運(yùn)輸分析

卓 卉

（神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京市東城區(qū)，100011）

重載運(yùn)輸20世紀(jì)20年代在美國首次出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代以后，由于新材料、新工藝、電力電子、計算機(jī)控制和信息技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)在鐵路的廣泛應(yīng)用，鐵路重載運(yùn)輸技術(shù)及裝備水平不斷提高。

重載鐵路運(yùn)輸由于采用了增加軸重、增大單列編組長度的運(yùn)輸方式，顯著提高了機(jī)車車輛的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，減少了機(jī)車車輛數(shù)量，降低了牽引能耗，減少了機(jī)車車輛的維護(hù)費用和設(shè)備占用時間，提升了鐵路線路的運(yùn)能和整體效率，已被國際公認(rèn)為鐵路貨運(yùn)發(fā)展的方向。在一些幅員遼闊、資源豐富，煤炭和礦石等大宗貨物運(yùn)量占有較大比重的國家，美國、加拿大、澳大利亞等幾個國家得以蓬勃開展，并形成了比較成熟的重載鐵路運(yùn)輸技術(shù)體系。

由于我國資源分布和工業(yè)布局不平衡，形成了由北向南、由西向東的大宗貨物流向帶和以能源、冶煉、糧食等大宗物資為主的運(yùn)輸格局。鐵路大宗貨物的運(yùn)輸量歷年占全社會貨物運(yùn)輸總量的比重達(dá)60%以上，特別是煤炭運(yùn)輸，鐵路承擔(dān)了全國80%左右的運(yùn)輸量。長期以來，運(yùn)力與需求矛盾突出，發(fā)展重載鐵路運(yùn)輸技術(shù)十分迫切。自1992年我國第一條雙線重載運(yùn)煤專線大秦鐵路建成以來，我國鐵路重載技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，鐵路重載運(yùn)輸已初具規(guī)模。

1 重載鐵路運(yùn)輸?shù)恼J(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)

國際重載協(xié)會1994年修訂的標(biāo)準(zhǔn)要求重載鐵路必須滿足以下3條中的至少2條：列車重量至少達(dá)到5000t；軸重達(dá)到或超過25t；在長度至少為150km 的線路上年運(yùn)量不低于2000萬t。

在2005年國際重載協(xié)會理事會上，對新申請加入國際重載協(xié)會的重載鐵路，要求滿足以下3條標(biāo)準(zhǔn)中的至少2條：列車重量不小于8000t；軸重達(dá)27t以上；在長度不小于150km 線路上年運(yùn)量不低于4000萬t。

2 國外重載鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展分析

國外先進(jìn)國家由于鐵路線密度大，線路等級高，普遍采用低密度、大載重量、長編組的固定車底循環(huán)運(yùn)輸模式。

2.1 國外重載鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀

國外重載鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀見表1。

（1）美國。美國是世界上最早采用重載鐵路運(yùn)輸國家，當(dāng)前美國擁有全部鐵路里程23萬km，居世界首位，其中7家I級鐵路公司的總里程為約19.4萬km。線路鋼軌以64.569kg／m 鋼軌為主，占總里程的60.3%。美國貨車車型以有蓋漏斗車居多，占總量的30.9%，29.8t軸重貨車占美國重載貨車保有量的65%，新造貨車軸重已達(dá)32.43t，還有少量貨車軸重達(dá)35.7t以上。隨貨車軸重的增加，美國重載鐵路車輛平均載重從1960年的55.4t，增加到2010年的101.7t。美國鐵路重載運(yùn)輸約95%是利用單元列車完成的，煤炭是美國鐵路運(yùn)輸最主要的貨物品類，煤炭單元列車總重可達(dá)2萬t，2010年煤炭運(yùn)輸占其鐵路總運(yùn)量的44%，煤炭運(yùn)輸收入占總運(yùn)營收入的24.2%。

表1 國外重載鐵路運(yùn)輸情況一覽表

（2）澳大利亞。澳大利亞是鐵路運(yùn)輸比較發(fā)達(dá)的國家，總營運(yùn)里程約3.9萬km，其中重載運(yùn)輸約占貨運(yùn)市場的40%，年增長率達(dá)4.5%左右（2000 年前為3.3%），重載運(yùn)輸產(chǎn)值占全澳GDP的1.7%，年運(yùn)輸產(chǎn)值70億美元，煤炭運(yùn)量占鐵路貨運(yùn)總量37%，礦石運(yùn)量占39%，年貨運(yùn)量5.45億t。

