新建伊宁至阿克苏铁路速度目标值研究

张文斌

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西 西安 710043)

1 伊宁至阿克苏铁路概况

新建伊宁至阿克苏铁路位于新疆维吾尔自治区西部的伊犁哈萨克自治州(以下简称伊犁州)、巴音郭愣蒙古自治州和阿克苏地区[1]。线路起自伊宁市精伊霍铁路伊宁站,利用精伊霍铁路向东至布列开车站接轨引出,新建线路向南沿伊犁河谷而上,经新源县后翻越天山,接入既有库俄铁路库台克力克站,利用并改建库俄铁路接入南疆铁路库车西站,后利用南疆铁路至项目终点阿克苏市阿克苏站,沿途经伊宁市、巩留县、新源县、轮台县、库车市、新和县、阿克苏市[2]。线路全长654.03 km,其中伊宁至布列开段利用精伊霍铁路43.6 km,布列开至库台克力克新建线路全长313.96 km,库台克力克至库车西段改建利用库俄铁路68.77 km,库车西至阿克苏段利用南疆铁路227.7 km。

据运量预测,该线近期、远期客货运量如表1所列。新建伊宁至阿克苏铁路线路走向见图1。

表1 研究期内项目预测运量

2 速度目标值

该线伊宁至布列开段利用精伊霍铁路,布列开至库台克力克新建线路,库台克力克至库车西段改建利用库俄铁路,库车西至阿克苏段利用南疆铁路,研究年度精伊霍铁路和南疆铁路将扩能改造[3-4],因此本次重点对布列开至库台克力克新建线路、库台克力克至库车西段改建利用库俄铁路速度目标值分段进行研究。

2.1 布列开至库台克力克段(新建段)

(1) 速度目标值方案 该线为新疆铁路网骨架的重要组成部分,形成南北疆之间便捷的铁路运输通道。为保障区域路网铁路通道运输质量,速度目标值不宜过低,但该线需穿越南天山,地形复杂、工程艰巨,速度目标值方案还应考虑工程经济性,同时与相邻铁路协调统一。

结合项目功能定位及运量预测,该线为客货共线铁路,且为单线,速度目标值越高,客货干扰越大,达速效果越差,同时200 km/h方案工程投资增加较大、经济性差。《铁路线路设计规范》[5]规定:速度目标值200 km/h的客货共线铁路应一次修建双线。根据客货运量预测结果该线按单线设计[6],因此,重点对120 km/h、160 km/h速度目标值方案进行研究。

(2) 工程经济性综合分析 根据项目建设方案及地形特征,结合路网构成及运量预测,布列开至那拉提西段与规划的伊宁至巴伦台铁路共线,客运量水平高,且地形相对平缓,而那拉提西至库台克力克段需翻越南天山,地形复杂[7-8]。为充分体现与客流水平的匹配性、地形特征的适应性、工程投资的经济性,对速度目标值进行分段研究[9-12]。

布列开至那拉提西段:布列开至那拉提西段与新建伊宁至巴伦台铁路共线,且沿线经济据点及旅游景点分布较多,客运对数较多,同时地形相对平缓,不同速度目标值对应的曲线半径选择均能适应地形条件。结合工程投资、运输质量研究该段120 km/h、160 km/h速度目标值方案。不同方案的工程投资经济性分析见表2。

由表2可知,160 km/h方案较120 km/h方案投资增比仅为2.4%,但节时比达33.5%,160 km/h速度目标值方案节时效果明显、运输质量较高。

那拉提西至库台克力克段:那拉提西至库台克力克段线路主要穿越南天山,且客车对数相对较少。不同速度目标值对应的曲线半径选用对线路方案具有一定影响[13],采用较小曲线半径可有效缩短桥隧长度[14],优化工程设置,降低工程投资,但降低列车运行速度限制了运输质量的提高。结合工程投资、运输质量[15]研究了该段120 km/h、160 km/h 2个速度目标值方案,不同速度目标值方案工程经济性分析见表3。

表3 那拉提西至库台克力克段不同速度目标值方案工程经济性比较

由表3可知,该段虽然地形较复杂,但160 km/h与120 km/h方案工程投资相当,投资增比仅为6.4%,而160 km/h与120 km/h方案节时比达34.1%,160 km/h速度目标值方案节时效果明显、运输质量仍较高。

(3) 综合分析 列车达速效果分析:结合地形特征,该线穿越南天山,20‰的足坡地段长达130.3 km。在20‰的坡度方案上,采用160 km/h速度等级旅客列车[16],通过模拟牵引计算分析,列车达速效果如图2所示。

图2 160 km/h速度等级旅客列车达速效果Fig.2 Passenger train speed reaching diagram at 160 km/h

由图2可见,160 km/h速度等级旅客列车在20‰的足坡地段,上坡最低运行速度为140 km/h,达速效果较好。

与功能定位、区域路网的匹配性分析:该线为南北疆之间便捷的运输通道,应采用较高的速度目标值;考虑该线位于我国西北边陲,地广人稀,所处地区经济欠发达,客运需求量偏低,且沿线工程地质复杂、投资大,速度目标值过高经济性较差。区域相关铁路速度目标值示意图如图3所示。

