長荊線擴能改造方案研究

國 巍

(中鐵武漢勘察設計研究院有限公司 鐵道與公路處，湖北 武漢 430074)

1 長荊線現狀分析

1.1 現狀

長荊線(長江埠—荊門)為中國鐵路武漢局集團有限公司(以下簡稱“武漢局集團公司”)管轄的一條單線半自動閉塞Ⅱ級電氣化鐵路，西接焦柳線(焦作—柳州)，東端通過漢丹線(武漢西—丹江口)連通京廣線(北京—廣州)，全長175.3 km，到發線有效長1 050 m，限制坡度6‰，貨物列車牽引質量4 500 t，最大站間距離26.8 km (天門—京山)，最小站間距離7.1 km(應城東—應城)，平均站間距離19.48 km，設計速度120 km/h，與其相銜接干線相比，長荊線的技術標準偏低。長荊線示意圖如圖1所示。

長荊線各區間小半徑曲線分布零散，全線共設87個曲線，曲線長40.308 km，占線路總長的23%，其中最小曲線半徑為800 m，最小夾直線長度為49.82 m；共設217個坡段，最大縱坡6‰，最小坡長200 m。全段平面曲線R ＜ 1 200 m的有44個，曲線長21.6 km；1 200 m≤R ＜ 1 600 m的曲線有18個，曲線長7.82 km。長荊線主要限制區間為冷水鋪至荊門站間，區間長24.6 km，曲線半徑600 m，允許速度80 km/h，每對列車運行周期72 min，運行周期較長[1]。

目前長荊線平圖能力僅為18.5對，平圖能力利用率已達100%，運輸能力十分緊張，隨著地方經濟發展帶來客貨運量的較快增長，特別是為適應長江經濟帶發展戰略需要，計劃大量增開沿江貨運班列，長荊線運量預計將大幅增加，既有鐵路能力將無法滿足運量需要，亟需加快長荊線的擴能改造。

圖1 ?長荊線示意圖Fig.1 Diagram of the Changjiangbu-Jingmen railway

1.2 運行速度

依據長荊線近期預測客貨運量的規模，根據《鐵路線路設計規范》的相關規定，近期客貨運量小于2 000 萬t且大于或等于1 000萬t為Ⅱ級鐵路，而Ⅱ級鐵路旅客列車設計行車速度宜按120 km/h，100 km/h，80 km/h取值[2]。既有長荊線線路允許速度120 km/h，但由于路基病害原因旅客列車僅按100 km/h運行，實際運營中旅客列車旅行速度約為78.9 km/h，區間走行時間長，運輸能力已經飽和，難以適應運量的持續增長，難以實現旅客及貨主對運輸時效性、安全性等高質量要求。因此，實施長荊線擴能改造提高旅客列車設計行車速度，應結合既有線特征等因素進行技術經濟比選來確定[3-5]。

（1）從長荊線功能定位及區域路網構成上分析，長荊線功能定位為以服務地方運輸需求為主的客貨共線的區域性鐵路干線。隨著漢十高速鐵路(武漢—十堰)的全線開通運營，特別是與長荊線基本平行的滬漢蓉高速鐵路(上海—成都)、漢丹鐵路相比，區域內已形成大能力的快速客運通道，長荊線由于技術標準低，缺乏對通過客流的競爭力，因而對速度目標值的要求不大。

（2）從運量構成上分析，長荊線近期2020年，客貨運量分別將達到192萬人、1 237萬t；遠期2030年，客貨運量分別將達到268萬人、1 680萬t[1]?？土饕缘胤娇土鳛橹?，地方客流約占總客流密度的70%左右，沿線地方客流以務工、旅游為主，客流主要流向為華南、華東、東南等地，少量的通過客流主要為漢宜沿線與武漢及以遠部分地區之間的交流。貨流以通過貨流為主，主要承擔襄陽至懷化間、懷化以遠部分地區與武漢及以遠地區的非集裝箱大宗貨物交流，客貨運量在區域總運量中占比不大，因而通過改造至達到線路允許速度120 km/h后完全可以滿足客貨運輸需求。

（3）從區域交通方式旅行時間上分析，長荊線主要服務于沿線中短途客流，競爭主要與公路運輸之間展開，現狀通道內二廣高速公路荊門段設計速度100 km/h，滬蓉高速公路武荊段設計速度120 km/h，這樣既有2種運輸方式全程旅行時間基本持平，均約為2.5 h。由于公路運輸成本遠遠高于鐵路運輸成本，結合目前長荊線運營狀況，鐵路客票銷售良好，節假日票源甚至略顯緊張，鐵路運輸的優勢明顯，而提速改造后長荊線將達到線路允許速度120 km/h，縮短旅行時間約16.8 min，進一步提高了鐵路運輸的競爭力。

