既有沙午线扩能改造方案研究

杨朝晖

(中国铁路呼和浩特局集团有限公司 建设管理处，内蒙古 呼和浩特 010050)

1 既有沙午线概述

环境保护部、国家发展和改革委员会、财政部、能源局，以及北京、天津、河北、山西、山东、河南 6 省市在公布的《京津冀及周边地区 2017 年大气污染防治工作方案》中，明确了“2+26”城市的大气污染治理任务，提出天津港不再接收公路运输煤炭，提升区域内铁路货运比例。邯郸市、邢台市近年来环境空气质量较差，亟需进行环境治理，市政府持续发布环境信息，全面落实《京津冀及周边地区 2017 年大气污染防治工作方案》和《京津冀及周边地区 2017—2018 年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》，全面提速提效，完成减煤、压能、减排、治矿、控车任务。邯郸市政府提出发展绿色物流模式 3 年行动计划，减少汽车运输污染，增加铁路货运量。沙午线 (沙河—午汲) 的改造建设是区域节约能源、保护环境、实现可持续发展战略的重要通道。

既有沙午线位于河北省沙河市、武安市境内，原名褡午铁路 (褡裢—午汲)，是工矿业运输支线，主要承担沙河市、武安市地区的煤矿和铁矿运输任务。沙午线于 1974 年投入运营，是工矿业运输支线，主要承担沙河市、武安市地区的煤矿与铁矿运输任务。沙午线自京广线 (北京—广州) 沙河站出岔，经沙河市章村站、权村站，武安市西阳苑站、西石门站、上水头站、南营井站、上泉站至邯长线 (邯郸—长治) 午汲站，线路过西石门站后又向西岔出支线到矿山镇，线路全长 71 km，其中西阳苑—矿山铁路支线 9.3 km。沙午线 2016 年货运量共计 53.2 万 t，主要集中在章村站、郭二庄站、上泉站，到达货物主要为铁矿石、化工品等，发送货物主要为煤炭，其中铁矿石主要来自沿海港口、化工品来自青海等西北地区、煤炭主要发往河南、山东等地。沙午线 2014—2016 年货运量统计如表 1 所示。

表1 沙午线2014—2016年货运量统计 tTab.1 Freight volume statistics in the last three years of the Shahe-Wuji line

由表 1 可见，近 3 年到达量逐年增长，发送量逐年减少，货物量年波动较大，主要存在以下问题。

（1）沙午线运输组织较为繁琐。沙午线牵引质量午汲—南营井上行 1 000 t，沙河—西石门下行1 000 t，整列列车需要在午汲站或沙河站解编 5 次，严重影响午汲站、沙河站的通过能力。

（2）沙午线运输能力不能满足沿线企业的运输需求。根据调查，对沙午线有运输需求的专用线，包括在建沙河电厂专用线 (接轨于权村站)、规划裕华钢铁专用线 (接轨于南营井站)、规划兴华钢铁专用线(接轨于南营井站)、规划冀南钢铁专用线 (接轨于上泉站)、规划河北龙凤山铸业专用线 (接轨于上泉站)等，总计运量约 2 000 多万 t。目前，沙午线输送能力仅为 625 万 t/a，远远不能满足企业的运输需求[1]。

2 既有沙午线扩能改造方案

2.1 配套改造分析

针对沙午线线路技术标准低、输送能力不足、运输效率低等问题，扩能改造应兼顾线路扩能、提高运输效率 2 个基本目标[2]。沙午线配套改造技术分析如表 2 所示。

表2 沙午线配套改造技术分析Tab.2 Technical analysis of supporting transformation target of Shahe-Wuji line

由表 2 可见，沙午线南营井—午汲段重空车流方向明显，吸引企业产能稳定并且大部分企业尚没有扩能规划，近、远期货运量相差不大。基于以上因素，选择合理的扩能方案，应遵循以下原则[3]。

（1）扩能方案应在充分考虑运营特征、合理预测运量的基础上，研究多种可能的扩能改造方案。

（2）改建的主要技术标准选择应紧密结合其前后方通路的技术标准和运输组织方案，统筹考虑，协调一致[4]。

（3）沙午线地形条件困难，既有坡度大，运营成本高，应研究解决该矛盾的可行性方案。

（4）沙午线扩能改造宜充分利用既有设施和设备。

2.2 配套扩能改造方案

由于沙午线货运量主要集中在上泉、南营井和权村站，并且货流主要为自午汲方向的到达车流，因而研究以上行方向扩能改造方案为主，沙午线配套扩能改造方案构成表如表 3 所示。

3 既有沙午线扩能改造方案研究

由于沙午线货运量主要集中在南营井—午汲段，南营井—沙河段仅在权村站有较大货运量，其余站均为零星车流。因此，既有沙午线扩能改造方案针对这2个区段分别进行研究。

3.1 南营井—午汲段扩能改造方案

3.1.1 内燃牵引方案I

（1）方案 I-1：内燃双机牵引 5 000 t。沙午线既有牵引机型为 DF8B，双机牵引质量达到 5 000 t 时，既有坡度 13‰ 需要软化至 10‰。该方案近、远期输送能力均能够满足运输需求，但该方案需要将坡度软化至 10‰，超限坡度共 11 处，长 8.105 km，占既有段落长度 77.9%。线路基本需要全部改线，需绕行10.3 km，展线条件困难，既有线基本废弃。因此，该方案不予采用[5]。