（3）巴西。巴西主要重載鐵路由CVRD 公司經(jīng)營，其中卡拉齊斯鐵礦重載線892km，，最大列車編組330 輛，3.2km 長，30t軸重，牽引質(zhì)量39000t以上，是南美洲甚至全美洲最重的重載列車。平均速度80km／h，出口鐵礦2 億t／a，周轉(zhuǎn)時間58 h。納斯重載鐵路905 km，年運(yùn)量9800 萬t／a，平均速度70km／h，圣路易斯港吞吐量5000 萬t／a，周轉(zhuǎn)時間47h。

（4）南非。南非全部采用窄軌 （1067 mm）鐵路，總里程2.7萬km，通往17個非洲國家。理查德灣煤礦重載線550km （420km 復(fù)線），速度80 km／h， 周 轉(zhuǎn) 時 間 55 h，2003 年 運(yùn) 量8400萬t／a，列車牽引質(zhì)量21500t（200 輛），26t軸重15‰坡道。Orex 鐵礦重載線860km 單線，30t軸重，15‰坡道，列車牽引質(zhì)量25920t（216輛），3臺50kVA 電力機(jī)車+1 臺內(nèi)燃機(jī)車牽引（頭部），周轉(zhuǎn)時間61h。

（5）加拿大。鐵路總里程5.8萬km。加拿大I級鐵路的標(biāo)準(zhǔn)軸重已于1995 年確定為32.43t，2002年最大軸重35.7t，年運(yùn)量達(dá)2億t。采用重載運(yùn)輸后鐵路占貨運(yùn)市場份額的30% ，占全部出口運(yùn)量的40%，標(biāo)準(zhǔn)軌距。

2.2 國外重載鐵路技術(shù)分析

（1）大功率重載機(jī)車技術(shù)。主要包括提高大功率交流傳動電機(jī)車持續(xù)牽引力和粘著系數(shù)；徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)，降低輪軌間橫向作用力，減少輪對阻力和輪軌磨耗；微機(jī)控制防空轉(zhuǎn)防滑系統(tǒng)，隨著輪軌粘著系數(shù)的變化調(diào)節(jié)制動力；采用節(jié)油技術(shù)降低污染排放提高機(jī)車效率；重載機(jī)車故障遙測監(jiān)控系統(tǒng)，全壽命服務(wù)，提高機(jī)車使用率。

（2）重載貨車技術(shù)。提高軸重，美、加、澳已普遍采用35t軸重，美國環(huán)行線正在進(jìn)行40t軸重的運(yùn)行試驗；降低車輛自重，采用鋁合金，不銹鋼等輕型高強(qiáng)度的車體來降低車輛自重；采用新型轉(zhuǎn)向架及懸掛系統(tǒng)；改進(jìn)車輪材質(zhì)、提高車輪耐剝離性；高強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)車鉤及大容量高性能緩沖器。 （3）重載列車同步操縱技術(shù)。采用機(jī)車無線同步操縱LOCOTROL 和電控空氣制動ECP 兩種方式。目前LOCOTROL 己發(fā)展到第四代，接口簡化且具有更高可靠性，其主要優(yōu)勢為可提供最佳動力分配和制動操作，增加牽引效率和減少滾動阻力，更快的制動緩解動作可將多個短列車連接成一個長列車。ECP 采用信息技術(shù)直接用計算機(jī)控制列車中每輛貨車制動缸的制動和緩解，改善了列車緩解和制動和過程中列車縱向力過大的問題，并且提高了列車再制動的能力。

（4）重載鐵路輪軌關(guān)系技術(shù)。世界先進(jìn)國家從研究和運(yùn)營經(jīng)驗證實，要獲得有投資效益的輪軌維護(hù)措施，最有效的方法是將車輛／軌道相互作用關(guān)系和輪軌關(guān)系作為一個系統(tǒng)，研究車輛／軌道相互作用關(guān)系和輪軌作用行為，掌握輪軌損傷模式及其機(jī)理，提出維護(hù)輪軌的軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)。

（5）重載線路施工與運(yùn)營維修技術(shù)。主要包括分析軌道部件和橋梁的壽命使用周期成本，采用基于狀態(tài)修的軌道道岔養(yǎng)護(hù)維修策略；全面的軌道傷損檢測、規(guī)矩檢查測試、鋼軌應(yīng)力測試檢測技術(shù)；軌道幾何形位檢測、軌道部件／軌下基礎(chǔ)狀態(tài)檢測技術(shù)；重載軌道改造技術(shù)；鋼軌打磨、鋼軌潤滑和摩擦改善技術(shù)等。

