哈爾濱至佳木斯既有鐵路電化改造工程分區(qū)段速度目標值選擇研究

牛永平

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司， 天津 300142)

哈爾濱至佳木斯既有鐵路電化改造工程分區(qū)段速度目標值選擇研究

牛永平

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司， 天津 300142)

根據(jù)區(qū)域路網(wǎng)特征與交通運輸概況，確定研究年度哈佳既有鐵路的路網(wǎng)作用、功能定位與服務(wù)要求，結(jié)合哈佳既有鐵路沿線地形特征、運營現(xiàn)狀、技術(shù)標準概況、區(qū)段運輸需求，在電化改造方案研究過程中，對不同區(qū)段及不同速度目標值電化改造所采取的工程措施、引起的工程數(shù)量、社會服務(wù)水平、投資效益等方面進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比選，提出既有線電化改造分區(qū)段速度目標值選擇的技術(shù)優(yōu)越性。

哈佳鐵路 電化改造 分區(qū)段速度目標值選擇

1 概述

既有哈爾濱至佳木斯鐵路(簡稱哈佳鐵路)位于黑龍江省境內(nèi)，線路起自哈爾濱樞紐，向東北經(jīng)綏化市、慶安縣、鐵力市，伊春市的帶嶺區(qū)、南岔區(qū)，終至佳木斯樞紐。線路全長504.7 km，為Ⅰ級鐵路，區(qū)間除哈爾濱樞紐松花江橋外，其余均為雙線，內(nèi)燃牽引，旅客列車運行速度80～120 km/h，最快旅客列車運行時分為6 h12 min，是一條客貨混運的繁忙干線。目前，主要承擔哈爾濱及以遠至佳木斯及以東地區(qū)和沿線旅客運輸，雙鴨山、鶴崗煤炭外運，我國重要產(chǎn)糧基地三江平原糧食外運任務(wù)。研究年度除上述運量外，還將承擔同江、撫遠口岸進出口貨物運輸。本線電化改造后有助于進一步完善路網(wǎng)，提高區(qū)域鐵路運輸服務(wù)水平。

研究年度，為適應(yīng)黑龍江省經(jīng)濟社會快速發(fā)展需要、促進東北老工業(yè)基地經(jīng)濟振興，還將建成哈牡客專以及松花江南岸起自哈爾濱途徑賓縣、方正縣、依蘭縣，終到佳木斯的200 km/h客貨共線哈佳快速鐵路，并伴隨同江黑龍江鐵路大橋建成，對哈佳鐵路前方通路諸多既有線結(jié)合增二線、電氣化等方式進行擴能提速改造。

2 研究年度哈佳既有鐵路功能定位

哈爾濱至佳木斯既有鐵路電化工程所在路網(wǎng)區(qū)域內(nèi)，研究年度規(guī)劃新建松花江南岸沿哈佳高速公路自哈爾濱經(jīng)賓縣、方正縣、依蘭縣至佳木斯間的200 km/h快速鐵路通道，其建成將大大縮短哈爾濱及以遠地區(qū)與佳木斯、鶴崗、雙鴨山等地市間的時空距離。屆時，哈爾濱至佳木斯新線運輸距離340.0 km，較既有線縮短164.7 km，哈爾濱至佳木斯直達旅客列車新線運行時分1 h55 min，較既有現(xiàn)狀縮短4 h17 min，貨物運輸時間7.6 h，較既有現(xiàn)狀縮短5 h，整個通道內(nèi)既有鐵路和公路的運輸系統(tǒng)平衡將被打破，實現(xiàn)通道新的運輸分工。

結(jié)合既有線與新線吸引范圍及運輸條件分析，新線將承擔大部分佳木斯及以遠至哈爾濱的旅客運輸，并分流部分時效性要求高、附加值高的輕質(zhì)貨物運輸；研究年度哈佳既有鐵路將主要承擔綏化及以遠，沿線地區(qū)，小部分佳木斯以遠與哈爾濱及以遠地區(qū)間的旅客交流，以及沿線地區(qū)和佳木斯及以遠煤炭、糧食、進口礦石等貨物運輸，成為以貨為主、兼顧沿線地方客運的鐵路通道。本線電化改造后有助于進一步提高區(qū)域鐵路運輸服務(wù)水平，提高鐵路運輸效益，帶動區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展。

