既有單線鐵路直通運行高速動車組提速方案研究

劉 派，李問秋，琚珺喆

(1.西南交通大學 牽引動力國家重點實驗室，四川 成都 610031； 2.武漢紡織大學管理學院，湖北 武漢 430073； 3.昆明軌道交通集團有限公司，云南 昆明 650051)

近年來，中國高速鐵路建設進程快速推進，截至2020年底，中國高速鐵路運營里程已達到3.79萬km，居世界首位，高速鐵路網已經基本成型。目前，高速鐵路網已基本覆蓋國內各省會與主要大中型城市，然而仍存在部分地區雖有高速列車的運行需求，卻并不具備新建高速線的條件。因此，有必要對高速動車組直通既有線問題進行相關研究。

井岡山市地處江西省南部，羅霄山脈中段，是由吉安市代管的縣級市，每年有大量的外出務工客流、經商客流以及返鄉客流。此外，井岡山也是我國重要的旅游城市，境內的井岡山風景區為國家AAAAA級旅游景區，且已列入世界遺產預備名單，長期以來吸引著來自全國各地乃至海外的游客前往參觀。因此，井岡山地區需要大運量、快速、便捷的對外交通方式來應對日益增長的客流，鐵路客運便是滿足以上需求的最佳選擇。本文將以吉衡線吉安南—井岡山段為例，結合其平面條件對高速動車組直通運行的影響，提出既有單線鐵路直通運行高速動車組提速方案。

1 吉衡鐵路概況

吉衡鐵路自京九線吉安南站引出，到達江西省井岡山市后，穿越羅霄山脈進入湖南省，途經炎陵縣、茶陵縣、攸縣與安仁縣，最后接入衡陽樞紐，與京廣鐵路、衡柳鐵路等線路連通。吉安至井岡山鐵路始建于2005年，2007年開通運營[1]，吉井鐵路(井岡山鐵路)建成初期為內燃單線鐵路，線路允許速度為120 km/h，后在衡茶吉線建設時完成電氣化改造。井岡山至衡陽鐵路始建于2008年底，2013年底運行貨物列車，2014年7月起開行旅客列車，該段為國鐵Ⅰ級單線電氣化鐵路，設計速度為160 km/h，預留200 km/h平面條件[2]。吉衡鐵路(吉安南—顏家壟)平面示意圖如圖1所示。

井岡山地區對外鐵路交通依靠吉衡鐵路，旅客列車可通過吉衡鐵路通達北京、上海、廣州、長春、青島、南寧等地。目前，吉衡線運行的客車均為普速列車，暫未開行動車組列車，現有線路已很難滿足井岡山及附近地區日益增長的客運需求。而位于吉衡線終點的湖南省衡陽市，早在2009年底便開通武漢—廣州高速動車組列車，2013年底開通衡柳鐵路方向動車組，2018年底又開通了懷邵衡鐵路方向動車組列車；吉安市區也于京港高速線昌贛段通車后迎來高速動車組列車。若吉衡線開行動車組列車，通過昌贛客專等線路即可通達全國各地，并能大幅壓縮井岡山至各地的運行時間，對加強井岡山市對外交通聯系，促進地區間合作與人才交流，推動當地經濟發展具有重要作用。吉衡線與鄰線主要技術標準表見表1。

表1 吉衡線與鄰線主要技術標準表

2 高速列車穩定運行試驗

根據現行線路維修規則，高速列車在有砟軌道最大欠超高值為一般40 mm，困難60 mm，此標準相對保守，具備調整欠超高限值的條件[4]。為進一步驗證欠超高對高速列車運行穩定性的影響，本文結合吉衡線鄰線贛瑞龍線相關試驗，對相關指標進行分析。贛瑞龍線起于江西贛州，終至福建龍巖，設計為200 km/h客貨共線鐵路，最小曲線半徑為一般地段3 500 m，困難地段2 800 m。原中國鐵路總公司曾于贛瑞龍線K6～K60段進行速度適應性試驗[5]，試驗段位于贛縣站與會昌北站間，下行線最小曲線半徑4 500 m。最高試驗速度達到310 km/h，局部限速270 km/h～280 km/h，具體如表2所示。

贛瑞龍試驗段曲線中，其緩和曲線長與超高按照均衡速度160 km/h設置，按200 km/h運行時最大欠超高為40 mm，即規定最大欠超高的一般值。測試結果表明，試驗動車組在310 km/h運行工況下脫軌系數、輪重減載率及輪軸橫向力均在其相應評判標準限值內，具體如表3所示。當列車欠超高達到試驗最大值140.58 mm時，相關技術指標方出現偏差，此時試驗動車組通過R-4 500曲線半徑，通過速度280 km/h，超出試驗允許速度10 km/h。

表2 贛瑞龍線速度適應性試驗速度表(下行)