（6）新型重載軌道結(jié)構(gòu)。美國、加拿大、澳大利亞、南非等國家在重載線路上均采用無縫線路，提高重載列車運(yùn)行平穩(wěn)性，減少對線路的動力作用。新型軌道結(jié)構(gòu)包括：可動心軌道岔，梯形軌道，無碴軌道，耐磨、防表面裂紋及防內(nèi)裂紋的新型HE 型鋼軌 （HyperEutectold），鋁熱焊新技術(shù)。 （7）列車控制技術(shù)。分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）是綜合了計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，采用智能化分散自律設(shè)計原則，以列車運(yùn)行調(diào)整計劃控制為中心，兼顧列車與調(diào)車作業(yè)的高度自動化調(diào)度指揮系統(tǒng)。

3 我國重載鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀與特點

我國鐵路貨運(yùn)大軸重重載發(fā)展主要通過2個技術(shù)途徑：一是對既有路網(wǎng)強(qiáng)化改造以適應(yīng)大軸重、大運(yùn)量的重載運(yùn)輸，主要有大秦線、朔黃鐵路、大包線等，二是新建大能力貨運(yùn)專線，開行大軸重、長編組重載單元列車，如中南通道、蒙西鐵路等。

3.1 我國重載鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀

目前我國開通運(yùn)營、比較典型的重載鐵路有大秦鐵路和朔黃鐵路，見表2。主要開行23t和25t軸重、1～2萬t的重載列車，2010年兩線運(yùn)量約占我國煤炭運(yùn)量的三分之一。在建的山西中南部鐵路通道是我國重載鐵路運(yùn)輸技術(shù)發(fā)展的又一里程碑，設(shè)計軸重達(dá)到30t。

（1）大秦線。大秦線全長653km，是我國第一條雙線電氣化重載運(yùn)煤專線，1992年全面開通，2002年達(dá)到年運(yùn)量1億t設(shè)計能力，2013年年運(yùn)量達(dá)4.45億t。開行2萬t和萬t重載列車，最大軸重25t，重車線運(yùn)行速度為80km／h。列車編組有單元萬t列車、組合萬t列車和2萬t列車3種方式。2014年4月2日首次采用機(jī)車同步操縱系統(tǒng)試驗開行3 萬t組合列車，由4 臺電力機(jī)車牽引、編組320輛、總長3971 m。重載列車追蹤間隔時間平均10min，每秒的運(yùn)量超過15t。

（2）神華重載鐵路。神華重載鐵路營業(yè)里程共計1765km，重載線路1430km，其中包神鐵路192km、神朔鐵路270km、朔黃鐵路662km、大準(zhǔn)鐵路306km。在線運(yùn)行機(jī)車628臺，擁有鐵路貨車41305輛。目前神華鐵路主要開行軸重25t的萬噸列車。2012年12月27日，朔黃鐵路完成216輛C80 車輛編組、總重21600t、列車總長為2720m的神華2萬t重載組合列車試驗開行，正在開展軸重30t以上煤炭運(yùn)輸重載鐵路關(guān)鍵技術(shù)與核心裝備研制項目與示范工程建設(shè)，年運(yùn)量目標(biāo)可達(dá)4億t。

（4）山西中南部鐵路通道。山西中南部鐵路通道是橫跨晉、豫、魯三省出海煤運(yùn)通道，全長1260km，計劃2014 年建成通車。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為國鐵Ⅰ級、雙線電氣化、設(shè)計軸重30t，設(shè)計時速120km，設(shè)計年運(yùn)能力2億t／a，電力牽引，牽引質(zhì)量為10000t和5000t。機(jī)車類型為客車SS9、貨車 HXD 系列，電力牽引最大牽引質(zhì)量為10000t，到發(fā)線有效長1700 m，部分區(qū)段為1050m，自動閉塞。采用60kg／m 鋼軌。

（5）蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道。線路全長1816km，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為國鐵Ⅰ級，浩勒報吉至岳陽段雙線；岳陽至吉安段單線預(yù)留雙線條件。電力牽引，牽引質(zhì)量浩勒報吉至襄陽段10000t，采用60kg／m鋼軌，彈條Ⅱ型扣件，Ⅲ型混凝土軌枕，道床面砟采用一級碎石道砟，運(yùn)營貨車軸重為25t。

