膠濟鐵路既有線直通運行高速列車技術條件研究

劉派　琚珺喆　楊金龍

【摘 要】膠濟線為典型的客貨共線雙線鐵路，最高運行速度120 km/h，文章對膠濟線淄博—濰坊段平面條件進行分析，研究表明該段除兩端樞紐外，滿足高速列車以160 km/h運行條件，依照現行規范，也可提速至145 km/h。為驗證提速方案的可行性，對膠濟線站場、運輸組織等相關條件進行研究，分析其適應性，結果表明以上技術指標均滿足高速列車提速條件。本案例的相關研究，對于既有線直通高速列車改造工程實踐具有一定的指導意義。

【關鍵詞】既有鐵路; 直通運行; 高速列車; 技術標準

【中圖分類號】U212.33【文獻標志碼】A

1 膠濟鐵路概況

膠濟鐵路始建于1899年，至1904年建成通車，至今已有超過110年歷史。新中國成立后為適應經濟發展的需要，鐵道部對膠濟線進行了技術改造并增建第二線。進入21世紀，鐵道部又對膠濟鐵路進行電氣化提速改造，工程于2006年竣工，即墨—高密試驗段在2007年第六次大提速中運行速度達到250 km/h。之后為迎接2008年奧運會，又在電化線基礎上建設膠濟客運專線，濟南東—即墨實現客貨分離。目前，膠濟客運專線最高運行速度200 km/h，膠濟既有線（濟南東—即墨貨運線）最高運行速度120 km/h。

因膠濟客運專線為奧運工程，為充分利用既有工程、縮短工期，膠濟通道采用部分新建、部分改建、部分利用既有工程的方案實現客貨分線[1-3]。淄博—濰坊段中，淄博—臨淄利用電氣化工程中建成客線，臨淄—濰坊新建客專線（濰坊進站前改建既有電化線），原電化線作為貨運線（濰坊西—濰坊新建貨運線）。膠濟客運專線在該段新建青州市站、昌樂站客運車場，并改建臨淄站，原膠濟線青州市站改名為青州市南站并停辦客運業務。因臨淄站客運車場僅有下行線站臺，目前暫未辦理客運列車停靠，而臨淄區人口密集，出行需求旺盛，長期依賴公路交通，亟需鐵路客運分流。而位于客專線的青州市站遠離青州市區，使大量出行客流依然選擇公路交通。由于該地區人口眾多，臨淄、青州發往淄博、濰坊方向的公路班車已是流水發車，但依舊無法滿足龐大的客流需求。因此，在膠濟既有線淄博—濰坊段開行動車組列車，同時重啟臨淄站、青州市南站客運業務并停靠動車組，實現臨淄、青州中心城區通達淄博、濰坊地區，并通過膠濟客運專線實現直通省會濟南乃至其他地區具有重要意義（圖1）。

2 客貨共線鐵路主要技術規范

膠濟線淄博—濰坊段目前運行貨物列車與普速旅客列車，最高運行速度120 km/h。而動車組列車構造速度相對較高，為充分利用列車性能，同時兼顧列車運行安全與旅客舒適度，分析對該區段進行提速的條件是否具備，并對提速幅度加以研究。本文結合鐵路線路設計規范[5-6]以及相關試驗，對膠濟鐵路淄博—濰坊段平面條件進行分析，并檢驗動車組曲線通過動力學性能，進而確定速度目標值。膠濟線為客貨共線鐵路，應參照客貨共線鐵路平面條件標準進行研究。為滿足最高行車速度、內外鋼軌磨耗均勻以及抗傾覆安全系數的要求，客貨混運線路不同設計速度對應的最小曲線半徑如表1所示。

對于客貨共線鐵路，緩和曲線長應按表2設置。當采用表列數值間曲線半徑時，緩長可采用線性內插值并取整至10 m。曲線超高是確定緩和曲線長度及曲線線間距加寬值等相關平面標準的重要參數。改建與增加第二線調整緩和曲線長引起較大工程時，可采用較短的緩和曲線，其長度應按照實設超高設置。對于設計速度大于等于160 km/h的線路，超高順坡率一般不大于1/10v，困難不大于1/8v;對于設計速度小于等于120 km/h的線路一般不大于1/9v，困難不大于1/7v。

