利用成綿樂城際鐵路運輸 500 m 長鋼軌裝運方案研究

李善坡，劉 飛，汪正義

(1. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081；2. 中國鐵道科學研究院 研究生部，北京100081)

在成貴客運專線(成都東—貴陽東)建設(shè)過程中，樂山端鋪軌基地承擔了258雙線公里500 m長鋼軌鋪軌任務(wù)。由于沒有既有貨運線路直通鋪軌基地，需要修建臨時便線連通既有貨運線和鋪軌基地，鋪軌任務(wù)完成后需拆除，采用此方案需要大量的資金投入，而且建設(shè)周期長，組織實施難度大[1]。如果采用既有成綿樂城際鐵路(成都東—峨眉山)在天窗點運輸長鋼軌，則可以將長鋼軌直接運送至鋪軌基地，無需大規(guī)模投資建設(shè)便線，縮短建設(shè)周期。但是，由于線路運行條件的不同，并且尚無成熟的經(jīng)驗可以借鑒，結(jié)合既有500 m長鋼軌裝載加固方案，以及既有成綿樂城際鐵路線路條件，通過牽引計算[2]、過分相計算和運行試驗對利用成綿樂城際鐵路運輸500 m長鋼軌裝運方案進行分析和研究[3]，為該方案運輸可行性提供理論支撐。

1 運輸 500 m 長鋼軌裝載方案選擇

目前，500 m長鋼軌既有線運輸[4]主要采用T11長鋼軌運輸專用列車裝運和500 m長鋼軌普通平車裝運2種方案。

T11長鋼軌運輸專用列車于1988年正式投入運用，運輸車組共使用43輛不同用途的車輛，包括宿營車1輛、發(fā)電車1輛、安全車2輛、運軌車31輛、鎖定車4輛和作業(yè)車4輛，并配備車組乘務(wù)和操作人員18人。運輸車組最大可裝載4層56根60 kg/m鋼軌，鋼軌裝載量為1 680 t，總重約2 892 t，長度約605.8 m。

500 m長鋼軌普通平車裝運方案采用木地板平車(含平集共用車)總計36輛，裝載4層共50根鋼軌，鋼軌裝載量為1 500 t，總重約2 370 t，長度約507 m，運輸車組最高運行速度為120 km/h，非超重超限運輸，方便運輸組織管理。500 m長鋼軌普通平車專列自2008年8月投入運用以來，已運輸500 m長鋼軌約1 000余萬t。

T11長鋼軌運輸專用列車與500 m長鋼軌普通平車列車參數(shù)如表1所示。由表1可知，T11長鋼軌運輸專用列車自重較大，在同等牽引條件下，采用普通平車列車運輸500 m長鋼軌重量較大，能夠減少長鋼軌列車通過成綿樂城際鐵路次數(shù)，降低長鋼軌列車對成綿樂城際鐵路的不利影響。中國鐵路成都局集團有限公司(以下簡稱“成都鐵路局”)石板灘焊軌基地已配備有4列500 m長鋼軌普通平車運輸列車，而且普通平車運輸方式車輛和裝載加固裝置來源廣泛，具備采用500 m長鋼軌普通平車裝運方案運輸長鋼軌的條件。基于上述分析，利用成綿樂城際鐵路運輸長鋼軌建議采用500 m長鋼軌普通平車裝運方案。

表1T11長鋼軌運輸專用列車與500m長鋼軌普通平車列車參數(shù)Tab.1 Parameters of T11 special train and ordinary fl at car for 500 m long rail transportation

2 利用成綿樂城際鐵路運輸 500 m 長鋼軌裝運方案研究

從選擇合適運行徑路、計算牽引質(zhì)量確定鋼軌裝載量、計算過分相確定車組能否順利通過分相區(qū)3個方面分析確定500 m長鋼軌普通平車裝運細化方案，并通過試驗對方案的可行性和安全性進行驗證。

2.1 運行徑路選擇

根據(jù)成都鐵路樞紐總圖，可選取長鋼軌列車運行徑路如下。下行方向運輸徑路：石板灘站—成都東達成場Ⅷ道—東環(huán)上行線—成都南站Ⅵ道—成貴客運專線下行線至樂山站Ⅷ道，進入鋪軌基地工程線。上行方向運輸徑路：鋪軌基地工程線—樂山站10道—成貴客運專線上行線(樂山至成都南)—成都南Ⅶ道—經(jīng)35#-33#-31#岔—東環(huán)上行線—成都東站達成場Ⅷ道—石板灘站。該徑路石板灘至鋪軌基地運輸距離約為157.575 km。

2.2 牽引質(zhì)量計算

2.2.1 機車選型

根據(jù)成綿樂城際鐵路線路條件可知，在樂山站成綿樂車場至樂山車站成貴車場轉(zhuǎn)場聯(lián)絡(luò)線部分區(qū)域下行限制坡度為-29.9‰。長鋼軌運輸列車重車下行，空車上行。由牽引質(zhì)量范圍可知，需雙機重聯(lián)牽引，受雙機重聯(lián)時受電弓間距限制，機車采用SS3和DF4B型機車[5]。

2.2.2 SS3型機車最低計算速度牽引質(zhì)量計算

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，SS3型機車在20‰限制坡道上以最低計算速度48 km/h等速運行時的牽引質(zhì)量可以表示為

