大秦铁路重载列车“速密重”合理匹配研究

孙雁胜，于海军，魏玉光

（1.中国铁路太原局集团有限公司，山西 太原 030000；2.中国铁路太原局集团有限公司 运输部，山西 太原 030000；3.北京交通大学 交通运输学院，北京 100044)

作为“西煤东运”的重要运输通道，大秦铁路(韩家岭—柳村南)承担全国6大电网、5大发电公司、380多家主要电厂、10大钢铁公司和6 000多家工矿企业的生产用煤和出口煤炭的运输任务[1]，其货源主要是准格尔、平朔、大同和东胜矿区[2]。大秦铁路重载列车运行速度高、密度大，列车编组形式多样，已常态化实现年运量4.5亿t。2018年，大秦铁路完成年运量4.51亿t，同比增运1 861.2万t，增长4.3%，全年满负荷运载。大秦铁路的货源地“三西”地区煤炭储量占全国60%以上，截至2018年底，共有生产煤矿1 204个，生产能力占全国能力的64%，产量占全国的70%；“三西”地区共有开工建设的煤矿511个，新增产能占全国新增产能的56%[1-2]。根据煤炭运输市场的发展趋势，一方面，虽然清洁能源比重不断提升，但是火电的价格低廉，调峰性能较好，未来的绝对量会继续攀升；另一方面，公路运煤存在超载、环境污染等问题，公路运煤的市场份额会在国家政策导向下逐渐向铁路转移。大秦铁路运输潜在需求庞大，而运输能力却制约了大秦铁路的进一步发展。因此，需要从“速密重”科学合理匹配的角度，优化运输组织、采用新技术、新设备，打破运输能力对大秦铁路发展的限制，实现运输效率和效益最大化[3]。

1 大秦铁路重载运输现状

1.1 设备设施

大秦铁路为双线自动闭塞电气化铁路，采用“四显示追踪”模式，主要技术标准为Ⅰ级双线，限制坡度重车线14‰、空车线12‰，最小曲线半径400 m，牵引种类是电力牵引[4]。大秦铁路重载列车编组主要有2万吨组合列车、1.5万吨组合列车、单元万吨列车、组合万吨列车4种形式。大秦铁路的牵引任务由湖东电力机务段担当，配属装有LOCOTROL系统的机车共566台，其中HXD1型250台、HXD2型180台、SS4型136台，大秦铁路机车参数如表1所示。HXD型机车担当2万吨组合列车头部与中部及1.5万吨组合列车头部牵引任务，SS4型机车担当组合万吨列车及1.5万吨组合列车中部牵引任务[5]。2万吨重载列车使用C80型(含C76型，下同)系列车辆按单元万吨+单元万吨组合编组，1.5万吨重载列车使用C80型系列、C70型系列车辆按单元万吨+5 000吨组合编组，单元万吨重载列车使用C80型系列、C70型系列车辆整编编组，组合万吨重载列车使用普通敞车(C64型、C62型)按5 000吨+ 5 000吨组合编组，大秦铁路车辆参数如表2所示，大秦铁路重载列车编组形式如表3所示。

表1 大秦铁路机车参数Tab.1 Locomotive parameters of Datong-Qinhuangdao railway

表2 大秦铁路车辆参数Tab.2 Wagon parameters of Datong-Qinhuangdao railway

表3 大秦铁路重载列车编组形式Tab.3 Train formation of Datong-Qinhuangdao railway

1.2 运输组织

大秦铁路湖东—柳村南重车线货物列车允许速度80 km/h，空车线由C70，C80，C76车型编组的整列空车按90 km/h运行，其他货物列车均按80 km/h运行。大秦铁路2万吨重载列车、1.5万吨重载列车追踪间隔时间为12 min，单元万吨及组合万吨重载列车追踪间隔时间为10 min。湖东二场重车方向2万吨重载列车发车间隔时间为14 min，1.5万吨重载列车发车间隔时间为13 min，单元万吨及组合万吨重载列车发车间隔时间为12 min。在牵引定数方面，HXD1/2型机车单机牵引定数10 000 t，普超(在列车规定的牵引定数上可以超重多少，在此范围内编组列车不需要调度命令) 10 500 t；HXD1/2型机车双机组合牵引定数20 400 t，普超2×10 500 t。SS4型机车单机牵引定数5 000 t，普超5 300 t；SS4型机车双机牵引定数10 000 t，普超 10 500 t。

