高速鐵路開行160 km/h普速客車對(duì)線路狀況適應(yīng)性分析

汪鋒華 高崇華 趙江林

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

高速鐵路開行160 km/h普速客車對(duì)線路狀況適應(yīng)性分析

汪鋒華 高崇華 趙江林

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

我國(guó)西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低、城鎮(zhèn)化發(fā)展不均衡、城鎮(zhèn)化率偏低, 隨著高速鐵路網(wǎng)的逐步形成，如何實(shí)現(xiàn)高速線路開行時(shí)速160km普速客車以滿足西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)實(shí)際運(yùn)輸需要成為當(dāng)前形勢(shì)下一個(gè)新的技術(shù)課題。文章以成貴鐵路為依托，從軌道超高設(shè)置及超高順坡率，大坡度對(duì)普速客車編組、追蹤間隔的影響，車站分布、到發(fā)線數(shù)量及長(zhǎng)度，大功率交流客運(yùn)機(jī)車研制情況，列車制動(dòng)限速，坡度代數(shù)差適應(yīng)性等方面進(jìn)行分析論證，在既有標(biāo)準(zhǔn)體系及現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條件下，提出了適應(yīng)高速列車和普速列車混合運(yùn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及解決方案，對(duì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸安全與效率的雙提高，充分發(fā)揮高速鐵路的潛力具有重要的指導(dǎo)意義。

高速鐵路； 普速客車上線； 客流需求； 線路狀況適應(yīng)性

1 引言

隨著我國(guó)高速鐵路網(wǎng)的逐步形成,為更好適應(yīng)西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)實(shí)際運(yùn)輸需要，高速線路混跑160 km/h普速客車，是新形勢(shì)下新的技術(shù)體系。如何在既有標(biāo)準(zhǔn)體系及既有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條件下，提出適應(yīng)兩種列車混合運(yùn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及解決方案是本論文主要研究的內(nèi)容。

1.1 項(xiàng)目概述

成貴鐵路西端通過成綿樂城際鐵路引入成都樞紐與西成、成渝客專相通，中部在宜賓與規(guī)劃的綿遂內(nèi)宜城際和渝昆等快速鐵路相接，東端在貴陽(yáng)樞紐與貴廣快速鐵路及長(zhǎng)昆客運(yùn)專線相連。正線線路長(zhǎng) 515.02 km，速度目標(biāo)值250 km/h，最小曲線半徑4 000 m，最大坡度20‰、部分地段25‰，到發(fā)線有效長(zhǎng)650 m。

1.2 開行普速車需求

成貴鐵路沿線城鎮(zhèn)化發(fā)展不均衡，成都、貴陽(yáng)兩大西部中心城市經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城鎮(zhèn)化水平較高，2009年城鎮(zhèn)化率分別為64.9%和63.5%，樂山和宜賓分別為39.4%和35.7%，昭通和畢節(jié)地區(qū)城鎮(zhèn)化率僅為20%和24.9%，遠(yuǎn)低于全國(guó)46.6%的平均水平。結(jié)合近期西南地區(qū)鐵路干線客流調(diào)查情況，家庭月均收入在5 000元及以上、3 000～5 000元和3 000元及以下的旅客，選擇160 km/h以下普速車的比例分別為18.4%、30.4%和38.6%。而沿線城鎮(zhèn)化率低，家庭收入不高，客觀上具有開行160 km/h普速客車的需求。因此，成貴鐵路除以開行動(dòng)車為主外，客觀上存在開行普速車的需求。

2 線路狀況適應(yīng)性分析

2.1 線路平面適應(yīng)性

在滿足牽引曲線數(shù)據(jù)圖中曲線地段最大、最小運(yùn)行速度的前提下設(shè)計(jì)超高，由于列車啟動(dòng)加速和制動(dòng)的影響，部分路段最高速度達(dá)不到速度目標(biāo)值，計(jì)算超高時(shí)按照實(shí)際速度計(jì)算。

2.1.1 動(dòng)車組和普通列車混跑超高設(shè)計(jì)

