淺議既有線擴能改造總體建設方案研究與主要技術標準選擇

閆浩國*

?

淺議既有線擴能改造總體建設方案研究與主要技術標準選擇

閆浩國*

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司線運處，陜西西安，730043）

本文結合現代工程建造技術，以青藏線格拉段擴能改造項目為例，對既有線擴能改造中總體建設方案研究，主要技術標準選擇等因素進行了總結探索，提出一些體會和建議，供類似工程項目參考。

青藏線；建設方案；主要技術標準

引言

青藏鐵路格爾木至拉薩段（簡稱格拉段）地處青藏高原腹地，位于青海省西部、西藏自治區中北部，在北緯29°30′～36°25′、東經90°30′～94°55′之間。線路北起格爾木市，經納赤臺、昆侖山口翻越昆侖山，途經五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山進入西藏自治區后，經安多、那曲、當雄、羊八井，穿越堆龍曲峽谷，至西藏自治區首府拉薩市，線路全長1136.338km，其中海拔4000m以上地段長960km。

青藏線格拉段是京藏鐵路通道的重要組成部分，是藏區與內地客貨交流的主通道，本次擴能改造完成后，將進一步提高青藏線輸送能力，提高區域路網運輸質量、降低運輸成本、提高鐵路綜合效益、提升區域路網技術水平、加快帶動西藏經濟發展，促進當地資源優勢向經濟優勢轉化，增強地區自我發展能力，惠及更多的藏族同胞。具有迫切的現實運輸需要和和十分重要的戰略意義。

1 挖掘現有設備的潛力研究

青藏線格拉段作為西藏自治區唯一的對外鐵路運輸通道，承擔著自治區對外客貨運輸和高原軍事基地的軍事運輸任務，青藏線格拉段自2006年7月1日開通運營以來，西藏自治區地區生產總值（GDP）、社會消費品零售總額以及旅游人數等都步入快速增長時期，2011年GDP突破600億元大關，是2000年的5倍多；社會消費品零售總額由2000年的43億元增長到2011年的219億元，旅游人數由2000年的61萬人次增長到2011年的870萬人次。進出藏物資逐年大幅增加，貨運量增長快速，特別是西藏的旅游業、藏醫藥業、礦業、農畜產品加工業、民族手工業以及高原生物等高原特色產業步入可持續發展的良好軌道，大批獨具特色的高原產品借助青藏鐵路源源不斷向外輸出，從而使西藏后來居上，形成新的經濟增長點。

此外，在西藏羊八井地區建有全軍高原適應性訓練基地，每年6～9月格拉段還承擔著大量軍列的運輸任務，期間裝卸軍列達100多列，由于軍事運輸需求的不規律，高峰日進藏軍列多達3列，反之則連續幾日無運輸任務，運輸特點表現出極強的不均衡性，進一步加劇了格拉段運能緊張的局面。

本線下行為重車方向，最大貨流密度為格爾木～那曲段，研究年度區段貨流密度分別為448萬t、514萬t、738萬t，貨流構成以煤炭、鋼鐵、礦建、水泥等地區工農業生產和人員生活所需的各類物資。上行為輕車方向，最大貨流密度為格爾木～那曲段，研究年度區段貨流密度分別為175萬t、264萬t、385萬t，貨流構成以金屬礦石、非金屬礦石、食品飲料、農副產品及民族用品等為主。初、近、遠期研究年度本客流密度分別為140萬人、201萬人、180萬人，開行客車對數分別為7對/日、10對/日和9對/日，其中行包專列均為1對/日。

需要通過能力全線區段貨流密度、旅客列車對數匯總見表1

表1 青藏線格拉段現狀貨流密度表 單位：萬t

表2 區段貨流密度、旅客列車對數表 單位：萬t、對/日

注：各年度客車均含行包1對/日。

表3 青藏線格拉段客貨列車對數表 單位：對/日

格拉段受運能制約，擴能前僅承擔100萬人/年的進藏旅客運輸，7～9月旅游客流需求旺盛，不能增開旅游客車，無法滿足客運需求。對青藏線格拉段進行擴能改造，使其點線能力協調配套，對提高區域路網整體運輸效率，使其輸送能力與運量增長相適應，對促進西藏工業、旅游業等產業發展，優化西藏地區產業結構，具有迫切的現實運輸需要和十分重要的戰略意義。

根據上述對青藏線格拉段未來客貨運量發展趨勢預測分析，為提高青藏線輸送能力首先從技術組織措施入手形成以下幾點挖掘現有設備潛力的措施：

（1）充分發揮機車功率的作用，加強機車檢修制度，使機車功率充分發揮，利用格拉段客流特點，加強貨運工作組織，減少客流淡季旅客列車的開行數量，加開貨物列車，以充分提高運輸能力。

