海岫铁路扩能改造主要技术标准的研究

金发良

(沈阳铁道勘察设计院有限公司,沈阳 110013)

1 既有海岫铁路概况

既有海岫铁路北起沈大铁路的海城站,向南至岫庄铁路的起点岫岩站,正线全长89.8 km。该线于1986年10月开工建设,1991年3月全线开通运营,是辽宁省目前最长的一条地方铁路。主要技术标准为地方铁路Ⅲ级,单线,内燃牵引,限制坡度15‰,最小曲线半径300 m,到发线有效长450 m,全线牵引质量1 400 t。本线作为地方铁路,目前由地方铁路公司管理运营。全线仅办理货运业务,与国铁在三里站办理车辆交接。受地方铁路管理模式、运价水平和运输组织模式、运输能力制约,全线运量水平一直在120万t左右徘徊,每天开行2～3对货物列车。

2 本线运量水平分析

海岫铁路现为尽头式地方铁路,向南与正在建设的岫庄铁路相连。沿线地区矿产资源丰富,矿产加工业发达,是海城市及岫岩县重要的镁石矿、滑石矿开采和加工基地。目前全线到达货物103×104t,发送货物45×104t。到达主要是沿线矿产品开发企业生产用煤和沿线供暖用煤,另外有少量化肥、粮食等生活物资,发送主要是沿线的镁矿及镁制品。近几年受海岫铁路运输能力、运输价格等因素影响,大部分适合铁路运输的货物通过公路分流,不但增加了沿线企业的运输成本,而且也使地区铁路运量始终维持在较低水平。本线扩能改造后,随着运营管理模式的变化,本线的运输能力大大提高,运费明显降低,必将吸引大量企业选择铁路运输方式。牌楼镇位于海城中部地区,是海城市镁石矿、滑石矿重要的产业基地之一,海城市70%左右的镁制品生产来自牌楼镇；偏岭镇位于岫岩县西北部地区,是岫岩县镁石矿、滑石矿深加工重要的产业基地之一,现有矿产品加工企业128家。根据沿线主要乡镇矿产品储量和开发规划,预测本线近远期地方运量分别为807万t和1 062万t。

研究年度东边道铁路、岫庄铁路建成后,海岫线将与岫庄线一起构成岫岩、庄河地区与东北地区及关内进行货物交流的便捷通道。因此该线不仅承担沿线矿产品外运和燃料运输,而且将承担岫岩地区和庄河地区与东北及关内的货物交流。预测近期本线承担的上下行方向通过运量分别为300×104t和950×104t；远期本线承担的上下行方向通过运量分别为380×104t和1 460×104t，本线各方向货物交流详见表1。

表1 研究年度地区货物交流情况 万t

以本线近期运量为例,本线地方运量占39.0%,通过运量占61%,可见本线直通货物运输所占比例较大。本线地方运量主要是沿线各站发送的矿产品,基本为大宗品货物,货源集中,货流方向以关内方向为主,宜组织始发直达列车；本线通过运量以关内和蒙东地区与庄河地区的煤炭交流为主,其余为沈阳及以远与庄河地区的货物交流。全线运量以煤炭、矿产品等大宗货物为主。

3 主要技术标准的研究

铁路主要技术标准主要包括线路等级、限制坡度、牵引种类和牵引质量、到发线有效长及速度目标值等。技术标准的选择直接影响铁路的运输组织、工程投资和运营成本等。根据海岫线功能定位和研究年度预测的客货运量,铁路等级应确定为国铁Ⅱ级；本线是以货运为主、兼顾少量客运,新建线路旅客列车速度目标值确定为120 km/h,改建线路应按照既有线平面条件、地形条件、投资规模等因素对速度目标值100 km/h和120 km/h进行比选确定。本文重点进行限制坡度、牵引种类、牵引质量等技术标准的研究。