該方案按照開行動(dòng)車組和普速列車的要求設(shè)置超高。根據(jù)TB 10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《高鐵規(guī)范》)的要求設(shè)計(jì)超高。超高設(shè)置在緩和曲線全長(zhǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

超高設(shè)計(jì)結(jié)果分析如下：

(1)無(wú)砟軌道曲線最大超高是125 mm，最小超高是35 mm。

(2)未被平衡的欠超高一般均滿足TB 10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》優(yōu)秀條件的要求，僅在交點(diǎn)86處為61.2 mm，基本滿足良好條件。

(3)未被平衡的過超高一般均滿足TB 10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》良好條件的要求，僅在交點(diǎn)86處滿足一般條件的要求。

2.1.2 動(dòng)車組超高設(shè)計(jì)

該方案按照僅開行動(dòng)車組設(shè)置超高。根據(jù)《高鐵規(guī)范》的要求設(shè)計(jì)超高。超高設(shè)置在緩和曲線全長(zhǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

超高設(shè)計(jì)結(jié)果分析如下：

(1)無(wú)砟軌道曲線最大超高是135 mm，最小超高是35 mm。

(2)未被平衡的欠超高一般均滿足TB 10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》優(yōu)秀條件的要求，僅在交點(diǎn)86處為51.2 mm，滿足良好條件。

(3)未被平衡的過超高一般均滿足TB 10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》良好條件的要求，僅在交點(diǎn)86處滿足一般條件的要求。

2.1.3 超高設(shè)計(jì)對(duì)比

對(duì)動(dòng)車組和普速列車混跑超高設(shè)計(jì)和僅開行動(dòng)車組超高設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比可知，成貴線僅運(yùn)行動(dòng)車組列車超高設(shè)計(jì)較動(dòng)車組和普通列車混跑超高設(shè)計(jì)，軌道超高值增加5～30 mm，一般為10 mm或者15 mm，超高設(shè)置值變化不大。

綜上所述，成貴線超高設(shè)計(jì)滿足開行160 km/h普速客車條件。

2.2 線路縱斷面適應(yīng)性

本線樂山至白云正線總長(zhǎng)505.02 km，新建橋梁456座長(zhǎng)178.607 km，隧道173座長(zhǎng)231.476 km，橋隧總長(zhǎng)410.083 km，橋隧比為81%。本線設(shè)計(jì)坡度為一般地段20‰，部分地段25‰。

2.2.1 坡度分布情況

(1)樂山至興文段線路位于四川盆地范圍，地形起伏不大，設(shè)計(jì)坡度主要采用小于20‰的坡度。

(2)興文至畢節(jié)為四川盆地攀升至云貴高原的過渡段，地形起伏大，兩地高程差大，不良地質(zhì)多，本段最大坡度25‰。

(3)畢節(jié)至白云段線路已升至云貴高原面，除跨越深切河谷段外，其余地段地形起伏相對(duì)較小，本段最大坡度25‰。

2.2.2 大坡度對(duì)普速客車編組的影響分析

(1)普速客車機(jī)車選擇

目前最大速度達(dá)到160 km/h的機(jī)車主要有SS8、SS7E 、SS7D、SS9型機(jī)車，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 客運(yùn)機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)表

從表1可以看出SS8型機(jī)車功率為3 600 kW，計(jì)算牽引力較小。SS7E型、SS7D型和SS9型機(jī)車功率均為4 800 kW，計(jì)算牽引力較大，在大坡道上的牽引性能較好。其中SS9型在超過20‰的坡度上牽引性能最好，且與成都、貴陽(yáng)機(jī)務(wù)設(shè)備結(jié)合較好，因此，普速機(jī)車推薦選用SS9型機(jī)車。

(2)最大坡度25‰對(duì)普速客車編組的影響

根據(jù)TB/T1407-1998《列車牽引計(jì)算規(guī)程》計(jì)算可知，SS9型機(jī)車在25‰限坡下普速客車編組有兩個(gè)方案：

①SS9雙機(jī)牽引，牽引質(zhì)量最多為788 t，折合編組約15輛。

② SS9三機(jī)牽引，可滿足牽引質(zhì)量1 100 t，折合編組約20輛。

由于25‰主要集中在宜賓至貴陽(yáng)段，若全線采用三機(jī)牽引，存在一定的機(jī)力浪費(fèi)，且需要在樞紐考慮三機(jī)整備作業(yè)。三機(jī)整備有以下兩個(gè)方案：

