利用成绵乐城际铁路运输 500 m 长钢轨装运方案研究

李善坡，刘 飞，汪正义

(1. 中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081；2. 中国铁道科学研究院 研究生部，北京100081)

在成贵客运专线(成都东—贵阳东)建设过程中，乐山端铺轨基地承担了258双线公里500 m长钢轨铺轨任务。由于没有既有货运线路直通铺轨基地，需要修建临时便线连通既有货运线和铺轨基地，铺轨任务完成后需拆除，采用此方案需要大量的资金投入，而且建设周期长，组织实施难度大[1]。如果采用既有成绵乐城际铁路(成都东—峨眉山)在天窗点运输长钢轨，则可以将长钢轨直接运送至铺轨基地，无需大规模投资建设便线，缩短建设周期。但是，由于线路运行条件的不同，并且尚无成熟的经验可以借鉴，结合既有500 m长钢轨装载加固方案，以及既有成绵乐城际铁路线路条件，通过牵引计算[2]、过分相计算和运行试验对利用成绵乐城际铁路运输500 m长钢轨装运方案进行分析和研究[3]，为该方案运输可行性提供理论支撑。

1 运输 500 m 长钢轨装载方案选择

目前，500 m长钢轨既有线运输[4]主要采用T11长钢轨运输专用列车装运和500 m长钢轨普通平车装运2种方案。

T11长钢轨运输专用列车于1988年正式投入运用，运输车组共使用43辆不同用途的车辆，包括宿营车1辆、发电车1辆、安全车2辆、运轨车31辆、锁定车4辆和作业车4辆，并配备车组乘务和操作人员18人。运输车组最大可装载4层56根60 kg/m钢轨，钢轨装载量为1 680 t，总重约2 892 t，长度约605.8 m。

500 m长钢轨普通平车装运方案采用木地板平车(含平集共用车)总计36辆，装载4层共50根钢轨，钢轨装载量为1 500 t，总重约2 370 t，长度约507 m，运输车组最高运行速度为120 km/h，非超重超限运输，方便运输组织管理。500 m长钢轨普通平车专列自2008年8月投入运用以来，已运输500 m长钢轨约1 000余万t。

T11长钢轨运输专用列车与500 m长钢轨普通平车列车参数如表1所示。由表1可知，T11长钢轨运输专用列车自重较大，在同等牵引条件下，采用普通平车列车运输500 m长钢轨重量较大，能够减少长钢轨列车通过成绵乐城际铁路次数，降低长钢轨列车对成绵乐城际铁路的不利影响。中国铁路成都局集团有限公司(以下简称“成都铁路局”)石板滩焊轨基地已配备有4列500 m长钢轨普通平车运输列车，而且普通平车运输方式车辆和装载加固装置来源广泛，具备采用500 m长钢轨普通平车装运方案运输长钢轨的条件。基于上述分析，利用成绵乐城际铁路运输长钢轨建议采用500 m长钢轨普通平车装运方案。

表1T11长钢轨运输专用列车与500m长钢轨普通平车列车参数Tab.1 Parameters of T11 special train and ordinary fl at car for 500 m long rail transportation

2 利用成绵乐城际铁路运输 500 m 长钢轨装运方案研究

从选择合适运行径路、计算牵引质量确定钢轨装载量、计算过分相确定车组能否顺利通过分相区3个方面分析确定500 m长钢轨普通平车装运细化方案，并通过试验对方案的可行性和安全性进行验证。

2.1 运行径路选择

根据成都铁路枢纽总图，可选取长钢轨列车运行径路如下。下行方向运输径路：石板滩站—成都东达成场Ⅷ道—东环上行线—成都南站Ⅵ道—成贵客运专线下行线至乐山站Ⅷ道，进入铺轨基地工程线。上行方向运输径路：铺轨基地工程线—乐山站10道—成贵客运专线上行线(乐山至成都南)—成都南Ⅶ道—经35#-33#-31#岔—东环上行线—成都东站达成场Ⅷ道—石板滩站。该径路石板滩至铺轨基地运输距离约为157.575 km。

2.2 牵引质量计算

2.2.1 机车选型

根据成绵乐城际铁路线路条件可知，在乐山站成绵乐车场至乐山车站成贵车场转场联络线部分区域下行限制坡度为-29.9‰。长钢轨运输列车重车下行，空车上行。由牵引质量范围可知，需双机重联牵引，受双机重联时受电弓间距限制，机车采用SS3和DF4B型机车[5]。

2.2.2 SS3型机车最低计算速度牵引质量计算

根据《列车牵引计算规程》，SS3型机车在20‰限制坡道上以最低计算速度48 km/h等速运行时的牵引质量可以表示为

式中：G1为SS3型机车计算牵引质量，t；FJ1为SS3型机车计算牵引力，kN；λy为机车牵引力使用系数；P为机车质量，t；ω1'为SS3型机车运行单位基本阻力，，其中v1为 SS3型机车最低计算速度，N/kN；为SS3型货车运行单位基本阻力，ix为城际铁路限制坡度千分数；g为重力加速度，9.81 m/s2。

