单线铁路集装箱运量较大时到发线有效长对能力的影响

常培清

（中交铁道设计研究总院有限公司 副处长、高级工程师，北京 100088）

客货共线单线铁路车站到发线有效长度的选择，一般按货物列车长度确定。我国长大干线铁路已形成路网，以大宗、长距离的货物直达运输为主，铁路货运量中集装箱占比不到10%，一般是根据牵引质量确定到发线的有效长。目前我国铁路长大干线牵引质量基本为4 000～5 000 t，对应有效长度为850 m、1 050 m的系统。但是，对于一些国外铁路，集装箱运量占比较高，与我国铁路运量组成差别较大，套用中国规范的牵引质量和到发线有效长系列不一定合适，需要根据实际情况进行分析确定。

1 我国铁路到发线有效长确定的原则

确定到发线有效长应综合考虑输送能力、牵引质量和相邻线路统一牵引等因素，到发线有效长度与牵引质量关系比较紧密。如果与相邻线路到发线有效长度不一致时，就会产生列车的换重作业，增加列车在技术站的作业和停留时间，所以，新建铁路一般选择与相邻线一致的到发线有效长。单线铁路的通过能力取决于线路平纵断面条件、机车类型、牵引质量、车站间隔时分、闭塞方式、天窗时间等，而输送能力则取决于线路的通过能力、牵引质量、客货车行车量。因此，在设计通过能力基本确定的前提下，货物列车到发线有效长度所能适应的牵引质量，将决定线路的输送能力。

关于铁路到发线有效长的确定，在《铁路车站及枢纽设计规范》（TB 10099—2017）里按高速铁路、城际铁路、重载铁路和客货共线铁路进行了规定，并在条文解释里有详细的计算说明[1]。我国客货共线铁路到发线有效长是根据牵引质量、车辆技术参数计算车列长度，再加机车长度和安全距离来确定的，并结合相邻线的到发线有效长和规范的系列数值选择到发线有效长。

2 拟选定铁路的运量和主要技术标准

2.1 运量预测

设计年度内远期开行旅客列车4对/日；单方向区段最大货流密度2 000万t/年。

2.2 铁路主要技术标准

拟选定铁路主要技术标准为：标准轨距；单线自动站间闭塞；限制坡度12‰；内燃DF系列（电力SS系列）机车双机牵引；旅客列车设计速度120 km/h，货物列车设计速度80 km/h；牵引质量 4 000 t（电力牵引 5 000 t）。

3 到发线有效长与牵引质量的关系[2]

3.1 计算列车对数的参数

货运列车分两种编组形式：集装箱列车按到发线有效长编组，其他货物列车按牵引质量编组。

集装箱列车：内燃DF系列（电力SS系列）机车双机牵引，采用集装箱专用平车运输集装箱货物；普通货物列车：内燃DF系列（电力SS系列）机车双机牵引，运输其他货物。各种车辆的技术参数见表1。

表1 车辆技术参数

3.2 受到发线有效长限制的牵引质量

按到发线有效长编组列车，当到发线有效长为850 m时，单层集装箱和双层集装箱列车牵引质量均小于4 000 t，普通货物列车牵引质量4 500 t；当到发线有效长为1 050 m时，单层集装箱列车牵引质量小于4 000 t，双层集装箱列车牵引质量介于4 000～5 000 t，普通货物列车牵引质量接近5 500 t；当到发线有效长为1 250 m时，单层集装箱列车牵引质量接近4 000 t，双层集装箱列车牵引质量接近5 000 t，普通货物列车牵引质量接近6 500 t。 见表 2。

表2 受到发线有效长限制的牵引质量表

从表2可以看出，到发线每增加200 m，单层集装箱列车的牵引质量增加约25%，双层集装箱列车的牵引质量增加约24%，普通货物列车的牵引质量增加约23%。综合考虑牵引机车类型、限制坡度和到发线有效长的限制，到发线有效长850 m时，双层集装箱和普通货物列车牵引质量接近4 000 t，单层集装箱牵引质量利用率为72%，宜选择4 000 t的牵引质量；到发线有效长1 050 m时，如果当地电力资源匮乏，采用内燃机车牵引，宜选择4 000 t的牵引质量，如果具备电气化的条件，可选择5 000 t的牵引质量；到发线有效长1 250 m时，集装箱列车牵引质量接近5 000 t，普通货物应按牵引质量编组，宜选择5 000 t的牵引质量。

