富嫩铁路扩能改造方案及主要技术标准研究

彭建锁，王国联

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)



富嫩铁路扩能改造方案及主要技术标准研究

彭建锁，王国联

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

摘要：既有富嫩线修建年代较早，标准较低，目前能力趋于饱和，不能够满足客货运量发展需求，需进行扩能改造。通过对多种扩能方案的研究，推荐采用增建二线扩能方案。同时结合项目运输功能，综合考虑既有线平纵断面条件及周边路网情况等，对本线速度目标值、限制坡度等技术标准进行比较，推荐本线速度目标值160 km/h，限制坡度采用6‰方案，取消影响本线运输效率的补机段。

关键词：富嫩铁路；扩能改造；技术标准；方案研究

1概述

1.1既有线概况

富裕至嫩江铁路(简称富嫩线)位于黑龙江省境内，起于黑龙江省齐齐哈尔市的富裕县，经齐齐哈尔讷河市，止于黑河市嫩江县。线路基本呈南北走向，全长179.508 km。现状为Ⅲ级、单线、内燃铁路，限制坡度为12.2/13.5‰，最小曲线半径300 m。该线始建于20世纪30年代，为伪满时期日本在东北三省修建的若干铁路中的一条，历经70多年运营，轨道、路基及桥梁等病害较严重。

富嫩线北与拟建的洛古河至古莲铁路、嫩林线相连，南与齐北线相通。目前富嫩线大部分区段能力趋于饱和，加上洛古河至古莲铁路新线引入，客货运量将大量增加，区段能力紧张状况将进一步加剧。对本线进行扩能改造对促进中俄两国贸易和东北地区经济发展、提高运输质量和满足区域运输增长需求意义重大。该线在路网中的位置见图1。

1.2适应客货运量发展的主要薄弱环节

既有富嫩线为单线铁路，车站分布不均衡，列车走行速度低，研究年度随着客货运量增长，单线能力难以满足客货运输需要。

全线共有19个车站，其中7个中间站、12个会让站，平均站间距9.97 km，最大站间距23.553 km(老莱～伊拉哈)，最小线间距5.56 km(新高峰～新颜)，车站到发线有效长650～850 m。

图1　富嫩线在路网中的位置示意

富嫩线旅客列车旅行速度仅37～59 km/h，旅速较低，影响了运输质量的提高，不能满足经济快速发展对旅客出行的需要；在嫩江至新高峰段上行重车方向采用了超限坡，最大坡度14.2‰，i>6‰超限坡地段总长10.4 km，必须进行补机摘挂作业，使得本线运输组织变得复杂，影响了运输效率的提高，增加了运营费。补机情况见表1。

表1　富嫩线补机区段

1.3扩能改造的必要性

对富嫩线进行扩能改造十分必要，对于振兴东北老工业基地、促进中俄两国贸易、满足区域运输增长需求、提高运输质量以及巩固国防等意义重大。

2扩能方案

2.1既有线能力适应情况

根据目前DF4B机车、牵引质量(富裕—嫩江段5 000、4 500、2 000 t)与列车开行方案等现状数据，考虑线路日均综合维修天窗时间60 min计算，近期能力不足区间数量为12个，比重达67%，最大通过能力缺口14对，最大输送能力缺口1 353万t；远期能力不足区间数量为18个，比重达100%，最大通过能力缺口24对，最大输送能力缺口2 466万t。

2.2扩能方案

本线建议远景输送能力为客车35对、货运2 000万t，根据能力适应性分析，既有线能力缺口较大，近远期运量已达到双线规模。

通过对提高牵引质量、增开会让站或局部双线以及单线自闭改造等方案进行分析，虽然能够提高运输能力，但是不能解决该线能力紧张的根本问题，不能达到扩能改造的目的。

因此，本线扩能重点研究近期单线、远期增建二线扩能方案，或近期单线电化扩能方案，以及近期一次增建二线扩能方案等3个方案。

2.2.1近期单线、远期增建二线方案

近期维持单线，对能力不足的12个区间可采取以下2个方案。

(1)增开会让站扩能方案。能力不足区间最长11.8 km，最短8.3 km，区间加站的扩能方式造成站间距离过短，远小于单线经济合理的站间距8 km，运输组织不便，不利于旅客列车提速，且远期仍需复线，废弃的车站较多，因此区间加站方式不合理。

(2)单线自闭改造扩能方案。该方案可提高通过能力20%左右，但仍有2个区间能力不足，且日常运输组织工作复杂，两端车站需有足够多的到发线，到发线数量不足需进行站场改造，增加列车停站，影响车辆周转时间，不能解决该线能力紧张的根本问题，方案不能满足扩能需求。

2.2.2近期单线电化扩能方案

该方案可满足近期能力需求，投资约25.92亿元，但远期仍需复线，增加投资约21.04亿元。该地区除滨州线外，其余线路均为内燃铁路，电化铁路没有成网，单独的富嫩线电化不能形成运输效益，因此，不宜采用。

