精霍线精河至伊宁段扩能改造方案研究

薄志宏

(内蒙古铁道勘察设计院有限公司 铁道设计分院，内蒙古 呼和浩特 010050)

1 概述

1.1 精霍线现状

精霍线 (精河—霍尔果斯) 位于新疆西部博尔塔拉蒙古自治州和伊犁哈萨克自治州境内，线路自兰新线(兰州—精河—阿拉山口) 精河站引出，沿天山北麓西行，跨尼勒克河，穿越北天山进入伊犁河谷，经过尼勒克县、伊宁县、伊宁市、霍城县，最终到达霍尔果斯口岸，线路全长 286 km，其中精河至伊宁段 (以下简称“精伊段”) 线路全长 212 km[1]。精霍线的既有线主要技术标准[2]如表 1 所示。

近年来，由于精霍线客货运量的不断增加，其线路能力低、牵引质量小的问题日益凸显。①运输能力日趋紧张，无法满足不断增长的客货运量需求。随着国家“一带一路”“丝绸之路经济带”、天山北坡地区等国家战略的逐步落实和深入，精霍线作为连接长江三角洲 (以下简称“长三角”) 地区—西北通道区域快捷大能力通道的组成部分[3]，运输任务将更加繁重，目前的线路条件、车站设备及各项技术装备均无法满足日益增长的客货运输需求。②精霍线精伊段牵引质量与周边路网不匹配。精伊段限制坡度为 20‰，货物列车牵引质量为 2 600 t。限制能力发挥的主要原因是上坡机车牵引力和长大下坡列车制动力间的问题，只有改善线路的纵断面条件，降低限制坡度或者改变牵引动力，才能从根本上提高线路的能力。目前精霍线牵引质量与兰新线存在不匹配，列车在精河站需要进行增减轴作业，极不利于区域运输组织的优化。③精霍线货车平均静载重低，造成线路输送能力降低。精霍线货车平均静载重 43.7 t，低于中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司 (以下简称“乌鲁木齐铁路局”) 57.6 t 平均静载重指标，因而需要铁路部门挖潜提效，提高货车平均静载重，从而提高线路运输能力。

表1 精霍线既有线主要技术标准Tab.1 Main technical standard table of existing lines

1.2 精霍线精伊段客货运量预测

精霍线主要以区域客货运输为主，兼顾沿线客货运输，运量构成主要有新疆、内陆和长三角地区与哈萨克斯坦等中亚、欧洲国家的进出口运输和部分旅客运输；沿线北疆伊犁地区与乌鲁木齐地区、南疆地区、西北地区、华中和华东地区间的客货运输。根据研究年度铁路网构成及分工情况，对精霍线精伊段客货运量进行预测，精伊段货流密度、旅客列车对数汇总如表 2 所示。

表2 精伊段货流密度、旅客列车对数汇总Tab.2 The section density and the number of passenger train freight collect

1.3 精霍线精伊段运输能力与预测运量适应性分析

精霍线精伊段预留的 7 个会让站没有开放，车站分布极不均匀，车站站间距差距巨大，平均站间距为23.508 km，最大站间距为 32.902 km，最小站间距为9.502 km，现状通过能力仅为 15.7 对/d[4]。结合既有精霍线精伊段各区间通过能力及目前该段开行的列车对数进行计算，结果表明在 9 个区间中，通过能力利用率超过 40% 的区间为 9 个，超过 60% 的区间为 8个，超过 80% 的区间为 7 个，超过 100% (超图运行)的区间为 6 个，由此可知精霍线精伊段的通过能力已经达到饱和，亟需进行扩能改造。

研究年度根据客货运量预测，确定精霍线精伊段通过能力与设计需要能力适应性如表 3 所示。由表 3 可知，在精霍线精伊段 9 个区间中，初期、近期7 个区间能力不足，远期 8 个区间能力不足，初期、近期、远期输送能力最大缺口分别达到520 万 t、730 万 t、1 002 万 t。