方案1：延長(zhǎng)既有機(jī)務(wù)整備所整備待班線，滿足三機(jī)整備需求。成都客機(jī)整備所需另拆除成都東車輛段部分房屋，拆遷工程較大。貴陽(yáng)派駐機(jī)車折返段受地形限制，無(wú)法延長(zhǎng)整備線。

方案2：將三機(jī)解編為單機(jī)和雙機(jī)進(jìn)行整備。此方案可在既有機(jī)務(wù)整備所完成機(jī)車整備作業(yè)，但解編三機(jī)進(jìn)行整備對(duì)運(yùn)輸組織和生產(chǎn)管理干擾較大，整備效率也大大下降。

若樂山至宜賓雙機(jī)牽引，宜賓至貴陽(yáng)三機(jī)牽引，則在宜賓設(shè)補(bǔ)機(jī)點(diǎn)，需增加部分工程費(fèi)用，且樂山至宜賓存在動(dòng)能闖坡區(qū)段。

綜上所述，普速上線，采用SS9雙機(jī)在25‰方案條件下牽引15輛編組方案。

2.2.3 大坡度對(duì)追蹤間隔的影響分析

普速客車上線應(yīng)增設(shè)地面信號(hào)機(jī)，采用四顯示信號(hào)制式行車。

(1)信號(hào)機(jī)布點(diǎn)

本次信號(hào)機(jī)布點(diǎn)以滿足列車制動(dòng)安全為第一原則，同時(shí)盡量兼顧運(yùn)輸效率，考慮普速列車按TG/01-2014《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《技規(guī)》)進(jìn)行制動(dòng)限速，黃燈意義在不同區(qū)間可變，閉塞分區(qū)長(zhǎng)度在平坡地段取1 365～1 400 m；25‰下坡道地段閉塞分區(qū)長(zhǎng)度取1 516 m及以上。

(2)對(duì)追蹤間隔的影響

信號(hào)機(jī)布點(diǎn)原則可滿足普速客車追蹤間隔5 min要求，不能滿足動(dòng)車組3 min追蹤間隔要求。在不考慮制動(dòng)限速情況下，動(dòng)車組追蹤間隔在25‰下坡道地段為3.4 min左右；若動(dòng)車組考慮制動(dòng)限速，25‰下坡道地段追蹤間隔為4.1 min左右。

從以上分析可以看出，在普速客車采用地面信號(hào)及四顯示制式條件下，為保證普速客車制動(dòng)安全，區(qū)間通過信號(hào)機(jī)距離會(huì)適當(dāng)延長(zhǎng)，若黃燈限速意義可變且考慮動(dòng)車組制動(dòng)限速，30‰下坡道地段動(dòng)車組追蹤間隔為4.5 min左右，25‰下坡道地段動(dòng)車組追蹤間隔為4.0 min左右?？梢钥闯?，25‰坡度方案對(duì)追蹤間隔影響相對(duì)較小。

綜上所述，高速線路普速客車上線運(yùn)行，25‰采用SS9牽引15輛列車，運(yùn)輸組織相對(duì)靈活，且對(duì)追蹤間隔影響相對(duì)較小，對(duì)運(yùn)輸效率影響相對(duì)較小。

2.3 車站分布、到發(fā)線數(shù)量及長(zhǎng)度適應(yīng)性分析

2.3.1 全線車站分布情況

考慮增加普速旅客列車的開行方案，通過鋪畫列車運(yùn)行圖，犍為至屏山、興文至威信、大方至黔西、黔西至白云4個(gè)區(qū)間站間距過大，分別達(dá)到68.9 km、63.4 km、52.3 km、70.7 km，過大的站間距對(duì)區(qū)間通過能力、旅客列車旅行速度、運(yùn)輸組織調(diào)整的靈活性等方面存在一定影響。