2.2.3近期一次性增建二线方案

近期增建二线总投资约40.77亿元，该方案不仅可以大幅提高通过能力，还将减少车站间隔和列车起停附加时分，提高本线的运输速度和效率，加开车辆周转的同时提高了旅客服务质量，且远期不需再增工程，近远期工程投资最省。

经研究比较，本线扩能方案采用为近期增建二线扩能方案。

3主要技术标准研究

3.1既有铁路平纵断面分析

全段线路共有86处曲线，最小半径300 m，累计长度26.556 km，占线路全长的14.79%；下行方向i>6‰的坡度12.1 km /41个坡段/6.74%，上行方向i>6‰的坡度17.88 km/62个坡段/9.96%。线路小半径曲线及限制坡度主要集中在鹤山至嫩江之间。既有线平纵断面现状统计见表2。

表2　富嫩线平纵断面既有现状统计

3.2速度目标值选择

本线扩能后不仅需要满足研究年度的通过能力和输送能力要求，同时还需提高旅客列车的运输质量，达到快捷、便利的服务条件。富嫩线现状允许速度为60～120 km/h，客运比重相对较大，应进行适当的提速改造。为了满足黑龙江省对大兴安岭地区的战略开发，考虑哈尔滨至漠河开行13～14 h夕发朝至列车，综合滨洲线、齐北线、嫩林线的研究情况，富嫩线段的运行时间需缩短至90 min内，因此，提速后富嫩线时间目标值应满足1.5 h，速度目标值应在120 km/h及以上。

鹤山至嫩江段(K154+500～K178+300)为富嫩线地形条件相对复杂的地段，小半径曲线密布，最小曲线半径300 m，R<800 m曲线共计18个，总长约8.7 km。若采用既有线改建方案，改建总长达16.08 km，占该段全长68.4%，利用地段少，废弃工程多，与既有线多次交叉，施工过渡困难，且超限坡限制运营能力的问题仍然存在，扩能效果不显著，因此该段经研究采用双线绕行方案。

对本线旅客列车行车速度研究了120、160、200 km/h三个方案。

(1)方案说明

I方案：提速至120 km/h方案，全线小于800 m曲线半径共31处/12.114 km，占全线总长6.75%，结合既有线增建二线工程对曲线半径不足800 m地段进行改造，延长车站到发线有效长。该方案线路改建长度39.114 km(含双绕段)，占全长21.9%。

Ⅱ方案：提速至160 km/h方案，R<1 600 m曲线共计63处/22.05 km，占全线线路长度12.28%。提速方案主要工程为结合既有线增建二线对曲线半径不足1600 m地段进行改造，延长车站到发线有效长。富嫩线建成年代较早，运营时间长，由于多种原因全线存在多处小偏角反向曲线，考虑提速至160 km/h后线路技术标准较高，对小偏角反向曲线尽量予以取消，改善线路平面条件。提速至160 km/h方案改线长度53.198 km(含双绕段)，占既有线全长29.6%。

Ⅲ方案：提速至200 km/h方案，本段既有曲线半径小于2 800 m共计51处，总长16.675 km，占全线线路长度10.8%。结合既有线增建二线工程对曲线半径不足2 800 m地段进行改造，延长车站到发线有效长，同时取消全部小偏角反向曲线，改善线路平面条件，该方案线路改建长度81.88 km(含双绕段)，占既有线全长45.6%。

(2)方案比较及推荐意见

3个方案工程数量和投资比较见表3。

由表3可见，提速至160 km/h方案与提速至120 km/h速度方案相比，静态投资多约21 120.8万元，运行时分节省26 min，节时比为812.34万元/min。

提速至200 km/h方案与120 km/h速度方案相比，静态投资约多84 875万元，运行时分节省43 min，节时比为1 973.84万元/min。

表3　提速方案工程数量比较

综合分析，提速至120 km/h方案线路改建最少，投资最省，但运营时分节省不多，提速效果不显著；提速至160 km/h方案较提速至120 km/h方案线路改建适中，增加工程投资不大，而运行时分节省较多；提速至200 km/h方案虽然较其他两方案运行时分节省最多，但由于技术标准高，线路改建量大，需增加既有桥加固费用，通信、信号等标准提高，工程投资增加较多，节时比高。考虑到与本段相邻的滨洲线、平齐线以及齐北线扩能改造后速度均为160 km/h，结合哈尔滨至漠河间开行夕发朝至列车的运输需求，综合研究后此段推荐提速至160 km/h方案。

3.3限制坡度的选择

富嫩线限制坡度的选择应从相邻线坡度标准、货流方向及既有线坡度情况综合考虑。

从相邻线坡度标准分析，富嫩线运量主要来自嫩林线，后方通道主要为齐北线、平齐线及滨州线，各相关线既有及规划限制坡度见表4。为统一与相邻线技术标准，增强路网适应性，本线应该选择6‰及以下的限制坡系。

