石太鐵路擴能改造方案研究

2012-08-06 10:27:42蔣澤軍

鐵道勘察 2012年2期

蔣澤軍

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 石太鐵路擴能的意義

1.1 石太鐵路的地理位置及作用

石太鐵路位于華北腹地，地理位置優越。西端連接資源大省山西，東端連接經濟發達地區河北省，京、津、冀、魯、晉、陜等省市通過石太等鐵路銜為一體，并呈現出區域經濟互補，協調共同發展的局面。在國民經濟持續發展過程中，石太鐵路具有舉足輕重的作用(如圖1)。

既有石太線東起石家莊樞紐，經井陘縣、陽泉市、壽陽縣，西迄于太原樞紐，線路全長 243.7 km[1］。2009年石太客運專線開通后，通道內基本形成了客貨分線運輸的格局。隨著國民經濟的發展，山西煤運通道的中通道、南通道運輸能力與實際需求相差較大，矛盾突出。鑒于石太線在晉煤外運中通道中所處的重要地位，迅速擴大石太線貨物運輸特別是增加煤碳外運能力，在當前形勢下顯得尤為急迫。

1.2 既有石太線概況

(1)既有線主要技術標準

既有石太線主要技術標準見表1[1］。

表1 既有石太線主要技術標準

(2)既有設備概況

石太線為Ⅰ級雙線電氣化鐵路，但平面、縱斷面技術標準較低，小半徑多、坡度大、速度低。其中半徑小于400 m的曲線318個(長99.22 km);線路縱坡大于12‰的坡段長95 km;橋隧為20世紀20年代至60年代構筑物，設備陳舊;目前全線采用450 m無線列調通信系統;石太線行車指揮系統為TDCS，區間閉塞設備為三顯示ZP-89型8信息自動閉塞設備，相對于四顯示設備功能較弱。

(3)運營特征

圖1 石太線地理位置

2010年，區段內上行最大貨流密度為9 482萬t。通道內主要客車運行在石太客運專線上，既有線保留客車4對/d。

2011年最大區段井陘—石家莊每天圖定125對貨運列車和4對客車。石太線線路允許速度為:石家莊西—巖峰70 km/h，巖峰—榆次60 km/h(其中娘子關—巖會間因小半徑曲線集中限速50 km/h)。

1.3 既有石太線存在的主要薄弱環節

(1)到發線有效長與相鄰線不統一

本線到發線有效長為850 m，而相關的石德線、太中銀線、京廣線等均為1 050 m，本線與相關線牽引質量不統一，需在石家莊樞紐增減軸作業或在上述線路欠軸運行。

(2)列車追蹤間隔長

目前石太線最大坡度達20‰;在重車方向長達95 km的長大下坡道上，需采用周期制動，列車運行速度低下，娘子關—巖會間上行重車方向平均運行速度僅30 km/h;石太線自動閉塞分區較長，最長達2 km，目前追蹤列車間隔時間達10 min。

(3)小半徑曲線較多

石太線為重載煤運通道，小半徑曲線多，曲線上鋼軌側面磨耗發展較快，安全隱患嚴重，石太線養護維修以及運輸成本較大。

1.4 既有石太客運專線概況

石太客運專線石家莊—太原全長190 km，于2009年正式運營，最高運營速度250 km/h，現狀只運行旅客列車，每日開行動車組等36對[1］。

1.5 既有線擴能改造的必要性

路網中石太線是太中銀鐵路通道向東的接續通道，太中銀鐵路已于2011年建成通車。太中銀鐵路的開通使得既有石太線運輸任務更加繁重，相關鐵路通道的建設以及國民經濟的快速發展對既有石太線擴能提出了非常緊迫的要求。石太線的擴能改造對強化區域路網，消除運輸瓶頸有著重要的現實意義，對國民經濟的持續發展特別是保證國家能源安全更有著深遠的戰略意義。對于加快沿線資源開發、產業布局調整，促進區域經濟協調發展和西部大開發戰略的實施，具有重要意義。本線擴能改造方案亟待決策[2］。

認真分析石太線在路網中的功能定位，合理預測區域鐵路運量，結合鐵路規劃以及既有石太線存在的主要薄弱環節，研究切實可行的擴能改造方案是本文的目的所在。

(1)石太線功能定位

山西省外運通道有13條，與石太線相關度較大的通道主要有6條。各通道功能定位和分工見表2。

石太鐵路目前主要承擔山西地區供往北京、天津、唐山、秦皇島及以遠，濟南及以遠的煤炭運輸任務。石太鐵路不僅是“三西”煤運的主要通路，還是山西省及以西省區對外交流的主通道。

表2 山西向東外運通路功能劃分

分析表明，既有石太線功能定位為:“以貨運為主、兼顧沿線少量客運;以煤炭運輸為主、兼顧其他貨物運輸的重載干線鐵路”。

(2)地方運量[3］

石太線研究范圍中主要辦理貨運的車站有榆次、陽泉、井陘、獲鹿等17個車站。2008年地方運量到發總計為5 656.6萬t，其中發送占總運量的82%。根據既有車站歷年到發運量及地方經濟現狀、規劃，采用多種模型進行運量預測，同時考慮鐵路集疏運系統規劃，預測沿線地方運量 2020年發送6 957萬t，到達1 513萬t;2030年發送8 409萬t，到達1 669萬t。

