新建西寧至成都鐵路建設(shè)方案及標(biāo)準(zhǔn)研究

方 華

(1.軌道交通工程信息化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院),西安 710043； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院),西安 710043)

1 西寧至成都鐵路項(xiàng)目簡介

西寧至成都鐵路(以下簡稱“西成鐵路”)位于青海、甘肅、四川三省交界地帶。線路北起青海省省會西寧市，向南經(jīng)海東市平安區(qū)、黃南藏族自治州尖扎縣、同仁縣[1]；后向東南方向進(jìn)入甘肅省甘南藏族自治州，依次經(jīng)夏河縣、合作市、碌曲縣；向南經(jīng)四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋縣，接入在建成蘭鐵路黃勝關(guān)站；與成蘭鐵路共線引入成都樞紐。線路全長848.4 km，新建蘭新高鐵接軌站海東西至黃勝關(guān)正線長512.88 km(其中，青海省境內(nèi)新建長度146.119 km，甘肅省境內(nèi)新建長度185.29 km，四川省境內(nèi)新建長度181.475 km)。線路北端利用蘭新高鐵26.3 km引入西寧，南端利用在建成蘭鐵路307.7 km引入成都。

西成鐵路的功能定位是一條客、貨共線的區(qū)際快速鐵路干線[2]。客運(yùn)以通道區(qū)域間旅客交流為主，兼顧旅游客流和沿線城際客流[3]；貨運(yùn)主要為沿線地區(qū)的地方貨物集散。

根據(jù)功能定位，主要開行動車組及普速客車、兼顧沿線輕快貨物交流[4]。運(yùn)量預(yù)測最大區(qū)段貨流密度(合作至黃勝關(guān)段)近、遠(yuǎn)期分別為104萬t和135萬t，客車近、遠(yuǎn)期分別為61對/d和87對/d。

西寧成都鐵路平、縱斷面示意見圖1。

圖1 西寧至成都鐵路線路方案示意

2 西寧至成都鐵路建設(shè)方案設(shè)置

根據(jù)2016年頒布的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，西寧至成都鐵路為“八縱八橫”高速鐵路主通道，“八縱”通道蘭(西)廣通道：蘭州(西寧)—成都(重慶)—貴陽—廣州高速鐵路的重要組成部分[5]。同時，根據(jù)客流特征及運(yùn)量預(yù)測，功能定位為以客為主、兼顧沿線少量貨運(yùn)的鐵路通道，沿線黃南、甘南、阿壩等少數(shù)民族地區(qū)具有一定的貨運(yùn)需求，客觀上需具備客貨共線功能[6]。因此，本次研究建設(shè)方案按客貨共線方案和客專方案兩種方案進(jìn)行分析。

2.1 方案設(shè)置

2.1.1 方案1：新建客貨共線鐵路方案

根據(jù)客貨運(yùn)量預(yù)測和分析，近、遠(yuǎn)期最大區(qū)段貨流密度和旅客列車對數(shù)分別為102萬t/年、135萬t/年和67對/d、89對/d。新建客貨共線方案限制坡度按25‰，速度目標(biāo)值200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面條件進(jìn)行建設(shè)[7]，運(yùn)輸組織模式為客貨列車共線運(yùn)行，運(yùn)行的列車種類有動車組、普速旅客列車和快運(yùn)貨物列車。

2.1.2 方案2：新建客運(yùn)專線方案

新建客運(yùn)專線方案為新建一條客運(yùn)專線，承擔(dān)動車組列車和普速旅客列車，沿線貨運(yùn)量由其他運(yùn)輸方式承擔(dān)[8]。新建客運(yùn)專線方案按25‰限制坡度，采用250 km/h速度目標(biāo)值進(jìn)行建設(shè)。