車站分布情況從某種意義上決定了區(qū)間通過能力的大小，反之，區(qū)間通過能力的實(shí)現(xiàn)對(duì)車站分布也提出了一定的要求。合理車站分布的關(guān)鍵點(diǎn)是在給定的普速列車數(shù)量下，可開行的高速列車的數(shù)量和質(zhì)量能否滿足要求。車站分布要素中與區(qū)間通過能力相關(guān)的主要是站間距的大小。在考慮車站分布時(shí)既要保證線路通過能力達(dá)到一定的水平，同時(shí)應(yīng)保障客運(yùn)列車的運(yùn)行品質(zhì)和運(yùn)輸組織調(diào)整的靈活性。

通過研究，客運(yùn)專線開行普速列車，當(dāng)普速列車的對(duì)數(shù)在10對(duì)以下時(shí)，合理的平均站間距在50 km左右，最大站間距不宜超過60 km；普速列車在20對(duì)以下時(shí)，合理的平均站間距在40 km左右，最大站間距不宜超過50 km；普速列車在30對(duì)以下時(shí)，合理的平均站間距在35 km左右，最大站間距不宜超過45 km。

因此，從運(yùn)輸能力、運(yùn)輸質(zhì)量、運(yùn)輸靈活性等因素綜合考慮，需對(duì)犍為至屏山、興文至威信、大方至黔西、黔西至白云4個(gè)區(qū)間增設(shè)車站。

2.3.2 到發(fā)線數(shù)量及長(zhǎng)度

到發(fā)線數(shù)量主要和列車越行方案有關(guān)，通過鋪畫列車運(yùn)行圖，在前行列車1對(duì)，后行越行列車1對(duì)或2對(duì)，最多不超過3對(duì)的情況下，車站4股道(含正線)規(guī)模能夠滿足越行方案要求，相應(yīng)的，在該種越行方案條件下，區(qū)間通過能力能夠滿足運(yùn)量需求。在開行列車對(duì)數(shù)進(jìn)一步增加，需要進(jìn)一步提高通過能力、改變?cè)叫蟹桨傅那闆r下，即前行車有兩列被后行車同時(shí)越行，可考慮將越行站選擇在樂山、宜賓東、畢節(jié)等大站，本次設(shè)計(jì)到發(fā)線數(shù)量能夠滿足越行需要。

本線650 m到發(fā)線有效長(zhǎng)能夠滿足16輛編組動(dòng)車組及18～20輛普速客車運(yùn)輸組織要求。

2.4 研制中的大功率交流客運(yùn)機(jī)車情況

根據(jù)現(xiàn)收集到的資料，160 km/h六軸7 200 kW客運(yùn)交流傳動(dòng)電力機(jī)車正在試制，主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 7 200 kW客運(yùn)交流傳動(dòng)電力機(jī)車主要技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)牽引計(jì)算，160 km/h六軸7 200 kW客運(yùn)交流傳動(dòng)電力機(jī)車雙機(jī)在25‰坡度條件下可滿足牽引20輛/列編組的要求。

2.5 列車制動(dòng)限速

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定：旅客列車在任何線路上的緊急制動(dòng)距離限值，最高運(yùn)行速度120 km/h為800 m、160 km/h為1 400 m、200 km/h為2 000 m。普速鐵路機(jī)車牽引列車為滿足長(zhǎng)大下坡地段緊急制動(dòng)距離的要求，采取限速運(yùn)行，坡度越大，限速越低，對(duì)坡度不大于20‰下坡地段，有明確的數(shù)值規(guī)定；坡度大于20‰的下坡道，為確保列車制動(dòng)安全，列車制動(dòng)限速由鐵路局根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)以命令規(guī)定。

