青藏鐵路格拉段擴能改造方案比選

鄒中翔

(陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院)，西安 710043)

1 概述

青藏鐵路格拉段是溝通西藏自治區與內地間的重要鐵路通道。根據相關文獻研究結論[1-2]，青藏線格拉段建議采取分步實施的擴能改造方案，先期實施開放全部預留車站并延長部分車站到發線有效長工程，目前，該工程已經完工，線路通過能力可適應至2025年。隨著近年來西藏自治區同內地之間的物資交流和人員往來迅速增長，青藏線格拉段運輸能力已不滿足近期(2030年)，遠期(2040年)運輸需求，以下在結合前期研究成果的基礎上[3-4]，對青藏線下階段擴能改造方案進行比選論證。

2 現狀分析

2.1 運輸能力

(1)現狀圖定列車對數及能力利用率

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，線路全長1136.338 km。目前，上一階段擴能改造工程已經完成，全線維持單線內燃標準，最大坡度20‰，58處(含格爾木、拉薩)車站已經全部開站，其中，25處車站到發線有效長900 m，32處車站到發線有效長720 m，實行自動站間閉塞，綜合維修天窗時間120 min。旅客列車為NJ2、HXN3型機車雙機牽引(16輛)；貨物列車部分滿足HXN3型機車三機牽引4 000 t條件，但現狀仍主要由NJ2、HXN3型機車雙機牽引，牽引質量為2 580 t，零星為三機牽引3 580 t。根據青藏集團公司《列車運行圖技術資料》，青藏鐵路格拉段通過能力已經飽和，格拉段現狀通過能力和能力利用率見表1。

表1 青藏鐵路格拉段現狀通過能力和能力利用率

2.2 運輸質量

目前，青藏鐵路格拉段凍土區段線路最高允許速度為100 km/h(局部段落限速80 km/h)，剩余地段線路最高允許速度120 km/h(局部段落限速100 km/h)。受線路坡度大、內燃機車在高海拔地區功率降低等因素影響，本段客貨列車運行速度均較低。現狀客車平均技術速度88.7 km/h，平均旅行速度82.5 km/h；貨車平均技術速度54.3 km/h，平均旅行速度34.8 km/h。

2.3 客貨運量預測

根據運量預測，青藏鐵路格拉段研究年度客貨運量預測匯總見表2。

表2 青藏鐵路格拉段研究年度客貨運量預測匯總

3 擴能方案思路

格拉段現狀運輸能力已基本飽和，在現狀工程設置條件下，開行部分4 000 t貨物列車后，運輸能力依然不滿足研究年度近、遠期運輸需求[5]，能力缺口分別為255萬t和405萬t，需進行擴能改造。

本次研究根據青藏線格拉段運營現狀及近、遠期預測運量，從內燃牽引擴能和電氣化改建擴能兩方面進行系統研究。內燃方案采用延長車站到發線、增加車站及增設雙插段等擴能措施，電氣化方案采用電氣化改造、延長車站到發線等擴能措施。在對各方案詳細分析的基礎上，從運輸能力、運輸質量、工程投資及運營成本、運營效果等多方面對各方案進行綜合比選和系統論證，提出運輸能力大、運輸質量高、經濟性好的擴能方案[6-8]。

4 擴能改建方案

4.1 內燃擴能方案

(1)延長車站到發線有效長度

目前，青藏線格拉段擴能改造工程已經完工，25處車站到發線有效長度為850 m，具備開行部分4 000 t列車的條件。在此基礎上，對除拉薩外的32處車站到發線有效長度延長至850 m，組織開行4 000 t(HXN三機牽引)列車[9-11]。本方案靜態投資約19.73億元，研究年度運輸能力適應情況見表3。由表3可知，全部車站到發線延長后，近遠期運輸能力均不足，能力缺口分別為74萬t和321萬t。

表3 延長到發線有效長能力適應情況

(2)到發線延長并局部區段復線

根據前述分析，延長32處車站到發線有效長度至850 m，全部開行4 000 t(HXN三機牽引)列車后，近遠期能力均不足。經檢算，近期需要能力為22.7對/d，平圖能力低于22.7對/d的區間共計4個，區段長度共計93.7 km；遠期需要能力為23.9對/d，平圖能力低于23.9對/d的區間共計8個，區段長度共計181.4 km[12]。滿足近、遠期能力需要增設會讓站或復線區段工程設置見表4。

表4 增設會讓站或復線區段工程設置

綜上，為滿足近期運輸需求，全段需新增越行站2處，改建既有坡度5 km，設置施工便線6 km，增建二線長度45.7 km；該方案靜態投資約57.77億元。遠期全段還需新增越行站2處，改建既有坡度5 km，設置施工便線5.5 km，增建二線42 km；該方案靜態投資約38.09億元。綜合分析，在延長32處到發線有效長度至850 m的基礎上，對8處運輸能力不滿足需求的區段采用局部復線或加站方案后，內燃牽引4 000 t，可滿足遠期運量需求。

(3)增建第二線方案[13]

若維持內燃牽引，實施增建第二線工程，關閉會讓站28處，保留車站30處，平均站間距39.1 km，靜態投資約656.77億元。本線遠期運量為客車9對/d(旅游旺季11對/d)、行包1對/d，貨運量950萬t，為單線運量水平。若建成雙線，運輸能力將大幅增加，在滿足研究年度客貨運量的前提下，富余量較大，會造成能力閑置浪費。同時，由于工程投資巨大，運營固定成本支出大幅增加，投資經濟性差，與格拉段運量增長水平不匹配，研究后予以放棄。