根据《列车牵引计算规程》，v1取值为48 km/h，计算得出N/kN ；取值为317.8 kN；P取值为138 t；ix取值为20；λy取值为0.9。根据公式 ⑴，计算得出G1= 1 207.44 t。

2.2.3 DF4B型机车最低计算速度牵引质量计算

根据《列车牵引计算规程》，DF4B型机车在20‰限制坡道上以最低计算速度21.8 km/h等速运行时的牵引质量可以表示为

式中：G2为DF4B型机车计算牵引质量，t；为DF4B型机车计算牵引力，kN；为DF4B型机车运行单位基本阻力其中v2为DF4B型机车最低计算速度，N/kN；为DF4B型货车运行单位基本阻力

根据《列车牵引计算规程》，v2取值为21.8 km/h，计算得出取值为313 kN；P取值为138 t；ix取值为20；λy取值为0.9。根据公式 ⑵，计算得出G2= 1 213.04 t.

2.2.4 双机重联牵引质量计算

根据《列车牵引计算规程》，SS3和DF4B型机车双机重联牵引力G=G1+ 0.95G2。采用SS3和DF4B型机车双机重联，按照限坡20‰以机车计算速度等速运行时，牵引质量为2 359.83 t，500 m长钢轨普通平车装运方案车组总重2 370 t，当装载3层时车组总重为2 070 t，满足牵引要求，因而长钢轨运输列车可按装载3层进行组织，方案的安全性需通过运行试验进一步验证。

2.3 机车过分相计算

我国电气化铁路中接触网采用循环换相的供电模式，线路中的换相区间称为电分相，同一条线路中各个电分相所处线路状况不尽相同，当电分相区位于大上坡位置时，如果列车运行速度过低，容易出现停车事故，因而需进行过分相计算。成绵乐城际铁路接触网分相信息如表2所示，成绵乐城际铁路下行线总计6处，第一个分相区所处坡度最大6‰，直线路段长度为275 m。

通过分相区时，长轨列车机车断电，靠自身动能冲过去，需要克服坡度阻力、机车阻力和列车阻力所导致的能量消耗，即需要满足公式 ⑶ 的要求[6]。

式中：m1为机车总质量，t；m2为长钢轨车组质量，t；v为列车运行速度，m/s；为机车运行单位基本阻力，N/kN；为货车运行单位基本阻力，N/kN；l为分相区长度，m；h为分相区长度范围内，长钢轨列车垂直上升高度，m。

根据《列车牵引计算规程》，m1取值为276 t；m2取值为 2 070 t；v取值为 11.11 m/s；取值为3.74 N/kN；取值为2.31 N/kN；l取值为275 m；h取值为1.65 m。将以上数据带入公式 ⑶，计算得出144 785 853≥48 024 738，由此判断，长钢轨列车在成绵乐城际铁路通过分相时，按运行速度40 km/h检算，列车动能远大于坡度阻力、机车和车辆阻力导致的能量消耗，能够通过分相。

2.4 方案确定及试验验证

综上所述，500 m长钢轨在现有定型方案的基础上减少一层装载通过成绵乐城际铁路进行运输经济可行，方案共装载40根500 m长钢轨，约1 200 t，采用SS3和DF4B型机车双机牵引运输。

为进一步验证方案的安全性，于2017年12月在天窗点进行了2次运行试验，试验列车按直线最大运行速度60 km/h组织，12号道岔侧向通过速度最大为30 km/h，18号及以上道岔侧向通过速度最大为45 km/h。试验过程中对方案的装载加固性能、车辆动力学性能[7]、轨道、道岔和桥梁结构动力学性能进行了监测，试验过程中运行状况良好[8]，各项监测指标均满足相关标准规定。

表2 成绵乐城际铁路接触网分相信息Tab.2 Message of neutral phase section for Chengdu-Mianyang-Leshan intercity railway

3 结束语

长钢轨运输属于铁路超长货物运输，是铁路运输的一大难题。自新中国成立以来，我国一直在不断研究和完善长钢轨运输技术，自2007年以来先后研究制订了100 m、500 m等长度钢轨采用普通平车通过既有线装运技术方案，解决了我国高速铁路和客运专线建设大规模运轨需求，利用成绵乐客专运输500 m长钢轨装运方案的研究进一步扩大了采用普通平车运输长钢轨的适用范围，为高速铁路和客运专线建设进一步提供了技术保障。随着我国高速铁路的大规模建设，仍会出现没有既有货运线路直通铺轨基地的情况，利用成绵乐城际铁路运输500 m长钢轨装运方案的研究和成功运用对于今后采用城际铁路运输长钢轨具有借鉴意义。