长荆线扩能改造方案研究

国 巍

(中铁武汉勘察设计研究院有限公司 铁道与公路处，湖北 武汉 430074)

1 长荆线现状分析

1.1 现状

长荆线(长江埠—荆门)为中国铁路武汉局集团有限公司(以下简称“武汉局集团公司”)管辖的一条单线半自动闭塞Ⅱ级电气化铁路，西接焦柳线(焦作—柳州)，东端通过汉丹线(武汉西—丹江口)连通京广线(北京—广州)，全长175.3 km，到发线有效长1 050 m，限制坡度6‰，货物列车牵引质量4 500 t，最大站间距离26.8 km (天门—京山)，最小站间距离7.1 km(应城东—应城)，平均站间距离19.48 km，设计速度120 km/h，与其相衔接干线相比，长荆线的技术标准偏低。长荆线示意图如图1所示。

长荆线各区间小半径曲线分布零散，全线共设87个曲线，曲线长40.308 km，占线路总长的23%，其中最小曲线半径为800 m，最小夹直线长度为49.82 m；共设217个坡段，最大纵坡6‰，最小坡长200 m。全段平面曲线R ＜ 1 200 m的有44个，曲线长21.6 km；1 200 m≤R ＜ 1 600 m的曲线有18个，曲线长7.82 km。长荆线主要限制区间为冷水铺至荆门站间，区间长24.6 km，曲线半径600 m，允许速度80 km/h，每对列车运行周期72 min，运行周期较长[1]。

目前长荆线平图能力仅为18.5对，平图能力利用率已达100%，运输能力十分紧张，随着地方经济发展带来客货运量的较快增长，特别是为适应长江经济带发展战略需要，计划大量增开沿江货运班列，长荆线运量预计将大幅增加，既有铁路能力将无法满足运量需要，亟需加快长荆线的扩能改造。

图1  长荆线示意图Fig.1 Diagram of the Changjiangbu-Jingmen railway

1.2 运行速度

依据长荆线近期预测客货运量的规模，根据《铁路线路设计规范》的相关规定，近期客货运量小于2 000 万t且大于或等于1 000万t为Ⅱ级铁路，而Ⅱ级铁路旅客列车设计行车速度宜按120 km/h，100 km/h，80 km/h取值[2]。既有长荆线线路允许速度120 km/h，但由于路基病害原因旅客列车仅按100 km/h运行，实际运营中旅客列车旅行速度约为78.9 km/h，区间走行时间长，运输能力已经饱和，难以适应运量的持续增长，难以实现旅客及货主对运输时效性、安全性等高质量要求。因此，实施长荆线扩能改造提高旅客列车设计行车速度，应结合既有线特征等因素进行技术经济比选来确定[3-5]。

（1）从长荆线功能定位及区域路网构成上分析，长荆线功能定位为以服务地方运输需求为主的客货共线的区域性铁路干线。随着汉十高速铁路(武汉—十堰)的全线开通运营，特别是与长荆线基本平行的沪汉蓉高速铁路(上海—成都)、汉丹铁路相比，区域内已形成大能力的快速客运通道，长荆线由于技术标准低，缺乏对通过客流的竞争力，因而对速度目标值的要求不大。

（2）从运量构成上分析，长荆线近期2020年，客货运量分别将达到192万人、1 237万t；远期2030年，客货运量分别将达到268万人、1 680万t[1]。客流以地方客流为主，地方客流约占总客流密度的70%左右，沿线地方客流以务工、旅游为主，客流主要流向为华南、华东、东南等地，少量的通过客流主要为汉宜沿线与武汉及以远部分地区之间的交流。货流以通过货流为主，主要承担襄阳至怀化间、怀化以远部分地区与武汉及以远地区的非集装箱大宗货物交流，客货运量在区域总运量中占比不大，因而通过改造至达到线路允许速度120 km/h后完全可以满足客货运输需求。

（3）从区域交通方式旅行时间上分析，长荆线主要服务于沿线中短途客流，竞争主要与公路运输之间展开，现状通道内二广高速公路荆门段设计速度100 km/h，沪蓉高速公路武荆段设计速度120 km/h，这样既有2种运输方式全程旅行时间基本持平，均约为2.5 h。由于公路运输成本远远高于铁路运输成本，结合目前长荆线运营状况，铁路客票销售良好，节假日票源甚至略显紧张，铁路运输的优势明显，而提速改造后长荆线将达到线路允许速度120 km/h，缩短旅行时间约16.8 min，进一步提高了铁路运输的竞争力。