表4　相邻线坡度标准

从货流方向分析，本线近期上行方向最大货流密度为1 757万t，下行方向为722万t，货流方向明显不平衡，研究年度本线运量主要为单向煤炭、木材等大宗货物，运输组织为“重去空回”。根据运量和车流特点，采用均衡坡方案有较大价值。因此，重车方向有软化坡度的必要性，轻车方向则可维持现状坡度。

从既有线坡度情况分析：既有线限制坡度为12.2/13.5‰，其中富裕至鹤山段(K0+000～K154+500)地处平原区，地形平坦开阔，自然坡度小，该段既有线轻重车方向坡度i>6‰的地段占比均在5%以下，纵断面条件较好。若限制坡度选择4‰，将有近20%的地段废弃，改建工程量较大；若选择限制坡度6/12.5‰，重车方向改建段落约占4.18%，轻车方向基本不改建，改建工程量较小。

鹤山至嫩江段(K154+500～终点)地处阶地、台地区，地形起伏，该段重车方向坡度i>6‰的地段占比约为43.36%，轻车方向坡度i>12‰的地段占比约为4.84%，纵断面条件较差。该段最大坡度上行14.2‰/下行12.9‰，双方向均有连续超限坡，大坡度地段需要进行补机摘挂作业，现状补机点设在新高峰站。若维持既有限坡标准，则影响了运输效率的提高，增加了运营费；若软化坡度进行既有线改建，则既有线大量废弃，改建工程量巨大，施工过渡困难。为了与相邻线统一限制坡度，提高运输效率，该段结合提速改造，采用软化坡度至6/12.5‰双线绕行方案。双线绕行后，该段运营时间可节省约23 min，25年运营费节省16 091万元，运输组织顺畅，运输效率提高显著，且能够满足富嫩线时间目标值要求。

综合以上分析，推荐本线改造后限制坡度为上行6‰、下行12.5‰。

4结语

针对富嫩线修建年代早，技术标准低等特点，本线扩能改造研究了增开车站、单线电化自闭扩能改造、增建二线等多种扩能方案，从能力适应性、工程投资及与周边路网相协调等方面综合分析，推荐采取扩能效果好、一次投资最省的近期增建二线扩能方案。同时结合运输组织需求，对速度目标值和限制坡度等主要技术标准进行研究比较，解决制约运输能力的薄弱环节，尽量避免废弃工程，在满足运输需求的要求下尽量节省投资。富嫩线扩能改造的研究对相关既有线改造有一定的参考价值。

参考文献：

[1]方福权.哈尔滨至漠河铁路扩能改造方案研究[J].铁道标准设计，2012(9)：11-14.

[2]牛永平.哈尔滨至佳木斯既有铁路电化改造工程分区段速度目标值选择研究[J].铁道勘察，2014(1)：66-70.

[3]潘孟勇.既有线扩能改造方案的制定[J].铁道标准设计，2008(6)：30-32.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50090—2006铁路线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50091—2006铁路车站及枢纽设计规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[6]易思蓉.铁路选线设计[M].成都：西南交通大学出版社，2009.

[7]中铁工程设计咨询集团有限公司.富嫩线扩能改造工程可行性研究(修改)[R].北京：中铁工程设计咨询集团有限公司，2014.

[8]中铁工程设计咨询集团有限公司.齐齐哈尔至嫩江铁路(富裕至嫩江段)扩能改造工程预可行性研究[R].北京：中铁工程设计咨询集团有限公司，2013.

[9]中铁工程设计咨询集团有限公司. 哈尔滨至漠河县开行13～14 h夕发朝至列车方案研究[R].北京：中铁工程设计咨询集团有限公司，2010.

[10]铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册·线路[M].北京：中国铁道出版社，1994.

[11]黄波.黔桂线扩能改造工程主要技术标准研究[J].铁道工程学报，2010(8)：1-6.

[12]郭强.既有线扩能改造方案研究[J].山西科技，2012(27).

Study on Capacity Expansion and Main Technical Standard of Fuyu to Nenjiang RailwayPENG Jian-suo WANG Guo-lian

(China Railway Engineering Consulting Group Co., Ltd., Beijing 100055, China)

Abstract：Due to earlier construction and low standard of existing Fuyu to Nenjiang Railway, the current capacity is saturated which cannot meet the development needs of passenger and freight traffic, thus expansion and reconstruction were needed. Through a variety of study on expansion plans, construction of second line was recommended. At the same time, in combination with transportation functions and comprehensive consideration of plane and profile condition of existing railway and surrounding railway, technical standards as target speed and ruling grade were compared, recommend Target speed of 160km/h, ruling grade of 6‰ and cancel the pusher engine which affects transport efficiency.

Key words：Fuyu-Nenjiang railway；capacity expansion and revamping；technical standard；schematic study

中图分类号：U218

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.05.001

文章编号：1004-2954(2015)05-0001-04

作者简介：彭建锁(1982—)，男，工程师，2005年毕业于北京交通大学土木工程专业，工学学士，E-mail：pengjs2001@163.com。

收稿日期：2014-12-16； 修回日期：2014-12-22