哈爾濱至佳木斯既有鐵路電化改造工程分區段速度目標值選擇研究

牛永平

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300142)

哈爾濱至佳木斯既有鐵路電化改造工程分區段速度目標值選擇研究

牛永平

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300142)

根據區域路網特征與交通運輸概況，確定研究年度哈佳既有鐵路的路網作用、功能定位與服務要求，結合哈佳既有鐵路沿線地形特征、運營現狀、技術標準概況、區段運輸需求，在電化改造方案研究過程中，對不同區段及不同速度目標值電化改造所采取的工程措施、引起的工程數量、社會服務水平、投資效益等方面進行綜合技術經濟比選，提出既有線電化改造分區段速度目標值選擇的技術優越性。

哈佳鐵路 電化改造 分區段速度目標值選擇

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，線路起自哈爾濱樞紐，向東北經綏化市、慶安縣、鐵力市，伊春市的帶嶺區、南岔區，終至佳木斯樞紐。線路全長504.7 km，為Ⅰ級鐵路，區間除哈爾濱樞紐松花江橋外，其余均為雙線，內燃牽引，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和沿線旅客運輸，雙鴨山、鶴崗煤炭外運，我國重要產糧基地三江平原糧食外運任務。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，提高區域鐵路運輸服務水平。

研究年度，為適應黑龍江省經濟社會快速發展需要、促進東北老工業基地經濟振興，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區域內，研究年度規劃新建松花江南岸沿哈佳高速公路自哈爾濱經賓縣、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，較既有現狀縮短4 h17 min，貨物運輸時間7.6 h，較既有現狀縮短5 h，整個通道內既有鐵路和公路的運輸系統平衡將被打破，實現通道新的運輸分工。

結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，小部分佳木斯以遠與哈爾濱及以遠地區間的旅客交流，以及沿線地區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域鐵路運輸服務水平，提高鐵路運輸效益，帶動區域社會經濟發展。

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，地勢陡峻，相對高差300～1 000 m，沖溝比較發育；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，經多年的養護維修、大修，現大部分運營正常，但個別地段也時有路基病害發生，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、雪害等自然災害；既有線橋涵建設年代長、種類多、設計標準不統一，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標準與后方通路相匹配與路網相協調的要求，推薦貨物列車牽引質量采用5 000 t，到發線有效長1 050 m(現狀大部分車站有效長850 m，需要改造延長)。與牽引質量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‰；根據既有鐵路分區段坡度統計及改建前后對照(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。

由區間線路平面統計(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線路條件最差，曲線占區段線路的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標準，結合既有線病害整治、到發線延長以及軟化坡度，分區段選擇速度目標值進行平面改建提速研究很有必要。

表1 既有鐵路坡度統計及改建前后對照

5 分區段速度目標值選擇研究

根據前述本線在通道內功能定位分析，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，在此基礎上結合軟化坡度進一步研究提速改造方案。本文重點就分區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，以與區域路網功能相協調匹配。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，考慮樞紐內線路復雜對速度要求不高，工程以現狀掛網為主，僅對區間2處小于400 m半徑曲線進行改建，結合3座車站到發線有效長延長，總計改建線路長度5.73 km。

(2)徐家至綏化區間

本段線路長度102.98 km，結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。由于規劃的哈佳快速鐵路不經過綏化市，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質量，故本段電化改造研究采用160 km/h速度目標值方案。

(3)綏化至浩良河區間

本段線路長度293.68 km，區間地形條件困難，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，本段原則采用現狀電化擴能。界山至小白區間、石長出站端兩個段落由于坡度均為超過10‰的連續坡段，既有為補機地段，本次研究，結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；區間改建結合到發線延長，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‰的連續坡段，最大坡度為14.8‰，中間高兩側低成山脊狀分布，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‰的連續坡段，中間高兩側低成山脊狀分布，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)浩良河至興連區間

本段線路長度71.68 km，地勢平緩，結合擴能適當提速至120 km/h時產生工程不大，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

興蓮至佳木斯站正線長度15.1 km，佳木斯站仍維持地區客貨運作業站，區間采用現狀電化。

(6)本方案主要工程內容及投資

本方案總計改建線路長度72.6 km，其中適應速度目標值改建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方案的基礎上，進一步提高既有線運行速度，對各區段內按照提速至120 km/h研究，局部困難地段根據工程改建情況，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)徐家至綏化區間

同Ⅰ方案。

(3)綏化至浩良河區間

在Ⅰ方案基礎上對該段落按照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)浩良河至興連區間

同Ⅰ方案。

(5)佳木斯地區

同Ⅰ方案，局部限速考慮。

(6)本方案主要工程內容

本方案總計改建線路長度191.09 km，其中適應速度目標值改建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；佳木斯地區改建同Ⅱ方案。

本方案總計改建線路長度249.47 km，其中適應速度目標值改建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 方案比較及優缺點分析

各方案比較如表3、表4所示。

表3 各方案改建數量與投資匯總

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，改善鐵路客運服務環境，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段選擇速度目標值的方案，能夠適應既有線條件，避免產生過大工程代價，節省工程投資，在滿足路網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鐵路線路設計規范[S]

[2] GB50091—2006鐵路車站及樞紐設計規范[S]

[3] TB10001—2005鐵路路基設計規范[S]

ResearchonSectionTargetSpeedSelectionforHarbintoJiaMusielectrificationImprovementProjectsofExistingLine

NIU Yongping

2013-10-28

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

1672-7479(2014)01-0066-05

U212.32

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