兰新线货运通过能力提升研究

唐文国，陈国鹏，单明路，李 强

（1.中国铁路兰州局集团有限公司，兰州 730000；2.兰州铁道设计院有限公司，兰州 730000）

铁路运输通道是指在狭长的带状地域内由多条线路构成的运输格局［1］。兰新铁路通道东起甘肃省，西至新疆维吾尔自治区，是新疆通往中国内地的主要铁路运输通道，也是“新丝绸之路经济带”运输通道和我国西北地区铁路网的重要组成部分。目前兰新铁路通道（兰州-乌鲁木齐）由兰新线、兰新客专构成，未来随着兰州至张掖三四线的建成，兰新铁路通道兰张段将形成兰新线、兰新客专、兰州至张掖三四线共同构成的六线格局。其中，兰新线是进出疆铁路的主通道，是中亚（欧）通道的核心组成部分，也是“一带一路”战略的货运大动脉；既承担了新疆和甘肃河西地区对外的长途普速客流，又推动了丝路沿线各国与国内的集装箱班列交流。兰新线作为国家路网骨干，承担着进出疆大量煤炭及非煤货物运输，以及中欧国际班列运输。随着国家“西煤东运”发展战略的深入实施，新疆煤炭外运量大幅增长，导致兰新线武威南至金昌段通过能力日趋紧张，通过能力不足的矛盾不断加剧。与此同时，部分车站的实际作业量超出能力限制，从而形成瓶颈，导致车流输送能力不足，反映出部分技术站和中间站的能力有待加强。由此可见，点线能力不协调是制约兰新通道运能的主要问题，使得兰新通道的运输能力及运输效率受到了影响。

针对路网及铁路通道点线能力协调优化的问题，专家学者的研究成果丰富。Park［2］对既有铁路运输系统点线能力协调的目标、原则进行论述，从理论上提出协调优化的算法思路。邓隆炳［3］从线路使用能力、储备能力、理论能力和实际能力等方面总结出了铁路运输能力的基本概念。Lorenzo等［4］间接地考虑了列车之间的优先级和可能延误，建立了一种新的通过能力计算模型并验证其可行性。随着我国高速铁路网络的逐渐完善，王宇强等［5］考虑了高速铁路上跨线列车区间能力的影响，提出虚拟化车站的思想，从而实现车站与线路的点线能力一体化计算，使优化结果更符合实际情况。针对铁路通道运力紧张的问题，赵海宽等［6］提出可以通过站场技术改造或能力补强、编组站综合自动化改造等项目协调枢纽干支线、联络线、车站能力，实现点线协调。韩军［7］通过引入铁路日常生产大数据集，结合路网车流组织基本理论与方法，对铁路货运通道车流分配问题进行优化研究。具体针对兰新铁路通道运能紧张的问题，部分专家也已经进行了许多研究。丁海涛［8］通过预测兰新铁路通道运输需求，同时考虑运输效率等因素，比选确定最优兰新铁路通道运输格局，最后提出兰新铁路通道运输格局优化策略。王宏洲［9］和张东红［10］结合既有铁路布局及线路走向，综合考虑线路方案工程地质条件、工程养护维修成本、工程经济投资等因素，推荐了兰张三四线武张段修建高普联络线以及酒额铁路接入兰新线接轨建设的最优方案。左波祥［11］通过对兰新通道现状、嘉峪关站及嘉峪关南站的分析，提出兰新通道嘉峪关及嘉峪关南站扩能改造方案，有效解决了嘉峪关站到发线能力不足及客、货列车交叉干扰问题，提高了兰新通道整体运输效率。

本文主要通过对兰新线运输能力、运输需求以及出疆铁路通道货物分流情况的分析，综合考虑各种因素，进行了兰新线点线能力匹配性研究，针对既有兰新线存在的问题提出了几点改进措施，进一步挖潜线路能力，增强主要站点能力，促使点线能力趋于协调，确保兰新线运输通道畅通，对保障疆煤外运、服务西部地区地方经济发展具有重要的战略意义。