表2 中國主要重載鐵路運(yùn)輸情況一覽表

3.2 我國重載鐵路運(yùn)輸技術(shù)特點分析

（1）重載工務(wù)工程技術(shù)。既有重載線路基礎(chǔ)設(shè)施檢測、評估和強(qiáng)化技術(shù)。大秦鐵路形成了25t軸重重載列車運(yùn)行條件下基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)化改造的技術(shù)成果；廣鐵 （集團(tuán)）公司京廣線開展既有線27t軸重貨車 （混編）適應(yīng)性試驗研究；朔黃重載鐵路開展了大軸重重載運(yùn)輸條件下基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)化改造技術(shù)研發(fā)，使強(qiáng)化改造后朔黃重載鐵路基礎(chǔ)設(shè)施在運(yùn)營中安全可靠，滿足30t及以上軸重、年運(yùn)量4億t的運(yùn)輸要求。

大能力煤運(yùn)通道新建技術(shù)。以山西中南部鐵路通道建設(shè)為依托，開展了30t軸重重載鐵路鋼軌、道岔、有砟軌道、隧道內(nèi)無砟軌道、路基、橋梁、隧道關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，以及設(shè)計參數(shù)、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)性研究。

現(xiàn)代化維修體系。形成了 “綜合利用施工天窗，確保施工任務(wù)和運(yùn)輸生產(chǎn)最大化”的供電、電務(wù)、車輛、既有線基本改造等專業(yè)施工集中修理模式；朔黃鐵路公司研發(fā)了綜合檢測車系統(tǒng)，對線路軌道、路基道床、牽引供電、通信、信號、周邊環(huán)境中影響列車運(yùn)行安全的技術(shù)指標(biāo)和相關(guān)信息進(jìn)行實時檢測，具有時空同步定位、大容量數(shù)據(jù)傳輸和綜合分析處理功能。

（2）國產(chǎn)大功率交流傳動重載機(jī)車研制與應(yīng)用。掌握了世界最先進(jìn)的大功率電力機(jī)車的總成、車體、轉(zhuǎn)向架、主變壓器、網(wǎng)絡(luò)控制、主變流器、驅(qū)動裝置、牽引電機(jī)、制動系統(tǒng)等9大核心技術(shù)，單軸功率達(dá)1200kW 的和諧型8軸和諧2型和12軸神華號大功率交流傳動電力機(jī)已投入批量生產(chǎn)，并開始投入正式運(yùn)行。

（3）大軸重、低自重、低動力重載貨車及關(guān)鍵裝備研制。發(fā)展了走行技術(shù)、車體輕量化及材料技術(shù)、貨車縱向緩沖與車輛連接技術(shù)、制動技術(shù)和制造工藝技術(shù)，研制了25t軸重C80型敞車，載重達(dá)到了80t。貨車運(yùn)營速度提升至100～120km／h。

神華鐵路研制了100t級大軸重貨車，采用自卸貨底開門結(jié)構(gòu)形式、30t軸重、鋁合金車體，每5輛為一組，最大載重100t，自重約22t，采用短牽引桿時，車輛平均長度14 m （國際通用車型為16m）。

（4）機(jī)車無線同步操縱技術(shù)。實現(xiàn)了LOCOTROL技術(shù)與GSM-R 技術(shù)的集成創(chuàng)新，把LOCOTROL技術(shù)由過去點到點的通信傳輸，發(fā)展為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信傳輸，解決了機(jī)車間通信距離限制的關(guān)鍵問題；自主研制可控列尾裝置，提高了2 臺HX 型電力機(jī)車牽引2萬t重載組合列車的安全性和平穩(wěn)性；機(jī)車過分相技術(shù)裝備創(chuàng)新，合理控制機(jī)車過分相前后電流下降與上升速率，減少過分相時列車沖動及功率損失，確保了重載組合列車安全平穩(wěn)運(yùn)行。

（5）先進(jìn)的鐵路移動通信技術(shù)。為更好地滿足重載鐵路長大編組列車的開行需求，神華集團(tuán)研究開發(fā)了基于新一代無線寬帶通信TD-LTE 技術(shù)，在朔黃鐵路建設(shè)示范工程，研究和開發(fā)了重載鐵路1.8GHz新型寬帶移動通信系統(tǒng)，以實現(xiàn)重載列車同步操控、可控列尾、調(diào)度通信、視頻傳輸?shù)日Z音和數(shù)據(jù)移動通信業(yè)務(wù)。在全世界范圍內(nèi)首次實現(xiàn)重載列車控制、調(diào)度指揮等鐵路運(yùn)輸專用業(yè)務(wù)與LTE融合技術(shù)。