綜上所述，本線縱斷面情況考慮普速客車上線，建議采用最大坡度25‰，可滿足SS9雙機(jī)牽引15輛車編組條件。

3 結(jié)論

我國(guó)鐵路建設(shè)處于科學(xué)發(fā)展的過程中，高速鐵路在整體運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著越來越大的作用。但西部地區(qū)除少數(shù)幾個(gè)中心城市外，城鎮(zhèn)化率低，居民家庭收入低，考慮滿足沿線鐵路客流出行的多樣化需求，高速鐵路線路具有開行160 km/h普速客車的需求。但普速上線在高速鐵路線路狀況適應(yīng)性滿足的基礎(chǔ)上也還存在運(yùn)輸組織復(fù)雜、運(yùn)營(yíng)管理困難等問題需解決完善，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸安全與效率的雙提高，充分發(fā)揮高速鐵路的潛力。

[1] TB10621-2014 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S]． TB10621-2014 Code for Design of High Speed Railway[S]．

[2] TG/01-2014 鐵路技術(shù)管理規(guī)程[S]． TG/01-2014 Railway Technical Management Practice[S]．

[3] TB 10007-2006 鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]． TB 10007-2006 Code for Railway Signal Design[S]．

[4] 朱穎．復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路選線與總體設(shè)計(jì)論文集[M]．北京: 中國(guó)鐵道出版社，2010． ZHU Yin． Proceedings of Railway Route Selection and Overall Design in Complicated and Dangerous Mountain Area[M].Beijing: China Reilway Publishing House， 2010．

[5] 劉琦．高速鐵路開行160 km/h 普速列車信號(hào)系統(tǒng)適應(yīng)性研究與應(yīng)用[J]．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013,57(10):129-132． LIU Qi．Research and Application of Signalling System’s Adaptability to 160 km/h Normal-speed Train Operating on High-speed Railway[J]．Railway Standard Design，2013,57(10):129-132．

[6] 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司． 新建鐵路成都至貴陽(yáng)線樂山至貴陽(yáng)段可行性研究總說明書[R]．成都: 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2009． China Railway Eryuan Engineering Group Co． ，Ltd． General Specification for Feasibility Study of Leshan-Guiyang Section of Proposed Chengdu-Guiyang Railway Line [R]． Chengdu: China Railway Eryuan Engineering Group Co． Ltd．，2009．

[7] 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司． 新建鐵路成都至貴陽(yáng)線樂山至貴陽(yáng)段初步設(shè)計(jì)總說明書[R]．成都: 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2010． China Railway Eryuan Engineering Group Co．，Ltd． General Specification for Preliminary Design of Leshan-Guiyang Section of Proposed Chengdu-Guiyang Railway Line [R]． Chengdu: China Railway Eryuan Engineering Group Co． Ltd．，2010．

[8] 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司．成貴鐵路開行160 km/h普速客車研究報(bào)告[R]．成都:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2012． China Railway Eryuan Engineering Group Co．，Ltd． 160 km/h Normal-speed Train Operating in Chengdu-Guiyang Railway[R]． Chengdu: China Railway Eryuan Engineering Group Co． Ltd．，2012．

Analysis on Adaptability of 160 km/h common-speed Train Operating on High-speed Railway Line

WANG Fenghua GAO Chonghua ZHAO Jianglin

(China Railway Eryuan Engineering Group Co．，Ltd.，Chengdu 610031，China)

Currently, the economic development level in China western less-developed areas is still weak, development between urban and rural is extremely unbalance and has low rate of urbanization, how to realize 160 km/h common-speed trains travelling on high-speed railway line to meet the transportation demands in western less-developed areas is a new technology topic under the new situations.. this paper analyzes and demonstrates from setting of superelevation and superelevation slope rate, effect of large gradient on grouping and tracking interval of the common-speed trains, station distribution, number and length of arrival-departure track, development of high power AC passenger locomotive, speed limit of train brake and adaptability of difference in gradients, etc., with existing standards and specifications, proposes rational technical standard and scheme, which can primely meet the demand for common-speed trains operation on high-speed railway line, it can achieve great improvement in both safety and efficiency of transportation, fully expresses the potential of high-speed railway line.

high-speed railway; common-speed trains operation on high-speed railway line; passenger flow demands; adaptability of the railway line

2015-06-08

汪鋒華(1983-)，男，工程師。

1674—8247(2016)02—0046—04

U231.2

A