（4）从工程投资及投资节时比上分析，某些地段翻浆冒泥、基床下沉外挤严重及病害复发率较高是造成长荆线列车运行速度低下的主要原因，工程上可采用换填渗水土或级配碎石、铺设土工材料、增设排水盲沟、加强基床和改善路基边沟排水条件等综合措施进行整治，就可以达到原线路允许速度120 km/h，而路基病害整治投资约为3 000万元，投资节时比可达到178万元/min，因而工程上通过病害整治以达到设计速度投资适宜，成效明显。

综上分析，长荆线通过扩能改造可以使线路长期限速、慢行地段恢复正常，线路允许速度达到120 km/h，能较好地适应沿线地方客货流需求，工程投资不大，提速增效明显，更好地促进沿线地方经济发展，提升铁路运输的竞争力。

2 长荆线扩能改造方案分析

2.1 方案分析

2.1.1 方案 I：提高牵引质量至 5 000 t 方案

长荆线既有到发线长度为1 050 m，满足5 000 t牵引质量要求，因而首先研究通过提高牵引质量到5 000 t来增加运输能力。目前长荆铁路采用HXD1B型货运机车，在6‰限坡情况下单机牵引质量为4 570 t，不能满足牵引质量5 000 t的要求。经研究，可通过更换HXD2B等机车满足牵引质量5 000 t的要求。根据预测运量，提高牵引质量至5 000 t方案能力适应情况[6]如表1所示。

表1  提高牵引质量至5 000 t方案能力适应情况表Tab.1 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t

2.1.2 方案 II：提高牵引质量至 10 000 t 方案

由于提高牵引质量至5 000 t方案不满足需求，结合现浩吉铁路(浩勒报吉—吉安)已开行万吨列车，考虑研究提高牵引质量至10 000 t的方案。若需满足10 000 t牵引质量要求，需将本线到发线长度延长至1 700 m，根据预测运量，提高牵引质量至10 000 t方案能力适应情况如表2所示。

表2  提高牵引质量至10 000 t方案能力适应情况表Tab.2 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 10 000 t

2.1.3 方案 III：提高牵引质量至 5 000 t 并实施单线自闭改造方案

由于方案I提高牵引质量至5 000 t后与周边路网牵引质量匹配，有利于货车长交路的实施，能力不适应预测客货运量的需求，因而考虑在方案I的基础上，再对本线实施单线自闭改造，提高设计通过能力。提高牵引质量至5 000 t并实施单线自闭改造方案能力适应情况如表3所示。

表3  提高牵引质量至5 000 t并实施单线自闭改造方案能力适应情况表Tab.3 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t through implementing single-track self-blocking renovation

2.1.4 方案 IV：提高牵引质量至 5 000 t 并增开所有缓开站方案

长荆线目前预留有龙集、永兴、孙桥、袁家湾、九里、钟祥西、刘家湾7个车站，该方案将预留的7个缓开站近期全部开放，以避免再次施工，初步匡算工程投资4.3亿元，工期9个月。近期增开全部缓开站，提高牵引质量至5 000 t。提高牵引质量至5 000 t并增开所有缓开站方案能力适应情况如表4所示。

2.1.5 方案 V：提高牵引质量至 5 000 t 并分期增开缓开站方案

由于一次增开全部缓开站投资略高，因而研究根据运量需求分期增开预留的缓开站方案。长荆线既有站之间站间距较大，影响客货运通过能力，经牵引计算模拟后，研究年度近期需增开K29+450处的龙集站、K120+100的九里站、K140+150的钟祥西站、K165+600的刘家岗站等4个车站，近期初步匡算投资估算总额约2.5亿元。远期需进一步增开K62+200的永兴站、K82+500的孙桥站等2个车站，袁家湾站缓开，远期初步匡算投资估算总额为1.2亿元。提高牵引质量至5 000 t并分期增开缓开站方案能力适应情况如表5所示。

表4  提高牵引质量至5 000 t并增开所有缓开站方案能力适应情况表Tab.4 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t and putting all the backup stations into operation

表5  提高牵引质量到5 000 t并分期增开缓开站方案能力适应情况表   Tab.5 Adaptability of the plan to increase traction tonnage to 5 000 t and putting the backup stations into operation step by step

2.1.6 方案 VI：提高牵引质量至 5 000 t 并增建二线方案

根据长荆线的相关运量分析，远景年2050年输送能力建议为：货运4 000 万t/a，旅客列车30对/d，单线运能不足，需增二线满足远景运输需求，因而研究提出实施增建二线方案，包含按原设计速度增二线方案、提速至140 km/h增二线方案和提速至160 km/h增二线方案等3个子方案[7]。

按原设计速度增二线方案、提速至140 km/h增二线方案、提速至160 km/h增二线方案3种方案下线路均东起汉丹线上的长江埠站，向西经应城市、天门市、京山县、钟祥市、荆门市，西至焦柳线上的荆门站，提高牵引质量至5 000 t并增建二线方案概况如表6所示。

