石太铁路扩能改造方案研究

2012-08-06蒋泽军

铁道勘察 2012年2期

蒋泽军

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 石太铁路扩能的意义

1.1 石太铁路的地理位置及作用

石太铁路位于华北腹地，地理位置优越。西端连接资源大省山西，东端连接经济发达地区河北省，京、津、冀、鲁、晋、陕等省市通过石太等铁路衔为一体，并呈现出区域经济互补，协调共同发展的局面。在国民经济持续发展过程中，石太铁路具有举足轻重的作用(如图1)。

既有石太线东起石家庄枢纽，经井陉县、阳泉市、寿阳县，西迄于太原枢纽，线路全长 243.7 km[1］。2009年石太客运专线开通后，通道内基本形成了客货分线运输的格局。随着国民经济的发展，山西煤运通道的中通道、南通道运输能力与实际需求相差较大，矛盾突出。鉴于石太线在晋煤外运中通道中所处的重要地位，迅速扩大石太线货物运输特别是增加煤碳外运能力，在当前形势下显得尤为急迫。

1.2 既有石太线概况

(1)既有线主要技术标准

既有石太线主要技术标准见表1[1］。

表1 既有石太线主要技术标准

(2)既有设备概况

石太线为Ⅰ级双线电气化铁路，但平面、纵断面技术标准较低，小半径多、坡度大、速度低。其中半径小于400 m的曲线318个(长99.22 km);线路纵坡大于12‰的坡段长95 km;桥隧为20世纪20年代至60年代构筑物，设备陈旧;目前全线采用450 m无线列调通信系统;石太线行车指挥系统为TDCS，区间闭塞设备为三显示ZP-89型8信息自动闭塞设备，相对于四显示设备功能较弱。

(3)运营特征

图1 石太线地理位置

2010年，区段内上行最大货流密度为9 482万t。通道内主要客车运行在石太客运专线上，既有线保留客车4对/d。

2011年最大区段井陉—石家庄每天图定125对货运列车和4对客车。石太线线路允许速度为:石家庄西—岩峰70 km/h，岩峰—榆次60 km/h(其中娘子关—岩会间因小半径曲线集中限速50 km/h)。

1.3 既有石太线存在的主要薄弱环节

(1)到发线有效长与相邻线不统一

本线到发线有效长为850 m，而相关的石德线、太中银线、京广线等均为1 050 m，本线与相关线牵引质量不统一，需在石家庄枢纽增减轴作业或在上述线路欠轴运行。

(2)列车追踪间隔长

目前石太线最大坡度达20‰;在重车方向长达95 km的长大下坡道上，需采用周期制动，列车运行速度低下，娘子关—岩会间上行重车方向平均运行速度仅30 km/h;石太线自动闭塞分区较长，最长达2 km，目前追踪列车间隔时间达10 min。

(3)小半径曲线较多

石太线为重载煤运通道，小半径曲线多，曲线上钢轨侧面磨耗发展较快，安全隐患严重，石太线养护维修以及运输成本较大。

1.4 既有石太客运专线概况

石太客运专线石家庄—太原全长190 km，于2009年正式运营，最高运营速度250 km/h，现状只运行旅客列车，每日开行动车组等36对[1］。

1.5 既有线扩能改造的必要性

路网中石太线是太中银铁路通道向东的接续通道，太中银铁路已于2011年建成通车。太中银铁路的开通使得既有石太线运输任务更加繁重，相关铁路通道的建设以及国民经济的快速发展对既有石太线扩能提出了非常紧迫的要求。石太线的扩能改造对强化区域路网，消除运输瓶颈有着重要的现实意义，对国民经济的持续发展特别是保证国家能源安全更有着深远的战略意义。对于加快沿线资源开发、产业布局调整，促进区域经济协调发展和西部大开发战略的实施，具有重要意义。本线扩能改造方案亟待决策[2］。

认真分析石太线在路网中的功能定位，合理预测区域铁路运量，结合铁路规划以及既有石太线存在的主要薄弱环节，研究切实可行的扩能改造方案是本文的目的所在。

(1)石太线功能定位

山西省外运通道有13条，与石太线相关度较大的通道主要有6条。各通道功能定位和分工见表2。

石太铁路目前主要承担山西地区供往北京、天津、唐山、秦皇岛及以远，济南及以远的煤炭运输任务。石太铁路不仅是“三西”煤运的主要通路，还是山西省及以西省区对外交流的主通道。

表2 山西向东外运通路功能划分

分析表明，既有石太线功能定位为:“以货运为主、兼顾沿线少量客运;以煤炭运输为主、兼顾其他货物运输的重载干线铁路”。

(2)地方运量[3］

石太线研究范围中主要办理货运的车站有榆次、阳泉、井陉、获鹿等17个车站。2008年地方运量到发总计为5 656.6万t，其中发送占总运量的82%。根据既有车站历年到发运量及地方经济现状、规划，采用多种模型进行运量预测，同时考虑铁路集疏运系统规划，预测沿线地方运量 2020年发送6 957万t，到达1 513万t;2030年发送8 409万t，到达1 669万t。