4 集装箱占比对通过能力的影响

以远期区段最大货流密度2 000万t/年为例，计算采用不同到发线有效长，根据选定的牵引质量，对集装箱占比每增加10%列车对数变化规律进行分析，得出研究结论。

计算采用20英尺标准箱，集装箱平均静载重采用14 t。货运波动系数为1.15。

4.1 集装箱占比对货物列车对数的影响

4.1.1 单层集装箱与普通货物列车组合的列车对数

单层集装箱列车，到发线有效长850 m时，列车编组57辆，每车装2箱；到发线有效长1 050 m时，列车编组71辆，每车装2箱；到发线有效长1 250 m时，集装箱列车编组86辆，每车装2箱。普通货物列车牵引质量4 000 t，列车编组50辆；牵引质量5 000 t，列车编组63辆。以集装箱占比每增加10%来进行比较，在采用不同的到发线有效长时，比较其列车对数见表3。

从表3中可以看出，随着集装箱占比的增加，列车对数在增加。纵向比较，集装箱运量每增加10%，当采用850 m有效长时，集装箱列车对数增加3.9对，总列车对数增加1.7对；当采用1 050 m有效长、4 000 t牵引质量时，集装箱列车对数增加3.2对，总列车对数增加1.0对；当采用1 050 m有效长、5 000 t牵引质量时，集装箱列车对数增加3.2对，总列车对数增加1.4对；当采用1 250 m有效长时，集装箱列车对数增加2.6对，总列车对数增加0.9对。横向比较，在集装箱占比相同的情况下，随着到发线有效长的增加，列车对数在减少，4 000 t牵引质量时，1 050 m有效长比850 m减少的列车对数为：8×集装箱占比；5 000 t牵引质量时，1 250 m有效长比1 050 m减少的列车对数为：6×集装箱占比。

4.1.2 双层集装箱与普通货物列车组合的列车对数

双层集装箱列车，到发线有效长850 m时，列车编组41辆，每车装4箱；到发线有效长1 050 m时，按牵引质量编组，列车编组46辆，每车装4箱；到发线有效长1 250 m时，按牵引质量编组，列车编组57辆，每车装4箱。普通货物列车编组同单层集装箱。以集装箱占比每增加10%来进行比较，在采用不同的到发线有效长时，比较其对应的列车对数见表4。

表3 单层集装箱列车采用不同的有效长集装箱占比与列车对数比较表 对/日

表4 双层集装箱列车采用不同的有效长集装箱占比与列车对数比较表 对/日

从表4中可以看出，采用双层集装箱运输时，纵向比较，集装箱运量占比增加对总的列车对数影响不大。到发线有效长850 m时，集装箱运量每增加10%，列车对数增加0.5对；到发线有效长1 050 m、牵引质量4 000 t时，集装箱运量每增加10%，列车对数增加0.2对；到发线有效长1 050 m、牵引质量5 000 t时，集装箱运量每增加10%，列车对数增加0.7对；到发线有效长1 250 m时，集装箱运量每增加10%，列车对数增加0.2对。横向比较，在集装箱占比相同的情况下，随着到发线有效长的增加，列车对数在减少。4 000 t牵引质量时，1 050 m有效长比850 m减少的列车对数为：3×集装箱占比；5 000 t牵引质量时，1 250 m有效长比1 050 m减少的列车对数为：5×集装箱占比。

4.2 集装箱占比对需要通过能力的影响

需要通过能力根据下列公式计算：

为简化计算程序，假定重车方向无空车，不开行零担、摘挂、快运货物列车。

单线铁路客车扣除系数ε客取1.3，客车对数N客为4对/日；线路储备能力系数α储采用20%。

一般情况下，通过能力达到40对左右时，基本到达单线铁路通过能力的上限，计算取41对。当需要通过能力超过41对，就需要选择其他技术标准或采取措施进行扩能改造。从表5可以看出，需要通过能力41对，对应的货物列车对数是29对。

从表5可以看出，集装箱运量占比在0～40%时，到发线有效长850 m，牵引质量4 000 t是最佳方案；集装箱运量占比在40%～70%时，到发线有效长1 050 m，牵引质量4 000 t是最佳方案；集装箱运量占比在70%～80%时，到发线有效长1 050 m，牵引质量5 000 t是最佳方案；集装箱运量占比在80%～100%时，到发线有效长1 250 m，牵引质量5 000 t是最佳方案。