1 兰新线现状分析

1.1 兰新线运输能力利用现状

兰新线兰州至乌鲁木齐段全长1 725 km，本次研究武威南至安北（不含）段长度704.7 km，共分布车站38个，主要经过甘肃省中西部地区，是甘新地区对外铁路运输的货运主通道。

2018年国家有关部门相继下发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》、《铁路北煤南运体系建设实施方案（2018-2020年）》、《铁路货运增量行动方案（2018-2020年）》等文件，均提出在三年内实现新疆地区煤炭通过“公转铁”增运6 600万t入甘川渝滇贵等地区［12-14］。随着外运疆煤等货运需求的快速增长，现有兰新线全线运输能力均已处于饱和状态。如表1所列，武威南至金昌段能力最为紧张，现开行旅客列车33对／d，普通货物列车119对／d，能力利用率为112%，已达超饱和状态。

表1 兰新线现状对数及能力利用情况表Tab.1 Current logarithm and capacity utilization of Lanxin railway

1.2 兰新线货物运输需求现状

受中欧班列的开行和新疆地区煤炭外运等政策的影响，兰新线承担了大量的货物运输任务。本文结合兰州铁路局集团有限公司近五年实际货物运输情况以及对兰新线沿线新建铁路专用线和新疆地区“公转铁”市场需求的调查，对未来五年煤炭等主要大宗物资进行产运销平衡分析预测，如图1～2 所示。近年来兰新线货物运量呈逐年递增态势，通过运量主要集中在上行方向，其中煤炭、集装箱货物占比达到75%；下行通过运量以中欧班列的集装箱货物为主，占比达到72.7%。如表2所列，2022年兰新线最大货流密度区段为嘉峪关-玉门东段，由疫情前的6 071万t增长至2022年的9 543万t，增幅达到57.2%，呈现爆发式增长。预计到2028年，兰新线将新增年到发运量2 582万t，嘉峪关-玉门东段货流密度将超过1 000万t／km，超出现有兰新线的承载能力。

图1 兰新在线行方向货物通过运量现状及预测Fig.1 Situation and forecast of freight traffic volume in the up-direction of Lanzhou-Xinjiang railway

图2 兰新线下行方向货物通过运量现状及预测Fig.2 Situation and forecast of freight traffic volume in the down-direction of Lanxin railway

表2 兰新线运输能力利用情况及预测表Tab.2 Utilization and prediction of current capacity of Lanxin railway万t

1.3 出疆通道各线路能力利用现状

近年来，随着我国铁路路网的完善，已形成以兰新线（兰州-乌鲁木齐）为主体，格库铁路（格尔木-库尔勒）、临哈铁路（临河-哈密）为两翼、敦煌铁路（柳沟-饮马峡）为辅助通道的出疆铁路通道，共同承担出疆货物的运输任务。

目前出疆通道各条线路的能力利用现状如图3所示。通过分析各线路能力利用率可知，除兰新线以外的出疆线路中，格库线依吞布拉克至库尔勒段的能力利用率达到99.4%，临哈线临河至额济纳段的能力利用率达到85.3%，敦煌线敦煌至饮马峡段的能力利用率达到了99.5%，均处于饱和状态，在不进行扩能改造的前提下对兰新线运力疏解能力较弱。因此，依托出疆通道的其他线路将运量进行转移，以实现缓解兰新线的运能紧张局面是行不通的。

图3 出疆通道能力现状Fig.3 Current situation of the capacity of the exit channel from Xinjiang

1.4 既有兰新线存在的问题

通过对兰新线运输能力、运输需求以及出疆铁路通道货物分流情况分析可知，既有兰新线存在以下问题：

1）兰新线（武威南至安北段）通过能力紧张。各区段能力利用率均在90%以上，武威南至金昌、金昌至张掖、张掖至嘉峪关段已达超饱和状态，通过能力十分紧张，其中武威南至金昌段能力最为紧张，能力利用率为112%，已无法满足煤炭等大宗货物的新增运输需求。