(3)通過運量

石太線是山西省煤炭東出的主要通道，其通過運量主要是榆次及以遠地區與石家莊以遠地區的貨物交流量。研究年度運量如表3所示。

表3 石太線通過運量構成萬t

(4)區段貨流密度及客車開行對數

根據上述地方運量和通過運量預測，本線區段貨流密度及客車開行對數見表4。

表4 區段貨流密度與客車對數匯總

為滿足沿線客運要求，研究年度保留開行客車4對/d。

(5)石太線擴能改造的必要性

石太線地處太行山區，受修建時期歷史條件限制，線路技術標準低;石太線行車密度大，運輸生產與設備維修的矛盾十分突出。石太線改造首先是消除安全隱患，保證運輸安全的需要，是完善技術設備的需要，同時也是降低運營成本的需要。本線上行方向最大區段研究年度最大貨流密度將達1.5億t/年，運輸需求強勁，本線既有運輸能力已無法滿足運輸需求，必需進行擴能改造方能適應[1］。

2004年國務院批準的《中長期鐵路網規劃》[4］中，特別明確了“近期要優先考慮石太線擴能實現客貨分線運輸，加大煤炭外運能力”。這就從宏觀層面確立了石太線改造的必要性。綜上所述，石太線的擴能改造是必要的。

2 石太線擴能改造方案研究

2.1 既有線地形地貌

沿線經過沖積平原、剝蝕低山丘陵、黃土丘陵等地貌單元。總的地勢為西高東低，中間地形起伏大。既有石太線主要沿綿河及其支流桃河、白馬河及瀟河河谷走行，河岸多彎曲似蛇狀，上游及低中山區呈“V”字形谷，下游及平緩區呈“U”字形或寬谷。

2.2 擴能方案比選

(1)方案研究

2009年，區域內“山西中南部煤運通道新線、邯長邯濟煤運通道增二線擴能、和順邢黃等煤運通道新線”先后開工建設，在石太客運專線開通后的條件下，結合上述幾條煤運線路的建設情況，根據批準的《中長期鐵路網規劃》[4］，采用對既有線改造從而擴大運能的建設方案，是合理的選擇。

石太線地處太行山區，受修建時期歷史條件限制，線路技術標準低、坡度大、曲線半徑小，確定最優的改造方案須多方案比選論證。

首先考慮將“牽引質量提高至1萬t的擴能方案”。重車方向行車在長大下坡區段，制動方面存在重大安全隱患，并且與兩端銜接的干線到發線不匹配，增減軸作業頻繁，且投資較大，研究后對“牽引質量提高至1萬t的擴能方案”予以放棄。

2010年鐵道部組織對本線進行了牽引試驗，根據中國鐵道科學研究院機車車輛研究所《石太線HXD3型機車牽引5 000 t列車綜合試驗》報告[5］得出:“在石太線上行方向開行HXD3機車牽引的5 000 t列車(榆次西至壽陽區段雙機牽引，其余區段單機牽引)是可行的”結論。在此試驗基礎上通過對本線既有設備的適應性分析，初步提出了“保留三顯示自動閉塞，牽引質量提高至5 000 t(遠期部分5 000 t)”以及“三顯示自動閉塞改為四顯示自動閉塞提高列車追蹤能力，維持既有牽引質量”的2個擴能方案。但以上2個方案均不能滿足運量需求，研究后也只能舍棄。

經進一步研究得出“將三顯示自動閉塞改為四顯示自動閉塞，列車追蹤間隔采用8 min，牽引質量提至5 000 t(遠期部分6 000 t)的擴能方案”，其平行運行圖能力達到157.0對/d，可以滿足擴能目標要求。經技術經濟比較后予以推薦。

(2)擴能方案及措施

綜上所述，石太線擴能改造推薦采用加大行車密度使列車追蹤間隔達到8 min;提高牽引質量近期5 000 t，遠期部分6 000 t的擴能方案。為實現上述擴能方案，研究提出需采取以下綜合改造措施。

①延長部分車站到發線有效長:將南張村、巖峰、白羊墅、東趙、壽陽、芹泉車站到發線有效長延長至1 050 m，以適應牽引質量的提高。

②通信系統升級改造:采用GSM-R數字移動通信系統取代現有的450M無線列調通信系統。

③信號系統全面改造:將三顯示自動閉塞改為ZPW-2000系列四顯示無絕緣自動閉塞。追蹤間隔可控制在8 min，提高通過能力。

④牽引供電系統適應性改造:按照研究年度運量進行牽引供電系統改造。

⑤小半徑曲線集中區段(限速區段)局部改造:通過全線小半徑曲線改造方案比選，研究得出“石太線全線原則上采取線路平面、縱斷面基本保持既有現狀;僅對小半徑曲線最為集中的娘子關站(K70+610)至巖會站(K90+216)間的限速50 km/h區段線路予以雙繞改造”的推薦方案。由于本段線路小半徑曲線集中，使得線路限速區段不能滿足“四顯示自動閉塞7 min追蹤間隔進行信號機布點、8 min進行能力計算”的要求，應改造本段小半徑曲線提高列車運行速度，與四顯示自動閉塞改造同步實施，以達到擴能目的。

⑥工務設備適當補強:對軌道、路基、橋梁、隧道予以適當補強，以適應運量提高50%的需要，達到強化基礎設施確保安全行車的運營要求。

(3)改建鐵路選用的主要技術標準

石太線改造推薦的鐵路主要技術標準見表5。