浅议既有线扩能改造总体建设方案研究与主要技术标准选择

闫浩国*



浅议既有线扩能改造总体建设方案研究与主要技术标准选择

闫浩国*

（中铁第一勘察设计院集团有限公司线运处，陕西西安，730043）

本文结合现代工程建造技术，以青藏线格拉段扩能改造项目为例，对既有线扩能改造中总体建设方案研究，主要技术标准选择等因素进行了总结探索，提出一些体会和建议，供类似工程项目参考。

青藏线；建设方案；主要技术标准

引言

青藏铁路格尔木至拉萨段（简称格拉段）地处青藏高原腹地，位于青海省西部、西藏自治区中北部，在北纬29°30′～36°25′、东经90°30′～94°55′之间。线路北起格尔木市，经纳赤台、昆仑山口翻越昆仑山，途经五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山进入西藏自治区后，经安多、那曲、当雄、羊八井，穿越堆龙曲峡谷，至西藏自治区首府拉萨市，线路全长1136.338km，其中海拔4000m以上地段长960km。

青藏线格拉段是京藏铁路通道的重要组成部分，是藏区与内地客货交流的主通道，本次扩能改造完成后，将进一步提高青藏线输送能力，提高区域路网运输质量、降低运输成本、提高铁路综合效益、提升区域路网技术水平、加快带动西藏经济发展，促进当地资源优势向经济优势转化，增强地区自我发展能力，惠及更多的藏族同胞。具有迫切的现实运输需要和和十分重要的战略意义。

1 挖掘现有设备的潜力研究

青藏线格拉段作为西藏自治区唯一的对外铁路运输通道，承担着自治区对外客货运输和高原军事基地的军事运输任务，青藏线格拉段自2006年7月1日开通运营以来，西藏自治区地区生产总值（GDP）、社会消费品零售总额以及旅游人数等都步入快速增长时期，2011年GDP突破600亿元大关，是2000年的5倍多；社会消费品零售总额由2000年的43亿元增长到2011年的219亿元，旅游人数由2000年的61万人次增长到2011年的870万人次。进出藏物资逐年大幅增加，货运量增长快速，特别是西藏的旅游业、藏医药业、矿业、农畜产品加工业、民族手工业以及高原生物等高原特色产业步入可持续发展的良好轨道，大批独具特色的高原产品借助青藏铁路源源不断向外输出，从而使西藏后来居上，形成新的经济增长点。

此外，在西藏羊八井地区建有全军高原适应性训练基地，每年6～9月格拉段还承担着大量军列的运输任务，期间装卸军列达100多列，由于军事运输需求的不规律，高峰日进藏军列多达3列，反之则连续几日无运输任务，运输特点表现出极强的不均衡性，进一步加剧了格拉段运能紧张的局面。

本线下行为重车方向，最大货流密度为格尔木～那曲段，研究年度区段货流密度分别为448万t、514万t、738万t，货流构成以煤炭、钢铁、矿建、水泥等地区工农业生产和人员生活所需的各类物资。上行为轻车方向，最大货流密度为格尔木～那曲段，研究年度区段货流密度分别为175万t、264万t、385万t，货流构成以金属矿石、非金属矿石、食品饮料、农副产品及民族用品等为主。初、近、远期研究年度本客流密度分别为140万人、201万人、180万人，开行客车对数分别为7对/日、10对/日和9对/日，其中行包专列均为1对/日。

需要通过能力全线区段货流密度、旅客列车对数汇总见表1

表1 青藏线格拉段现状货流密度表 单位：万t

表2 区段货流密度、旅客列车对数表 单位：万t、对/日

注：各年度客车均含行包1对/日。

表3 青藏线格拉段客货列车对数表 单位：对/日

格拉段受运能制约，扩能前仅承担100万人/年的进藏旅客运输，7～9月旅游客流需求旺盛，不能增开旅游客车，无法满足客运需求。对青藏线格拉段进行扩能改造，使其点线能力协调配套，对提高区域路网整体运输效率，使其输送能力与运量增长相适应，对促进西藏工业、旅游业等产业发展，优化西藏地区产业结构，具有迫切的现实运输需要和十分重要的战略意义。

根据上述对青藏线格拉段未来客货运量发展趋势预测分析，为提高青藏线输送能力首先从技术组织措施入手形成以下几点挖掘现有设备潜力的措施：

（1）充分发挥机车功率的作用，加强机车检修制度，使机车功率充分发挥，利用格拉段客流特点，加强货运工作组织，减少客流淡季旅客列车的开行数量，加开货物列车，以充分提高运输能力。