(3)通过运量

石太线是山西省煤炭东出的主要通道，其通过运量主要是榆次及以远地区与石家庄以远地区的货物交流量。研究年度运量如表3所示。

表3 石太线通过运量构成万t

(4)区段货流密度及客车开行对数

根据上述地方运量和通过运量预测，本线区段货流密度及客车开行对数见表4。

表4 区段货流密度与客车对数汇总

为满足沿线客运要求，研究年度保留开行客车4对/d。

(5)石太线扩能改造的必要性

石太线地处太行山区，受修建时期历史条件限制，线路技术标准低;石太线行车密度大，运输生产与设备维修的矛盾十分突出。石太线改造首先是消除安全隐患，保证运输安全的需要，是完善技术设备的需要，同时也是降低运营成本的需要。本线上行方向最大区段研究年度最大货流密度将达1.5亿t/年，运输需求强劲，本线既有运输能力已无法满足运输需求，必需进行扩能改造方能适应[1］。

2004年国务院批准的《中长期铁路网规划》[4］中，特别明确了“近期要优先考虑石太线扩能实现客货分线运输，加大煤炭外运能力”。这就从宏观层面确立了石太线改造的必要性。综上所述，石太线的扩能改造是必要的。

2 石太线扩能改造方案研究

2.1 既有线地形地貌

沿线经过冲积平原、剥蚀低山丘陵、黄土丘陵等地貌单元。总的地势为西高东低，中间地形起伏大。既有石太线主要沿绵河及其支流桃河、白马河及潇河河谷走行，河岸多弯曲似蛇状，上游及低中山区呈“V”字形谷，下游及平缓区呈“U”字形或宽谷。

2.2 扩能方案比选

(1)方案研究

2009年，区域内“山西中南部煤运通道新线、邯长邯济煤运通道增二线扩能、和顺邢黄等煤运通道新线”先后开工建设，在石太客运专线开通后的条件下，结合上述几条煤运线路的建设情况，根据批准的《中长期铁路网规划》[4］，采用对既有线改造从而扩大运能的建设方案，是合理的选择。

石太线地处太行山区，受修建时期历史条件限制，线路技术标准低、坡度大、曲线半径小，确定最优的改造方案须多方案比选论证。

首先考虑将“牵引质量提高至1万t的扩能方案”。重车方向行车在长大下坡区段，制动方面存在重大安全隐患，并且与两端衔接的干线到发线不匹配，增减轴作业频繁，且投资较大，研究后对“牵引质量提高至1万t的扩能方案”予以放弃。

2010年铁道部组织对本线进行了牵引试验，根据中国铁道科学研究院机车车辆研究所《石太线HXD3型机车牵引5 000 t列车综合试验》报告[5］得出:“在石太线上行方向开行HXD3机车牵引的5 000 t列车(榆次西至寿阳区段双机牵引，其余区段单机牵引)是可行的”结论。在此试验基础上通过对本线既有设备的适应性分析，初步提出了“保留三显示自动闭塞，牵引质量提高至5 000 t(远期部分5 000 t)”以及“三显示自动闭塞改为四显示自动闭塞提高列车追踪能力，维持既有牵引质量”的2个扩能方案。但以上2个方案均不能满足运量需求，研究后也只能舍弃。

经进一步研究得出“将三显示自动闭塞改为四显示自动闭塞，列车追踪间隔采用8 min，牵引质量提至5 000 t(远期部分6 000 t)的扩能方案”，其平行运行图能力达到157.0对/d，可以满足扩能目标要求。经技术经济比较后予以推荐。

(2)扩能方案及措施

综上所述，石太线扩能改造推荐采用加大行车密度使列车追踪间隔达到8 min;提高牵引质量近期5 000 t，远期部分6 000 t的扩能方案。为实现上述扩能方案，研究提出需采取以下综合改造措施。

①延长部分车站到发线有效长:将南张村、岩峰、白羊墅、东赵、寿阳、芹泉车站到发线有效长延长至1 050 m，以适应牵引质量的提高。

②通信系统升级改造:采用GSM-R数字移动通信系统取代现有的450M无线列调通信系统。

③信号系统全面改造:将三显示自动闭塞改为ZPW-2000系列四显示无绝缘自动闭塞。追踪间隔可控制在8 min，提高通过能力。

④牵引供电系统适应性改造:按照研究年度运量进行牵引供电系统改造。

⑤小半径曲线集中区段(限速区段)局部改造:通过全线小半径曲线改造方案比选，研究得出“石太线全线原则上采取线路平面、纵断面基本保持既有现状;仅对小半径曲线最为集中的娘子关站(K70+610)至岩会站(K90+216)间的限速50 km/h区段线路予以双绕改造”的推荐方案。由于本段线路小半径曲线集中，使得线路限速区段不能满足“四显示自动闭塞7 min追踪间隔进行信号机布点、8 min进行能力计算”的要求，应改造本段小半径曲线提高列车运行速度，与四显示自动闭塞改造同步实施，以达到扩能目的。

⑥工务设备适当补强:对轨道、路基、桥梁、隧道予以适当补强，以适应运量提高50%的需要，达到强化基础设施确保安全行车的运营要求。

(3)改建铁路选用的主要技术标准

石太线改造推荐的铁路主要技术标准见表5。