复杂艰险山区高速铁路限制坡度的选择

段艳军 张 颖

(1.中铁二院(成都)建设发展有限责任公司，四川 成都 610031; 2.成都工业学院，四川成都 611730)

1 概述

我国山地面积约占陆地面积的2/3，随着高速铁路建设逐步由东向西推进，山区高速铁路项目越来越多。铁路限制坡度在下坡制动安全可控、电分相入口速度满足要求、坡顶末速度可接受、供电维修可实施的前提下选用长大坡道能有效克服高差、绕避不良地质体、降低工程难度、节省工程投资、缩短运行时间。目前我国多条山区高速铁路采用了大于20‰的长大坡度，如表1所示。

川藏铁路位于青藏高原东南部，线路穿越横断山、念青唐古拉山等山脉，跨越大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江等水系。沿线山高谷深，线路六起六伏，拔起高度约10 000 m，地形起伏剧烈，见图1。由于地形困难，地势起伏较大，地质复杂，线路需要采用大坡度才能较好地适应地形条件。

表1 我国部分高速铁路长大坡道统计表

图1 川藏铁路沿线地形地势图

2 限制坡度研究

川藏铁路本着统筹规划、分段实施的原则，全线限制坡度统一研究。结合前期雅安至康定段和拉萨至林芝段研究成果，本次重点研究了限制坡度12‰、加力坡24‰，限制坡度16‰、加力坡30‰，限制坡度16‰、加力坡35‰三个坡度方案。三方案的主要工程数量及投资比较见表2。

2.1 从工程投资方面分析

24‰方案较 30‰，35‰方案线路分别增长 37.84 km，44.46 km(增加的线路长度占总长度的3.61%，4.31%);静态投资增加93.535 亿元、105.692 亿元。

2.2 从工程条件方面分析

1)线路方案。

表2 主要工程数量及投资比较表

线路长度变化情况，采用30‰及35‰限制坡度方案分别较24‰限制坡度方案减少37.84 km和44.46 km。

2)工程条件。

三方案线路走向及主要车站位置基本相同，主要区别在于采用大限制坡度方案爬坡能力更强，在泸定至新都桥段、雅江至理塘段等长大紧坡地段展线长度更短;线路通过折多山、沙鲁里山、伯舒拉岭等山脉时，大坡度方案线路拔起高度高、越岭隧道长度短、辅助坑道条件较好，反坡施工情况略有优化，工期略短;线路跨越金沙江、怒江等深切峡谷时，桥梁高度略有下降，工程难度有所降低。

2.3 从路网适应性分析

本线连接成都和拉萨及沿线市县，成都枢纽已经形成限制坡度13‰、牵引质量4 000 t为主的牵引质量系列;拉萨地区形成了限制坡度12‰以上坡度、牵引质量3 000 t为主的牵引质量体系。已经实施的成都至雅安段采用限制坡度为13‰、牵引质量为3 000 t，拉萨至林芝采用限制坡度为12‰、牵引质量为3 000 t。可见24‰的限制坡度与两端线路匹配条件较好，有利于运输组织。

2.4 运输组织方案分析

不同的限制坡度对应不同的运输组织方案，主要体现在列车的速度、密度和重量，本次主要研究列车牵引质量、列车限速、列车对数和区间通过能力等指标，从而给出不同限制坡度方案对运营产生的不同影响。

1)限制坡度、机车类型与牵引质量的匹配。

考虑到高海拔、高寒山区、雨雪天气多等特点，分别对HXD2，HXD1D两种机型牵引货物列车上坡进行了计算，通过对三种工况(以计算速度通过限制坡道、平直坡道保有一定加速度、限制坡度起动)综合分析，不同坡度不同轨面情况下牵引质量如表3所示。

表3 牵引质量情况表

根据表3中计算结果，普货采用HXD2双机牵引，快货采用HXD1D双机牵引。

普货列车牵引质量方面，24‰限制坡度方案拟采用HXD2双机牵引2 700 t，30‰限制坡度方案拟采用HXD2双机牵引2 100 t，35‰限制坡度方案拟采用HXD2双机牵引1 800 t。

快货列车牵引质量方面，24‰限制坡度方案拟采用HXD1D双机牵引1 100 t，30‰限制坡度方案拟采用HXD1D双机牵引1 100 t，35‰限制坡度方案拟采用HXD2双机牵引1 000 t。

