既有沙午線擴(kuò)能改造方案研究

楊朝暉

(中國(guó)鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司 建設(shè)管理處，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

1 既有沙午線概述

環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)政部、能源局，以及北京、天津、河北、山西、山東、河南 6 省市在公布的《京津冀及周邊地區(qū) 2017 年大氣污染防治工作方案》中，明確了“2+26”城市的大氣污染治理任務(wù)，提出天津港不再接收公路運(yùn)輸煤炭，提升區(qū)域內(nèi)鐵路貨運(yùn)比例。邯鄲市、邢臺(tái)市近年來(lái)環(huán)境空氣質(zhì)量較差，亟需進(jìn)行環(huán)境治理，市政府持續(xù)發(fā)布環(huán)境信息，全面落實(shí)《京津冀及周邊地區(qū) 2017 年大氣污染防治工作方案》和《京津冀及周邊地區(qū) 2017—2018 年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案》，全面提速提效，完成減煤、壓能、減排、治礦、控車任務(wù)。邯鄲市政府提出發(fā)展綠色物流模式 3 年行動(dòng)計(jì)劃，減少汽車運(yùn)輸污染，增加鐵路貨運(yùn)量。沙午線 (沙河—午汲) 的改造建設(shè)是區(qū)域節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要通道。

既有沙午線位于河北省沙河市、武安市境內(nèi)，原名褡午鐵路 (褡褳—午汲)，是工礦業(yè)運(yùn)輸支線，主要承擔(dān)沙河市、武安市地區(qū)的煤礦和鐵礦運(yùn)輸任務(wù)。沙午線于 1974 年投入運(yùn)營(yíng)，是工礦業(yè)運(yùn)輸支線，主要承擔(dān)沙河市、武安市地區(qū)的煤礦與鐵礦運(yùn)輸任務(wù)。沙午線自京廣線 (北京—廣州) 沙河站出岔，經(jīng)沙河市章村站、權(quán)村站，武安市西陽(yáng)苑站、西石門站、上水頭站、南營(yíng)井站、上泉站至邯長(zhǎng)線 (邯鄲—長(zhǎng)治) 午汲站，線路過西石門站后又向西岔出支線到礦山鎮(zhèn)，線路全長(zhǎng) 71 km，其中西陽(yáng)苑—礦山鐵路支線 9.3 km。沙午線 2016 年貨運(yùn)量共計(jì) 53.2 萬(wàn) t，主要集中在章村站、郭二莊站、上泉站，到達(dá)貨物主要為鐵礦石、化工品等，發(fā)送貨物主要為煤炭，其中鐵礦石主要來(lái)自沿海港口、化工品來(lái)自青海等西北地區(qū)、煤炭主要發(fā)往河南、山東等地。沙午線 2014—2016 年貨運(yùn)量統(tǒng)計(jì)如表 1 所示。

表1 沙午線2014—2016年貨運(yùn)量統(tǒng)計(jì) tTab.1 Freight volume statistics in the last three years of the Shahe-Wuji line

由表 1 可見，近 3 年到達(dá)量逐年增長(zhǎng)，發(fā)送量逐年減少，貨物量年波動(dòng)較大，主要存在以下問題。

（1）沙午線運(yùn)輸組織較為繁瑣。沙午線牽引質(zhì)量午汲—南營(yíng)井上行 1 000 t，沙河—西石門下行1 000 t，整列列車需要在午汲站或沙河站解編 5 次，嚴(yán)重影響午汲站、沙河站的通過能力。

（2）沙午線運(yùn)輸能力不能滿足沿線企業(yè)的運(yùn)輸需求。根據(jù)調(diào)查，對(duì)沙午線有運(yùn)輸需求的專用線，包括在建沙河電廠專用線 (接軌于權(quán)村站)、規(guī)劃裕華鋼鐵專用線 (接軌于南營(yíng)井站)、規(guī)劃興華鋼鐵專用線(接軌于南營(yíng)井站)、規(guī)劃冀南鋼鐵專用線 (接軌于上泉站)、規(guī)劃河北龍鳳山鑄業(yè)專用線 (接軌于上泉站)等，總計(jì)運(yùn)量約 2 000 多萬(wàn) t。目前，沙午線輸送能力僅為 625 萬(wàn) t/a，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)的運(yùn)輸需求[1]。

2 既有沙午線擴(kuò)能改造方案

2.1 配套改造分析

針對(duì)沙午線線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、輸送能力不足、運(yùn)輸效率低等問題，擴(kuò)能改造應(yīng)兼顧線路擴(kuò)能、提高運(yùn)輸效率 2 個(gè)基本目標(biāo)[2]。沙午線配套改造技術(shù)分析如表 2 所示。