（6）運(yùn)輸組織。采用循環(huán)車底，提高車底的周轉(zhuǎn)速度；利用電力機(jī)車開行長交路、輪乘制，提高機(jī)車運(yùn)用效率；采用先進(jìn)的裝卸機(jī)械，提高卸車效率，實現(xiàn)整列裝卸；重自行研制的分散自律調(diào)度集中系統(tǒng) （CTC），有效提高了線路的通過能力，提高了勞動生產(chǎn)率，改善了勞動條件。

4 結(jié)論

我國重載鐵路運(yùn)輸條件相對于國外先進(jìn)國家總體上受限制較多，主要體現(xiàn)在營運(yùn)里程短、鐵路運(yùn)輸繁忙，中國鐵路以占世界鐵路6%的營業(yè)里程，完成了世界鐵路25%的工作量。作為國際重載運(yùn)輸協(xié)會 （IHHA）10 個成員國之一，我國與其他國家不同，重載鐵路的發(fā)展必須走一條具有中國特色的快速度、高密度、大重量，即 “速密重”并舉的道路。我國鐵路重載運(yùn)輸應(yīng)在客貨分線的基礎(chǔ)上，大力進(jìn)行既有普速路網(wǎng)的強(qiáng)化改造，提高整體重載運(yùn)輸能力，同時合理規(guī)劃新建重載線路?；谖覈鴩楹同F(xiàn)狀，重載鐵路技術(shù)應(yīng)重點研究路網(wǎng)、通道運(yùn)輸能力匹配和運(yùn)力布局，加快研發(fā)大功率機(jī)車技術(shù)，大力開展先進(jìn)的27t通用貨車和30t專用貨車技術(shù)研發(fā)，不斷優(yōu)化完善機(jī)車牽引制動控制技術(shù)，積極采納既有線路工務(wù)工程強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行設(shè)備改造，強(qiáng)力推進(jìn)大能力煤運(yùn)通道新建技術(shù)，同時要重視重載輪軌關(guān)系的研究和應(yīng)用，全而提升重載線路養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)水平和采用預(yù)防性線路維修策略，通過采用設(shè)備狀態(tài)檢測與監(jiān)測技術(shù)提升關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用。

［1］ 薛繼連.朔黃重載鐵路輪軌關(guān)系1 版 ［M］.北京：中國鐵道出版社，2013

［2］ 安路生.中國鐵路運(yùn)輸新實踐1版 ［M］.北京：中國鐵道出版社，2009

［3］ 楊浩.鐵路重載運(yùn)輸1版 ［M］.北京：北京交通大學(xué)出版社，2010

［4］ 肖穎.美國鐵路煤炭運(yùn)輸對我國鐵路的啟示 ［J］.鐵道貨運(yùn)，2014 （1）

［5］ 穆鑫，楊春雷，李貌.國外鐵路重載運(yùn)輸對我國鐵路貨運(yùn)發(fā)展的啟示［J］.鐵道經(jīng)濟(jì)研究，2013（1）

［6］ 范振平，林柏梁.澳大利亞重載運(yùn)輸對我國鐵路重載的借鑒 ［J］.物流技術(shù)，2006（9）

［7］ 侯亞捷，陳雷，張顯鋒.關(guān)于澳大利亞鐵路貨車的介紹與思考 ［J］.鐵道車輛，2007 （2）

［8］ 張超，樊宏，宗剛.加拿大鐵路運(yùn)輸效益及資源配置的經(jīng)濟(jì)學(xué)分析 ［J］.綜合運(yùn)輸，2013（4）

［9］ 張文生.重載線路的最新養(yǎng)護(hù)與維修技術(shù) ［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2010 （7）

［10］ 國際重載協(xié)會.國際重載鐵路最佳應(yīng)用指南-輪軌關(guān)系 ［M］.北京：中國鐵道出版社，2009

［11］ 國際重載協(xié)會.國際重載鐵路最佳應(yīng)用指南-線路施工與運(yùn)營維修 ［M］.北京：中國鐵道出版社，2011

［12］ 錢立新.世界重載鐵路運(yùn)輸技術(shù)的最新進(jìn)展［J］.機(jī)車電力傳動，2010 （1）

［13］ 曹廣河.朔黃鐵路綜合檢測車系統(tǒng)研制 ［C］.重載鐵路建設(shè)運(yùn)營及安全養(yǎng)護(hù)研討會論文集.北京：中國鐵道出版社，2014

［14］ 薛繼連.30t軸重神華重載鐵路核心裝備與關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新［C］.重載鐵路建設(shè)運(yùn)營及安全養(yǎng)護(hù)研討會論文集.北京：中國鐵道出版社，2014