（2）移动运行图周期，利用上下行货流显著不均衡（2010年至2013年间上下行货流密度分别为：30/226万t、49/224万t、75/312万t、46/405万t，轻车方向货流密度分别为下行重车方向13.3%、21.7%、24.1%和11.5%）现状。采用压缩轻车方向货物列车运行时分，提高区间运输能力。

（3）组织列车不成对运输按实际需要压缩车站间隔时间（现状图会车间隔为4min，而实际会车间隔仅需1～2min），提高能力。

（4）按实际需要压缩车站间隔时间（现状图会车间隔为4min，而实际会车间隔仅需1～2min），提高能力。

（5）按实际需要压缩车站间隔时间（现状图会车间隔为4min，而实际会车间隔仅需1～2min），提高能力。

格拉段地处高寒、高海拔地区，沿线生产生活条件恶劣，养护维修工作量大，挖潜虽然可提高部分运能，但随着运量的逐年增长，仅靠挖掘现有设备的潜力已难于适应区域路网的运输需求，对格拉段进行扩能改造，提高格拉段的运输能力、提高区域路网运输质量，对既有铁路进行扩能改造已经势在必行。

2 既有线扩能改造总体建设方案：

本次青藏线格拉段扩能改造总体方案研究充分依靠科学技术进步，体现“原线扩能”精神，基本不改变既有线的平、纵面标准，采取土（建），机（车）、电（通讯信号）运（运输组织）相结合的方法，在充分挖掘现有设备的潜能的基础上只对与扩能直接有关的牵引种类、牵引质量、到发线有效长度，预留车站开放等进行综合研究，提出改建扩能方案[2]。

2.1 内燃牵引总体方案研究

本次内燃牵引总体方案研究充分依靠科学技术进步，体现“原线扩能”精神，基本不改变既有线的平、纵面标准，只对与扩能直接有关的工程，如到发线有效长度，牵引质量，预留车站开放等进行改建。详述如下：

采用现状运输组织方案，开放全部预留车站后（南山口、玉珠峰、日阿尺曲、沱沱河、塘岗、布玛德、唐古拉、联通河、那曲车站），格拉段初期可满足运输能力需求，近、远期随着运量的增长，能力缺口达116万t和311万t，不满足近远期运输需求。

牵引质量统一提高为3000t，开放全部预留车站（南山口、玉珠峰、日阿尺曲、沱沱河、塘岗、布玛德、唐古拉、联通河、那曲车站），格拉段初期可满足运输能力需求，近、远期随着运量的增长，能力缺口49万t和239万t，不满足近远期运输需求。

牵引质量提高至4000t，开放全部预留车站（南山口、玉珠峰、日阿尺曲、沱沱河、塘岗、布玛德、唐古拉、联通河、那曲车站）且为满足开行部分牵引质量4000t货物列车， 9处既有站到发线有效长度均延长至850m，可满足研究年度运输需求，并有一定富余。

牵引质量提高至3000t，开行部分4000t列车，开放全部预留车站（南山口、玉珠峰、日阿尺曲、沱沱河、塘岗、布玛德、唐古拉、联通河、那曲车站），车站到发线部分有效长按850m系列一次建成，可满足初、近期运输能力需求，但不满足远期运输需求，能力缺口187万t。

表3 内燃牵引总体方案运输能力适应情况表 单位：对/日、万t

内燃牵引总体方案研究结论：通过以上分析，在全线开放预留车站后，格拉段平图能力由现状图定的12.5对/日提高至18.8对/日，提高了5.3对/日。维持现状运输组织方案和牵引质量提高至3000t方案均不能满足近期运输需求。牵引质量提高至4000t，车站到发线有效长均延长到850m系列，可满足近、远期运输需求，并有一定的富余。但全线土建工程大、投资高，且对既有线运营干扰大。牵引质量3000t开行部分4000t列车方案，仅需对9处既有站到发线有效长延长至850m系列，即可满足近期能力需求。本次研究内燃扩能方案中推荐牵引质量3000t并开行部分4000t列车的方案。

2.2 电力牵引总体方案研究

维持现状45处开站，现状电化改造，采用HXD型机车双机牵引3000t；维持现状45处开站，到发线有效长度延长至850m系列并电化，采用HXD型机车双机牵引4000t，初近期运输能力可满足运量需求，远期能力不足。

开放13处预留站并进行电化改造，采用HXD型机车双机牵引3000t，各年度均可满足运量需求。开放13处预留站，全线所有车站到发线有效长度延长至880m并电化方案采用HXD型机车双机牵引4000t，研究年度运输能力可满足运量需求，并有较大富余。