3.1 限制坡度选择

本线沿线地形起伏较大,既有线最大纵坡15‰,地面高程在26～108～482～80 m之间,影响线路纵坡选择的主要因素是如何提高既有线利用率、与相邻线的限制坡度协调、隧道长度控制、地形特征适应程度以及改造的工程投资等。根据本线的功能定位、地形条件及与相邻线限制坡度的匹配,分别研究了6‰、9‰、13‰和15‰限坡方案。本线下行方向货流密度为1 275万t,上行方向货流密度为728万t,轻重车方向不明显,从运量特点,本线不适宜采用均衡坡。

3.1.1 从与相邻线限坡匹配上分析

路网相邻线限制坡度情况见表2。

表2 现状及研究年度相邻线铁路主要技术标准 ‰

从表2可以看出,与本线相邻线的限制坡度均在6‰以内,选择6‰有利于与相邻线的限制坡度协调一致。

本线的货物流向主要是本线沿线以及岫岩、庄河地区与沈大线和沟海线的货物交流,因此选择6‰,列车的牵引质量与沈大线、沟海线、岫庄线的牵引质量一致,便于实现机车长交路,减少在接轨站的增减轴作业。目前相邻线的牵引质量沈大线和沟海线为5 000 t,东边道为4 000 t，岫庄线为3 000 t,因此选择5 000 t可以与沈大、沟海一致,虽然与东边道和岫庄不一致,但上述各线限制坡度均为6‰,可以有条件实现5 000 t牵引质量要求。从机车类型分析,目前采用6‰限制坡度,牵引5 000 t最常用的机车类车型是SS4电力机车,且相邻线沈大线、沟海线、东边道铁路均为电力牵引,因此从相邻线的技术标准分析,本线选择6‰和SS4电力机车、牵引质量5 000 t，在车流组织合理性和与相邻线的协调方面无疑是最合理的选择。

3.1.2 从对沿线地形适应性上分析

本线地处辽南低山丘陵区,地势中间高,南北低,地势起伏较大。全线最高点位于K52+820处。从海城至分水岭段线路长52.8 km,地面高程从26 m上升到482 m,地面自然坡度平均在8.6‰；从分水岭至岫岩段线路长37.0 km,地面高程从482 m下降到80 m,地面自然坡度平均在10.8‰。既有线坡度分布详见表3。

因此从本线的地形条件、自然坡度分析,本线选择6‰限制坡度,既有线仅利用7.5 km,新建隧道长度10.39 km,工程巨大,投资总额高达32.1亿元。基于上述分析,6‰限制坡度不适应地形条件,应进一步重点分析研究9‰、13‰和15‰方案。

表3 全线既有坡度分布

3.1.3 从运输组织上分析

对于电气化铁路,采用6‰限坡方案实现5 000 t牵引质量与相邻线贯通,无疑是最好的选择,但是工程投资特别巨大；15‰限坡方案与本线衔接的岫庄线、沈大线及东北东部铁路限制坡度均不匹配,采用大功率的HXD系列机车,单机牵引质量均达不到5 000 t,运输能力虽然能够满足运量需求,但与相邻线沈大线牵引质量不匹配,增加直通列车在沈大线接轨站的增减轴作业,影响接轨站的车站通过能力,不利于车流组织；9‰和13‰限坡方案,当采用大功率交流HXD系列电力机车,牵引质量也只在3 000 t与4 000 t之间,要实现与相邻线牵引质量的匹配,只有采取双机或补机的形式。当采用双机牵引方式, 13‰限坡能充分利用双机的牵引力,提高机车的利用率,减少机车牵引力的浪费。

3.1.4 从工程投资规模上分析

每个限坡方案的工程投资及有关参数见表4。可以看出,6‰限坡投资最大,且远远大于其他限坡方案；15‰限坡虽然能较好适应既有线坡度,但由于本线技术标准低,设备落后,投资节省不明显；13‰和9‰限坡方案投资较为适中,相对而言,13‰限坡能更好适应地形条件,多利用既有线29 km,投资节省2.46亿元,优势更为明显。