式中：G1為SS3型機車計算牽引質(zhì)量，t；FJ1為SS3型機車計算牽引力，kN；λy為機車牽引力使用系數(shù)；P為機車質(zhì)量，t；ω1'為SS3型機車運行單位基本阻力，，其中v1為 SS3型機車最低計算速度，N/kN；為SS3型貨車運行單位基本阻力，ix為城際鐵路限制坡度千分數(shù)；g為重力加速度，9.81 m/s2。

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，v1取值為48 km/h，計算得出N/kN ；取值為317.8 kN；P取值為138 t；ix取值為20；λy取值為0.9。根據(jù)公式 ⑴，計算得出G1= 1 207.44 t。

2.2.3 DF4B型機車最低計算速度牽引質(zhì)量計算

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，DF4B型機車在20‰限制坡道上以最低計算速度21.8 km/h等速運行時的牽引質(zhì)量可以表示為

式中：G2為DF4B型機車計算牽引質(zhì)量，t；為DF4B型機車計算牽引力，kN；為DF4B型機車運行單位基本阻力其中v2為DF4B型機車最低計算速度，N/kN；為DF4B型貨車運行單位基本阻力

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，v2取值為21.8 km/h，計算得出取值為313 kN；P取值為138 t；ix取值為20；λy取值為0.9。根據(jù)公式 ⑵，計算得出G2= 1 213.04 t.

2.2.4 雙機重聯(lián)牽引質(zhì)量計算

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，SS3和DF4B型機車雙機重聯(lián)牽引力G=G1+ 0.95G2。采用SS3和DF4B型機車雙機重聯(lián)，按照限坡20‰以機車計算速度等速運行時，牽引質(zhì)量為2 359.83 t，500 m長鋼軌普通平車裝運方案車組總重2 370 t，當裝載3層時車組總重為2 070 t，滿足牽引要求，因而長鋼軌運輸列車可按裝載3層進行組織，方案的安全性需通過運行試驗進一步驗證。

2.3 機車過分相計算

我國電氣化鐵路中接觸網(wǎng)采用循環(huán)換相的供電模式，線路中的換相區(qū)間稱為電分相，同一條線路中各個電分相所處線路狀況不盡相同，當電分相區(qū)位于大上坡位置時，如果列車運行速度過低，容易出現(xiàn)停車事故，因而需進行過分相計算。成綿樂城際鐵路接觸網(wǎng)分相信息如表2所示，成綿樂城際鐵路下行線總計6處，第一個分相區(qū)所處坡度最大6‰，直線路段長度為275 m。

通過分相區(qū)時，長軌列車機車斷電，靠自身動能沖過去，需要克服坡度阻力、機車阻力和列車阻力所導(dǎo)致的能量消耗，即需要滿足公式 ⑶ 的要求[6]。

式中：m1為機車總質(zhì)量，t；m2為長鋼軌車組質(zhì)量，t；v為列車運行速度，m/s；為機車運行單位基本阻力，N/kN；為貨車運行單位基本阻力，N/kN；l為分相區(qū)長度，m；h為分相區(qū)長度范圍內(nèi)，長鋼軌列車垂直上升高度，m。

根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》，m1取值為276 t；m2取值為 2 070 t；v取值為 11.11 m/s；取值為3.74 N/kN；取值為2.31 N/kN；l取值為275 m；h取值為1.65 m。將以上數(shù)據(jù)帶入公式 ⑶，計算得出144 785 853≥48 024 738，由此判斷，長鋼軌列車在成綿樂城際鐵路通過分相時，按運行速度40 km/h檢算，列車動能遠大于坡度阻力、機車和車輛阻力導(dǎo)致的能量消耗，能夠通過分相。

2.4 方案確定及試驗驗證

綜上所述，500 m長鋼軌在現(xiàn)有定型方案的基礎(chǔ)上減少一層裝載通過成綿樂城際鐵路進行運輸經(jīng)濟可行，方案共裝載40根500 m長鋼軌，約1 200 t，采用SS3和DF4B型機車雙機牽引運輸。

為進一步驗證方案的安全性，于2017年12月在天窗點進行了2次運行試驗，試驗列車按直線最大運行速度60 km/h組織，12號道岔側(cè)向通過速度最大為30 km/h，18號及以上道岔側(cè)向通過速度最大為45 km/h。試驗過程中對方案的裝載加固性能、車輛動力學性能[7]、軌道、道岔和橋梁結(jié)構(gòu)動力學性能進行了監(jiān)測，試驗過程中運行狀況良好[8]，各項監(jiān)測指標均滿足相關(guān)標準規(guī)定。

表2 成綿樂城際鐵路接觸網(wǎng)分相信息Tab.2 Message of neutral phase section for Chengdu-Mianyang-Leshan intercity railway

3 結(jié)束語

長鋼軌運輸屬于鐵路超長貨物運輸，是鐵路運輸?shù)囊淮箅y題。自新中國成立以來，我國一直在不斷研究和完善長鋼軌運輸技術(shù)，自2007年以來先后研究制訂了100 m、500 m等長度鋼軌采用普通平車通過既有線裝運技術(shù)方案，解決了我國高速鐵路和客運專線建設(shè)大規(guī)模運軌需求，利用成綿樂客專運輸500 m長鋼軌裝運方案的研究進一步擴大了采用普通平車運輸長鋼軌的適用范圍，為高速鐵路和客運專線建設(shè)進一步提供了技術(shù)保障。隨著我國高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)，仍會出現(xiàn)沒有既有貨運線路直通鋪軌基地的情況，利用成綿樂城際鐵路運輸500 m長鋼軌裝運方案的研究和成功運用對于今后采用城際鐵路運輸長鋼軌具有借鑒意義。