表4 电力牵引运输能力适应情况表 单位：对/日、万t

电力牵引总体方案研究结论：通过对电力牵引扩能方案研究，维持现状45处开站，无论现状电化改造、到发线有效长度延长至850m系列并电化改造，牵引质量提高到3000t、4000t初近期能力虽都满足，单远期能力都不足。开放13处预留站并电化方案，无论到发线有效长维持720m方案还是到发线有效长至880m方案，研究年度运输能力都可满足运量需求，考虑该段区域路网相邻线主要干线铁路牵引质量均为4000t，从区域路网协调匹配，统一牵引质量，减少相邻技术站的作业环节，提高运输效率等方案综合考虑，电化扩能方案推荐全段电化并延长到发线有效长至880m的电化扩能方案。

2.3 内燃、电力牵引分步实施总体方案研究

青藏线格拉段大部分区段地处高原冻土区、现状铁路技术标准低、线路限制坡度大、站间距大、高原内燃机车功率低，平图能力仅为12.5对/日，本次研究参考格拉段现状所采用的扩能挖潜措施和特殊的运输组织方案，并结合新型大功率机车高原适应性研究成果，经研究采用近期质量3000t和开行部分4000t列车的内燃扩能方案，远期视电源配套情况，选择将全部车站到发线有效长延长至850m系列的内燃扩能或单线电化扩能方案。即满足近期运输需求，又尽可能减少近期工程投资、减少对既有线运营干扰。

3 其它主要技术标准研究

结合改建方案提高有关技术标准，改变了传统的设计观念，可以收到投资少，见效快的结果，在改建中如何对主要技术标准提高，不能脱离现状，应结合既有线的实际情况和改建方案的情况，在充分利用既有线路和设备的基础上，合理提高标准，避免大拆大改。

3.1 牵引种类比选研究

本项目扩能采用内燃牵引还是电力牵引，下面依据扩能方案进行研究比选：

内燃扩能方案开放13处预留车站，近期牵引质量3000t列车并开行部分4000t列车，远期牵引质量提高至4000t。电化扩能方案亦开放13处预留车站，全段电化并延长到发线有效长至880m。两方案都有明显优势，但从本线功能定位、线路特征及所经地区环境条件以及相邻线统一技术标准等角度考虑，本线应采用电力牵引。

3.2 机车类型研究

目前格拉段使用NJ2机车，保有量78台，其他大功率机车尚在研制阶段。（内燃大功率机车主要技术参数表见表5，不同机型内燃大功率机车牵引性能分析表见表6）在格拉段高寒、高海拔地区应用机车功率折减较小，有成熟的运营经验，结合扩能方案研究，随着格拉段运量的增长，NJ2机车将不能满足格拉段使用需求，需新购新型机车，采用双机牵引3000t，部分三机牵引4000t，采用HXN型机车和DF8DJ型机车均可满足需求。

表5 内燃大功率机车主要技术参数表

表6 不同机型内燃大功率机车牵引性能分析表

由表可见，在格拉段20‰限制坡度上，在三机牵引时，各机型均可满足4000t牵引质量的要求，在改进型机车进行高原试验之前，本次研究暂按新购HXN型机车设计。机车类型暂按采用NJ2、HXN考虑。

3.3 到发线有效长度的研究

青藏线格拉段共分布车站58处（13处预留），其中区段站2处，中间站7处，会让站49处，最大站间距27.4km，最小站间距11.0km，平均站间距19.9km。

车站性质及开关站见表7。

表7 青藏线格拉段车站性质及开关站表

现状车站到发线有效长度650m，采用ITCS系统控车，现状到发线有效长度仅可满足开行3100t货车需求，因采用的货车车型不同，不同编组货物列车长度亦不同，货物列车三机牵引3000t（普超3580t），开行3580t货车需全部采用70t货车或开行煤炭列车。因此，格拉段在到发线不延长的情况下无法开行4000t列车，研究年度货物列车采用HXN型机车三机牵引4000t，列车编组52辆（按60t货车检算），列车全长约797m，ITCS系统控车安全检测距离按100m，满足行车安全要求的到发线有效长度为897m。根据《铁路车站及枢纽设计规范》[3]，牵引质量4000t匹配的车站到发线有效长度为850m系列，加力牵引区段的车站到发线有效长度，应较规定的有效长度另增加加力机车长度。本线采用三机牵引，设计规范要求的到发线有效长度为850+2×23=896m。根据以上分析比较本次扩能改建后实际车站到发线有效长度按900m设计。

