十宜铁路限制坡度选择的研究分析

吴　伟

(中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉　430063)

十宜铁路限制坡度选择的研究分析

吴伟

(中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063)

摘要限制坡度是铁路选线中重要的技术标准之一，尤其在复杂山区铁路中，对工程投资和工程风险控制有重大影响。文中通过从不同限坡方案的平纵断面条件、工程情况和投资、换算工程运营费、工程风险，以及与相邻路网协调性、运输发展的适应分析等方面对十宜铁路的6‰,9‰,13‰,18‰限坡方案进行了研究和比较，13‰方案在适应地形、工程投资、工程运营等方面具有较大优势，最终推荐限坡13‰方案。

关键词十宜铁路山区铁路限制坡度研究

十堰至宜昌铁路位于鄂西北地区，北起襄渝线十堰站，利用襄渝复线至六里坪站，从六里坪站引出后往南经房县、神农架林区、兴山、三峡坝区、引入汉宜铁路宜昌东站。线路全长271.96 km。其中新建线路长252.66 km，利用襄渝复线19.3 km。十宜铁路是北煤南运辅助通道(运城—石门)的重要组成部分，同时又是湖北省精品旅游快速铁路环线的组成部分，是一条客货兼顾的区域性大能力铁路，在铁路网中具有重要的作用。

1研究概述

十宜铁路全线位于湖北省境内西北地区，线路走向总体呈南北向，自北向南纵穿大巴山山脉东端的武当山、神农架-荆山2大山系。武当山峰顶海拔高程为1 706 m，神农架最高峰海拔高程为3 105.4 m，区域内地势高峻，峡谷纵横，峰谷相对高差300～1 200 m，部分地区可溶岩大面积出露，多呈溶蚀沟谷、峰丘洼地等岩溶地貌。

限制坡度是铁路选线的重要技术标准。本线所处地区地形困难，地质条件十分复杂，工程非常艰巨，限制坡度的选择对工程投资、工程风险影响较大，因此，需结合地形地质条件以及衔接线路的技术标准对本线的限制坡度进行综合研究。

2相邻线路的影响及牵引分析

2.1　相邻线路的影响

与本线相邻的南同蒲线重车方向限制坡度为12‰，襄渝线六里坪以西限坡为12‰、以东为6‰，焦柳线、石长线限制坡度为6‰。另外本线往北延伸的限坡从地形条件来看，与本线也基本相同，为与相邻线路限制坡度互相协调，满足本线煤运通道运输要求，宜研究6‰,9‰,13‰,18‰ 4个限坡方案。

2.2　牵引质量及到发线有效长度

随着我国机车车辆设备性能的不断提高，重载化运输成为铁路发展的主要趋势。从车流特性来看，十宜铁路大部分车流为通过车流，其南北两端延伸线分别与石长线和南同蒲线相衔接。既有南同蒲线牵引质量为3 500 t，研究年度南同蒲线牵引质量将提高至5 000 t；石长线目前牵引质量为3 500 t，2020年前将完成增建二线及电气化改造工程，牵引质量为4 000 t、煤炭始发直达列车5 000 t。十宜铁路车流主要为煤炭直达列车，应尽量减少中途换重次数，牵引质量应与相邻线路牵引质量相匹配，才能够方便运输组织。

因此本线牵引质量采用5 000 t，相应的到发线长度为1 050 m(双机1 080 m)，困难条件下可考虑在满足5 000 t列车越行需要的前提下，部分车站到发线有效长度850 m(双机880 m)。

2.3　牵引机力

我国正在加快更新货运机车，以提高货物列车运行速度至120 km/h，根据铁道部装备现代化总体部署，拟推广采用我国最新研制的“和谐型”系列机车。本线所经地区地形条件复杂，长大隧道较多，大功率机车能更好地适应地形条件，货物列车应采用“和谐型”机车牵引。

“和谐型”系列电力机车采用交-直-交传动，具有世界先进水平，该型机车是第六次大提速货车提速的主力机型，也是今后我国实现铁路干线货运重载、快捷运输的主型机车。目前“和谐型”计划生产的有HXD1A,HXD2A,HXD3A和HXD1B,HXD2B,HXD3B 4种型号，各种机型在不同限坡条件下的牵引质量见表1。

表1　120 km/h货运机车的牵引质量表

由表1可见，在9‰的情况下，HXD1A,HXD2A单机牵引可以满足本线牵引质量的要求；在13‰及以上限坡时，各种机型需要双机牵引才能满足牵引质量的要求。

3限制坡度方案比选

从本线所处区域条件分析，本线复杂的地形地质条件是影响限制坡度选择的重要因素。限制坡度的选择对于降低本项目的工程风险和建设风险具有至关重要的作用。本文将从平纵断面条件、主要工程投资等5个方面进行比较分析。

3.1　平纵断面条件

不同限坡方案的平纵条件分析见表2。

表2　平纵条件分析表

由表2可见，6‰方案在线路长度上要明显较其他方案多出10 km以上，相应其展线系数较大。

从隧道纵坡方面分析，其中6‰方案除阳日隧道为人字坡外，其他长大隧道均为单面坡；9‰方案除武当山隧道(长22.65 km)为单面坡，10 km以上的长大隧道均为人字坡；13‰，18‰方案10 km以上的长大隧道均为人字坡。