2）三大出疆线路能力处于饱和状态，无法分流兰新线疆煤通过运量。目前，除兰新线外，其余出疆通道中临哈线、格库线及敦煌线的能力利用率分别为85.3%、99.4%、99.5%，均趋于饱和状态，无法分流更多兰新线疆煤通过运量。

3）兰新线（武威南至安北段）部分节点车站存在到发线数量不足，客货交叉干扰，咽喉布置不合理，列车进路不畅、点线能力不匹配等现象，影响兰新线整体运输质量的提高。

上述问题导致兰新线点线能力不匹配，极大地影响兰新线整体运输质量。为满足未来市场需求，确保中亚（欧）大通道畅通无阻，亟需对现有出疆通道能力进行改造提升。

2 兰新线能力挖潜措施

2.1 客车分流措施

目前兰新通道内普速客车可上线兰新客专的车站由东向西依次为兰州西、西宁、嘉峪关南、柳沟南、哈密、大河沿及乌鲁木齐站。其中，兰州西站、哈密站、乌鲁木齐站均具备兰新线普速客车上下兰新客专的条件；嘉峪关南站仅具备下行普速客车下线及上行普速客车上线兰新客专的条件。柳沟南站具备敦煌线普速客车上下兰新客专的条件；大河沿站具备南疆线普速客车上下兰新客专的条件。

1）现有兰新线普速客车分流情况

目前兰新线运行有普速旅客列车33对／d。随着兰新客专兰州至西宁段线路整治和提质改造工程的完成，2023年3季度中国铁路兰州局集团有限公司将经既有兰新线兰州至乌鲁木齐段运行的部分普速旅客列车调整为经兰新客专运行。运行图调整后，既有兰新线减少普速旅客列车10对／d，按现有兰新线旅客列车扣除系数ε客＝2.3考虑，可增开货物列车23对／d。据相关调查显示，在既有兰新线能力超饱和状态下每减少1对／d的旅客列车便可开行货物列车1.5对／d，因此本文设ε客＝1.5，煤炭列车牵引质量Q＝5 000 t，则预计可新增货物运输能力1 875万t／a，将在一定限度上缓解兰新线运能紧张的现状，更好地满足日渐增长的货物运输需求。而兰新客专在增加10对／d普速旅客列车的情况下，最高区段的能力利用率为30.0%，运输能力仍有较大富余。

2）预期兰张三四线客车分流情况

兰张三四线中川机场至武威东段预计于2024年建成，届时能够分流兰州至武威的普速旅客列车2对／d，则兰新线可新增货物运输能力360 万t／a；武威东至张掖段预计于2027年建成，届时可承接兰州至金昌3对／d的普速旅客列车的客流，则兰新线可新增货物运输能力540万t／a。分流普速旅客列车后兰新线各段能力适应性分析如表3所列。

通过对普速旅客列车的分流，2028年兰新线武威南至安北段年新增可完成货运量2 438万t，能够满足年新增运量最大区段2 430万t的运输需求，但将依旧处于饱和状态。同时，通过增加兰新客专普速旅客列车的开行对数，可以有效促进沿线城市间的经济交流，提升区域发展空间［15］。

2.2 兰新线通过能力提高措施

由于车站进出站信号机和进路信号机的影响，兰新线中部分较大车站的发到间隔时分不能满足6 min要求，一定程度上影响了整体线路的通行能力［16］。双线自动闭塞铁路的平图通行能力N可由式（1）得出：