大秦铁路列车运行图根据施工维修安排的不同情况，分为基本图、非施工日分号图、集中修分号图。基本图安排120 min综合维修天窗，安排货物列车87对/d，其中2万吨列车55对/d，1.5万吨列车0/6对/d (上行开行0列/d，下行开行6列/d)，单元万吨列车10/4对/d，组合万吨列车22对/d，日运量117.8万t/d。非施工日分号图不安排施工天窗，安排货物列车95对/d，其中2万吨列车63对/d，1.5万吨列车0/6对/d，单元万吨列车10/4对/d，组合万吨列车22对/d，日运量131.2万t/d。集中修施工分号图安排180 min施工天窗，安排货物列车74对/d，其中2万吨52对/d，1.5万吨列车0/6对/d，单元万吨列车8/2对/d，组合万吨列车14对/d，日运量105.6万t/d。按285个非施工日、30个日常维修日、50个集中修日测算，大秦铁路图定年运量为46 206万t/a。

2019年大秦铁路实际安排非施工日284个(湖东二场日均开车84.8列/d，其中，2万吨列车58.4列/d，1.5万吨列车6.5列/d，单元列车4.9列/d，组合列车15.0列/d)、2 h日常维修日34个(湖东二场日均开车73.6列/d，其中2万吨列车51.9列/d，1.5万吨列车5.7列/d，单元列车3.9列/d，组合列车12.1列/d)、3 h集中修施工日47个(湖东二场日均开车71.6列/d，其中2万吨列车53.3列/d，1.5万吨列车6.2列/d，单元列车3.1列/d，组合列车9.0列/d)，年运量完成43 080万t/a。

2 提高大秦铁路重载列车速密重途径

2.1 提高列车运行速度

（1）速度影响因素。一是大秦铁路机车、车辆构造速度未充分发挥。HXD1/2型机车构造速度为120 km/h，SS4型机车构造速度为100 km/h。C80车辆构造速度为100 km/h，C80E车辆构造速度为100 km/h，C70系 列 车 辆 构 造 速 度 为120 km/h，C64车辆构造速度为120 km/h。目前，大秦铁路重载列车限制速度为重车80 km/h、空车90 km/h，与机车、车辆构造速度比较尚有一定差距，具备提速条件。二是困难区段重载列车降速运行，影响大秦铁路重载列车运行秩序。在化稍营—涿鹿、延庆北—下庄、下庄—茶坞间长大下坡道区段，由于坡道限制列车操纵难度大，为保证列车管充风时间，满足重载列车循环制动需求，导致重载列车在该区间运行速度较低，使重载列车运行时分延长，产生拥堵现象，影响整体运行秩序[6]。

（2）提速目标值。由C80，C70系列车辆编组的2万吨、1.5万吨、单元万吨重车的列车运行速度目标值为90 km/h；由C80，C70系列车辆编组的2万吨、单元万吨空车的重载列车运行速度目标值为100 km/h；其他重载列车运行速度维持现行。

（3）提速对策。一是提高固定设备保障能力，对大秦铁路老旧桥梁和部分线路进行检定，实施补强和技改，提高线路允许速度，该方案工程量大，投资较大。二是优化大秦铁路关键区段机务操纵流程，提高长大下坡道列车平均运行速度。

（4）提速效果。若大秦铁路重载列车运行速度提高10 km/h，湖东—柳村南单程运行时分可压缩45 min，往返可以压缩1.5 h。以C80型车辆为例，2019年平均周转时间为2.30 d，提速后往返运行时间可压缩1.5 h，则周转时间可压缩至2.24 d，按C80单元万吨装车日均130列/d测算，每日可节省C80车辆800辆/d；如目前C80车辆配属数量不变，每日可增加3列C80单元万吨装车，每日可增加运量2.5万t/d，年运量可增加900万t/a。

2.2 加大列车运行密度

湖东二场发车间隔时间限制大秦铁路重载列车追踪间隔时间。虽然大秦铁路“线上”2万吨列车、1.5万吨列车追踪间隔时间12 min，单元万吨及组合万吨列车追踪间隔时间10 min，但是湖东二场重车方向2万吨列车发车间隔时间为14 min，1.5万吨列车发车间隔时间为13 min，单元万吨及组合万吨列车发车间隔时间为12 min。大秦铁路列车运行图基本为平行运行图，列车运行密度主要受湖东二场发车间隔限制，进一步提高列车运行密度需要压缩湖东二场发车间隔时间。

