和邢铁路限制坡度的选择

2011-02-02闫兴志

四川建筑 2011年3期

闫兴志

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600)

1 工程概述

和(顺)至邢(台)铁路位于山西省和顺县、左权县及河北省邢台地区，线路西接阳涉铁路和顺站，东接京广铁路邢台站，线路全长128.631 km。本线横跨太行山脉，地势西高东低，落差大，并呈台阶式下降。和顺地区高程约1 275 m，邢台地区高程约75 m，两端直线距离约85 km，高差达1 200 m左右。沿线地貌可分为中低山区、低山丘陵区、山间河谷区及河北平原区。项目的特点是线路行径地区无大的政治经济据点，影响线路走向的主要因素是高程控制。选线方案示意见图1。

图1 和顺至邢台线线路方案示意

2 沿线地形的分析

和邢铁路为煤炭运输通路，主要货物流向明显，上下行方向运量差别较大，且沿线地势西高东低落差大，并呈台阶式下降。影响本线方案的主要为轻车方向限制坡度的选择。本次研究首先对重车方向6‰、轻车方向13‰曲线、隧道不折减方案进行线路平、纵断面指标分析统计，指标见表1。

段落1:太行山主脉岭西，清障河河谷台地地形，自然坡度为重车下坡，重车方向拔起高度10.9 m，轻车方向拔起高度240.3 m，展线系数1.26。

段落2:越岭隧道向中低山区过渡地段，线路沿太行山脉东麓引线，自然坡度为轻车足坡地段，足坡段占段落88.4%，其它坡段位站坪坡，本段无返坡，轻车方向拔起高度731.9 m，展线系数1.31。

段落3:中底山区向丘陵区过渡地段，自然坡度为轻车上坡地段，局部自然坡度小于轻车限制坡度，本段无反坡，轻车拔起高度193.3 m，展线系数1.03。

段落4:丘陵向平原区过渡地段，本段主要是绕避平面障碍，重车拔起高度7.0 m，轻车拔起高度57.3 m展线系数1.29。

从表1中来看，岭东线路展线系数最大，足坡段落也较长，说明轻车方向较大的限制坡度能够更好地适应地形特征。

3 重车方向限制坡度的选择

本线为煤炭运输通路，主要货物流向明显，上行为重车方向，上下行方向运量差别较大，且沿线地势西高东低落差大，并呈台阶式下降。根据本线运量特征及地形特点，采用轻、重车方向以不同的限制坡度，可以有效地适应地形条件，缩短线路长度，节省工程投资。

从沿线自然条件来看，重车方向限制坡度的选择基本不受地形限制，上坡地段主要用于和顺、邢台地区跨越等级公路。重车方向研究了4‰和6‰两个限制坡度方案，方案比较见表2。

表1 线路平、纵断面指标分析表

表2 重车方向4‰和6‰限坡比较表

从上表可以看出，重车方向6‰与4‰方案处于同一平面，且重车上坡地段占全线长度比例极低，均不足5%;两方案桥隧比例相差0.1%，4‰方案较6‰方案路基土石方多1.8×104m3，桥梁长110 m，投资贵240万元。

从本线工程条件来看，由于重车方向上坡段很少，采用6‰与4‰方案差别不大。考虑到本线与邢黄铁路的货物交流通过小康庄至东北流疏解线进入邢黄铁路，而东北流疏解线往黄骅港方向设计中采用了6.4‰的上坡，坡段长达1 881.6 m。为使通路坡度协调统一，拟将该段坡度进行适当软化。从线路平纵断面条件来看，该段坡度调整为6‰比较可行，若要降到4‰则存在较大难度，也必然产生较大工程。结合通路坡度统筹考虑，本线重车方向限制坡度推荐采用6‰方案。

4 轻车方向限制坡度的选择

本线中间7个区间除车站外全部为连续长大下坡道，影响本线轻车方向限制坡度的选择的主要因素为列车制动力。

4.1 受充风缓解时间限制的最大坡度分析

重载列车在长大下坡道上以较高速度运行时，单用动力制动往往不足以使列车减速。为了不超过规定速度，需要用空气制动的周期制动调速，即制动、缓解、再制动、再缓解……直至驶出长大下坡道。周期制动时，在每次制动前，车辆制动机的副风缸空气压力应当恢复到规定压力，所需的时间称为副风缸充风时间tc。《列车牵引计算规程》(以下简称《牵规》)中规定“长大下坡道的牵引辆数受制动机充风时间和空走时间的限制”，即每次制动缓解后的增速时间tz应不小于列车副风缸充风时间tc和下一次制动的空走时间tk之和，这个原则可以用式tz≥tc+tk表达。