（2）急性肝衰竭 肝组织呈新旧不等的亚大块坏死或桥接坏死；较陈旧的坏死区网状纤维塌陷，或有胶原纤维沉积；残留肝细胞有程度不等的再生，并可见细、小胆管增生和胆汁淤积。

2)列车速度。

a.雅安至林芝段。

采用CRH380和CRH2对雅安至林芝段分别进行了计算，列车运行指标统计如表4，表5所示。

表4 CRH380动车组列车牵引计算主要指标表

表5 CRH2-200动车组列车牵引计算主要指标表

货车速度:货车速度分上坡下坡两种情况进行分析。

按照现行规范，HXD2机车上坡计算速度为65 km/h，因此紧坡地段上坡速度按65 km/h考虑。

下坡限速主要检算了紧急制动、动力制动、0.8常用空气制动三种工况，经检算货物列车下坡限速主要受0.8常用空气制动限制，而0.8常用空气制动距离主要与货车车辆的制动特性相关，根据1999年实施《牵规》中高摩合成闸瓦进行计算，24‰下坡初速75 km/h制动距离为2 311 m，30‰下坡初速70 km/h制动距离为6 294 m，35‰下坡初速65 km/h制动力不足，可见运营安全和运营效率均存在问题;采用目前性能最好的H高摩合成闸瓦计算，24‰，30‰，35‰限坡方案下坡限速分别取值为75 km/h，70 km/h，65 km/h，制动距离分别为 1 911 m，2 471 m，4 070 m，H高摩合成闸瓦制动距离比高摩合成闸瓦有所缩短，运营安全和运营效率均有所提高，如表6所示。

表6 货车下坡0.8常用空气制动及相关指标表

从表6可见，24‰方案运营适应性较好，采用高摩合成闸瓦货车最小追踪间隔可满足7 min，采用新型H高摩合成闸瓦货车最小追踪间隔可满足6 min;30‰方案运营适应性相对较差，采用高摩合成闸瓦货车最小追踪间隔为15 min，若突破《铁路技术管理规程》规定提高换算制动率最小追踪间隔也可达到8 min;采用新型H高摩合成闸瓦货车最小追踪间隔可满足8 min;35‰方案运营适应性相对更差一些，采用高摩合成闸瓦会出现制动力不足的情况，若突破《铁路技术管理规程》提高换算制动率最小追踪间隔可达到8 min;采用新型H高摩合成闸瓦货车最小追踪间隔可满足11 min;在采用新型H高摩合成闸瓦货车情况下突破《铁路技术管理规程》进一步提高换算制动率可满足最小追踪间隔8 min。

从运营角度看，24‰方案运营适应性好，对车辆制动性能不做过多限制;30‰方案运营适应性略差，货车最小追踪间隔有所增大;35‰方案运营适应性进一步变差，要求突破《铁路技术管理规程》中关于换算制动率的规定，或要求川藏铁路货物列车全部采用新型H高摩合成闸瓦车辆，或未来进一步研发制动性能更优的货物车辆。

b.成都至拉萨。

从成都至拉萨采用大功率机车进行检算全程旅行时间约为10.68 h，各路段列车速度和时间如表7所示。

表7 成都至拉萨(CRH 380 AL)列车运行速度时分表

3)列车对数及区间通过能力。

为提高货物送达速度、减小客货速差，考虑将部分高附加值货物编组为快运货物列车，从全线来看，列车对数最多能力最困难的是邦达机场至林芝段，因此，将邦达机场至林芝段不同限坡方案的列车对数及通过能力利用情况列表见表8。

表8 列车对数及通过能力表

从表8可以看出，各方案区间通过能力均满足近远期运输需求，其中35‰限坡方案在2045年能力利用率达到96.0%，能力趋于饱和。若考虑将有条件的车站扩大规模，货物列车可成组被越行，则扣除系数可下降，通过能力利用率将有所降低。

3 结语

随着限制坡度变大线路长度、工程投资及工程实施难度均呈现下降转好趋势;24‰坡度与路网匹配性及运输组织灵活性最好，30‰坡度方案、35‰坡度方案与路网匹配性及路网灵活性依次变差。

限制坡度标准对线路的走向、长度、工程投资、运营费用、牵引质量及输送能力等都有较大的影响，选择工程实施容易、投资可控、路网相适应好、运输组织灵活的限制坡度是一项理论和实践性较强的工作，本文从工程条件及投资、路网适应性和运输组织方案等方面论述了铁路项目前期技术标准研究中限制坡度选择的考虑要素和分析方法，为复杂艰险山区限制坡度的选择提供了参考。