表2 沙午線配套改造技術(shù)分析Tab.2 Technical analysis of supporting transformation target of Shahe-Wuji line

由表 2 可見，沙午線南營(yíng)井—午汲段重空車流方向明顯，吸引企業(yè)產(chǎn)能穩(wěn)定并且大部分企業(yè)尚沒有擴(kuò)能規(guī)劃，近、遠(yuǎn)期貨運(yùn)量相差不大。基于以上因素，選擇合理的擴(kuò)能方案，應(yīng)遵循以下原則[3]。

（1）擴(kuò)能方案應(yīng)在充分考慮運(yùn)營(yíng)特征、合理預(yù)測(cè)運(yùn)量的基礎(chǔ)上，研究多種可能的擴(kuò)能改造方案。

（2）改建的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇應(yīng)緊密結(jié)合其前后方通路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)輸組織方案，統(tǒng)籌考慮，協(xié)調(diào)一致[4]。

（3）沙午線地形條件困難，既有坡度大，運(yùn)營(yíng)成本高，應(yīng)研究解決該矛盾的可行性方案。

（4）沙午線擴(kuò)能改造宜充分利用既有設(shè)施和設(shè)備。

2.2 配套擴(kuò)能改造方案

由于沙午線貨運(yùn)量主要集中在上泉、南營(yíng)井和權(quán)村站，并且貨流主要為自午汲方向的到達(dá)車流，因而研究以上行方向擴(kuò)能改造方案為主，沙午線配套擴(kuò)能改造方案構(gòu)成表如表 3 所示。

3 既有沙午線擴(kuò)能改造方案研究

由于沙午線貨運(yùn)量主要集中在南營(yíng)井—午汲段，南營(yíng)井—沙河段僅在權(quán)村站有較大貨運(yùn)量，其余站均為零星車流。因此，既有沙午線擴(kuò)能改造方案針對(duì)這2個(gè)區(qū)段分別進(jìn)行研究。

3.1 南營(yíng)井—午汲段擴(kuò)能改造方案

3.1.1 內(nèi)燃牽引方案I

（1）方案 I-1：內(nèi)燃雙機(jī)牽引 5 000 t。沙午線既有牽引機(jī)型為 DF8B，雙機(jī)牽引質(zhì)量達(dá)到 5 000 t 時(shí)，既有坡度 13‰ 需要軟化至 10‰。該方案近、遠(yuǎn)期輸送能力均能夠滿足運(yùn)輸需求，但該方案需要將坡度軟化至 10‰，超限坡度共 11 處，長(zhǎng) 8.105 km，占既有段落長(zhǎng)度 77.9%。線路基本需要全部改線，需繞行10.3 km，展線條件困難，既有線基本廢棄。因此，該方案不予采用[5]。

（2）方案 I-2：內(nèi)燃三機(jī)牽引 5 000 t。沙午線既有牽引機(jī)型為 DF8B，在既有坡度 13‰ 的坡道上三機(jī)牽引 5 000 t 動(dòng)力較富余，雖然產(chǎn)生一些機(jī)力浪費(fèi)，但能在一定程度上提高列車運(yùn)行速度，進(jìn)而提高線路通過能力。該方案近、遠(yuǎn)期輸送能力均能夠滿足運(yùn)輸需求，但該方案配備機(jī)車臺(tái)數(shù)及乘務(wù)員人員增多，運(yùn)營(yíng)成本增加的同時(shí)機(jī)車?yán)寐什桓撸?3 臺(tái)機(jī)車同步操作比較困難，不利于運(yùn)輸安全。經(jīng)以上分析，該方案不予采用。

（3）方案 I-3：內(nèi)燃雙機(jī)牽引 4 000 t。沙午線既有牽引機(jī)型為 DF8B，在既有坡度 13‰ 的坡道上牽引質(zhì)量?jī)H能達(dá)到 4 000 t，該方案牽引動(dòng)力與牽引質(zhì)量相匹配。內(nèi)燃雙機(jī) 4 000 t 方案 I-3 通過能力適應(yīng)性分析如表 4 所示，內(nèi)燃雙機(jī) 4 000 t 方案 I-3 輸送能力適應(yīng)性分析如表 5 所示。

由表 4 和表 5 可以看出，該方案通過能力和輸送能力近期均能夠滿足運(yùn)輸需求，但遠(yuǎn)期均不能滿足運(yùn)輸需求，需要進(jìn)行二次改造。

表3 沙午線配套擴(kuò)能改造方案構(gòu)成表Tab.3 Shahe to Wuji line supporting transformation scheme composition table