表6  提高牵引质量至5 000 t并增建二线方案概况表Tab.6 Overview of the plan to increase the traction tonnage to 5 000 t and construct a parallel railway

经计算，不同速度下的增建二线方案设计平图能力均为165对/d (I追= 8 min)，提高牵引质量至5 000 t并增建二线方案能力适应情况如下表7所示。

表7  提高牵引重量至5 000 t并增建二线方案能力适应情况表Tab.7 Adaptability of the plan to increase the traction tonnage to 5 000 t and construct a parallel railway

2.2 方案比选

方案I虽然提高牵引质量至5 000 t与周边路网干线牵引质量一致，有利于开行长交路的货物列车，但单纯提高牵引质量并不能满足近、远期运输需求，需结合其他扩能改造措施(如增开车站)统筹考虑。经研究后，予以放弃。

方案II能满足近期运输需求，但远期能力不足，无法适应运量继续增长。同时，由于区域内各相邻铁路牵引质量多以5 000 t系列为主，提高本线牵引质量至10 000 t，与相邻路网运输质量不匹配，不利于组织长交路。对沿线车站而言，方案II需要延长到发线至1 700 m，将对站坪及到发线进行较大改造，施工改造工期较长，对既有线运营产生较大的影响。由于方案II提高牵引质量至10 000 t方案存在与周边路网牵引质量不匹配、不利组织货车长交路等缺点，经研究后，予以放弃。

方案III近期天门至长江埠段能力饱和、荆门至天门段能力不足，输送能力缺口101万t/a；远期全线能力不足，平图能力缺口4 ～ 10对/d，输送能力缺口360万～ 970万t/a。可见，提高牵引质量至5 000 t并实施单线自闭改造方案依然无法满足本线客货运量的运输需求。方案III能力适应年限较短，经研究后，予以放弃。

方案IV能满足运输能力需求，近期通过能力富余14对，远期通过能力富余5对，研究年度能力富余得当，但投资约4.3亿元，投资稍大。

方案V能满足运输能力需求近期通过能力富余1对，远期通过能力富余2对，近期能力稍显紧张，不能较好地适应客货运量的波动情况，运输组织灵活性较差。

方案VI能满足项目远景预测客货运量，且在增建二线的时候可考虑适当改造，提高线路允许速度，提高旅客列车运行质量。但工程投资巨大，增二线方案中投资最低的原标准增建二线的也高达66.9亿元，远大于其他单线扩能改造方案的投资。此外，通过能力利用率近期仅22%、远期为30%，能力利用虚糜，但当达到远景年度运量时，能力利用才比较合理。因此，方案VI工程投资巨大、能力利用虚糜，不太合理，经研究后，予以放弃。

方案IV与方案V均可满足运输需求，且增开预留车站可以显著提高全线能力，与增建二线相比较，工程投资较小，改造工期较短，对既有线路的运营影响较小。方案V与近期方案IV相比，提高牵引质量至5 000 t并分期开放缓开站方案近期投入车站建设成本较少，节省线路运营成本，能够较好地适应近、远期运量需求，且工程投资适度，但远期还要再增开2个车站，造成反复施工，影响运营。进一步从能力适应性、工程投资、施工干扰等多个方面比选方案IV与方案V后，可以看到方案IV有以下优点：①投资适度。与方案V相比，近期增加投资1.2亿元，增加投资不多。②运输能力有一定富余。与方案V相比，荆门至天门段的平图能力由28对/d提高到41对/d，运输能力有一定的富余，运输组织灵活性较强。③避免二次施工方案。与方案V相比，一次增开全部缓开站方案能避免二次施工对既有线运营的干扰。

综上所述，建议在对长荆线的路基病害进行整治以达到设计速度120 km/h的基础上，推荐方案IV—提高牵引质量至5 000 t并增开所有缓开站方案为长荆线最优的扩能改造方案。

3 结束语

铁路的扩能改造问题是一个复杂的系统工程，需要充分了解既有线在路网中的作用、功能定位、预测运量、区域路网主要技术标准及区域路网相关规划等。在制订各项可能方案时，应以最终发展规模为目标，遵循区域路网系统优化的原则，整体规划、分步实施，合理确定研究年度的相关工程[8]。在方案比选时，应把运输需求、系统能力、施工组织、投资效益等多方面的实际问题结合起来统筹考虑，做到推荐方案在技术上可行、施工上顺畅、经济上合理。长荆线扩能改造方案研究推荐采用提高牵引质量至5 000 t并增开所有缓开站方案，该方案投资适度，运输组织灵活性强且避免二次施工干扰，该方案的实施将是满足未来铁路运量增长的有效手段，可进一步提高区域铁路网的机动性。