（2）移動運行圖周期，利用上下行貨流顯著不均衡（2010年至2013年間上下行貨流密度分別為：30/226萬t、49/224萬t、75/312萬t、46/405萬t，輕車方向貨流密度分別為下行重車方向13.3%、21.7%、24.1%和11.5%）現狀。采用壓縮輕車方向貨物列車運行時分，提高區間運輸能力。

（3）組織列車不成對運輸按實際需要壓縮車站間隔時間（現狀圖會車間隔為4min，而實際會車間隔僅需1～2min），提高能力。

（4）按實際需要壓縮車站間隔時間（現狀圖會車間隔為4min，而實際會車間隔僅需1～2min），提高能力。

（5）按實際需要壓縮車站間隔時間（現狀圖會車間隔為4min，而實際會車間隔僅需1～2min），提高能力。

格拉段地處高寒、高海拔地區，沿線生產生活條件惡劣，養護維修工作量大，挖潛雖然可提高部分運能，但隨著運量的逐年增長，僅靠挖掘現有設備的潛力已難于適應區域路網的運輸需求，對格拉段進行擴能改造，提高格拉段的運輸能力、提高區域路網運輸質量，對既有鐵路進行擴能改造已經勢在必行。

2 既有線擴能改造總體建設方案：

本次青藏線格拉段擴能改造總體方案研究充分依靠科學技術進步，體現“原線擴能”精神，基本不改變既有線的平、縱面標準，采取土（建），機（車）、電（通訊信號）運（運輸組織）相結合的方法，在充分挖掘現有設備的潛能的基礎上只對與擴能直接有關的牽引種類、牽引質量、到發線有效長度，預留車站開放等進行綜合研究，提出改建擴能方案[2]。

2.1 內燃牽引總體方案研究

本次內燃牽引總體方案研究充分依靠科學技術進步，體現“原線擴能”精神，基本不改變既有線的平、縱面標準，只對與擴能直接有關的工程，如到發線有效長度，牽引質量，預留車站開放等進行改建。詳述如下：

采用現狀運輸組織方案，開放全部預留車站后（南山口、玉珠峰、日阿尺曲、沱沱河、塘崗、布瑪德、唐古拉、聯通河、那曲車站），格拉段初期可滿足運輸能力需求，近、遠期隨著運量的增長，能力缺口達116萬t和311萬t，不滿足近遠期運輸需求。

牽引質量統一提高為3000t，開放全部預留車站（南山口、玉珠峰、日阿尺曲、沱沱河、塘崗、布瑪德、唐古拉、聯通河、那曲車站），格拉段初期可滿足運輸能力需求，近、遠期隨著運量的增長，能力缺口49萬t和239萬t，不滿足近遠期運輸需求。

牽引質量提高至4000t，開放全部預留車站（南山口、玉珠峰、日阿尺曲、沱沱河、塘崗、布瑪德、唐古拉、聯通河、那曲車站）且為滿足開行部分牽引質量4000t貨物列車， 9處既有站到發線有效長度均延長至850m，可滿足研究年度運輸需求，并有一定富余。

牽引質量提高至3000t，開行部分4000t列車，開放全部預留車站（南山口、玉珠峰、日阿尺曲、沱沱河、塘崗、布瑪德、唐古拉、聯通河、那曲車站），車站到發線部分有效長按850m系列一次建成，可滿足初、近期運輸能力需求，但不滿足遠期運輸需求，能力缺口187萬t。

表3 內燃牽引總體方案運輸能力適應情況表 單位：對/日、萬t

內燃牽引總體方案研究結論：通過以上分析，在全線開放預留車站后，格拉段平圖能力由現狀圖定的12.5對/日提高至18.8對/日，提高了5.3對/日。維持現狀運輸組織方案和牽引質量提高至3000t方案均不能滿足近期運輸需求。牽引質量提高至4000t，車站到發線有效長均延長到850m系列，可滿足近、遠期運輸需求，并有一定的富余。但全線土建工程大、投資高，且對既有線運營干擾大。牽引質量3000t開行部分4000t列車方案，僅需對9處既有站到發線有效長延長至850m系列，即可滿足近期能力需求。本次研究內燃擴能方案中推薦牽引質量3000t并開行部分4000t列車的方案。

2.2 電力牽引總體方案研究

維持現狀45處開站，現狀電化改造，采用HXD型機車雙機牽引3000t；維持現狀45處開站，到發線有效長度延長至850m系列并電化，采用HXD型機車雙機牽引4000t，初近期運輸能力可滿足運量需求，遠期能力不足。