从表4可以看出，双层集装箱与普通货物列车组合，当集装箱运量占100%，到发线有效长850 m，对应的货物列车总数27.4＜29对，所以，采用双层集装箱列车运输时，无论集装箱的占比为多少，到发线有效长850 m，牵引质量4 000 t是最佳方案。当运量继续增长时，可选择到发线有效长1 050 m系列。因到发线有效长1 250 m时，双层集装箱和普通货物列车的牵引质量与有效长匹配较差，而且会增加工程投资，所以不建议采用。

5 集装箱占比对输送能力的影响

输送能力根据下列公式计算：

式中：N平为控制区间平行运行图通过能力 （取41对）；G为牵引质量；γ净为净载重系数；α波为货运波动系数。

因双层集装箱按到发线有效长编组列车，其牵引质量利用率较高，这里就不再列举说明了。主要对单层集装箱与普通货物列车组合，其集装箱占比与输送能力的关系进行比较分析（见表6）。

表5 单层集装箱列车采用不同的有效长集装箱占比与需要能力比较表 对/日

表6 单层集装箱列车采用不同的有效长集装箱占比与输送能力比较表 万t/年

通过表6可以得出结论，当集装箱占比小于10%时，牵引质量4 000 t，输送能力约3 000万t/年；牵引质量5 000 t，输送能力约3 500万t/年；这与我国规范对客货共线单线铁路的能力规定是相吻合的。随着集装箱运量的占比增加输送能力在减少，牵引质量4 000 t时，到发线有效长850 m，当集装箱运量占比达到40%，输送能力只有2 400万t/年；到发线有效长1 050 m，当集装箱运量占比达到70%，输送能力只有2 400万t/年。所以，集装箱运量占比对单线铁路的输送能力影响比较大。

6 总结

本文系统地总结了完成货运量2 000万t/年、客车4对/日的情况下，集装箱运量占比与到发线有效长、牵引质量、需要能力、通过能力和输送能力的关系。通过计算数据的分析，提出自己的观点如下：

6.1 到发线有效长、牵引质量的选择

单层集装箱列车，集装箱运量占比≤40%时，优先选择到发线有效长850 m，牵引质量4 000 t的标准；集装箱运量占比≤70%且＞40%时，优先选择到发线有效长1 050 m，牵引质量4 000 t的标准；集装箱运量占比≤80%且＞70%时，优先选择到发线有效长1 050 m，牵引质量5 000 t的标准，但是这一组合只能适应10%的增长量，匹配性较差，货运量大于2 000万t/年时，可选择该标准；集装箱运量占比≤100%且＞80%时，到发线有效长1 250 m可满足运输需求，虽然1 250 m有效长可提高牵引质量，但是会引起工程量的增加较大，一般不建议采用。双层集装箱按到发线有效长编组与按牵引质量编组匹配较好，优先选择4 000 t牵引质量和850 m有效长的标准工程最省。同时，从表5可以看出，集装箱运量占比≤70%时，到发线有效长1 050 m与4 000 t牵引质量是最佳组合，如选择5 000 t牵引质量只能适应集装箱运量10%的增长量，意义不大。这对一些非洲落后地区电力供应不足，提高通过能力提供了很好的借鉴作用。所以，当集装箱运量占比较大时，盲目套用我国规范的到发线有效长和牵引质量系列值是不合适的，要结合实际情况分析确定。

6.2 对通过能力、输送能力的判断

当集装箱运量占比＞10%时，对单线铁路设计通过能力与需要能力的匹配，不能套用我国的经验值，应根据实际情况计算列车对数来判断设计通过能力与需要通过能力的关系。例如：表5中集装箱运量占比＞40%时，4 000 t牵引质量、850 m有效长，单线能力不能满足需要能力的要求，需要选择其他的标准来提高能力。

当集装箱运量占比＞10%时，单线铁路的输送能力受集装箱运量占比影响较大。例如：4 000 t牵引质量、850 m有效长，当集装箱占比为40%时，输送能力为：货运2 000万t/年和客车4对/日，折合输送能力只有2 400万t/年，与我国规范单线的极限输送能力为3 000万t/年差距较大。

希望本文研究结论能够为设计者在客货共线铁路车站到发线有效长等技术标准的选择上提供帮助，在本着工程最经济的情况下，结合集装箱运量的实际情况合理选择铁路技术标准。