（2）方案 I-2：内燃三机牵引 5 000 t。沙午线既有牵引机型为 DF8B，在既有坡度 13‰ 的坡道上三机牵引 5 000 t 动力较富余，虽然产生一些机力浪费，但能在一定程度上提高列车运行速度，进而提高线路通过能力。该方案近、远期输送能力均能够满足运输需求，但该方案配备机车台数及乘务员人员增多，运营成本增加的同时机车利用率不高，而且 3 台机车同步操作比较困难，不利于运输安全。经以上分析，该方案不予采用。

（3）方案 I-3：内燃双机牵引 4 000 t。沙午线既有牵引机型为 DF8B，在既有坡度 13‰ 的坡道上牵引质量仅能达到 4 000 t，该方案牵引动力与牵引质量相匹配。内燃双机 4 000 t 方案 I-3 通过能力适应性分析如表 4 所示，内燃双机 4 000 t 方案 I-3 输送能力适应性分析如表 5 所示。

由表 4 和表 5 可以看出，该方案通过能力和输送能力近期均能够满足运输需求，但远期均不能满足运输需求，需要进行二次改造。

表3 沙午线配套扩能改造方案构成表Tab.3 Shahe to Wuji line supporting transformation scheme composition table

表4 方案I-3(内燃双机4000t)通过能力适应性分析表对/dTab.4 Adaptability analysis table for I-3 passing capacity of internal combustion dual-engine 4 000 t scheme

表5 方案I-3(内燃双机4000t)输送能力适应性分析表万 t/aTab.5 Adaptability analysis table for I-3 conveying capacity of internal combustion dual-engine 4 000 t scheme

综上所述，在内燃牵引方案I中，建议采用方案I-3 (内燃双机牵引 4 000 t)，但远期需要进行二次改造才能满足运输需求。

3.1.2 电力牵引方案 II

（1）方案 II-1：电力单机牵引 4 000 t。该方案需要将坡度软化为 10‰，采用电力牵引，存在与方案 I-1 相同的线路绕行 10.3 km、展线条件困难等问题，既有线基本废弃。此外，远期不能满足运输需求，需要双机牵引但导致机力浪费较多。经上述分析，该方案不予采用[6]。

（2）方案 II-2：电力单机牵引 5 000 t。该方案需要将既有坡度 13‰ 软化至 9‰，超限坡共 13 处，长 8.975 km，占既有段落长度 86.2%。线路基本需要全部改线，绕行 11.5 km，展线条件十分困难，既有线基本废弃。经上述分析，该方案不予采用。

（3）方案 II-3：电力双机牵引 5 000 t。该方案为在既有坡度 13‰ 的坡道上的电力双机牵引方案，选择邯郸机务段的 HXD3、SS4、HXD2B机型时，该方案牵引动力与牵引质量相匹配，近、远期运输能力均能够满足运输需求。

综上所述，在电力牵引方案 II 中，建议采用方案II-3 电力双机牵引 5 000 t，能够满足近、远期运输需求。

3.1.3 方案比选

方案 I-3 近期内燃双机牵引 4 000 t，与相邻路网牵引质量不匹配，列车需要在邯郸南站进行减轴作业，或者在后方运输通道上欠轴运行，占用较多线路的运输能力；方案 II-3 电力双机牵引 5 000 t，与相邻路网牵引质量匹配，列车仅需在邯郸南站进行无改编中转作业即可，运输组织简单。因此，从行车组织效率方面分析，方案 II-3 电力双机牵引 5 000 t 更有利。

综上所述，沙午线扩能改造方案南营井—午汲段建议采用方案 II-3，即电力双机牵引 5 000 t。

3.2 南营井—沙河段扩能改造方案

考虑与南营井—午汲段运输组织模式一致，提高运输组织效率，对提高牵引质量至 4 000 t 的内燃、电力整列运输方案Ⅲ和方案Ⅳ进行研究，考虑到中间各站改造困难，整列方案仅考虑权村站到发线延长至1 050 m，其余各站仍然保持到发线有效长 650 m (权村站自邯长线到达车流牵引质量为 4 200 t，沙午线采用双机内燃牵引，计算牵引力使用系数取 1 时，牵引质量将达到 4 500 t，即可满足运输需求)[7]。

3.2.1 方案Ⅲ (内燃双机牵引 4 000 t)

沙午线既有牵引机型为 DF8B，双机牵引质量达到 4 000 t 时，既有坡度 (上行 15‰、下行 18‰) 需软化至上行 13‰、下行 18‰，该方案牵引动力与牵引质量相匹配。方案Ⅲ通过能力适应性分析如表 6 所示，方案Ⅲ输送能力适应性分析如表 7 所示。