3 沿線地形概況及既有鐵路病害分布

哈爾濱至綏化段為松嫩平原的東南部，地勢比較平坦、開闊，海拔高程在110～250 m；綏化至浩良河段為低山丘陵區(qū)，地勢陡峻，相對高差300～1 000 m，沖溝比較發(fā)育；浩良河至佳木斯段為松花江沖積平原，地勢平坦，海拔高程70～150 m。

既有鐵路修建時間長、標準低，路基填料來源差異大，經(jīng)多年的養(yǎng)護維修、大修，現(xiàn)大部分運營正常，但個別地段也時有路基病害發(fā)生，如江北—綏化、全勝—鐵力、浩良河—興連等地段既有路基基床條件較差，有凍害、排水不良、基床下沉、翻漿冒泥、邊坡溜塌等病害。擴能改造中應(yīng)對不滿足要求地段進行處理或加固，并注意崩塌落石、雪害等自然災(zāi)害；既有線橋涵建設(shè)年代長、種類多、設(shè)計標準不統(tǒng)一，部分橋墩混凝土嚴重腐蝕，需要加固處理，病害斷裂嚴重的橋涵需要廢棄重建。

4 既有鐵路平縱斷面條件分析

既有哈佳鐵路線路全長504.7 km，考慮電化改造后技術(shù)標準與后方通路相匹配與路網(wǎng)相協(xié)調(diào)的要求，推薦貨物列車牽引質(zhì)量采用5 000 t，到發(fā)線有效長1 050 m(現(xiàn)狀大部分車站有效長850 m，需要改造延長)。與牽引質(zhì)量5 000 t相匹配的機型，限制坡度為SS4單機6‰，HXD2單機9‰、雙機13‰；根據(jù)既有鐵路分區(qū)段坡度統(tǒng)計及改建前后對照(表1)分析，哈爾濱至南岔段6‰限坡方案改建長度明顯高于9‰限坡方案，尤其桃山至南岔為越嶺地段，條件困難現(xiàn)狀局部雙機牽引，綜合考慮電化改造方案全線采用9‰限坡，超限地段需要改建軟化坡度。

由區(qū)間線路平面統(tǒng)計(表2)分析可見，徐家至綏化、浩良河至興蓮間線路平面條件相對較好，綏化至浩良河間相對較差，其中鐵力至浩良河間山區(qū)線路條件最差，曲線占區(qū)段線路的48.6%，且大部分曲線半徑小于800 m。線路平面包括曲線半徑、緩和曲線長度、圓曲線和夾直線長度等是影響列車提速的一個主要因素。

綜合上述分析，本線超限坡地段分布及平面條件困難地段分布具有分區(qū)段差異性大的特點，在電化改造研究過程中，為了選擇與本線特點相適宜的技術(shù)標準，結(jié)合既有線病害整治、到發(fā)線延長以及軟化坡度，分區(qū)段選擇速度目標值進行平面改建提速研究很有必要。

表1 既有鐵路坡度統(tǒng)計及改建前后對照

5 分區(qū)段速度目標值選擇研究

根據(jù)前述本線在通道內(nèi)功能定位分析，通道研究年度近期需要修建快速新線，既有線電化改造主要以病害整治、電化擴能為主，在此基礎(chǔ)上結(jié)合軟化坡度進一步研究提速改造方案。本文重點就分區(qū)段選擇速度目標值改建方案進行研究，并與提速120 km/h、160 km/h速度目標值方案相比較，確定合適的標準，以與區(qū)域路網(wǎng)功能相協(xié)調(diào)匹配。由于既有線平面、路基、橋涵標準較低，提速200 km/h改建工程量與修建新線無異，并且施工與既有線運營干擾非常大，實施難度高，因此不再深入研究既有線提速200 km/h方案。

5.1 分區(qū)段選擇速度目標值方案：Ⅰ方案

(1)哈爾濱樞紐

自哈爾濱站至徐家線路長度為21.27 km，考慮樞紐內(nèi)線路復(fù)雜對速度要求不高，工程以現(xiàn)狀掛網(wǎng)為主，僅對區(qū)間2處小于400 m半徑曲線進行改建，結(jié)合3座車站到發(fā)線有效長延長，總計改建線路長度5.73 km。