2.2 方案比選

從線路走向、路網(wǎng)分工、運(yùn)量水平、運(yùn)輸組織等方面對比客貨共線和客運(yùn)專線方案[9]。

2.2.1 線路走向比較

兩方案的線路走向基本一致，線路自西寧地區(qū)蘭新高鐵區(qū)間接軌引出，以24.4 km的長隧道穿越拉脊山至化隆縣昂思多溝設(shè)化隆站，跨黃河后經(jīng)尖扎縣和黃南州首府同仁縣設(shè)站；以22.4 km的特長隧道翻越西秦嶺山脈，進(jìn)入甘肅境內(nèi)，至甘肅省夏河縣，跨大夏河至唐尕昂車站與蘭合線接軌，沿隔河河谷行至合作市設(shè)站。出合作后，以橋隧工程于碌曲縣城東30 km設(shè)碌曲站，出站后以橋隧工程穿越尕海則岔國家級自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)(長度約39 km)至郎木寺鎮(zhèn)設(shè)站，出站后進(jìn)入四川省境內(nèi)，經(jīng)阿壩州若爾蓋縣、翻越岷山山區(qū)進(jìn)入松潘縣境內(nèi)，引入在建成蘭鐵路黃勝關(guān)站。

正線線路全長496.67 km，新建橋梁124.9 km/149座，隧道282.1 km/61座，橋隧總長407.0 km，占線路總長的81.9%，新設(shè)車站17處。

2.2.2 路網(wǎng)分工分析

本線經(jīng)成蘭線黃勝關(guān)至成都段引入成都，該段長度為308 km。現(xiàn)已按客貨共線200 km/h開工建設(shè)。考慮本線在路網(wǎng)中主要承擔(dān)青海中東部、甘肅河西走廊及新疆地區(qū)與川西、云貴、廣西及華南部分地區(qū)的旅客交流，同時兼顧沿線地方少量輕貨運(yùn)輸[10]，與蘭渝線共同構(gòu)成西北至西南區(qū)際鐵路通道，本線為西北至西南地區(qū)客運(yùn)主通道，蘭渝線為貨運(yùn)主通道[11]。按客運(yùn)專線建設(shè)和按客貨共線建設(shè)對旅客運(yùn)輸影響不大，但采用客貨共線方案與成蘭線黃勝關(guān)至成都匹配性好，若按客運(yùn)專線建設(shè)無法兼顧輕貨運(yùn)輸。

2.2.3 從運(yùn)量分析

從運(yùn)輸需求來看，客貨共線方案和客運(yùn)專線方案均主要承擔(dān)青海中東部、甘肅河西走廊及新疆地區(qū)與川西、云貴、廣西及華南部分地區(qū)的旅客交流，吸引范圍基本一致。因此，客專方案在客運(yùn)量上較客貨方案無明顯增加，但卻喪失了貨運(yùn)功能。

2.2.4 對沿線資源開發(fā)作用

本線沿線具有一定的貨運(yùn)需求。客貨共線方案可較好地滿足沿線貨運(yùn)需求，也可作為西北至西南的貨運(yùn)輔助通道。而客專方案，沿線的貨運(yùn)量則需通過公路等其他方式運(yùn)輸。該區(qū)域山大溝深，交通條件差，出行不便，沿線物資利用鐵路運(yùn)輸相對較好。因此，客貨共線方案對沿線貨運(yùn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。

2.2.5 運(yùn)輸組織及運(yùn)營效果分析

因橋隧比重高達(dá)82%，貨運(yùn)主要考慮同仁、合作、若爾蓋3處較大站點(diǎn)辦理，2個方案新建長度一致，工程設(shè)置一致。

客貨共線方案客貨列車共線運(yùn)行，運(yùn)輸組織較為復(fù)雜，線路養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用較高；客運(yùn)專線方案本段全部運(yùn)行客車，運(yùn)輸組織相對簡單[12]，西寧至黃勝關(guān)段旅客列車旅行時間由客貨共線方案的172min(速度200 km/h)，縮短至144 min(速度250 km/h)，旅行時間節(jié)省28 min。客專方案較客貨共線方案旅行時間雖然進(jìn)一步縮短，但客專方案縮短旅行時間并不明顯，客專方案與客貨共線方案吸引范圍基本一致，但卻無法兼顧地方沿線的貨運(yùn)需求。