（4）從工程投資及投資節時比上分析，某些地段翻漿冒泥、基床下沉外擠嚴重及病害復發率較高是造成長荊線列車運行速度低下的主要原因，工程上可采用換填滲水土或級配碎石、鋪設土工材料、增設排水盲溝、加強基床和改善路基邊溝排水條件等綜合措施進行整治，就可以達到原線路允許速度120 km/h，而路基病害整治投資約為3 000萬元，投資節時比可達到178萬元/min，因而工程上通過病害整治以達到設計速度投資適宜，成效明顯。

綜上分析，長荊線通過擴能改造可以使線路長期限速、慢行地段恢復正常，線路允許速度達到120 km/h，能較好地適應沿線地方客貨流需求，工程投資不大，提速增效明顯，更好地促進沿線地方經濟發展，提升鐵路運輸的競爭力。

2 長荊線擴能改造方案分析

2.1 方案分析

2.1.1 方案 I：提高牽引質量至 5 000 t 方案

長荊線既有到發線長度為1 050 m，滿足5 000 t牽引質量要求，因而首先研究通過提高牽引質量到5 000 t來增加運輸能力。目前長荊鐵路采用HXD1B型貨運機車，在6‰限坡情況下單機牽引質量為4 570 t，不能滿足牽引質量5 000 t的要求。經研究，可通過更換HXD2B等機車滿足牽引質量5 000 t的要求。根據預測運量，提高牽引質量至5 000 t方案能力適應情況[6]如表1所示。

表1 ?提高牽引質量至5?000?t方案能力適應情況表Tab.1 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t

2.1.2 方案 II：提高牽引質量至 10 000 t 方案

由于提高牽引質量至5 000 t方案不滿足需求，結合現浩吉鐵路(浩勒報吉—吉安)已開行萬噸列車，考慮研究提高牽引質量至10 000 t的方案。若需滿足10 000 t牽引質量要求，需將本線到發線長度延長至1 700 m，根據預測運量，提高牽引質量至10 000 t方案能力適應情況如表2所示。

表2 ?提高牽引質量至10?000?t方案能力適應情況表Tab.2 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 10 000 t

2.1.3 方案 III：提高牽引質量至 5 000 t 并實施單線自閉改造方案

由于方案I提高牽引質量至5 000 t后與周邊路網牽引質量匹配，有利于貨車長交路的實施，能力不適應預測客貨運量的需求，因而考慮在方案I的基礎上，再對本線實施單線自閉改造，提高設計通過能力。提高牽引質量至5 000 t并實施單線自閉改造方案能力適應情況如表3所示。

表3 ?提高牽引質量至5?000?t并實施單線自閉改造方案能力適應情況表Tab.3 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t through implementing single-track self-blocking renovation

2.1.4 方案 IV：提高牽引質量至 5 000 t 并增開所有緩開站方案

長荊線目前預留有龍集、永興、孫橋、袁家灣、九里、鐘祥西、劉家灣7個車站，該方案將預留的7個緩開站近期全部開放，以避免再次施工，初步匡算工程投資4.3億元，工期9個月。近期增開全部緩開站，提高牽引質量至5 000 t。提高牽引質量至5 000 t并增開所有緩開站方案能力適應情況如表4所示。

2.1.5 方案 V：提高牽引質量至 5 000 t 并分期增開緩開站方案

由于一次增開全部緩開站投資略高，因而研究根據運量需求分期增開預留的緩開站方案。長荊線既有站之間站間距較大，影響客貨運通過能力，經牽引計算模擬后，研究年度近期需增開K29+450處的龍集站、K120+100的九里站、K140+150的鐘祥西站、K165+600的劉家崗站等4個車站，近期初步匡算投資估算總額約2.5億元。遠期需進一步增開K62+200的永興站、K82+500的孫橋站等2個車站，袁家灣站緩開，遠期初步匡算投資估算總額為1.2億元。提高牽引質量至5 000 t并分期增開緩開站方案能力適應情況如表5所示。

表4 ?提高牽引質量至5?000?t并增開所有緩開站方案能力適應情況表Tab.4 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t and putting all the backup stations into operation

表5 ?提高牽引質量到5?000?t并分期增開緩開站方案能力適應情況表???Tab.5 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t and putting the backup stations into operation step by step

2.1.6 方案 VI：提高牽引質量至 5 000 t 并增建二線方案

根據長荊線的相關運量分析，遠景年2050年輸送能力建議為：貨運4 000 萬t/a，旅客列車30對/d，單線運能不足，需增二線滿足遠景運輸需求，因而研究提出實施增建二線方案，包含按原設計速度增二線方案、提速至140 km/h增二線方案和提速至160 km/h增二線方案等3個子方案[7]。

按原設計速度增二線方案、提速至140 km/h增二線方案、提速至160 km/h增二線方案3種方案下線路均東起漢丹線上的長江埠站，向西經應城市、天門市、京山縣、鐘祥市、荊門市，西至焦柳線上的荊門站，提高牽引質量至5 000 t并增建二線方案概況如表6所示。