(2)徐家至綏化區(qū)間

本段線路長度102.98 km，結(jié)合電化擴能改造進行了120 km/h與160 km/h速度目標值方案比較。提速至120 km/h，改建線路17.43 km；提速至160 km/h，需改建線路26.78 km。兩個方案8個中間站到發(fā)線延長1 050 m。

徐家至綏化段是濱北鐵路的重要組成部分，是哈爾濱至綏化市及北安、黑河的主要鐵路通道。由于規(guī)劃的哈佳快速鐵路不經(jīng)過綏化市，本次電化改造考慮既有線條件較好，提速160 km/h方案改建線路長度增加不多，可大大提升綏化、北安、黑河等方向客流的服務(wù)質(zhì)量，故本段電化改造研究采用160 km/h速度目標值方案。

(3)綏化至浩良河區(qū)間

本段線路長度293.68 km，區(qū)間地形條件困難，提速對既有線改建量大，對運營的干擾影響較大。為減少改建工程，本段原則采用現(xiàn)狀電化擴能。界山至小白區(qū)間、石長出站端兩個段落由于坡度均為超過10‰的連續(xù)坡段，既有為補機地段，本次研究，結(jié)合電化擴能進行軟化坡度，取消補機，可避免配置補機約17臺，降低運營費用；區(qū)間改建結(jié)合到發(fā)線延長，總計改建線路長度35.45 km。

石長出站端(K125+800～K129+400)：線路長3.6 km，此段既有坡度均為超過10‰的連續(xù)坡段，最大坡度為14.8‰，中間高兩側(cè)低成山脊狀分布，研究采取改建平面，修建隧道的坡度軟化方案，改線線路長度4.3 km，較既有線縮短0.3 km，修建雙線隧道1座(0.6 km)。本段結(jié)合軟化坡度平面改建，取消既有線5個400～600 m小半徑曲線，改后最小曲線半徑為1 200 m(如圖1所示)。

界山至小白站間(K156+700～K161+500)：線路長4.8 km，此段既有坡度均為超過10‰的連續(xù)坡段，中間高兩側(cè)低成山脊狀分布，且界山站坪坡度超過9‰。研究采取平面取直修建隧道，封閉界山站的坡度軟化方案。改線線路長度6.5 km較既有線縮短1.8 km，修建雙線隧道1座(3.1 km)。本段結(jié)合軟化坡度平面改建，取消既有線8個400～500 m小半徑曲線，改后最小曲線半徑為800 m(如圖2所示)。

(4)浩良河至興連區(qū)間

本段線路長度71.68 km，地勢平緩，結(jié)合擴能適當提速至120 km/h時產(chǎn)生工程不大，且能較大程度改善運營條件。為適當提高運營質(zhì)量，減少運行時分，本段采用提速120 km/h速度目標值方案；本段電化擴能需改建線路長度10.13 km。

(5)佳木斯地區(qū)

興蓮至佳木斯站正線長度15.1 km，佳木斯站仍維持地區(qū)客貨運作業(yè)站，區(qū)間采用現(xiàn)狀電化。

(6)本方案主要工程內(nèi)容及投資

本方案總計改建線路長度72.6 km，其中適應(yīng)速度目標值改建25.8 km，改建后線路長度503.2 km，最快旅客列車旅行時間由6 h12 min降低到5 h14 min，工程投資763 202.6萬元。

5.2 提速120 km/h方案：Ⅱ方案

圖1 石長坡度軟化方案示意

本方案是在Ⅰ方案的基礎(chǔ)上，進一步提高既有線運行速度，對各區(qū)段內(nèi)按照提速至120 km/h研究，局部困難地段根據(jù)工程改建情況，采用既有線電化限速方案。

(1)哈爾濱樞紐

圖2 界山至白坡度軟化方案示意

在Ⅰ方案的基礎(chǔ)上，按提速120 km/h要求對小半徑曲線進行改建，改建線路長度17.43 km。

(2)徐家至綏化區(qū)間

同Ⅰ方案。

(3)綏化至浩良河區(qū)間

在Ⅰ方案基礎(chǔ)上對該段落按照120 km/h速度目標值進行提速改造。取消界山至小白站間及石長出站端的兩處超限坡，在界山與小白之間(K165+500至K167+000之間)，小曲線改建工程數(shù)量較大，為減少工程，按限速考慮。本段改建線路長度154.18 km。