表4 各种限制坡度工程比较

综合上述分析,6‰限制坡度虽然是最合理的限坡方案,但工程造价巨大,换算工程费最高。9‰限坡虽然要比13‰限坡牵引质量大,但在电气化铁路上也无法实现与相邻线牵引质量5 000 t的贯通,需要增加接轨站的改造,同时影响接轨站接发车能力。考虑到相邻线均为电化铁路且限坡均为6‰,9‰限坡与相邻线不匹配,不能构成限坡系列,换算工程运营费较13‰双机牵引方案增加约20 286.4万元,因此也不宜选择。13‰限坡适应本线的地形条件,通过采用双机的形式可以与相邻线实现牵引质量贯通,可与相邻线6‰限坡匹配。因此应选择13‰,工程投资较9‰限坡和6‰限坡分别节省约2 4640万元和152 442万元。因此推荐采用13‰限坡方案。

3.2 机车类型和牵引质量的选择

从运量构成分析,本线牵引质量应满足大宗货物直达运输的需求,因此牵引质量的选择尽可能与衔接的干线保持一致。目前相邻线货物机车沈大线以SS4电力机车为主,其次是内燃机车DF4和ND5,沟海线货物机车以电力SS4机车为主,其次是内燃机车DF4和DF8B,东边道设计机车为电力SS4机车和内燃DF4D机车,岫庄线设计为内燃DF4D机车。沈阳局目前在京哈、沈大使用大功率HXN3型内燃和HXD3B电力机车满足重载运输需求,研究年度在重载运输线路和繁忙干线,大功率机车将逐步取代目前的DF4系列和SS4系列机车,逐步提高我国干线列车的牵引质量和货物列车运行速度。主型机车在不同限制坡度下的牵引质量见表5。

表5 主型机车在不同限制坡度下的牵引质量 t

从表5看出,限制坡度13‰能够满足双机牵引5 000 t要求的电力机车主要有SS4、HXD系列机车,内燃机车仅有HXN3,目前沈大线、沟海线、沈山线部分始发直达列车的牵引质量已经达到5 500 t,个别列车已经达到5 800 t,沈大线现已部分使用HXD3B机车。从本线运量构成和货物流向分析,本线运量通过运量占69%,主要是庄河地区与蒙东地区之间的煤炭交流,由于东边道前庄线设计为电气化铁路、既有沟海线和沈大线也为电气化铁路,因此本线在牵引种类和牵引质量的选择上应与两端的相邻干线一致,实现电力机车可以直接进出本线,延长机车交路,提高机车运用效率。由于本工程全线中间高、两头低,地面最大高程相差456 m,连续足坡地段长约5.4 km,通过牵引模拟计算,采用大功率电力机车列车运行速度高,能节省运

行时间,但不能有效提高列车牵引质量,且大功率机车造价昂贵。考虑本线以货运为主,对运行速度要求不高,而且近期本线运量水平不大,采用SS4机车完全可以满足运输能力的要求。因此建议本线近期宜采用SS4电力机车,远期随着运量的增加和沈阳局大功率HXD系列机车投入使用,机车类型可逐渐过渡到HXD系列,全面提高货物列车运行速度和区间通过能力,减少货物在途时间和车站停留时间。因此建议本线推荐采用电力机车,牵引质量5 000 t。

3.3 海岫铁路主要技术标准的推荐意见

铁路等级：Ⅱ级,线下Ⅰ级

正线数目：单线

设计行车速度：120 km/h

最小曲线半径：一般800 m,困难600 m

限制坡度：13‰

牵引种类：电化

机车类型：SS4

牵引质量：5 000 t

到发线有效长度：1 050 m

闭塞类型：半自动闭塞

4 结论

本线是沈大铁路和东北东部铁路的重要联络线,是海城地区、岫岩地区和庄河地区与东北及关内地区货物交流的便捷通道。本线地处辽南低山丘陵区,地势起伏较大,地形复杂。根据本线运量特点和扩能改造方案,为提高既有线利用率,适应沿线地形地貌特征,减少工程费用,考虑与相邻铁路在牵引质量、机车交路、车流组织等方面的协调,本线的限制坡度选择13‰。通过目前大功率机车的性能分析,对本线采用大功率机车,虽可提高列车运行速度,节省列车区间运行时分,但不能明显提高货物列车的牵引质量,因此本线推荐采用近期SS4电力机车,远期逐步过渡到HXD系列电力机车,牵引质量采用5 000 t。

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