開放13處預留站并進行電化改造，采用HXD型機車雙機牽引3000t，各年度均可滿足運量需求。開放13處預留站，全線所有車站到發線有效長度延長至880m并電化方案采用HXD型機車雙機牽引4000t，研究年度運輸能力可滿足運量需求，并有較大富余。

表4 電力牽引運輸能力適應情況表 單位：對/日、萬t

電力牽引總體方案研究結論：通過對電力牽引擴能方案研究，維持現狀45處開站，無論現狀電化改造、到發線有效長度延長至850m系列并電化改造，牽引質量提高到3000t、4000t初近期能力雖都滿足，單遠期能力都不足。開放13處預留站并電化方案，無論到發線有效長維持720m方案還是到發線有效長至880m方案，研究年度運輸能力都可滿足運量需求，考慮該段區域路網相鄰線主要干線鐵路牽引質量均為4000t，從區域路網協調匹配，統一牽引質量，減少相鄰技術站的作業環節，提高運輸效率等方案綜合考慮，電化擴能方案推薦全段電化并延長到發線有效長至880m的電化擴能方案。

2.3 內燃、電力牽引分步實施總體方案研究

青藏線格拉段大部分區段地處高原凍土區、現狀鐵路技術標準低、線路限制坡度大、站間距大、高原內燃機車功率低，平圖能力僅為12.5對/日，本次研究參考格拉段現狀所采用的擴能挖潛措施和特殊的運輸組織方案，并結合新型大功率機車高原適應性研究成果，經研究采用近期質量3000t和開行部分4000t列車的內燃擴能方案，遠期視電源配套情況，選擇將全部車站到發線有效長延長至850m系列的內燃擴能或單線電化擴能方案。即滿足近期運輸需求，又盡可能減少近期工程投資、減少對既有線運營干擾。

3 其它主要技術標準研究

結合改建方案提高有關技術標準，改變了傳統的設計觀念，可以收到投資少，見效快的結果，在改建中如何對主要技術標準提高，不能脫離現狀，應結合既有線的實際情況和改建方案的情況，在充分利用既有線路和設備的基礎上，合理提高標準，避免大拆大改。

3.1 牽引種類比選研究

本項目擴能采用內燃牽引還是電力牽引，下面依據擴能方案進行研究比選：

內燃擴能方案開放13處預留車站，近期牽引質量3000t列車并開行部分4000t列車，遠期牽引質量提高至4000t。電化擴能方案亦開放13處預留車站，全段電化并延長到發線有效長至880m。兩方案都有明顯優勢，但從本線功能定位、線路特征及所經地區環境條件以及相鄰線統一技術標準等角度考慮，本線應采用電力牽引。

3.2 機車類型研究

目前格拉段使用NJ2機車，保有量78臺，其他大功率機車尚在研制階段。（內燃大功率機車主要技術參數表見表5，不同機型內燃大功率機車牽引性能分析表見表6）在格拉段高寒、高海拔地區應用機車功率折減較小，有成熟的運營經驗，結合擴能方案研究，隨著格拉段運量的增長，NJ2機車將不能滿足格拉段使用需求，需新購新型機車，采用雙機牽引3000t，部分三機牽引4000t，采用HXN型機車和DF8DJ型機車均可滿足需求。

表5 內燃大功率機車主要技術參數表

表6 不同機型內燃大功率機車牽引性能分析表

由表可見，在格拉段20‰限制坡度上，在三機牽引時，各機型均可滿足4000t牽引質量的要求，在改進型機車進行高原試驗之前，本次研究暫按新購HXN型機車設計。機車類型暫按采用NJ2、HXN考慮。

3.3 到發線有效長度的研究

青藏線格拉段共分布車站58處（13處預留），其中區段站2處，中間站7處，會讓站49處，最大站間距27.4km，最小站間距11.0km，平均站間距19.9km。

車站性質及開關站見表7。

表7 青藏線格拉段車站性質及開關站表

現狀車站到發線有效長度650m，采用ITCS系統控車，現狀到發線有效長度僅可滿足開行3100t貨車需求，因采用的貨車車型不同，不同編組貨物列車長度亦不同，貨物列車三機牽引3000t（普超3580t），開行3580t貨車需全部采用70t貨車或開行煤炭列車。因此，格拉段在到發線不延長的情況下無法開行4000t列車，研究年度貨物列車采用HXN型機車三機牽引4000t，列車編組52輛（按60t貨車檢算），列車全長約797m，ITCS系統控車安全檢測距離按100m，滿足行車安全要求的到發線有效長度為897m。根據《鐵路車站及樞紐設計規范》[3]，牽引質量4000t匹配的車站到發線有效長度為850m系列，加力牽引區段的車站到發線有效長度，應較規定的有效長度另增加加力機車長度。本線采用三機牽引，設計規范要求的到發線有效長度為850+2×23=896m。根據以上分析比較本次擴能改建后實際車站到發線有效長度按900m設計。

