石门至长沙铁路增建第二线速度目标值的选择研究

张 文

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

1 概述

石门至长沙铁路位于湖南省北部地区,北起常德市石门县,横跨澧、沅、资、湘四大河流,经常德、益阳、望城等市(县)到达长沙市,线路全长 266 km,是洛湛铁路通道的重要组成部分,同时也是沟通焦柳和京广两大干线的重要铁路运输通道,对于促进沿线旅游开发和区域经济发展、强化路网结构具有重要作用。

石长铁路(单线)于 1998年 10月开通运营以来,为促进当地经济发展作出了积极贡献。但随着经济不断发展,沿线火力发电厂、粮食储备库、创元铝业等项目相继建成投产,沿线旅游业不断兴旺发达,既有线通过能力已不能满足日益增长的客货运输需求。因此,对石长铁路进行扩能改造具有十分重要的意义。石门至长沙铁路增建第二线工程线路平面见图1。

图1 石门至长沙铁路增建第二线工程线路平面示意

2 速度目标值的选择

2.1 满足时间目标值要求

铁路在长途客流市场主要面临航空的竞争。由于既有石长线客流所经铁路网不是以高速、快速铁路为主,长途列车难以在旅行时间上优于航空运输。本线1 000 km以上长途客流占总客流比例较小,且本线长度较短,在长途客流所经线路长度比重较小,因此本线不宜追求过短的时间目标值,应发掘经济、便利、安全性上的优势,吸引以务工、求学为出行目的的客流,从旅行时间上创造“夕发朝至”列车开行条件,提高旅客出行的便利性。为满足西安—长沙、宜昌—广州等列车“夕发朝至”要求,本线时间目标值应为 2.7h左右(表1)。

表1 旅客列车对本线时间目标值要求分析

本线旅游资源丰富,沿线地区的中短途客流较大,铁路在此市场将主要面临高速公路的竞争。目前长沙至张家界高速公路已建成,高速公路旅行时间为 4 h,而快速列车的旅行时间 5 h。为提高铁路在客运市场的竞争力,石长铁路应在旅行时间上较公路有一定优势。由于通过高速公路出行更具便利性,为争取对高速公路的竞争优势,铁路必须在总旅行时间上应更为节省,石长铁路的旅行时间要求 2.5h。详见表2。

表2 与高速公路竞争对石长铁路时间目标值要求分析

综上所述,结合本线特点,考虑长途跨线客流“夕发朝至”需求、同高速公路竞争等因素,本线的时间目标值应为 2.5 h。

为满足时间目标值要求,本线全段列车运行速度应在 130 km/h以上。

2.2 满足与相邻铁路速度匹配要求

石长铁路客流主要途经黔张常、沪昆线杭州至株洲段、焦柳线襄石段、京广线武广段、洛湛铁路益永段等。研究年度黔张常、沪昆线杭州至株洲段速度目标值为 200 km/h,焦柳线襄石段速度目标值为 120 km/h,京广线武广段速度目标值为 130 km/h,洛湛铁路益永段速度目标值为 160 km/h。可见本线既衔接高标准的快速铁路,也衔接标准较低的既有铁路,从与相邻线路匹配关系考虑,本线速度目标值宜介于这两者之间,选择范围在 120～200 km/h。

2.3 适应本线既有条件,满足工程技术经济要求

对于既有线扩能项目,既有线提速改造速度目标值还应根据沿线地形条件和既有线现状条件,尽量考虑既有线路和设备的利用,对既有线提速改造方案进行研究后,经技术经济比选,本着经济合理的原则确定。因此,本线速度目标值对既有线和新建线路应区别对待、统筹考虑,应在高标准新线与条件困难的既有线间取得合理平衡,选取工程技术经济性良好的速度目标值方案。

综上分析,本线速度目标期望值,按全线考虑旅客列车运行速度应达到 130 km/h及以上。首先应对既有线提速改造方案进行研究,分路段结合其改造条件,合理确定既有线速度目标值,若既有线提速代价太大,不能达到期望值的标准,则新建线路应选择较高的速度目标值,使全线平均速度综合达到速度目标期望值的要求和满足时间目标值的要求。既有线提速宜在120～160km/h,新建线路宜在 160～200 km/h速度序列中按工程技术经济最优的原则合理选择。

