復雜艱險山區高速鐵路限制坡度的選擇

段艷軍 張 穎

(1.中鐵二院(成都)建設發展有限責任公司，四川 成都 610031; 2.成都工業學院，四川成都 611730)

1 概述

我國山地面積約占陸地面積的2/3，隨著高速鐵路建設逐步由東向西推進，山區高速鐵路項目越來越多。鐵路限制坡度在下坡制動安全可控、電分相入口速度滿足要求、坡頂末速度可接受、供電維修可實施的前提下選用長大坡道能有效克服高差、繞避不良地質體、降低工程難度、節省工程投資、縮短運行時間。目前我國多條山區高速鐵路采用了大于20‰的長大坡度，如表1所示。

川藏鐵路位于青藏高原東南部，線路穿越橫斷山、念青唐古拉山等山脈，跨越大渡河、雅礱江、金沙江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江等水系。沿線山高谷深，線路六起六伏，拔起高度約10 000 m，地形起伏劇烈，見圖1。由于地形困難，地勢起伏較大，地質復雜，線路需要采用大坡度才能較好地適應地形條件。

表1 我國部分高速鐵路長大坡道統計表

圖1 川藏鐵路沿線地形地勢圖

2 限制坡度研究

川藏鐵路本著統籌規劃、分段實施的原則，全線限制坡度統一研究。結合前期雅安至康定段和拉薩至林芝段研究成果，本次重點研究了限制坡度12‰、加力坡24‰，限制坡度16‰、加力坡30‰，限制坡度16‰、加力坡35‰三個坡度方案。三方案的主要工程數量及投資比較見表2。

2.1 從工程投資方面分析

24‰方案較 30‰，35‰方案線路分別增長 37.84 km，44.46 km(增加的線路長度占總長度的3.61%，4.31%);靜態投資增加93.535 億元、105.692 億元。

2.2 從工程條件方面分析

1)線路方案。

表2 主要工程數量及投資比較表

線路長度變化情況，采用30‰及35‰限制坡度方案分別較24‰限制坡度方案減少37.84 km和44.46 km。

2)工程條件。

三方案線路走向及主要車站位置基本相同，主要區別在于采用大限制坡度方案爬坡能力更強，在瀘定至新都橋段、雅江至理塘段等長大緊坡地段展線長度更短;線路通過折多山、沙魯里山、伯舒拉嶺等山脈時，大坡度方案線路拔起高度高、越嶺隧道長度短、輔助坑道條件較好，反坡施工情況略有優化，工期略短;線路跨越金沙江、怒江等深切峽谷時，橋梁高度略有下降，工程難度有所降低。

2.3 從路網適應性分析

本線連接成都和拉薩及沿線市縣，成都樞紐已經形成限制坡度13‰、牽引質量4 000 t為主的牽引質量系列;拉薩地區形成了限制坡度12‰以上坡度、牽引質量3 000 t為主的牽引質量體系。已經實施的成都至雅安段采用限制坡度為13‰、牽引質量為3 000 t，拉薩至林芝采用限制坡度為12‰、牽引質量為3 000 t。可見24‰的限制坡度與兩端線路匹配條件較好，有利于運輸組織。

2.4 運輸組織方案分析

不同的限制坡度對應不同的運輸組織方案，主要體現在列車的速度、密度和重量，本次主要研究列車牽引質量、列車限速、列車對數和區間通過能力等指標，從而給出不同限制坡度方案對運營產生的不同影響。

1)限制坡度、機車類型與牽引質量的匹配。

考慮到高海拔、高寒山區、雨雪天氣多等特點，分別對HXD2，HXD1D兩種機型牽引貨物列車上坡進行了計算，通過對三種工況(以計算速度通過限制坡道、平直坡道保有一定加速度、限制坡度起動)綜合分析，不同坡度不同軌面情況下牽引質量如表3所示。

表3 牽引質量情況表

根據表3中計算結果，普貨采用HXD2雙機牽引，快貨采用HXD1D雙機牽引。

普貨列車牽引質量方面，24‰限制坡度方案擬采用HXD2雙機牽引2 700 t，30‰限制坡度方案擬采用HXD2雙機牽引2 100 t，35‰限制坡度方案擬采用HXD2雙機牽引1 800 t。

快貨列車牽引質量方面，24‰限制坡度方案擬采用HXD1D雙機牽引1 100 t，30‰限制坡度方案擬采用HXD1D雙機牽引1 100 t，35‰限制坡度方案擬采用HXD2雙機牽引1 000 t。