表3 試驗列車穩定性指標最大值列表

表4為試驗段不同速度下欠超高值，從表4可以發現，動車組運行速度為300 km/h時，大部分曲線超高超過100 mm，最高達127 mm，有效證明了高速列車在欠超高100 mm的條件下的運行安全。當運行速度為250 km/h時，曲線欠超高均不超過100 mm，且低于最高試驗速度50 km/h以上，安全余量足夠。因此，設計速度200 km/h的贛瑞龍線曲線要素具備高速列車按250 km/h運行的條件。進而得出結論，高速列車在欠超高100 mm的條件下穩定性指標符合規范要求，工程中為留有安全冗余，可取90 mm。

表4 贛瑞龍線試驗段不同速度下欠超高值

3 曲線要素與既有工程分析

吉井鐵路，即吉衡線吉井段，在最初設計時按120 km/h預留提速條件的內燃單線標準，最小曲線半徑一般1 600 m，困難1 200 m，實際實施時，吉安南至井岡山間除吉安南疏解區外最小曲線半徑均取到一般條件1 600 m，理論上講滿足提速160 km/h的困難條件。不過，吉衡線吉井段存在隧道截面積較小的問題，受隧道截面積限制，難以保證160 km/h穩定性指標不超限。根據昆玉河線提速的相關經驗[6]，隧道段提速目標值選為140 km/h較為合理。表5為吉衡線吉井段隧道表，由表5可知，吉衡線吉安南站出站后第一個隧道為洲門隧道，中心里程為K35.595，位于永陽街—石坑區間；接下來便為K43～K62隧道群，位于石坑—江邊區間；江邊站出站后，分別經過江邊隧道與井岡山隧道，到達原吉井鐵路終點站井岡山站。

表5 吉衡線吉安南—井岡山段隧道表

由此，本次研究吉衡線吉井段提速的重點區段為位于禾水谷地的吉安南—石坑段，如表6所示，吉衡線吉井段曲線超高按照貨物列車均衡速度設置，在不變更曲線超高的情況下，吉安南—洲門隧道大部分區段滿足160 km/h運行要求，若維持欠超高60 mm的標準，便無法實現全線140 km/h及以上的貫通。參考前文研究成果，若按欠超高90 mm考慮，則需在南街線路所限速140 km/h，隴陂灣大橋—洲門隧道限速145 km/h，洲門隧道—石坑站限速140 km/h。

因此可得出初步結論，吉衡線吉井段全線具備提速至140 km/h及以上的條件，吉安南—石坑段有進一步提速至160 km/h(局部限速)的條件，這一標準也更能適應吉衡線井衡段以及鄰線京九線、京廣線的技術標準，提升了動車組列車直通質量。

吉井段提速后，近期由于客貨列車速差變大，對提高通過能力有一定影響。但遠期隨著分茶線改造，將吉井段貨物列車分流后，吉井段將僅運行客車。由于提速至140 km/h及以上，列車區間運行時分減少，在無貨物列車運行的情況下，相比提速前，吉井段通過能力將有較大提高。由于目前吉衡線吉井段仍處于客貨混運狀態，無法編制平行運行圖，因而實際通過能力有所下降。目前，吉衡線有8對貨物列車，現狀平圖能力為29對。待提速完成后，初期仍然存在著客貨列車混跑現象，因此，初期運行列車對數在20對左右相對合理。自2019年初，向塘西—衡陽北貨物列車改由單機HXD1C型機車牽引，牽引定數降至2 800 t。由于牽引定數的降低，貨物列車運行對軌道的磨損減小，軌道不平順程度降低。線路提速后，特別是增開動車組列車后，為保證運行平穩，對軌道精度要求更高，因此牽引定數的降低會減小軌道維護的壓力。

表6 吉衡線吉安南—石坑段不同欠超高下通過速度表

4 結論與展望

一直以來，中國鐵路建設的定位是：客運逐步轉移至新建高速鐵路，既有線路以貨運為主兼顧客運，并提高牽引質量。不過，需要指出的是，在干線成網之后，仍有大量運輸需求很大的地區沒有高鐵干線經過，井岡山市便是典型例子，通過技術改造實現高速列車從高速線直通至既有線，是實現該地區高速列車運營的重要途徑。

吉衡線作為井岡山市目前唯一鐵路通道，為單線電氣化鐵路，吉井段目前限速120 km/h，可在南街線路所實現與京港高速線昌贛段連接，直通運行實現后，有望實現井岡山地區與包括省會南昌在內的省內外主要城市的高速列車運營服務。為充分利用高速列車性能，研究表明，吉衡鐵路吉安南—井岡山段全線具備提速至140 km/h及以上的條件，吉安南—石坑段局部可提速至160 km/h。研究成果除了為吉衡線高速動車組直通方案提供參考外，對于其他單線鐵路也具有一定的普適性。