大包线开行万吨列车方案研究

张晓东

（中铁第一勘察设计院集团有限公司 线路运输处，陕西 西安 710043）

1 大包线开行万吨列车的必要性

1.1 大包线现状

京包线大同—包头段既有线全长447.95 km，其中大同枢纽属太原铁路局管辖，其余均属呼和浩特铁路局管辖。本段旅客列车采用DF4D型机车牵引，编挂辆数为13～18辆；货物列车采用DF8B、DF4B型机车牵引，牵引质量上行为3 800 t、下行为3 500 t；集宁—呼和浩特为双机牵引区段，摘挂列车(单机)牵引质量为2 000 t。列车追踪间隔时间为8～10 min。

1.2 大包线开行万吨列车的必要性

根据大秦线4亿t扩能规划，大秦线以开行 20 000 t 重载列车为主，采用大重量、低密度、固定车底循环运输的开行模式。因此，要求相邻线到发大秦线的列车牵引质量尽量统一为 5 000 t、10 000 t 和20 000 t，在湖东站集结为 20 000 t 列车或直接通过。大包线开行万吨列车可以较好满足大秦线集运条件，减少大同枢纽及湖东站作业压力，有效提高运输能力。

《铁路主要技术政策》指出：“发展大宗货物重载运输和高附加值货物快捷运输，运煤专线可开行 10 000 t 或 20 000 t 的重载货物列车”。大包线开行万吨煤炭专列，符合铁路主要技术政策的要求。

2 大包线万吨列车牵引方式

2.1 牵引动力适应性

大包线的限制坡度：大集段(大同—集宁南)上下行分别为4‰和9‰、集呼段(集宁南—呼和浩特)为9‰、呼包段(呼和浩特—包头)为6‰。呼包段、大集段煤炭专列采用DF8B型机车单机牵引5 000 t，集呼段采用DF8B+DF4型双机牵引，白塔—十八台为补机地段。

为充分利用既有设备、既有线开行万吨列车，仍采用既有DF8B、DF4B型机车牵引，机车在不同限坡区段对应牵引质量见表1。

表1 各区段不同牵引力使用系数牵引质量比较表

由表1得知，按《牵引计算规程》计算，考虑牵引力使用系数采用0.9，集宁南—包头西均不能满足开行万吨列车条件。若牵引力使用系数采用1.0，集宁南—呼和浩特西采用DF8B三机牵引仍不能满足开行万吨列车条件。针对集呼段 9‰ 地段不多且分布不均匀的特点，利用动能闯坡DF8B三机牵引 10 000 t，经模拟牵引计算显示列车最低速度 31.4 km/h，大于DF8B型机车持续速度 31.1 km/h，可以利用动能闯坡三机牵引10 000 t。但考虑采用DF8B三机牵引需增加DF8B机车台数，造成既有DF4B型机车闲置，同时利用动能闯坡尚需试验进一步验证，因此内燃过渡阶段万吨列车暂按DF8B双机牵引，其中集呼段加补两台DF4B型机车。

2.2 机车附挂方式

目前大秦线开行的万吨列车有2种牵引方式，一种为两台机车均在前面的整列式万吨列车，一种为两台机车一前一中的组合式万吨列车。大包线研究了整列式和组合式 2 种牵引方式。

整列式牵引方式在双机牵引地段，2台机车均在头部，在补机地段，补机加挂在列车尾部；组合式牵引方式在双机牵引地段，2 台机车在一前一中，在补机地段，补机加挂在列车头部。2 个方案的主要区别在于：整列式万吨列车由于机车位于列车头部，列车制动充风时间长，但该牵引方式无需安装同步操纵设备；组合式万吨列车虽可有效减少万吨列车充风时间，但需在机车上安装同步操纵设备。根据相关科研单位的研究，若采用Locotrol设备，安装机车同步操纵设备存在以下问题。①若机车安装Locotrol设备，则前期需要完成包括调研、接口设计、试验验证、机车制动机的更换等大量的工作，周期会很长；②大包线没有GSM-R铁路数字移动通信平台，只能采用800 MHz电台通信方式，但当列车在隧道中运行时，这种通信方式通信性能将会降低。同时经检算 4 台(内燃)机车牵引10 000 t，机车、车辆的车钩强度均有一定的余度，满足安全要求。因此，机车牵引方式暂按双机牵引，补机地段尾部加补2台DF4B型机车的整列式牵引方式。

3 大包线万吨列车车站分布

3.1 万吨列车车站分布原则

（1）近、远结合，兼顾大包电化、集包三四线的车站分布及运输组织方案，确定万吨列车的集疏站和会让站，以减少废弃工程。

（2）车站分布尽量选择既有平、纵断面条件较好，工程量较小的车站，减少工程投资。

（3）车站分布应考虑区间通过能力的均衡性。

（4）万吨列车集疏站选址应在有大量煤炭产生或集结、便于组合成列，并有配套机务车辆设备的车站。

3.2 万吨列车煤炭集疏点的选择

发往大秦线煤炭运量构成表明，大秦线集运的煤炭主要来自包惠段、既有包神线、包头枢纽及大包沿线，其中大包沿线运量较少，因此煤炭运量主要集结在包头枢纽。万吨列车集疏站应选择在有大量煤炭产生或集结、便于组合成列，并有配套机务车辆设备的车站。通过工程条件及站点分布比较，将包头地区古城湾站设置为万吨列车集疏站。