图3 区域相关铁路速度目标值Fig.3 Schematic diagram of target value of region related railway speed

区域路网内既有兰新线乌鲁木齐至精河段线路允许速度160 km/h,精河至阿拉山口段线路允许速度120 km/h;精伊霍线现状线路允许速度120 km/h,增建二线提速改造完成后速度目标值为160 km/h;南疆线吐鲁番至阿克苏段线路允许速度160 km/h,阿克苏至喀什段线路允许速度120～160 km/h、增建二线电气化改造后速度目标值为160 km/h;在建阿克苏至阿拉尔铁路速度目标值为120 km/h、预留160 km/h。

结合项目客运量预测及开行方案,该线采用160 km/h的速度目标值方案,符合项目功能定位,满足运输需求,与区域路网协调匹配。

工程经济性及运输质量分析:通过对布列开至那拉提西、那拉提西至库台克力克两段的工程投资及经济性综合分析,160 km/h速度目标值方案较120 km/h工程投资增幅不大,而运输质量提升明显。

(4) 该段速度目标值研究小结 综上所述,结合沿线地形特征,为符合项目功能定位,满足客运需求,同时与区域路网协调一致,提高通道整体运输质量,使综合经济效益最优[17-20],布列开至库台克力克段(新建线路)速度目标值推荐采用160 km/h。

2.2 库台克力克至库车西段(改建段)

(1) 线路特征分析 库俄线是为俄霍布拉克矿区服务的货运铁路,由乌鲁木齐局、新疆自治区、徐州矿务集团公司共同出资成立,乌鲁木齐局相对控股。库俄铁路为Ⅱ级单线铁路,最小曲线半径800 m,矿区内600 m,采用6/16‰均衡坡,内燃牵引,预留电化条件,到发线有效长度850 m,半自动闭塞,全段线路长度86.6 km,分布车站8处(含2处预留站),平均站间距离12.29 km,目前按80 km/h运营。库俄线线路特征如图4所示。该线利用库俄段线路长度68.77 km,最小曲线半径800 m;既有线为减少工程,依山傍河布线,线型曲折,翻越却勒塔格山时有桥隧工程。库车西至库台克力克段平面曲线特征见表4。

图4 库俄线线路特征示意图Fig.4 Schematic diagram of Ku-e railway route characteristics

表4 库俄线库车西至库台克力克段平面曲线特征

(2) 提速方案研究 结合区域路网及该线主要技术标准[21],同时考虑既有线路特征,重点研究了提速至120 km/h、提速至160 km/h、提速至160 km/h局部120 km/h共3个方案并进行比较。各速度目标值基础设施适应性分析见表5。

表5 库俄铁路不同速度目标值工程基础适应性分析

平纵断面满足提速至120 km/h条件,除轨道外既有设备基本满足120 km/h速度目标值要求。对于160 km/h速度目标值方案,将不满足平纵曲线条件的段落进行提速改建,满足平纵条件的段落主要补强轨道工程和隧道工程。

提速至160 km/h方案:不满足平面曲线段落和隧道地段全部改建,改建长度45.28 km,利用段长度23.32 km,占比33.9%,工程投资27.1亿元。

提速至160 km/h局部120 km/h方案:苏巴什至康村和依地克至库台克里克段桥隧集中,按120 km/h改建,段落长33.75 km,占比49%;其余地段提速至160 km/h,段落长35.02 km,工程投资9.6亿元。

提速至120 km/h方案:全段平纵断面维持现状,仅对轨道工程补强,工程投资约5.1亿元。

不同改建方案综合经济比较见表6。由表6可知,提速至160 km/h和160 km/h局部120 km/h方案较提速至120 km/h运行时间分别缩短9.4 min和4.4 min,但分别增加投资22.0亿元和4.5亿元,平均每提高1 min分别增加投资2.34亿元和1.02亿元,提速效益差。

表6 综合经济比较

综合分析,库台克力克至库车西段(改建段)速度目标值推荐节省投资[22]的120 km/h方案。

3 结语

新建伊宁至阿克苏铁路在路网中衔接精伊霍线和南疆线,是西部沿边铁路通道的重要构成,直接联系南北疆地区,可形成南北疆之间便捷的铁路运输通道,结束南北疆交流绕经吐鲁番的历史,其建设对于完善路网布局、筑牢祖国西北安全屏障、促进沿边开放和国土开发、巩固脱贫攻坚成果等具有积极意义。研究从提高运输标准、改善沿线居民出行条件、合理利用既有路网资源及节省工程投资等角度综合考虑,主要比较工程经济性、列车达速效果、功能定位及路网的匹配性等方面,最终得出本线布列开至库台克力克段(新建段)速度目标值推荐采用160 km/h;库台克力克至库车西段(改建段)速度目标值推荐采用120 km/h。