（2）急性肝衰竭 肝組織呈新舊不等的亞大塊壞死或橋接壞死；較陳舊的壞死區網狀纖維塌陷，或有膠原纖維沉積；殘留肝細胞有程度不等的再生，并可見細、小膽管增生和膽汁淤積。

2)列車速度。

a.雅安至林芝段。

采用CRH380和CRH2對雅安至林芝段分別進行了計算，列車運行指標統計如表4，表5所示。

表4 CRH380動車組列車牽引計算主要指標表

表5 CRH2-200動車組列車牽引計算主要指標表

貨車速度:貨車速度分上坡下坡兩種情況進行分析。

按照現行規范，HXD2機車上坡計算速度為65 km/h，因此緊坡地段上坡速度按65 km/h考慮。

下坡限速主要檢算了緊急制動、動力制動、0.8常用空氣制動三種工況，經檢算貨物列車下坡限速主要受0.8常用空氣制動限制，而0.8常用空氣制動距離主要與貨車車輛的制動特性相關，根據1999年實施《牽規》中高摩合成閘瓦進行計算，24‰下坡初速75 km/h制動距離為2 311 m，30‰下坡初速70 km/h制動距離為6 294 m，35‰下坡初速65 km/h制動力不足，可見運營安全和運營效率均存在問題;采用目前性能最好的H高摩合成閘瓦計算，24‰，30‰，35‰限坡方案下坡限速分別取值為75 km/h，70 km/h，65 km/h，制動距離分別為 1 911 m，2 471 m，4 070 m，H高摩合成閘瓦制動距離比高摩合成閘瓦有所縮短，運營安全和運營效率均有所提高，如表6所示。

表6 貨車下坡0.8常用空氣制動及相關指標表

從表6可見，24‰方案運營適應性較好，采用高摩合成閘瓦貨車最小追蹤間隔可滿足7 min，采用新型H高摩合成閘瓦貨車最小追蹤間隔可滿足6 min;30‰方案運營適應性相對較差，采用高摩合成閘瓦貨車最小追蹤間隔為15 min，若突破《鐵路技術管理規程》規定提高換算制動率最小追蹤間隔也可達到8 min;采用新型H高摩合成閘瓦貨車最小追蹤間隔可滿足8 min;35‰方案運營適應性相對更差一些，采用高摩合成閘瓦會出現制動力不足的情況，若突破《鐵路技術管理規程》提高換算制動率最小追蹤間隔可達到8 min;采用新型H高摩合成閘瓦貨車最小追蹤間隔可滿足11 min;在采用新型H高摩合成閘瓦貨車情況下突破《鐵路技術管理規程》進一步提高換算制動率可滿足最小追蹤間隔8 min。

從運營角度看，24‰方案運營適應性好，對車輛制動性能不做過多限制;30‰方案運營適應性略差，貨車最小追蹤間隔有所增大;35‰方案運營適應性進一步變差，要求突破《鐵路技術管理規程》中關于換算制動率的規定，或要求川藏鐵路貨物列車全部采用新型H高摩合成閘瓦車輛，或未來進一步研發制動性能更優的貨物車輛。

b.成都至拉薩。

從成都至拉薩采用大功率機車進行檢算全程旅行時間約為10.68 h，各路段列車速度和時間如表7所示。

表7 成都至拉薩(CRH 380 AL)列車運行速度時分表

3)列車對數及區間通過能力。

為提高貨物送達速度、減小客貨速差，考慮將部分高附加值貨物編組為快運貨物列車，從全線來看，列車對數最多能力最困難的是邦達機場至林芝段，因此，將邦達機場至林芝段不同限坡方案的列車對數及通過能力利用情況列表見表8。

表8 列車對數及通過能力表

從表8可以看出，各方案區間通過能力均滿足近遠期運輸需求，其中35‰限坡方案在2045年能力利用率達到96.0%，能力趨于飽和。若考慮將有條件的車站擴大規模，貨物列車可成組被越行，則扣除系數可下降，通過能力利用率將有所降低。

3 結語

隨著限制坡度變大線路長度、工程投資及工程實施難度均呈現下降轉好趨勢;24‰坡度與路網匹配性及運輸組織靈活性最好，30‰坡度方案、35‰坡度方案與路網匹配性及路網靈活性依次變差。

限制坡度標準對線路的走向、長度、工程投資、運營費用、牽引質量及輸送能力等都有較大的影響，選擇工程實施容易、投資可控、路網相適應好、運輸組織靈活的限制坡度是一項理論和實踐性較強的工作，本文從工程條件及投資、路網適應性和運輸組織方案等方面論述了鐵路項目前期技術標準研究中限制坡度選擇的考慮要素和分析方法，為復雜艱險山區限制坡度的選擇提供了參考。