式中：T窗为天窗时间，I追为双线自动闭塞铁路的平图追踪间隔时间。

考虑到该区段还开行快运班列、摘挂列车以及旅客列车，其运行图为非平行运行图，其通过能力N非如式（2）和式（3）所示。

式中：N非货为双线自动闭塞区段非平行运行图中货物列车的通过能力，ε客为旅客列车的扣除系数，ε快运为快运班列的扣除系数，ε摘挂为摘挂列车的扣除系数，n客为旅客列车的开行数量，n快运为快运班列的开行数量，n摘挂为摘挂列车的开行数量。该区段电化检修天窗时间T窗＝90 min，开行摘挂列车、快运班列、客车列数n客如表3所列。考虑将列车追踪间隔由7 min缩短至6 min，全线的平图能力可由188.5对／d提高至210对／d，最大区段的能力利用率可下降至86%。如表4所列，通过压缩列车追踪间隔时间可以释放一定的运输能力，增加现场运输组织的灵活性，有效地提高运行图调整空间。但当双线客货共线铁路的列车对数达到120对／d以上时，需与较大站点的作业时间相协调匹配，会相应地加大运输组织难度，故该方案具有一定的局限性。

表4 6 min追踪间隔下线路能力适应性分析表Tab.4 Adaptability analysis of line capacity under 6-minute tracking interval

2.3 主要站点能力补强方案分析

按照国铁集团“联网、补网、强链”的部署，针对兰新线武威南至安北（不含）段部分车站存在的到发线数量不足、客货交叉干扰严重、咽喉区布置不合理的问题，本文综合考虑多方面因素，对武威南、金昌、张掖、嘉峪关、玉门东及柳沟6座车站能力进行系统分析。根据利用率计算法［17-18］，车站到发线通过能力利用率可表示为：

式中：M为用于办理列车到发技术的线路数，为固定作业的占用时间，r空为到发线的空费系数，根据兰州局相关《站细》规定，本文对上述车站取t固＝0.15，并根据分析结果提出改造方案，以增强到发线能力，进一步完善咽喉区布置。上述车站改造示意图如图4～9所示。

图4 武威南站改造示意图Fig.4 Schematic diagram of Wuweinan station renovation

图5 金昌站改造示意图Fig.5 Schematic diagram of Jinchang station renovation

图6 张掖站改造示意图Fig.6 Schematic diagram of Zhangye station renovation

图7 嘉峪关站改造示意图Fig.7 Schematic diagram of Jiayuguan station renovation

图8 玉门东站改造示意图Fig.8 Schematic diagram of Yumendong station renovation

图9 柳沟站改造示意图Fig.9 Schematic diagram of Liugou station renovation

1）武威南站改造方案

现有武威南车站到发线通过能力为50列／d，能力利用率为113%。拟在武威南修建峰上行出发场至到达场的环到线，峰前到达场新增到发线2条，两端咽喉进行改扩建以缓解到达场到发线数量不足的问题。改造后上行出发场到发线通过能力将由133.3列／d增加至150.5列／d，下行出发场到发线通过能力将由129.1列／d增加至133.5列／d。

2）金昌站改造方案

现有金昌站东端咽喉受地形限制，导致到发线利用率低，且到达卸车集中到达时，长时间占用到发线，影响接发车作业，增加站内解编作业难度。因此拟在金昌站兰州端增设7-9道列车径路，相应改造咽喉及牵出线；同时在乌鲁木齐端将既有48＃道岔改为交分道岔，在下行线与金阿线间增设交叉渡线，进而使调车场与金川公司专用线连通。改造后到发线的通过能力由129列／d增加至135列／d。

3）张掖站改造方案

现有张掖站在车流集中时存在到发线长时间占用，运能紧张的现象。拟将车站既有调车线（12道）改造为到发线且电化挂网，同时为减少作业的交叉干扰，将调车进路与发车进路分开，相应在两端咽喉各增加1组渡线。改造后到发线的通过能力由112列／d增加至130列／d。

4）嘉峪关站改造方案

现有嘉峪关站存在到发线能力紧张，存在折角车流及换重车流、客货交叉作业干扰大等现象。拟在上行场新增到发线1条并将既有基本站台改造为岛式站台；在下行场新建到发线3条；同时在既有上行到发场西侧配套建设客整所兼动车存车场、客车疏解线、客车联络线。改造后上行出发场到发线通过能力将由113.5列／d增加至145.5列／d，下行出发场到发线通过能力将由112.7 列／d 增加至132列／d。