（1）压缩发车间隔时间。湖东二场发车间隔时间2万吨列车由14 min压缩至13 min，1.5万吨列车由13 min压缩至12 min，单元万吨及组合万吨列车由12 min压缩至11 min。压缩大秦铁路“线上”列车追踪间隔时间，其中2万吨列车及1.5万吨列车由12 min压缩至11 min，单元万吨及组合万吨列车由10 min压缩至9 min。压缩对策主要有以下几点：一是优化开车组织作业流程，车站提前预告司机开车计划和时间，司机根据计划提前做好开车准备工作，开放出站信号后及时发车，减少附加作业时间，组织达速运行，提高列车出站运行速度。经现场测试，该方案可压缩湖东二场列车发车间隔时间1 min。二是进行技术改造，移设湖东至大同县区间第一离去、第二离去通过信号机位置，经理论计算，湖东站出站信号机至第一离去通过信号机、第一离去通过信号机至第二离去通过信号机距离分别缩短200 m，可压缩湖东二场列车发车间隔时间 1 ～ 2 min。

（2）增加列车运行密度。现行非施工日分号图，大秦铁路重车方向安排重载列车95列/d，2万吨重载列车63列/d，1.5万吨重载列车6列/d，单元万吨重载列车4列/d，组合万吨重载列车22列/d，日运量131.2万t/d。如果湖东二场2万吨重载列车追踪时间由现行14 min压缩至13 min，则2万吨重载列车每列可节省1 min，63列2万吨重载列车可节省63 min，腾出的空间可增加2万吨重载列车4列/d，日均运量可增加6.7万t/d，年运量可增加2 000万t/a；若按现行4.5亿t/a运量规模和重载列车结构的情形来计算，63列2万吨重载列车可以节省63 min，腾出的时间可以使每周安排2个120 min天窗，进一步满足设备维修养护需求，提升设备保障能力。

2.3 提高重载列车重量

大秦铁路2万吨重载列车、1.5万吨重载列车、单元万吨重载列车装车基本固定在大同枢纽、云支线(小站—燕子山)、口支线(大同—口泉)、北同蒲线(太原北—大同)、宁岢线(宁武—岢岚)范围内，卸车基本固定在大秦铁路(韩家岭—柳村南)、迁曹线(迁安北—曹妃甸南)接轨的港口、电厂、钢厂，装卸范围相对固定，如对部分站场股道进行技改，就能具备增加列车编组辆数、提高重载列车重量的条件。组合万吨重载列车装车范围和卸车范围不固定，列车重量需兼顾其他既有线牵引定数、站场设备的要求，提高列车重量难度较大。

（1）提高重载列车重量途径。一是增加列车编组。C80单元万吨列车编组辆数由现行105辆增加至108辆，C80E单元万吨列车编组辆数由现行96辆增加至100辆；2万吨列车编组由现行210辆增加至216辆；1.5万吨列车中C80E普列由现行48辆增加至50辆；其他跨线普列列车重量维持现行。二是研发运用新型大功率机车，增加机车牵引力，满足单元万吨牵引重量由现行10 500 t增加至10 800 t的需求，同时对大秦铁路供电设备进行检定和测算，并进行增容改造，提高供电保障能力。三是研究站场到发线、车辆技检设施、供电能力适应性改造。四是在大秦铁路推广使用27 t轴重、载重87 t系列运煤专用车辆。

（2）提高重载列车重量效果。一是在列车开行结构和规模不变的情况下，以C80列车为例，日均装车130列，每列增加3辆，则每日可增加390辆，每日可增加运量3.1万 t，每年可增加运量1 000万 t；二是在维持现行C80车辆配属数量不变的情况下，每列C80单元万吨增加3辆，则每开行35列2万吨重载列车可减少1条2万吨重载列车运行线，按日均开行2万吨重载列车60列/d组织，相当于减少2万吨重载列车运行线1.7条/d，日均可减少机车供给4.8台/d。