表6 方案III通过能力适应性分析表 对/dTab.6 Adaptability analysis table for scheme III passing capacity of internal combustion dual

表7 方案III输送能力适应性分析表 万 t/aTab.7 Adaptability analysis table for scheme III conveying capacity of internal combustion dual

由表 6 和表 7 可以看出，方案Ⅲ近、远期输送能力均可满足运输需求，通过能力利用 20% 的储备能力也能满足运输需求。该方案需将既有坡度 (上行15‰、下行 18‰) 软化至上行 13‰、下行 18‰，超限坡地段共 4 处，其中 2 处需要通过纵断面改建以调整满足限坡要求，其余 2 处超限坡坡长 200 m，坡度分别为 -13.6‰，12.2‰ (曲线半径为 500 m)，经行车检算，动能闯坡可以通过，考虑维持既有坡度[8]。

3.2.2 方案 Ⅳ (电力双机牵引 4 000 t)

该方案为在既有坡度 (上行 15‰、下行 18‰) 的坡道上的电力双机牵引方案，选择电力机车 HXD3时，该方案牵引动力与牵引质量相匹配。方案Ⅳ通过能力适应性分析如表 8 所示，方案 Ⅳ 输送能力适应性分析如表 9 所示。

由表 8 和表 9 可以看出，该方案近、远期通过能力和输送能力均可满足运输需求。

3.2.3 方案比选

（1）从工程投资方面分析。从工程投资上分析，方案Ⅲ比方案Ⅳ节省工程投资 17 250 万元。

（2）从行车组织方面分析。方案Ⅲ远期将在南营井—午汲段出现电力、内燃混合牵引或南营井站换挂内燃机车，运输组织复杂；方案 Ⅳ 运输组织模式与南营井—午汲段一致，运输组织相对简单。因此，从行车组织方面分析，方案 Ⅳ 更有利[9]。

（3）从机车运用方面分析。方案Ⅲ牵引动力与牵引质量相匹配；方案 Ⅳ 牵引动力稍有浪费。因此，从机车运用方面分析，方案Ⅲ更有利。

综上所述，从环境保护角度及全线运输组织协调统一考虑，沙午线扩能改造方案南营井—沙河段建议采用方案 Ⅳ。通过对沙午线分区段扩能改造方案比选，南营井—午汲段应采用方案 II-3 (电力双机牵引5 000 t)；南营井—沙河段应采用方案 Ⅳ (电力双机牵引 4 000 t)。

表8 方案IV通过能力适应性分析表 对/dTab.8 Adaptability analysis table for scheme Ⅳ passing capacity

表9 方案IV输送能力适应性分析表 万 t/aTab.9 Adaptability analysis table for scheme IV conveying capacity

4 结束语

目前国家对保护生态环境、大气污染治理十分重视，已提升至国家战略层面，绿色发展意义重大。为促进邯郸、沙河周边绿色协调发展，从既有线能力提升入手，结合沙午线平纵断面，以及相邻铁路的运输组织、牵引种类及牵引质量等条件，合理确定沙午线的运输组织，根据全线地形条件及运输需求分段研究沙午线扩能改造方案，从而得到合理的沙午线扩能改造方案。由于铁路运输具有成本低、污染小等优点，通过大力增加铁路运输比例，努力提升既有铁路运输能力，科学、合理规划设计既有铁路扩能改造方案，确保既有铁路扩能改造方案的经济、技术可行性，为其他既有线扩能改造方案提供借鉴。

参考文献：

[1]内蒙古铁道勘察设计院有限公司.沙河至午汲铁路改造工程预可行性研究报告[R].呼和浩特：内蒙古铁道勘察设计院有限公司，2018.

[2]刘小洪.成都铁路局铁路点线能力协调发展对策探讨[J].铁道运输与经济，2018，40(2)：75-78.LIU Xiao-hong.A Study on the Coordinated Capacity Development of Lines and Stations Operated by the China Railway Chengdu Group[J].Railway Transport and Economy，2018，40(2)：75-78.

[3]易思蓉.铁路选线设计[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[4]徐 洋.铁路货物列车开行组织办法的思考[J].铁道货运，2017，35(1)：1-4.XU Yang.Thoughts on Organization Methods of Railway Freight Train Operation[J].Railway Freight Transport，2017，35(1)：1-4.

[5]宋建业，谢金宝.铁路行车组织基础[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[6]铁道第四勘察设计院.铁路工程设计技术手册：站场及枢纽[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[7]姜希圣.铁路设计[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[8]中华人民共和国铁道部.铁路车站及枢纽设计规范：GB 50091—2006 [S].北京：中国计划出版社，2006：12-13.

[9]王宝杰.京沪高速铁路通过能力影响因素分析[J].铁道运输与经济，2017，39(6)：16-21.WANG Bao-jie.Analysis on the Factors Influencing Carrying Capacity of Beijing-Shanghai High-speed Railway[J].Railway Transport and Economy，2017，39(6)：16-21.