表6 ?提高牽引質量至5?000?t并增建二線方案概況表Tab.6 Overview of the plan to increase the traction tonnage to 5 000 t and construct a parallel railway

經計算，不同速度下的增建二線方案設計平圖能力均為165對/d (I追= 8 min)，提高牽引質量至5 000 t并增建二線方案能力適應情況如下表7所示。

表7 ?提高牽引重量至5?000?t并增建二線方案能力適應情況表Tab.7 Adaptability of the plan to increase the traction tonnage to 5 000 t and construct a parallel railway

2.2 方案比選

方案I雖然提高牽引質量至5 000 t與周邊路網干線牽引質量一致，有利于開行長交路的貨物列車，但單純提高牽引質量并不能滿足近、遠期運輸需求，需結合其他擴能改造措施(如增開車站)統籌考慮。經研究后，予以放棄。

方案II能滿足近期運輸需求，但遠期能力不足，無法適應運量繼續增長。同時，由于區域內各相鄰鐵路牽引質量多以5 000 t系列為主，提高本線牽引質量至10 000 t，與相鄰路網運輸質量不匹配，不利于組織長交路。對沿線車站而言，方案II需要延長到發線至1 700 m，將對站坪及到發線進行較大改造，施工改造工期較長，對既有線運營產生較大的影響。由于方案II提高牽引質量至10 000 t方案存在與周邊路網牽引質量不匹配、不利組織貨車長交路等缺點，經研究后，予以放棄。

方案III近期天門至長江埠段能力飽和、荊門至天門段能力不足，輸送能力缺口101萬t/a；遠期全線能力不足，平圖能力缺口4 ～ 10對/d，輸送能力缺口360萬～ 970萬t/a?？梢姡岣郀恳|量至5 000 t并實施單線自閉改造方案依然無法滿足本線客貨運量的運輸需求。方案III能力適應年限較短，經研究后，予以放棄。

方案IV能滿足運輸能力需求，近期通過能力富余14對，遠期通過能力富余5對，研究年度能力富余得當，但投資約4.3億元，投資稍大。

方案V能滿足運輸能力需求近期通過能力富余1對，遠期通過能力富余2對，近期能力稍顯緊張，不能較好地適應客貨運量的波動情況，運輸組織靈活性較差。

方案VI能滿足項目遠景預測客貨運量，且在增建二線的時候可考慮適當改造，提高線路允許速度，提高旅客列車運行質量。但工程投資巨大，增二線方案中投資最低的原標準增建二線的也高達66.9億元，遠大于其他單線擴能改造方案的投資。此外，通過能力利用率近期僅22%、遠期為30%，能力利用虛糜，但當達到遠景年度運量時，能力利用才比較合理。因此，方案VI工程投資巨大、能力利用虛糜，不太合理，經研究后，予以放棄。

方案IV與方案V均可滿足運輸需求，且增開預留車站可以顯著提高全線能力，與增建二線相比較，工程投資較小，改造工期較短，對既有線路的運營影響較小。方案V與近期方案IV相比，提高牽引質量至5 000 t并分期開放緩開站方案近期投入車站建設成本較少，節省線路運營成本，能夠較好地適應近、遠期運量需求，且工程投資適度，但遠期還要再增開2個車站，造成反復施工，影響運營。進一步從能力適應性、工程投資、施工干擾等多個方面比選方案IV與方案V后，可以看到方案IV有以下優點：①投資適度。與方案V相比，近期增加投資1.2億元，增加投資不多。②運輸能力有一定富余。與方案V相比，荊門至天門段的平圖能力由28對/d提高到41對/d，運輸能力有一定的富余，運輸組織靈活性較強。③避免二次施工方案。與方案V相比，一次增開全部緩開站方案能避免二次施工對既有線運營的干擾。

綜上所述，建議在對長荊線的路基病害進行整治以達到設計速度120 km/h的基礎上，推薦方案IV—提高牽引質量至5 000 t并增開所有緩開站方案為長荊線最優的擴能改造方案。

3 結束語

鐵路的擴能改造問題是一個復雜的系統工程，需要充分了解既有線在路網中的作用、功能定位、預測運量、區域路網主要技術標準及區域路網相關規劃等。在制訂各項可能方案時，應以最終發展規模為目標，遵循區域路網系統優化的原則，整體規劃、分步實施，合理確定研究年度的相關工程[8]。在方案比選時，應把運輸需求、系統能力、施工組織、投資效益等多方面的實際問題結合起來統籌考慮，做到推薦方案在技術上可行、施工上順暢、經濟上合理。長荊線擴能改造方案研究推薦采用提高牽引質量至5 000 t并增開所有緩開站方案，該方案投資適度，運輸組織靈活性強且避免二次施工干擾，該方案的實施將是滿足未來鐵路運量增長的有效手段，可進一步提高區域鐵路網的機動性。