从以上平纵断面条件分析可得知，限坡6‰方案对于本线复杂地形的适应性差，经研究后予以放弃。限坡9‰方案基本能适应地形，限坡13‰方案、18‰方案均能较好适应地形。

3.2　主要工程和投资

对9‰，13‰，18‰方案进行研究，其工程投资比较见表3。

表3　不同限制坡度方案工程和投资比较表

由表3可见, 9‰方案的线路长度较13‰方案和18‰方案分别长6.415 km和7.28 km，静态投资较13‰方案和18‰方案分别多出6.626亿元和7.984亿元。因此，从线路长度、工程投资角度分析，13‰方案和18‰方案较优。

3.3　换算工程运营费

按牵引质量5 000 t，考虑各种机型机力与限坡的合理匹配关系，9‰限坡方案选择HXD2单机牵引，13‰限坡方案选择HXD3双机牵引，18‰限坡方案选择HXD1双机牵引，换算工程运营费见表4。

表4　换算工程运营费表

由表4可见，13‰方案换算工程运营费最小，从工程运营费用角度，推荐本线限制坡度为13‰。

3.4　工程风险

本线地处鄂西山区，工程地质、水文地质条件十分复杂，全线可溶岩地段约占32.53%，不良地质与特殊地质问题主要有岩溶和岩溶水、滑坡与岩堆、危岩落石、采空区、高地应力等，工程风险较大。不同限坡方案的主要工程风险体现在通过可溶岩地段的隧道长度及埋深、桥梁高度、长大隧道坡度等方面，9‰方案通过可溶岩地段的隧道较13‰方案长约19 km，重点隧道的埋深较13‰方案增加约40 m，最高桥145 m，武当山长隧道为单面坡，工程风险因素最多；通过地质加深工作和分析，13‰与18‰限坡方案通过可溶岩地段的隧道长度、桥梁高度、长大隧道坡度等方面基本相当。13‰方案重点隧道如武当山、阳日、神农架、大老岭等长大隧道的埋深比18‰方案增加约20～35 m，工程地质条件无明显的差异，工程风险无本质上的差别。

3.5　与相邻路网的协调性及运输发展的适应性

本线货物列车以通过为主，与运十相邻的南同蒲线重车方向限制坡度为12‰，襄渝线六里坪以西限制坡度为12‰、以东为6‰，焦柳线、石长线限制坡度为6‰。另外三门峡至十堰段的限制坡度从地形条件来看，与本线也基本相同，本线采用13‰(双机)牵引5 000 t有利于与相邻路网协调，方便运输组织。重载、快速是未来货物运输的发展趋势，13‰限坡方案较18‰限坡方案更能适应未来货运向重载、快速发展的需要。

由上述可知，6‰方案对于本线复杂地形的适应性差，予以舍弃；从工程投资角度分析，9‰方案明显较大，13‰方案较18‰方案较优；从换算工程运营费方面，13‰方案最低；从工程风险方面，

13‰方案与18‰方案相当；13‰方案更有利于与相邻路网协调，方便运输组织；因此限制坡度13‰方案较优。13‰与18‰限坡方案比较见图1。

图1　13‰与18‰限坡方案比较示意图

4结语

十宜铁路位于鄂西北山区，其复杂的地形条件和地质条件在山区铁路中具有一定的特殊性和代表性，限制坡度是影响本线工程投资、工程风险的重要因素。本文通过对十宜铁路的平纵断面条件分析，不同限坡方案的工程投资及换算工程运营费的比较，对主要工程风险以及与相邻路网协调性及运输发展的适应性分析，得出双机13‰限坡方案在适应地形条件、投资运营，以及相邻线路的匹配等方面具有较大的优势，因此推荐十宜铁路采用限坡13‰方案。

参考文献

[1]董贤凯,刘应喜,吴伟,等.十宜铁路可行性研究[R] .武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2011.

[2]GB50090-2006铁路线路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006.

[3]郝瀛.铁路选线设计[M].北京：中国铁道出版社，1996.

[4]铁道第一勘察设计院.线路[M].北京：中国铁道出版社，1994.

Research and Analysis on Limiting Gradient Selection of Shiyan-Yichang Railway

WuWei

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China)

Abstract：Limiting gradient is one of the important technical standards for railway route selection, it has a significant impact on engineering investment and risk control especially in mountain area. The Shiyan-Yichang railway under various limiting gradient proposals are studied and analyzed in this article in terms of vertical section, engineering situation and investment, engineering risk and operation cost conversion, coordination with neighboring road network and transportation development adaptability, etc, and it is found that the proposal of limiting gradient 13‰ has relatively larger advantages in terrain adaptability, engineering investment and operation, etc, so it is the recommended proposal.

Key words:Shiyan-Yichang railway; mountain railway; research on limiting gradient selection

收稿日期：2015-03-24

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.038