4.2 電化擴能方案

根據內燃改建方案研究結論，到發線延長并局部區段復線方案運輸能力可滿足運輸需求。延長車站到發線有效長方案那曲至拉薩段能力滿足運輸需求，格爾木至那曲段能力不足。對格爾木至那曲段進行電氣化改造后，全線能力滿足需求。該方案靜態投資較延長到發線有效長度并電化方案投資節省約26.15億元，節省22.9%。但其全線牽引種類不統一，內燃區段僅占全線總長的27.7%，客貨列車均需在那曲進行換機作業，不但增加那曲地區作業量，不利于全線實現直通運輸，而且增加了客貨列車在途時間，降低了運輸效率，與現狀格爾木至拉薩間貫通運輸的運輸組織模式不一致，研究后予以舍棄。本次電化擴能方案按全線統一牽引種類，研究現狀電化方案及延長到發線有效長度并電化方案。

(1)現狀電化方案

對青藏線格拉段實施現狀電化改造方案靜態投資97.52億元。受32處車站到發線有效長度650 m的限制，研究年度僅能開行4 000 t貨車3對/d(HXD1雙機牽引)，其余需開行3 000 t(HXD3雙機牽引)貨車，運輸能力適應情況見表5。由5表可知，電化后近期運輸能力可滿足需求，遠期能力不足。該方案4 000 t列車開行數量受限；需同時組織3 000 t和4 000 t列車，運輸組織相對復雜；3 000 t列車不能與格爾木地區各既有及規劃線實現直通運輸，增加格爾木地區作業量及貨車在途時間。

表5 現狀電化后的能力適應情況

(2)延長到發線有效長度并電化方案

將除拉薩外剩余32處到發線由650 m延長至850 m，組織開行4 000 t(HXD1雙機牽引)列車，同時實施電化改建工程。該方案靜態投資114.08億元，運輸能力適應情況見表6。由表6可知，線路輸送能力大于運輸需求，且近期存在一定富余。

表6 到發線延長并電化的能力適應情況

4.3 擴能方案比選

(1)運輸能力對比

①內燃擴能方案：僅延長剩余32處車站到發線有效長，全部組織開行4 000 t列車后，近、遠期運輸能力均不足，需進一步增設會讓站或局部區段復線滿足運輸需求。

②電力擴能方案：現狀電化方案滿足近期運輸需求，遠期能力不足；延長到發線有效長度并電化改造，改造后，近、遠期能力均滿足運輸需求，近期能力富余較大。

(2)運輸質量對比

格拉段地處高寒地區，其中，望昆至安多間551 km處于多年凍土區，線路允許速度100 km/h，約占格拉段全長的49%。旅客列車在該區段最高行車速度按100 km/h控制，其余區段最高行車速度120 km/h。按線路行車速度標準進行牽引計算[14-15]，并對內燃和電化改建方案客貨列車旅行時間分析。內燃方案旅客列車平均旅行時間13.8 h，平均旅行速度82.5 km/h；貨物列車平均旅行時間33.9 h，平均旅行速度34.5 km/h。電化方案旅客列車平均旅行時間12.8 h，平均旅行速度88.7 km/h；貨物列車平均旅行時間27.8 h，平均旅行速度40.5 km/h。兩方案相比，電化方案旅行時間較內燃方案旅客列車節省1.0 h，貨物列車節省6.1 h。

(3)投資及運營成本

從工程投資分析，內燃牽引延長到發線并進一步增設會讓站或局部區段復線方案近遠期工程總投資95.86億元。現狀電化方案近期工程總投資97.52億元，遠期增加投資18.93億元。電化并延長到發線方案工程投資114.08億元。從運營成本分析[16-18]，電化改建方案較內燃改建方案能耗降低明顯，經測算，電化改建方案近期單位運營成本(不含折舊)為0.138元/換算t·km，內燃改建方案近期單位運營成本(不含折舊)為0.173元/換算t·km，電化改建方案較內燃改建方案近期全線運營成本可節省2.19億元/a。

(4)運輸組織及運營干擾分析

因格拉段僅部分車站有效長度為850 m，僅可開行少部分4 000 t列車，大部分列車牽引質量仍為3 000 t。現狀電化方案不能與格爾木地區各既有及規劃線實現直通運輸，增加格爾木地區作業量，降低部分貨物列車運輸效率。此外，該方案僅能滿足近期運輸需求，遠期仍需進一步延長剩余32站到發線有效長度，將對既有線運營造成頻繁干擾。延長到發線有效長度并電化方案投資較現狀電化方案近期投資增加16.6億元，近期輸能較現狀電化方案提高183萬t/a，可有效應對本線客流的不確定性，避免遠期延長到發線工程對既有線運營造成再次干擾[19-22]。

(5)綜合分析

采用內燃牽引，延長全部車站到發線有效長度至850 m，近遠期能力均不足，需采用局部區段加站或增建二線方案，但存在工程建設規模大、投資高、對運營干擾大等缺點。采用電力牽引，列車運行速度快、全線旅行時間短，旅行速度高，考慮格拉段沿線氣候及自然環境惡劣的實際條件，要求列車快速通過高原，以縮短客貨列車旅行時間，電化改建方案更具優勢?，F狀電化滿足近期需求，遠期能力不足；進一步延長剩余32處車站到發線有效長至850 m后，可滿足遠期能力需求，以及有效應對本線客流的不確定性，避免遠期延長到發線工程對既有線運營造成再次干擾。

5 結束語

青藏線格拉段是西藏自治區對外鐵路貨物運輸的主通道，隨著西藏自治區的社會經濟將進入跨越式發展階段，同內地之間的物資交流和人員往來將迅猛增長，運能與運量矛盾凸顯。為滿足運輸需求、提高運輸質量、節約運輸成本、同時有效應對本線客流的不確定性，避免遠期延長到發線工程對既有線運營造成的再次干擾，建議采用延長32處車站到發線有效長度并實施全線電化改造方案。