表4 方案I-3(內(nèi)燃雙機(jī)4000t)通過能力適應(yīng)性分析表對(duì)/dTab.4 Adaptability analysis table for I-3 passing capacity of internal combustion dual-engine 4 000 t scheme

表5 方案I-3(內(nèi)燃雙機(jī)4000t)輸送能力適應(yīng)性分析表萬(wàn) t/aTab.5 Adaptability analysis table for I-3 conveying capacity of internal combustion dual-engine 4 000 t scheme

綜上所述，在內(nèi)燃牽引方案I中，建議采用方案I-3 (內(nèi)燃雙機(jī)牽引 4 000 t)，但遠(yuǎn)期需要進(jìn)行二次改造才能滿足運(yùn)輸需求。

3.1.2 電力牽引方案 II

（1）方案 II-1：電力單機(jī)牽引 4 000 t。該方案需要將坡度軟化為 10‰，采用電力牽引，存在與方案 I-1 相同的線路繞行 10.3 km、展線條件困難等問題，既有線基本廢棄。此外，遠(yuǎn)期不能滿足運(yùn)輸需求，需要雙機(jī)牽引但導(dǎo)致機(jī)力浪費(fèi)較多。經(jīng)上述分析，該方案不予采用[6]。

（2）方案 II-2：電力單機(jī)牽引 5 000 t。該方案需要將既有坡度 13‰ 軟化至 9‰，超限坡共 13 處，長(zhǎng) 8.975 km，占既有段落長(zhǎng)度 86.2%。線路基本需要全部改線，繞行 11.5 km，展線條件十分困難，既有線基本廢棄。經(jīng)上述分析，該方案不予采用。

（3）方案 II-3：電力雙機(jī)牽引 5 000 t。該方案為在既有坡度 13‰ 的坡道上的電力雙機(jī)牽引方案，選擇邯鄲機(jī)務(wù)段的 HXD3、SS4、HXD2B機(jī)型時(shí)，該方案牽引動(dòng)力與牽引質(zhì)量相匹配，近、遠(yuǎn)期運(yùn)輸能力均能夠滿足運(yùn)輸需求。

綜上所述，在電力牽引方案 II 中，建議采用方案II-3 電力雙機(jī)牽引 5 000 t，能夠滿足近、遠(yuǎn)期運(yùn)輸需求。

3.1.3 方案比選

方案 I-3 近期內(nèi)燃雙機(jī)牽引 4 000 t，與相鄰路網(wǎng)牽引質(zhì)量不匹配，列車需要在邯鄲南站進(jìn)行減軸作業(yè)，或者在后方運(yùn)輸通道上欠軸運(yùn)行，占用較多線路的運(yùn)輸能力；方案 II-3 電力雙機(jī)牽引 5 000 t，與相鄰路網(wǎng)牽引質(zhì)量匹配，列車僅需在邯鄲南站進(jìn)行無(wú)改編中轉(zhuǎn)作業(yè)即可，運(yùn)輸組織簡(jiǎn)單。因此，從行車組織效率方面分析，方案 II-3 電力雙機(jī)牽引 5 000 t 更有利。

綜上所述，沙午線擴(kuò)能改造方案南營(yíng)井—午汲段建議采用方案 II-3，即電力雙機(jī)牽引 5 000 t。

3.2 南營(yíng)井—沙河段擴(kuò)能改造方案

考慮與南營(yíng)井—午汲段運(yùn)輸組織模式一致，提高運(yùn)輸組織效率，對(duì)提高牽引質(zhì)量至 4 000 t 的內(nèi)燃、電力整列運(yùn)輸方案Ⅲ和方案Ⅳ進(jìn)行研究，考慮到中間各站改造困難，整列方案僅考慮權(quán)村站到發(fā)線延長(zhǎng)至1 050 m，其余各站仍然保持到發(fā)線有效長(zhǎng) 650 m (權(quán)村站自邯長(zhǎng)線到達(dá)車流牽引質(zhì)量為 4 200 t，沙午線采用雙機(jī)內(nèi)燃牽引，計(jì)算牽引力使用系數(shù)取 1 時(shí)，牽引質(zhì)量將達(dá)到 4 500 t，即可滿足運(yùn)輸需求)[7]。

3.2.1 方案Ⅲ (內(nèi)燃雙機(jī)牽引 4 000 t)

沙午線既有牽引機(jī)型為 DF8B，雙機(jī)牽引質(zhì)量達(dá)到 4 000 t 時(shí)，既有坡度 (上行 15‰、下行 18‰) 需軟化至上行 13‰、下行 18‰，該方案牽引動(dòng)力與牽引質(zhì)量相匹配。方案Ⅲ通過能力適應(yīng)性分析如表 6 所示，方案Ⅲ輸送能力適應(yīng)性分析如表 7 所示。