表3 精霍线精伊段通过能力与设计需要能力适应性 对/dTab.3 Adaptability of existing railway lines to capacity and design requirements

2 精霍线精伊段扩能方案研究

2.1 方案构成

在对精霍线精伊段运营特征及研究年度客货运量预测的基础上，确定合理的扩能方案主要遵循以下原则:①充分考虑运营特征，研究多种可能的扩能方案；②应一次规划，分期实施，尽量减少废弃工程，并且制订的方案应具有适应运输需求弹性变化的特点；③改造的主要技术标准应结合前后方通路的技术标准和运输组织方案，统筹考虑，协调一致；④精伊段地形复杂、坡度大、运营成本高，应认真研究解决该矛盾的可行方案，力争达到“增收节支”的效果；⑤充分利用既有设备和设施。

根据以上扩能改造原则，精霍线精伊段扩能方案构成如表 4 所示。

表4 精霍线精伊段扩能方案构成Tab.4 Form of expansion scheme

2.2 扩能改造方案分析

2.2.1 单线扩能改造方案

（1）增设会让站方案。精霍线设计时预留了会让站，其中精伊段预留了 7 个站，伊霍段预留了 2 个站，伊霍段电气化改造时，开放了六十六团站和清水河站。针对增开预留会让站进行研究，即开放艾乐站、莫仁站、阿夏勒站、蒙马拉尔站、塔尔站、曲鲁海站和潘津站，经过计算，精伊段通过能力由目前的15.7 对/d 提高到 29.4 对/d。会让站全部开放后，初期各区间能力满足，近期高达 11 个区间能力不足，远期全段能力不足，近期、远期通过能力最大缺口分别达到 3.7 对/d、14.0 对/d，由此可知牵引质量低是制约区间能力的重要因素。

（2）软化坡度方案。结合精伊段所经地区地形、自然坡度、牵引种类、机车类型确定，软化坡度方案优先选用 6‰ 单机坡或 13‰ 的双机坡。精伊段既有线线路纵坡共计 223 处，其中大于 13‰ 的坡段共计 104 处，全长 118.80 km，如果按 13‰ 坡度对既有线进行坡度软化，需要新增展线约 50 km，但大部分段落均由 20‰ 软化为 13‰，既有线纵断面改建相当困难，需重新选线，对相邻坡段纵断面调整较大，对既有桥隧、路基等工程造成废弃，相当于将既有线进行拆除重建，并且在天山山麓线路展线十分困难。而对于 6‰ 坡度软化方案则需展线长度更长，既有线改建更加困难，因而不推荐软化坡度方案[5]。

（3）改用大功率机车方案。精霍线精伊段牵引质量不能与前后方通路的牵引质量相匹配，考虑采用大功率电力机车提高牵引质量至 4 500 t 以统一前后方牵引质量。大功率交流传动主型机车为 6 轴的HXD1B，HXD2B和 HXD3B，HXD1C，HXD2C和 HXD3C，以及 8 轴的 HXD1，HXD2。重点对 SS4，HXD系列电力机车在 6‰，20‰ 的坡道上的牵引质量进行检算比选。结果表明，在 20‰ 的坡道上，SS4型机车双机可以满足牵引 3 500 t 以上，HXD1，HXD2双机可以满足牵引4 500 t 以上，其他 HXD型机车均不满足；三机牵引情况下，各机型均满足 4 500 t 要求。

另外，精伊段还受 20‰ 长大下坡列车制动力问题的限制，牵引质量提高的同时还需满足列车周期制动要求。分别选取电力机车 SS4型和 HXD2型机车在 20‰ 的长大下坡道上牵引质量 4 500 t，检算其是否满足周期制动要求。检算结果表明，2 种牵引方案均可满足在 20‰ 的长大下坡道上牵引 4 500 t 实现周期制动要求。但是，在实际运用中三机牵引 (两前一后) 应考虑机车乘务员间在运行中配合方便性等限制因素，因而在保证行车安全的情况下暂不推荐三机方案。因此，改用大功率机车方案推荐 HXD2型机车双机牵引 4 500 t。提高牵引质量后，虽然减少了货物列车的开行对数，但由于精霍线精伊段通过能力低，初期有 3 个区间能力不足，近期高达6 个区间能力不足，远期几乎全段能力不足，由此可知通过能力低也是制约区间能力的另一个重要因素。