(4)浩良河至興連區(qū)間

同Ⅰ方案。

(5)佳木斯地區(qū)

同Ⅰ方案，局部限速考慮。

(6)本方案主要工程內(nèi)容

本方案總計改建線路長度191.09 km，其中適應(yīng)速度目標值改建166.42 km，改建后線路長度499.38 km，最快旅客列車旅行時間由6 h12 min降低到5 h2 min，工程投資1115396.8萬元。

5.3 提速160 km/h方案：Ⅲ方案

本方案是在Ⅰ方案的基礎(chǔ)上，按照提速至160 km/h研究，哈爾濱至綏化段改建方案同Ⅱ方案；綏化至浩良河段按照 160 km/h速度目標值進行提速改造。在綏化出站端，為減少綏化車站的改建，減少城市拆遷，本點按限速120 km/h進行改建；浩良河至興連區(qū)間地勢平緩，提速至160 km/h，能更多的縮短運行時分，較大程度改善運營條件；佳木斯地區(qū)改建同Ⅱ方案。

本方案總計改建線路長度249.47 km，其中適應(yīng)速度目標值改建233.57 km，改建后線路長度495.52 km，最快旅客列車旅行時間由6h12 min降低到4h20 min，工程投資1348774萬元。

5.4 方案比較及優(yōu)缺點分析

各方案比較如表3、表4所示。

表3 各方案改建數(shù)量與投資匯總

表4 各方案列車運行時分

由表3、表4對比可見：Ⅰ方案雖然全線提速不明顯，但是工程改建對既有線利用率高，施工對既有線影響較小，工程費用最省，同時大大提高了哈爾濱至綏化間運營速度，改善鐵路客運服務(wù)環(huán)境，綜合評價，鐵路投資效益較高。Ⅱ方案對全線平縱斷面條件都有所改善，全線提速明顯，較Ⅰ方案運營時間縮短12 min；但是改建工程數(shù)量增加明顯，對既有線運營影響較大，工程投資較Ⅰ方案增加352 194.2萬元，節(jié)時與工程費用比為29 349.5萬元/min，代價過大，鐵路投資效益較差。Ⅲ方案，對既有線平縱斷面條件改善最多，提速最明顯，較Ⅰ方案縮短了54 min。但是改建工程數(shù)量極大，過渡工程多，施工對既有線運營影響大，工程投資較Ⅰ方案和Ⅱ方案分別增加585 571.4萬元和233 377.2萬元，節(jié)時與工程費用比為10 843.9萬元/min，代價過大，鐵路投資效益差。

6 結(jié)論

雖然提速120 km/h和160 km/h運行時間分別減少了12 min、54 min ，但工程投資分別增加352 194.2萬元和585 571.4萬元，投資節(jié)時比分別為29 349.5萬元/min和10 843.9萬元/min，提速效果不明顯，投資過高。在該通道新建快速新線后，既有線將以貨運為主，對速度目標值要求不高，兼顧沿線地方客運量較小，投資過大勢必引起鐵路投資效益降低。而Ⅰ方案在滿足電化擴能的基礎(chǔ)上，考慮哈爾濱至綏化間客流密度較大，在改建工程不大的基礎(chǔ)上提速至160 km/h，兼顧了該段客運對運行速度有較高需求的特點，區(qū)間其他困難地段僅對小半徑曲線進行改建，使既有線能夠充分利用，大大降低改建費用，提高鐵路投資效益。

研究認為，哈佳既有鐵路電化改造采用分區(qū)段選擇速度目標值的方案，能夠適應(yīng)既有線條件，避免產(chǎn)生過大工程代價，節(jié)省工程投資，在滿足路網(wǎng)功能與地方運輸需求的同時，大大提高鐵路投資效益。

[1] GB50090—2006鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S]

[2] GB50091—2006鐵路車站及樞紐設(shè)計規(guī)范[S]

[3] TB10001—2005鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S]

ResearchonSectionTargetSpeedSelectionforHarbintoJiaMusielectrificationImprovementProjectsofExistingLine

NIU Yongping

2013-10-28

牛永平(1981—)，男，2004年畢業(yè)于西南交通大學土木工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2014)01-0066-05

U212.32

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