2.2.6 工程技術(shù)條件和工程經(jīng)濟(jì)性比較分析

對兩方案引起其他基礎(chǔ)技術(shù)條件的不同進(jìn)行分析，見表1。

表1 技術(shù)條件分析

由表1可知，因橋隧比重高，線路順直，客貨共線方案與客運(yùn)專線方案經(jīng)過沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)一致，引起工程變化主要為線間距、隧道斷面、橋梁梁型、路基寬度、供變電等。主要工程數(shù)量及投資比較見表2。

表 2 方案經(jīng)濟(jì)比較

由表2可知，客運(yùn)專線方案工程投資較客貨共線方案增加64.53億元。

2.3 建設(shè)方案比選及推薦意見

通過對線路走向、路網(wǎng)分工、運(yùn)輸需求、運(yùn)營效果等綜合分析，客貨共線方案與成蘭線建設(shè)方案較匹配，填補(bǔ)了該區(qū)域鐵路貨運(yùn)設(shè)施；客專方案在客運(yùn)量上較客貨方案無明顯增加，卻喪失了貨運(yùn)功能，且客專方案工程投資增加較明顯，但旅行時間節(jié)省有限。

綜合考慮，本線推薦客貨共線方案。因旅客列車對數(shù)占比較大，貨物列車若以傳統(tǒng)組織模式將占用較大能力，影響動車組開行，因此，貨物列車應(yīng)以快運(yùn)貨物的方式開行。該線建設(shè)速度的選擇既要滿足不同等級客運(yùn)需求，同時應(yīng)在滿足輕快貨物運(yùn)輸?shù)那疤嵯录骖櫬眯兴俣龋s短速差。

3 速度目標(biāo)值方案

鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)是針對鐵路選線、相鄰路網(wǎng)、線路能力、工程造價、運(yùn)輸組織、運(yùn)營質(zhì)量等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對鐵路建設(shè)內(nèi)容起指導(dǎo)性作用[13]，是鐵路設(shè)計(jì)的核心技術(shù)和重要指引[14]。速度目標(biāo)值為最主要的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)之一[15]，本次重點(diǎn)對西寧至成都鐵路的速度目標(biāo)值進(jìn)行分析。

3.1 時間目標(biāo)值的確定

根據(jù)擬定的建設(shè)方案，本線按客貨共線鐵路建設(shè)，主要運(yùn)行動車組、普通客車及輕快貨運(yùn)三種列車，不運(yùn)營傳統(tǒng)牽引質(zhì)量的重型貨車，且輕快貨車牽引質(zhì)量1500t與普速客車質(zhì)量基本相同，其旅行速度可比運(yùn)營傳統(tǒng)貨車的線路高[16]、速差小，因此，在時間目標(biāo)值的定位上可高于普通客貨共線鐵路，略低于250 km/h高速鐵路。

目前，西寧至成都既有鐵路需經(jīng)蘭青、隴海、寶成繞行，里程為1400 km，旅行時間約26.6h，呈現(xiàn)旅行時間長、出行舒適度差的特點(diǎn)。本線建成后，形成西寧至成都間一條便捷通道，運(yùn)營里程848.4 km，旅行時間能控制在10h以內(nèi)，與現(xiàn)狀普通旅客列車相比旅行時間可節(jié)省50%以上，具備很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。因此，時間目標(biāo)值定為10h。

3.2 速度目標(biāo)值方案比選

根據(jù)本線功能定位、運(yùn)輸需求及相鄰線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研究了160，200，200 km/h預(yù)留250 km/h三類主要速度目標(biāo)值方案，其中，針對200 km/h預(yù)留250 km/h方案，本次結(jié)合工程投資、行車旅行時間及本線運(yùn)輸特點(diǎn)，研究了200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面條件、200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面(紅原至郎木寺250 km/h)、200 km/h預(yù)留250 km/h工程條件3個方案。

從路網(wǎng)協(xié)調(diào)性、運(yùn)輸組織適應(yīng)性、技術(shù)性、舒適性及工程投資、運(yùn)營效果等方面對速度目標(biāo)值3個方案進(jìn)行全面比較。