5）玉门东站改造方案

现有玉门东站由于受调车线有效长度制约，车站利用到发线编组专用线车列，造成到发线能力紧张。拟将车站既有调车线8道改造为到发线，且电化挂网，同时在兰州端咽喉增加1组渡线。改造后到发线的通过能力由129列／d增加至135列／d。

6）柳沟站改造方案

柳沟站现有到发线数量与咽喉能力匹配性较差，已无法满足运输组织需求。拟在车站新增到发线3条且电化挂网，同时相应改建两端咽喉。改造后到发线的通过能力由110列／d增加至158列／d。

在进行相关扩容改造后，车站到发线及咽喉能力紧张的局面均得到一定的缓解，同时增加了站内运输组织的灵活性。

2.4 出疆通道扩能改造措施

现有出疆铁路通道中的其余铁路线路均已处于饱和状态，无法分流兰新在线疆煤的通过运量，因此需要对现有出疆通道进行扩容改造。

1）临哈线扩容改造方案

临哈线临河至额济纳段现为单线内燃铁路，共设计车站60处（含临河、额济纳），现状开站27处，拟将33处预留车站全部开放，共开放车站60处，可将线路平图能力由12.7对／d提高至16.6对／d，新增可完成货运量410万t／a；额济纳至哈密段拟进行电气化和开站扩能改造，本段设计车站31处（不含额济纳站），现状开站12处，拟将19处预留车站全部开放，共开放车站31处，电气化和开站扩能改造后线路平图能力可由14.8对／d提高至19.1对／d，年新增可完成货运量450万t。

2）格库线扩容改造方案

格库铁路现平均站间距离为35.6 km，其中最大站间距离为48.1 km，拟增开48处车站后可将该线的平均站间距离降低至14.7 km，其中最大站间距离为30.9 km。同时考虑将站间距离最大的米兰至若羌段采用增建二线方案进行扩能改造，扩容改造后其余段落平均站间距离为14.2 km，其中最大站间距离为16.9 km，格尔木至米兰段达到通行能力可以由12.5对／d提高至34.2对／d、茫崖镇至米兰段可以由15.7对／d提高至36.5对／d，年新增可完成货运量达到2 200万t。

预计至2028 年，新疆将自北向南形成柳淖通道、临哈通道、兰新通道、格库-西格通道、格库-格成通道共同承担“疆煤外运”。如表5所列，相关线路扩容改造完成后，通道中各线能力均可满足疆煤的运输需求，且具有一定富余。

表5 扩容改造后出疆通道输送能力与运量适应情况表Tab.5 Adaptation of transportation capacity and volume of the outbound channel after expansion and renovation

3 结论

兰新线所经甘肃河西走廊地区，包括武威、张掖、金昌、酒泉和嘉峪关等地市，沿途资源富集、商贸繁荣、物流活跃。促进兰新线的点线能力协调有助于疏解当前兰新线运能紧张的现状，更好地满足西北地区日益增长的货物运输需求。本文针对“一带一路”背景下既有兰新线存在点线能力不协调的问题进行研究，通过对兰新线运输能力、运输需求以及出疆铁路通道货物分流情况分析，提出了促进兰新线点线能力协调发展的几点优化方案：

1）兰新通道逐步形成六线格局，可以进一步将可分流的旅客列车及客流转移至兰新客专及兰张三四线，从而释放兰新线货运能力。

2）建议试验兰新线最小追踪间隔压缩至6～7 min的可能性，以提高运输组织灵活性和对突发事件的应变能力。

3）在临哈线、格库线扩能后，可将兰新线通过运量进一步分流至其他线路，从而更好的保障兰新线沿线地区的货运需求。

4）对相关既有车站进行改造，可缓解车站到发线紧张局面，并有效提高站内运输的灵活性。