列车制动机副风缸充风时间与编组辆数和减压量有关，《牵规》附录K提供了货物列车副风缸充风时间与编组辆数和减压量的关系。5 000 t列车的编组辆数为60辆。长大下坡道上常用制动调速减压量的确定，既要考虑不同下坡度的减速需要，又要考虑制动主管漏泄和多次周期制动后副风缸压力可能有些衰减，但又不宜取最大减压量，以免不必要地延长副风缸充风时间。

根据以上分析，本次研究过程中使用的主要参数见表3。

表3 主要计算参数表

经计算，牵引质量5 000 t，列车编组60辆，单机SS4B电力机车牵引，在16‰的下坡道上由上次制动末速30 km/h上升到下坡限制速度69 km/h，充风缓解时间141.4 s，增速时间157.5 s，可以满足充风缓解时间要求;在17‰的下坡道上由上次制动末速30 km/h上升到下坡限制速度68 km/h，充风缓解时间149.9 s，增速时间135.6 s，不能满足充风缓解时间要求。因此理论计算受副风缸充风缓解时间限制的最大下坡道可以达到16‰。

4.2 轻车方向限制坡度方案

根据以上分析，结合沿线地形情况及本线运量特征，轻车方向限制坡度主要研究了13‰曲线、隧道折减方案，13‰、16‰曲线、隧道不折减三个方案，各方案概况分别介绍如下。

4.2.1 重车6‰，轻车13‰曲线、隧道不折减方案

该方案新建正线长度128.631 km，主要工程有:桥梁24.461 km，计57座，隧道44.202 km，计17座，桥隧比例53.4%，展线系数1.487，工程静态投资540 135万元。

4.2.2 重车6‰，轻车16‰曲线、隧道不折减方案

该方案新建正线长度120 561 km，主要工程有:桥梁20.797 km，计 47座，隧道 45.592 m，计 11座，桥隧比例55.1%，展线系数1.394，工程静态投资501 059万元。

4.2.3 重车6‰，轻车13‰曲线、隧道折减方案

该方案新建正线长度139.994 km，主要工程有:桥梁24.856 km，计 55座，隧道 52.115 m，计 22座，桥隧比例55.0%，展线系数1.619，工程静态投资578 158万元。

4.2.4 方案综合分析比较

各方案技术经济比较见表4。

表4 限制坡度方案比较表

从表4可以看出，轻车方向限制坡度越大，展线系数相对越低，线路长度越短，工程投资也越小。13‰曲线、隧道折减方案线路长度最长，工程投资最大;采用13‰不折减方案，较13‰折减方案线路长度缩短11.636 km、投资省38 024万元，节省效果非常明显;16‰曲线、隧道不折减方案分别较13‰不折减方案线路长度缩短8.07 km，节省工程投资39 076万元。

因本线轻车方向运量较小，预计将来也不致发生巨大变化，重车方向除和顺～平松、西黄村～邢台外，中间7个区间几乎全部为连续长大下坡道，长达107 km，列车需持续周期制动，以保证在下坡限速下运行。长大下坡道越长，坡度越大，对制动系统要求也越高，列车运行安全系数也相应降低，也使机车车辆维修量大大增加。因线路、信号或天气不良等情况下需要低速限速运行时，操纵难度更大。同时，由于下坡制动问题涉及因素较多，需要通过大量的牵引试验后方可得出可靠的数据。鉴于此，国内5 000 t及以上牵引质量货运铁路，长大下坡道地段，尽管理论计算可以采用更大的坡度，但实际大于13‰限坡的很少，特别是区间存在连续长大下坡地段，目前投入运营的最大坡度基本在13‰及以下。根据以上分析，本次研究轻车方向限制坡度推荐采用13‰曲线、隧道不折减方案。