3.2.1 路網(wǎng)協(xié)調(diào)性分析

西寧至成都鐵路是“八縱八橫”中“蘭(西)廣通道—蘭州(西寧)—成都(重慶)—貴陽—廣州高速鐵路”通道的組成部分，作為區(qū)際快速通道，采用高標(biāo)準(zhǔn)，以滿足客運(yùn)需求[17]。從相鄰路網(wǎng)上分析，本線客流主要是西寧及以遠(yuǎn)、蘭州與成都、重慶、貴陽等西南城市間的交流[18]，成都至重慶、貴陽地區(qū)的快速鐵路速度目標(biāo)值在250 km/h及以上。蘭新高鐵速度目標(biāo)值為200 km/h、部分250 km/h，與本線密切相關(guān)的成蘭線成都—黃勝關(guān)段速度目標(biāo)值為200 km/h。因此，200 km/h及以上方案與路網(wǎng)匹配性好，160 km/h速度目標(biāo)值與路網(wǎng)匹配性較差。

3.2.2 運(yùn)輸組織適應(yīng)性分析

本線以客運(yùn)為主、兼顧少量貨運(yùn)，旅客列車主要由動車組、普速客車組成，貨運(yùn)量較小，按由普速客車承擔(dān)快運(yùn)貨車考慮，可縮短與普速旅客列車間的速差，充分利用運(yùn)行圖的空閑組織行車。全線客、貨列車速度目標(biāo)值若按160 km/h組織行車，運(yùn)輸組織相對靈活，但運(yùn)輸質(zhì)量低、與本線主要承擔(dān)客運(yùn)的功能定位適應(yīng)性差。200 km/h方案、250 km/h方案因本線承擔(dān)的貨運(yùn)由客車車底承擔(dān)，可減小速差，適應(yīng)性也較好。

3.2.3 旅客列車舒適性分析

本線是為客貨共線鐵路，研究年度承擔(dān)少量的快運(yùn)輕貨物列車，牽引質(zhì)量1 500 t，200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面條件、200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面(紅原至郎木寺250 km/h)方案及200 km/h預(yù)留250 km/h工程條件3個方案均采用高速鐵路線路平、縱斷面標(biāo)準(zhǔn)，利用較長的緩和曲線和豎曲線，提高了旅客列車的舒適性；160 km/h和200 km/h兩方案采用客貨共線線路平、縱斷面標(biāo)準(zhǔn)，旅客列車的舒適性相對較差。

3.2.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較與分析

160，200，200 km/h預(yù)留250 km/h方案按預(yù)留平縱斷面條件及預(yù)留工程兩種情況開展研究，四類速度目標(biāo)值引起其他基礎(chǔ)技術(shù)條件的差異對比見表3，各方案工程數(shù)量及投資比較見表4。

表3 不同速度目標(biāo)值技術(shù)條件分析

表4 速度目標(biāo)值主要工程數(shù)量及投資比較

由表4可知，相較于200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面(紅原至郎木寺250 km/h)方案，160 km/h方案投資最為節(jié)省，200 km/h和250 km/h預(yù)留平縱斷面條件投資節(jié)省次之，200 km/h預(yù)留250 km/h工程條件方案投資最高。

3.2.5 方案運(yùn)營效果分析

(1)25‰坡度分布情況

結(jié)合沿線地形特點(diǎn)及工程設(shè)置情況，不同段落25‰坡度情況統(tǒng)計(jì)見表5。

表5 不同段落25‰坡度情況統(tǒng)計(jì)

由表5可以看出，全線合作至海東西段25‰坡度總長度最長，且分布較為集中，紅原至郎木寺段25‰坡度總長度最短，且分布較為分散。

(2)不同段落達(dá)速性能分析

本線速度目標(biāo)值為250 km/h時，采用350 km/h系列動車組，除個別小半徑段，達(dá)速性能均較好。

采用250 km/h系列動車組通過牽引計(jì)算模擬，效果如下。

黃勝關(guān)至紅原段：上行方向(西寧至成都方向)基本無影響；下行方向最困難地段為黃勝關(guān)至紅原岷山山區(qū)越嶺段，25%足坡頂速度為120 km/h。

紅原至郎木寺段：上行方向25%足坡頂速度為160 km/h；下行方向基本無影響。

郎木寺至合作段：上行方向最困難地段位于碌曲至則岔西秦嶺山區(qū)，25%足坡坡頂速度為135 km/h；下行方向最困難地段為郎木寺至則岔段，25%足坡坡頂速度為170 km/h。