3 大秦铁路重载列车速密重提升步骤

大秦铁路重载列车速度、密度、重量提升分为4个阶段。

（1）第一阶段。基于现行设备条件，通过优化作业流程，压缩湖东二场发车间隔时间。通过优化湖东二场开车作业组织流程，提前预告司机开车计划，减少开放信号至列车起动辅助时间，优化操纵流程，提高列车出站速度。压缩湖东二场2万吨重载列车发车间隔时间，湖东二场重车方向2万吨重载列车发车间隔时间由14 min压缩至13 min，1.5万吨重载列车、单元万吨及组合万吨重载列车发车间隔时间不变。按“非施工日2万吨重载列车67列/d，其他结构和天窗安排按现行”测算，图定运量可以实现48 241万t/a，较现图增加2 000万t/a。按“非施工日2万吨列车67列/d，其他重载列车结构按2019年实际平均值，全年安排50个集中修，运量维持4.5亿 t”测算，全年可以安排60个日常维修日，即大秦铁路综合维修天窗可由现行每月3个增加至每月6个。

（2）第二阶段。进行部分扩能技改，扩大C80列车编组辆数，进一步压缩湖东二场发车间隔时间。一是扩大C80列车编组辆数，C80型单元万吨重载列车编组数量由105辆增加至108辆，C80E型单元万吨列车编组数量由96辆增加至100辆。同时对大新、湖东及大秦铁路部分车站固定脱轨器进行移设，满足车辆技检需求。二是移设湖东至大同县区间湖东出站方向第一、第二离去通过信号机位置，进一步压缩湖东二场发车间隔时间。湖东二场重车方向2万吨列车及1.5万吨重载列车发车间隔时间压缩至12 min，单元万吨及组合万吨重载列车发车间隔时间压缩至11 min。按“非施工日2万吨列车73列/d，其他列车结构不变，全年安排255个非施工日、60个日常维修日、50个集中修施工日”测算，图定运量可实现51 521万 t/a，较现图增加5 310万 t/a。

（3）第三阶段。对大秦铁路桥梁线路进行升级改造，投运新型大功率机车，确保重载列车的牵引力[7]，大秦铁路全面使用27 t轴重、87 t系列运煤专用车。一是对大秦铁路部分桥梁和线路进行技术改造，适应27 t轴重车辆重载运输需求。二是升级大秦铁路运煤专用车辆，使27 t轴重、87 t系列车辆替换C80型车辆，单元万吨编组辆数按108辆编组，C80E型单元万吨重载列车按100辆编组。三是在大秦铁路投运27 t轴重大功率机车，满足单机牵引12 000 t需求。按“非施工日湖东二场开车105列/d，2万吨重载列车75列/d、1.5万吨列车6列/d、单元万吨重载列车4列/d、组合万吨重载列车20列/d；日常维修日湖东二场开车88列/d，2万吨重载列车58列/d、1.5万吨重载列车6列/d、单元万吨列车4列/d、组合万吨重载列车20列/d；集中修施工日湖东二场开车76列/d，2万吨重载列车54列/d、1.5万吨重载列车6列/d、单元万吨重载列车2列/d、组合万吨重载列车14列/d；全年安排255个非施工日、60个日常维修日、50个集中修施工日”测算，图定运量可以实现56 373万 t/a，较现图增加10 162万 t/a。四是开展提速实验，逐步提高重载列车速度；逐步将C80，C70系列车辆编组的2万吨、单元万吨空车的列车运行最高速度提高到100 km/h；条件成熟后，提高重车方向的列车速度。

（4）第四阶段。发展移动闭塞、无人驾驶等技术，使大秦铁路进入重载4.0时代。移动闭塞、自动驾驶等新技术的运用可大幅度降低列车追踪时的前后列车距离，从而降低列车追踪间隔时间。理论上可以将湖东二场重车方向两万吨发车间隔时间压缩至8～10 min，从而大幅度提升大秦铁路的能力。不仅如此，在移动闭塞条件和自动驾驶条件下，可以根据运输需要灵活调整列车的重量、密度和列车运行速度。

4 结束语

大秦铁路是国家重要的煤炭运输通道，连接三西煤炭主产地和东部环渤海港口，其重载运输技术的全面升级对确保煤炭供给安全、实现公转铁目标、打赢蓝天保卫战具有重要意义[8]。“速密重”的组合优化是重载运输提质增量的捷径，其需要从重载列车交通流、车站到发线和咽喉运用、集疏运体系等各个角度进行全方位、立体化的研究，还应探索铁路移动闭塞、ECP制动等前沿技术，实现重载铁路技术全面升级。