根據客貨共線鐵路實驗結果，乘客平均舒適度指數N = 0.0053hq + 0.560。根據廣深線旅客舒適度試驗，當欠超高30 mm時感覺良好，欠超高55 mm時感覺較好。根據得到的平均舒適度指數公式，欠超高與過超高允許值與舒適度的關系如表3所示。

為方便線路檢修，現行線路維修規則規定，高速鐵路有砟軌道最大欠超高值為一般40 mm，困難60 mm。然而，在鐵路大提速期間，普速旅客列車運行欠超高已達到90 mm，個別甚至達到110 mm。此外，日本新干線、法國TGV、德國ICE110等高速列車，在有砟軌道上運行欠超高達到100 mm及以上。因此，目前國內高速列車運行的欠超高標準過于保守，具備調整欠超高限值的條件[7]。結合現有規范與我國高速鐵路現場試驗數據，并考慮安全冗余，欠超高允許值不宜超過90 mm。考慮我國既有線客貨混運及貨車密度較大的實際，為減少大量貨物列車對曲線的破壞作用，過超高允許值不宜超過50 mm。

3 膠濟線平面條件分析

膠濟線淄博—濰坊段目前運行貨物列車與普速旅客列車，最高運行速度120 km/h。而動車組列車構造速度相對較高，為充分利用列車性能，同時兼顧列車運行安全與旅客舒適度，分析對該區段進行提速的條件是否具備，并對提速幅度加以研究。因淄博站、濰坊站基本逢車必停，且淄博樞紐與濰坊樞紐段平面條件較差，改造困難。因此，對淄博—K252（淄河橋）、濰坊西—濰坊段不考慮提速。

膠濟線K252—濰坊西段主要技術標準如下[8]：

（1）鐵路類別：I級干線。

（2）正線數目：雙線。

（3）限制坡度：5 ‰。

（4）線路允許速度：120 km/h。

（5）最小曲線半徑：2200 m。

（6）線間距：4.4 m。

（7）牽引種類：電力。

（8）到發線有效長度：1050 m。

（9）閉塞方式：自動閉塞。

表4為膠濟線K252—濰坊西上行線曲線（不含站內曲線）半徑、緩長、均衡速度列表，并包含旅客列車通過速度分別為145 km/h、160 km/h時的欠超高與貨物列車通過速度為80 km/h時的過超高。由表可知，該路段區間正線曲線半徑、緩和曲線長均滿足160 km/h路段線路設計規范的要求，在不變更曲線超高的情況下，列車以160 km/h速度通過時欠超高不超過90 mm。若提速至145 km/h，則滿足欠超高60 mm的要求。經檢算，80 km/h過超高不高于40 mm，滿足貨物列車過超高不大于50 mm的要求。

4 相關條件適應性分析

為保證運行安全，減少病害發生，降低維護成本，對動車組在超過設計速度一定范圍的情況下運行時動力學性能進行評估。根據動車組在膠濟線婁山—即墨間曲線動態測試結果[9]，當CRH2型動車組分別以180 km/h、195 km/h的速度通過R=2200 m曲線時，脫軌系數、輪重減載率、輪軸橫向力的最大值均低于限度值，具體表5所示。在膠濟線曲線通過試驗中，CRH2型動車組橫向平穩性與垂向平穩性最大平均值均小于2.50，被試車輛的運行穩定性均滿足要求。根據膠濟線即墨—高密段交會試驗[10]，兩列CRH2型動車組以250 km/h交會時會車壓力波最大幅值為1 195 Pa;CRH2型動車組以200 km/h的速度與提速貨物列車交會時，動車組所承受的最大壓力波幅值為570 Pa。均遠小于車窗所能承受的最大壓力波幅值。由上述試驗結果，當線間距為4.4 m時，動車組列車以160 km/h以上速度與提速貨物列車交會是安全的，兩列動車組列車以200 km/h以上速度交會是安全的。