3.3 摘挂补机点的选择

大包线集呼段既有限制坡度为9‰，现为补机地段，补机点分设在白塔和十八台。由于9‰地段主要分布于既有白塔—十八台之间，根据牵引动力适应性的分析，开行万吨列车后集呼段仍为补机地段，

3.3.1 补机点选择

考虑近、远结合的原则，集包三四线建成后，将在呼和浩特地区建成货物列车外绕线，万吨列车经货物列车外绕线运行，呼和浩特地区货物列车外绕线在台阁牧和白塔接轨，因此补机点不宜设在呼和浩特地区。补机点选择主要考虑利用既有白塔站和在台阁牧新设补机点2个方案。利用既有白塔站具有补机地段走行距离短的优点，但从工程方面分析，既有白塔站受地形限制改扩建比较困难，只能满足上行方向补机要求，下行到发线不具备延长条件；新设台阁牧补机点方案工程条件较好，上下行到发线有效长均可延长，万吨列车可原列返回，能有效缓解本段能力紧张的局面，但补机走行距离较白塔长34.8 km，增加运用机车约 4 台。经综合分析，开行万吨列车后补机点选择设在台阁牧车站。

3.3.2 摘机点选择

十八台至葫芦间上行方向为9‰足下坡，经呼和浩特铁路局制动力试验，可以满足下坡制动要求；且补机距离较短，可以利用既有机务实施。摘补机点选择十八台站。

3.4 大包线万吨列车车站分布

大包线共分布万吨列车车站7处，其中古城湾为万吨列车集疏站，台阁牧、十八台为摘挂补机作业点，其余为越行站。车站分布最大站间距81.4 km(堡子湾—苏集)，最小站间距48.6 km(台阁牧—陶思浩)，平均站间距65.7 km。车站分布见表2。

表2 万吨列车车站分布表

4 万吨列车开行方案

4.1 万吨列车开行原则

（1）在不影响旅客列车运行的基础上尽量增加万吨列车开行数量。

（2）在集疏站条件允许的情况下，尽量组织万吨列车集中到发，减少对其他货物列车通过能力的影响，提高运输能力。

（3）将万吨列车定位为最高等级货物列车。

4.2 万吨列车开行数量

大秦线2009年已完成货运量 4亿t，大包线发往大秦线的煤炭可组织开行万吨列车；发往集通、张集、丰沙大的车流及本线地方车流，因不具备开行万吨列车条件，仍开行5 000 t 和4 000 t 列车。研究年度大包线发往大秦线煤炭运量及万吨列车对数见表3。

表3 大包线万吨列车开行对数表

4.3 万吨列车开行方案

根据万吨列车开行地点及开行方式的不同，分别讨论万吨列车集中集束到发、分散集束到发及交接口组合3个方案。

4.3.1 万吨列车集中集束到发方案

集中集束方案是将万吨列车集中到发，每次尽量多组织万吨列车连发。本方案将旅客列车集中到发，为开行万吨列车创造条件，通过运行图铺画，在调整旅客列车开行方案后，2008年万吨列车分两次集中到发，每次13列。通过铺画满能力运行图确定的万吨列车扣除系数为1.2、旅行速度为44.40 km/h，其他货物列车旅行速度为31.63 km/h。本方案可以有效提高线路通过能力，旅客列车与重载列车分时段运行，客货列车旅行速度均较高；但本方案要求相邻煤炭集运线路集中到发5 000 t 煤炭列车，运输组织难度大，且古城湾集疏站、台阁牧、葫芦等技术作业点要求到发线数量多、站场规模较大，经估算仅古城湾增加集疏线上下行各两组后增加投资约8 000万元，同时本方案对旅客列车开行影响较大，旅客列车需集中到发。

4.3.2 万吨列车分散集束到发方案

分散集束方案是将万吨列车分组分散到发，每次组织3～4列万吨列车连发。本方案在满足既有旅客列车开行方案的基础上，按每组到发4列万吨列车，通过铺画满能力运行图确定的万吨列车扣除系数为1.5、旅行速度为31.21 km/h，其他货物列车旅行速度为22.95 km/h。本方案对其他货物列车运行影响较大，以2008年运量为例，分散集束方案比集中集束方案少开行货物列车8对/日；但本方案要求万吨集疏站及技术作业站规模较小，可减少工程投资，同时本方案运输组织调整难度相对较小，可操作性较强。

4.3.3 交接口组合万吨方案

根据万吨列车开行地点不同，提出交接口组合万吨列车方案，在本段开行 5 000 t 列车至堡子湾站，集结后发往大同枢纽。由于大包线煤炭专列按 5 000 t 开行，线路能力不能适应运量需要，故本方案不可行。

4.4 推荐方案

综上所述，若按万吨列车集中集束到发，虽能降低万吨列车扣除系数，提高货物列车旅行速度，但对旅客列车开行影响较大，同时万吨集疏站古城湾及补机摘挂作业站所需到发线数量多、增加投资较大，运输组织难度大。因此，万吨列车开行方案推荐采用分散集束到发方案。