合作至海東西段：受25%長大坡度影響，上行方向最困難地段位于同仁至甘加西秦嶺越嶺地段(甘青隧道短)，25%足坡坡頂速度為115 km/h；下行方向最困難地段位于化隆至東平段，最困難段落(坡度22%，坡長14500 m)坡頂速度為135 km/h。

由以上分析可以看出，采用250 km/h系列動車組時，黃勝關(guān)至紅原段、郎木寺至合作段、合作至海東西方向，受25%長大坡度影響，列車達(dá)速性能較差。紅原至郎木寺段25‰坡度總長度最短，且分布較為分散，動車組列車達(dá)速性能最好。

(3)不同速度方案運(yùn)營效果分析

不同設(shè)計(jì)速度方案投資及運(yùn)營效果指標(biāo)比較見表6。

表6 投資運(yùn)營效果比較

由表6可知，160 km/h方案工程投資最省，200 km/h預(yù)留250 km/h工程條件方案工程投資最大。200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面(紅原至郎木寺250 km/h)方案較200 km/h及200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面條件方案，投資分別增加10.5億元和7.9億元，分別增加1.4%和1 %。運(yùn)行時分可縮短8 min，減少4.7%。同時200 km/h預(yù)留250 km/h工程條件，預(yù)留了提速條件，提速后運(yùn)行時分可進(jìn)一步節(jié)省， 運(yùn)行時間較200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面(紅原至郎木寺250 km/h)方案時間可節(jié)省20 min。

3.2.6 速度目標(biāo)值研究結(jié)論

從功能定位考慮，本線為“八縱八橫”蘭(西)廣通道的組成部分，是西北至西南區(qū)際間的客運(yùn)主通道，應(yīng)采用高標(biāo)準(zhǔn)以滿足客運(yùn)需求；從路網(wǎng)匹配性考慮，200 km/h及200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面條件方案、200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面(紅原至郎木寺250 km/h)方案及200 km/h預(yù)留250 km/h工程條件方案與路網(wǎng)匹配性好；從工程設(shè)置考慮，200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面(紅原至郎木寺250 km/h)方案較200 km/h方案及200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面條件方案投資增加較少，但縮短運(yùn)行時分8 min。從動車組達(dá)速性能考慮，紅原至郎木寺段地形平坦，工程相對簡易，250 km/h系列動車組按250 km/h運(yùn)行列車達(dá)速性能最好，該段提速條件優(yōu)越。

綜上所述，本次研究速度目標(biāo)值推薦郎木寺至紅原段250 km/h，其余段采用200 km/h預(yù)留250 km/h平縱斷面條件。

4 結(jié)語

西寧至成都鐵路是西北地區(qū)連接西南、溝通華南的重要鐵路通道，是西寧(蘭州)至成都的便捷通道，是中長期高速鐵路網(wǎng)“八縱八橫”中蘭(西)廣高鐵通道的組成部分，是青海、新疆至西南地區(qū)客運(yùn)主通道，同時也是一條國土資源開發(fā)性的線路。因此，本線的功能定位是以客為主、兼顧沿線少量貨運(yùn)的一條區(qū)際快速鐵路干線。

客貨共線方案與成蘭線建設(shè)方案相匹配，可在與功能定位相匹配的情況下兼顧客貨運(yùn)輸需求。

本線旅客列車運(yùn)行有動車組列車、普速旅客列車，動車組列車按200 km/h、普速旅客列車按160 km/h組織行車。因旅客列車對數(shù)占比較大，本線貨物列車以行包快運(yùn)專列貨物的方式開行。動車組在西寧至成都全線運(yùn)行4.8h、普速旅客列車運(yùn)行6.2h。現(xiàn)狀西寧至成都高速公路全程運(yùn)行時間約22h，建成后動車組可較現(xiàn)狀公路節(jié)省17.2h，普速旅客列車可較現(xiàn)狀節(jié)省15.8h，節(jié)時效果明顯。本線建成后，旅客列車旅行時間將進(jìn)一步縮短。