表6 方案III通過能力適應(yīng)性分析表 對(duì)/dTab.6 Adaptability analysis table for scheme III passing capacity of internal combustion dual

表7 方案III輸送能力適應(yīng)性分析表 萬(wàn) t/aTab.7 Adaptability analysis table for scheme III conveying capacity of internal combustion dual

由表 6 和表 7 可以看出，方案Ⅲ近、遠(yuǎn)期輸送能力均可滿足運(yùn)輸需求，通過能力利用 20% 的儲(chǔ)備能力也能滿足運(yùn)輸需求。該方案需將既有坡度 (上行15‰、下行 18‰) 軟化至上行 13‰、下行 18‰，超限坡地段共 4 處，其中 2 處需要通過縱斷面改建以調(diào)整滿足限坡要求，其余 2 處超限坡坡長(zhǎng) 200 m，坡度分別為 -13.6‰，12.2‰ (曲線半徑為 500 m)，經(jīng)行車檢算，動(dòng)能闖坡可以通過，考慮維持既有坡度[8]。

3.2.2 方案 Ⅳ (電力雙機(jī)牽引 4 000 t)

該方案為在既有坡度 (上行 15‰、下行 18‰) 的坡道上的電力雙機(jī)牽引方案，選擇電力機(jī)車 HXD3時(shí)，該方案牽引動(dòng)力與牽引質(zhì)量相匹配。方案Ⅳ通過能力適應(yīng)性分析如表 8 所示，方案 Ⅳ 輸送能力適應(yīng)性分析如表 9 所示。

由表 8 和表 9 可以看出，該方案近、遠(yuǎn)期通過能力和輸送能力均可滿足運(yùn)輸需求。

3.2.3 方案比選

（1）從工程投資方面分析。從工程投資上分析，方案Ⅲ比方案Ⅳ節(jié)省工程投資 17 250 萬(wàn)元。

（2）從行車組織方面分析。方案Ⅲ遠(yuǎn)期將在南營(yíng)井—午汲段出現(xiàn)電力、內(nèi)燃混合牽引或南營(yíng)井站換掛內(nèi)燃機(jī)車，運(yùn)輸組織復(fù)雜；方案 Ⅳ 運(yùn)輸組織模式與南營(yíng)井—午汲段一致，運(yùn)輸組織相對(duì)簡(jiǎn)單。因此，從行車組織方面分析，方案 Ⅳ 更有利[9]。

（3）從機(jī)車運(yùn)用方面分析。方案Ⅲ牽引動(dòng)力與牽引質(zhì)量相匹配；方案 Ⅳ 牽引動(dòng)力稍有浪費(fèi)。因此，從機(jī)車運(yùn)用方面分析，方案Ⅲ更有利。

綜上所述，從環(huán)境保護(hù)角度及全線運(yùn)輸組織協(xié)調(diào)統(tǒng)一考慮，沙午線擴(kuò)能改造方案南營(yíng)井—沙河段建議采用方案 Ⅳ。通過對(duì)沙午線分區(qū)段擴(kuò)能改造方案比選，南營(yíng)井—午汲段應(yīng)采用方案 II-3 (電力雙機(jī)牽引5 000 t)；南營(yíng)井—沙河段應(yīng)采用方案 Ⅳ (電力雙機(jī)牽引 4 000 t)。

表8 方案IV通過能力適應(yīng)性分析表 對(duì)/dTab.8 Adaptability analysis table for scheme Ⅳ passing capacity

表9 方案IV輸送能力適應(yīng)性分析表 萬(wàn) t/aTab.9 Adaptability analysis table for scheme IV conveying capacity

4 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)家對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、大氣污染治理十分重視，已提升至國(guó)家戰(zhàn)略層面，綠色發(fā)展意義重大。為促進(jìn)邯鄲、沙河周邊綠色協(xié)調(diào)發(fā)展，從既有線能力提升入手，結(jié)合沙午線平縱斷面，以及相鄰鐵路的運(yùn)輸組織、牽引種類及牽引質(zhì)量等條件，合理確定沙午線的運(yùn)輸組織，根據(jù)全線地形條件及運(yùn)輸需求分段研究沙午線擴(kuò)能改造方案，從而得到合理的沙午線擴(kuò)能改造方案。由于鐵路運(yùn)輸具有成本低、污染小等優(yōu)點(diǎn)，通過大力增加鐵路運(yùn)輸比例，努力提升既有鐵路運(yùn)輸能力，科學(xué)、合理規(guī)劃設(shè)計(jì)既有鐵路擴(kuò)能改造方案，確保既有鐵路擴(kuò)能改造方案的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行性，為其他既有線擴(kuò)能改造方案提供借鑒。

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