膠濟線與膠濟客運專線在淄博—濰坊段共用的車站有淄博站、臨淄站、昌樂站與濰坊站。臨淄站為膠濟線與辛泰線交匯站，雖然客專場與普速場并列，但卻無法接軌;昌樂站雖有聯絡線，但僅能在理論上運行膠濟線上行至膠濟客專線上行或膠濟客專下行至膠濟線下行的列車，無法滿足青州市南站、臨淄站普速場的動車組直通運行需求，且膠濟線昌樂—濰坊段僅有濰坊西站一座貨運站。而淄博站、濰坊站聯絡線設施完善，淄博站普速場與客專場聯絡線一直有張東線與膠濟客專跨線列車運行。因此，動車組列車分別在淄博站與濰坊站實現膠濟既有線與膠濟客專線的直通運行。

青州市南站（原青州市站）為原既有線客運車站，于膠濟客運專線青州市站開通運營后停辦客運業務并改名，客運設施基本完善，包括一座高度為1 250 mm的側式站臺和一座高度為1 200 mm的島式站臺，具備高速列車的停靠條件，僅需稍加投資改造便可投入運營[11]。臨淄站的情況稍微復雜一些，臨淄站客專場下行方向有一座高度為1 245 mm的客運站臺，具備停靠動車組列車的條件，然而客專上行線方向卻沒有站臺，剩余一座站臺位于普速場，曾用于停靠7053/4次普客列車進行換向作業，高度僅為550 mm，具體如圖4所示。若要實現停靠動車組，需對該站臺進行相關改造，改造完畢后，臨淄站可供下行客專線動車組與上行既有線動車組停靠，具備開啟客運服務的條件。

截至2019年初，膠濟客專淄博—濰坊段共有76對動車組列車運行，其中40對為高速動車組列車，同時上下行共存在35列普速列車運行，能力利用率已達100 %，以至于10余對普速列車需經由膠濟既有線分流。而鄰線濟青高速線僅有45對高速動車組運行，通過能力利用率不足50 %。因此，可以考慮將大部分運行于膠濟客專的高速列車轉移至濟青高速線運行，既有線普速列車回歸膠濟客專運行，釋放出的運力可用于既有線直通動車組列車。

5 結論與展望

綜合考慮上述相關條件，膠濟線K252—濰坊西段滿足動車組160 km/h運行條件，若不調整曲線超高，且維持欠超高60 mm的標準，則須限速145 km/h。淄博—K252淄河橋、濰坊西—濰坊維持既有標準，最高限速120 km/h。該段開行動車組后，不僅能滿足區域性客流需求，還可通過膠濟客運專線與京滬高速線等線路，實現直通省會濟南以及其他省內外主要城市，遠期還可連接淄博市郊鐵路博山線。

由于本文只對平面條件進行了適應性分析，實際工程中若進行提速，還需對路基、橋涵等設施進行安全性評估。由于動車組列車絕大多數采用電力牽引，因此對于牽引供電、接觸網以及通信信號等站后工程，也要結合速度目標值進行相關分析，以確保滿足提速條件。技術問題解決之后，若有必要，也可分析其經濟性以及近遠期發展方向的要求。

目前，我國高速鐵路技術發展已日趨成熟，之后應逐步向提高高速鐵路的覆蓋范圍的方向發展。有條件的既有線應充分利用起來，以高列車直通為主要目的，進行相關適應性改造，在保證運輸效率、運輸質量與運營維護效果的前提下適當提速。

參考文獻

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[定稿日期]2021-05-06

[作者簡介]劉派（1996～），男，碩士，研究方向為鐵路工程與技術;琚珺喆（1983～），女，本科，工程師，研究方向為軌道交通規劃和建設管理;楊金龍（1994～），男，本科，助理工程師，研究方向為鐵路運輸組織。