3 既有线提速改造方案研究

据既有线现状路和路网相关铁路干线的速度标准,研究既有线提速 140、160 km/h两个改造方案。

3.1 既有线 140 km/h提速改造方案

按 140 km/h速度提速改造,改建既有线 82.25 km,改建比例为 31.3%,改造曲线 81处,其中单双绕地段 14处,新建桥梁 21-4 782m,新建隧道 21-4 576 m,废弃桥梁 13-1891 m,废弃隧道 12-1 877 m。对于部分车站、大桥地段,若按 140 km/h提速改造,工程较大、改造困难,保留局部限速地段长18.471 km,其中石门 、临澧 、常德、德山、益阳等 5个站进出站小半径保留,桥梁 6-3 174 m,隧道 2-432 m处小半径维持现状。

3.2 既有线 160 km/h提速改造方案

按 160 km/h速度提速改造,改建既有线 122.85 km,改建比例为 46.7%,改造曲线 127处,其中单双绕地段 20处,新建桥梁 32-7 420m,新建隧道 21-4 576 m,废弃桥梁 20-3210 m,废弃隧道 12-1 877 m。对于部分车站、大桥地段,若按 160 km/h提速改造,工程较大、改造困难,予保留局部限速地段长25.015 km,其中石门、临澧 、常德、德山、益阳 5个站进出站小半径保留,桥粱 7-33 058 m,隧道 2-432 m处小半径维持现状。

综上所述,140、160 km/h提速改造投资大,而节省运营时分又有限,提速成本均在5 700万元/min以上,显然代价太大,从经济上分析是不可取的;此外,既有线改造施工难度大,对既有线运营干扰大,安全隐患多;而且对于正常运营通车的石长铁路来说,废弃既有线路和桥隧建筑物太多,会造成很大的社会负面影响。160km/h提速改造相比较 140 km/h提速改造方案,代价更大。考虑石长线在路网中的地位及经济发展水平对速度目标值的需求,石长铁路提速后与路网相关铁路焦柳铁路和京广铁路速度标准不一致。因此,除区间个别的小半径曲线改造较经济合理外,对既有线原则上不再进行提速改造。既有线提速改造技术经济比较见表3。

表3 既有线提速改造技术经济比较

4 增建二线地段速度目标值方案研究

对于增建第二线,选线自由度相对较大,经技术经济比较后在经济合理的情况下应力求达到速度目标期望值,并选择较高的速度目标值。根据既有线提速改造方案研究结论,既有线基本维持现有标准,增建第二线速度目标值主要研究 160 km/h、160 km/h预留 200 km/h、200 km/h 3种方案。

第二线采用 200 km/h速度标准相对于 160 km/h来说差异在于:曲线半径加大对地形的适应性变差,与既有线并行地段减少;线间距及路基宽度加大、桥梁梁型不同、隧道断面加大、路基基底处理标准提高等引起路基、桥涵、隧道工程及征地拆迁等均有所增加。站后配套工程主要是信号工程差异较大,160 km/h铁路信号列控采用的是 CTCS-0,200km/h铁路信号列控采用的是 CTCS-2,CTCS-2较 CTCS-0增加了列控中心、点式应答器、LEU、站间列控安全信息局域网等设备,增加投资较多,其余站后工程相差不大。

石长铁路沿线为低山丘陵地段,地形条件较为困难,3种速度目标值方案技术经济比较详见表4。

表4 石长铁路增建二线速度目标值方案技术经济比较

经比较,采用 200 km/h方案与 160 km/h方案相比,增加投资 7.03亿元;160 km/h、预留 200 km/h平面方案与 160 km/h方案相比,增加投资 3.74亿元。根据线路输送能力分析,按时速 160km增建二线可满足路网规划近、远期客货运量需求,为减少废弃工程,节省工程用地和投资,故本次推荐 160 km/h方案。

5 结论

综上所述,根据既有线提速改造方案研究和增建第二线速度目标值方案比选结论,从尽量利用既有线路和设备,减少废弃工程,节省工程投资,而又满足时间目标值要求综合考虑,推荐既有线局部提速改造,增建第二线速度目标值 160km/h方案。

[1] GB 50090—2006,铁路线路设计规范[S].

[2] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.石门至长沙铁路增建第二线工程可行性研究报告[R].武汉:2009.

[3] TBJ066,铁路增建第二线工程项目建设标准[S].

[4] 铁道部.中长期铁路网规划研究[M].北京:中国铁道出版社,2004.

[5] TB10003— 2005 J449— 2005,铁路隧道设计规范[S].