3.4 閉塞類型的研究

本線地處高原，沿線自然條件惡劣、植被稀疏，由于沿線海拔高，紫外線照射強烈，人員生產、生活條件惡劣，勞動環境差。隨著國際先進技術和裝備的引進，基于通信的列車控制系統ITCS作為獨立的信號系統，使單線運輸能力進一步提高，解決了運輸旺季的運輸要求，并為運輸淡季機械化作業余留能力。采用此系統設備暴露程度有限、被人為破壞風險小，降低維護成本及人工運營成本，保證線路正常運營的同時使單線實現虛擬自動閉塞，可以提高線路通過能力。因此，本線信號系統維持采用ITCS， ITCS作為獨立的信號系統，列車可追蹤運行，可實現單線區段的虛擬自動閉塞。

研究年度格拉段客貨列車對數基本相當，近期旅客列車9對/日，貨物列車6～9對/日（含行包）；遠期旅客列車8對/日，貨物列車9～11對/日（含行包）?？土魍緸?對/日，其中3對/日為4000t列車，3000t列車僅有2對/日，列車追蹤運行的可能性較小。從運輸能力看，采用單線自動閉塞理論上雖可提高一定的通過能力，但需增加部分車站股道數量，增大工程投資。同時列車追蹤運行對運輸組織的要求高、行車調度指揮較為復雜、靈活性較差，一旦晚點，恢復正常的運行圖秩序困難。

表8 采用不同閉塞類型時運輸能力比較表

從上表可見，本線采用單線自動閉塞組織行車，近、遠期控制區段平圖能力可提高3.2～4.5對/日，輸送能力可提高187～212萬t。

通過以上分析；采用自動站間閉塞本線運輸能力可滿足研究年度運輸需求，為減少建設投資，降低運輸指揮難度，增加運輸組織靈活性，本線閉塞類型暫按自動站間閉塞設計。

4 結論

青藏鐵路是我國西部地區的重要路網干線，是西藏地區同祖國內地間的重要交通大動脈和戰略大通道，本次格拉段擴能改造后，全線共有25處車站到發線有效長滿足850系列，能夠停靠牽引質量為4000t的貨物列車。近期貨物列車牽引質量按照3000t并開行部分4000t進行組織，研究年度內2025、2035年旅客列車分別開行9、8對/日，工程投資約為109917萬元，研究年度隨著格拉段客貨列車開行數量的增加，列車交會次數將明顯增多，同時為保證線路養護維修期間維修機械的停留需要、運輸組織調整更加靈活。

5 結束語

實踐是提高認知的最基本、最重要途徑。工程建設項目實施的總體建設方案，主要技術標準、適宜的工程規模是工程建設項目是否成功的決定因素，設計時應充分研究既有路網牽引動力、牽引種類、電化（內燃）的合理布局，從運輸需要出發結合既有線的實際現狀，因地制宜，選擇出經濟、合理的總體建設方案、技術標準，實現項目效益最大化。

[1] 中鐵第一勘察設計院集團有限公司, 青藏線格拉段可行性研究. 2016.

[2] 中國鐵路總公司, 鐵路主要技術政策. 2013.

[3] 中國計劃出版社.鐵路線路設計規范. 2006.

[4] 中國鐵道出版社. 鐵路工程設計技術手冊, 2005.

[5] 中華人民共和國鐵道部.鐵路技術管理規程[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2014.

[6] 中華人民共和國鐵道部.TB10101-2009 鐵路工程測量規范[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2009.

[7] 李向國. 高速鐵路技術[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2008.

Exploration Technology Selection and Other Factors Forward Some Experiences and Suggestions for Similar Project Reference

YAN Haoguo*

(bureau of Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd. Transportation Office, Shaanxi, Xi'an 730043, China)

in this paper, combined with modern engineering construction technology, the Qinghai Tibet railway capacity expansion project as an example, research on the overall construction scheme for the capacity expansion and renovation, summarized the main exploration technology selection and other factors, puts forward some experiences and suggestions for similar project reference.

Qinghai Tibet line, construction plan, main technical standards

閆浩國. 淺議既有線擴能改造總體建設方案研究與主要技術標準選擇[J]. 數碼設計, 2017, 6(5): 72-75.

YAN Haoguo. Exploration Technology Selection and Other Factors Forward Some Experiences and Suggestions for Similar Project Reference[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 72-75.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.030

U218

A

1672-9129(2017)05-0072-04

2017-01-13；

2017-02-19。

閆浩國（1967-06），男，陜西西安，高級工程師，大學本科，研究方向：鐵路勘察設計。E-mail:2209282216@qq.com