3.4 闭塞类型的研究

本线地处高原，沿线自然条件恶劣、植被稀疏，由于沿线海拔高，紫外线照射强烈，人员生产、生活条件恶劣，劳动环境差。随着国际先进技术和装备的引进，基于通信的列车控制系统ITCS作为独立的信号系统，使单线运输能力进一步提高，解决了运输旺季的运输要求，并为运输淡季机械化作业余留能力。采用此系统设备暴露程度有限、被人为破坏风险小，降低维护成本及人工运营成本，保证线路正常运营的同时使单线实现虚拟自动闭塞，可以提高线路通过能力。因此，本线信号系统维持采用ITCS， ITCS作为独立的信号系统，列车可追踪运行，可实现单线区段的虚拟自动闭塞。

研究年度格拉段客货列车对数基本相当，近期旅客列车9对/日，货物列车6～9对/日（含行包）；远期旅客列车8对/日，货物列车9～11对/日（含行包）。客流旺季为5对/日，其中3对/日为4000t列车，3000t列车仅有2对/日，列车追踪运行的可能性较小。从运输能力看，采用单线自动闭塞理论上虽可提高一定的通过能力，但需增加部分车站股道数量，增大工程投资。同时列车追踪运行对运输组织的要求高、行车调度指挥较为复杂、灵活性较差，一旦晚点，恢复正常的运行图秩序困难。

表8 采用不同闭塞类型时运输能力比较表

从上表可见，本线采用单线自动闭塞组织行车，近、远期控制区段平图能力可提高3.2～4.5对/日，输送能力可提高187～212万t。

通过以上分析；采用自动站间闭塞本线运输能力可满足研究年度运输需求，为减少建设投资，降低运输指挥难度，增加运输组织灵活性，本线闭塞类型暂按自动站间闭塞设计。

4 结论

青藏铁路是我国西部地区的重要路网干线，是西藏地区同祖国内地间的重要交通大动脉和战略大通道，本次格拉段扩能改造后，全线共有25处车站到发线有效长满足850系列，能够停靠牵引质量为4000t的货物列车。近期货物列车牵引质量按照3000t并开行部分4000t进行组织，研究年度内2025、2035年旅客列车分别开行9、8对/日，工程投资约为109917万元，研究年度随着格拉段客货列车开行数量的增加，列车交会次数将明显增多，同时为保证线路养护维修期间维修机械的停留需要、运输组织调整更加灵活。

5 结束语

实践是提高认知的最基本、最重要途径。工程建设项目实施的总体建设方案，主要技术标准、适宜的工程规模是工程建设项目是否成功的决定因素，设计时应充分研究既有路网牵引动力、牵引种类、电化（内燃）的合理布局，从运输需要出发结合既有线的实际现状，因地制宜，选择出经济、合理的总体建设方案、技术标准，实现项目效益最大化。

[1] 中铁第一勘察设计院集团有限公司, 青藏线格拉段可行性研究. 2016.

[2] 中国铁路总公司, 铁路主要技术政策. 2013.

[3] 中国计划出版社.铁路线路设计规范. 2006.

[4] 中国铁道出版社. 铁路工程设计技术手册, 2005.

[5] 中华人民共和国铁道部.铁路技术管理规程[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2014.

[6] 中华人民共和国铁道部.TB10101-2009 铁路工程测量规范[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2009.

[7] 李向国. 高速铁路技术[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2008.

Exploration Technology Selection and Other Factors Forward Some Experiences and Suggestions for Similar Project Reference

YAN Haoguo*

(bureau of Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd. Transportation Office, Shaanxi, Xi'an 730043, China)

in this paper, combined with modern engineering construction technology, the Qinghai Tibet railway capacity expansion project as an example, research on the overall construction scheme for the capacity expansion and renovation, summarized the main exploration technology selection and other factors, puts forward some experiences and suggestions for similar project reference.

Qinghai Tibet line, construction plan, main technical standards

闫浩国. 浅议既有线扩能改造总体建设方案研究与主要技术标准选择[J]. 数码设计, 2017, 6(5): 72-75.

YAN Haoguo. Exploration Technology Selection and Other Factors Forward Some Experiences and Suggestions for Similar Project Reference[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 72-75.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.030

U218

A

1672-9129(2017)05-0072-04

2017-01-13；

2017-02-19。

闫浩国（1967-06），男，陕西西安，高级工程师，大学本科，研究方向：铁路勘察设计。E-mail:2209282216@qq.com