（4）改善信联闭设备方案。目前精霍线采用单线自动站间的闭塞方式，改善本线的信联闭设备惟有进行单线自动闭塞改造。单线自动闭塞的优势主要表现在列车可实现追踪运行，单线地段追踪列车数越多，通过能力越大。一般采用成对部分追踪运行图方案，即上行、下行客货列车有一部分是成对追踪或连发运行，有一部分是非追踪或连发运行。与单线非平行运行图相比，区间通过能力有所提高，但旅行速度有所降低。根据现有单线铁路运营经验，成对部分追踪运行图，追踪系数一般采用 0.5，追踪列车对数为 2 对/d。采用单线自动闭塞，与半自动闭塞相比可以提高线路能力约 15%～20%，但由于客货列车是密集到发，区间两端车站到发线增加较多，规模较大且运输组织灵活性差[6]。综合分析暂不推荐自动闭塞改造。

2.2.2 复线扩能改造方案

（1）局部增建二线方案。根据运量预测，精霍线精伊段初期、近期全部开放预留会让站后，能力可以满足需要，远期个别区间不能满足运输需求，为了推迟投资，可以在通过能力受限制的区间，逐步铺设双线。经计算，局部增建二线区间为精河南(K11+649)—苏古尔 (K103+905)，线路长 92.256 km。

（2）全线增建二线方案。初期、近期全部开放预留会让站，远期局部增建二线至全线增建二线将引起大量的废弃工程，除了封闭新设的会让站外，还要将既有无客货运作业的中间站封闭，因而研究全线增建二线，彻底解决能力不足问题。但是因为考虑到初期、近期运量规模偏小，属于单线能力的合理范围，既有线路能力还没有得到充足的释放，一次增建二线存在投资大风险高、后期养护费用高、与运量增长适应性不强、初期和近期收益较低的缺点，暂不推荐全线增建二线方案。

2.2.3 扩能措施

根据乌鲁木齐铁路局统计资料可知，精霍线货车平均静载重 43.7 t，远远低于全局 57.6 t 货车平均静载重指标，也低于原铁道部颁布的货车平均净载重数据 56.865 t[7]，因而提高货车平均静载重是提升线路输送能力的有力措施。提高货车平均静载重的措施主要包括:尽量利用大吨位货车，保证重质货物的运输；合理调配使用车辆，减少车种代用；改变货物包装及货车装载方法，使同一类型的车辆因装载方法不同而提高静载重；加强货车运用组织工作，发挥轨道衡、汽车衡、装载机电子秤等计量装置作用，保证装车质量[8]。

2.3 扩能改造方案综合分析

精霍线精伊段扩能改造方案综合分析汇总如表 5所示。综合以上分析确定，初期精伊段开放预留会让站，分别为艾乐站、莫仁站、阿夏勒站、蒙马拉尔站、塔尔站、曲力海站、潘津站，机车类型先由 SS4型机车过渡，牵引质量由 2 600 t 提高至 3 000 t，通过能力提高至 29.4 对/d，年输送能力提高至 737×104t；近期根据客货运量增长需求改用 HXD2型机车，牵引质量提高至 4 500 t，年输送能力提高至 1 566×104t；远期适时对精河南—苏古尔增建二线，双线段闭塞类型采用自动闭塞。精霍线精伊段各阶段设计通过能力与需要能力适应性如表 6 所示。

3 结束语

精霍线精河至伊宁段最终扩能改造方案实现一次规划、分期实施，既能满足运输需求，又能有效地解决精霍线精伊段通过能力不足问题，在一定程度上缓解了精霍线的运输压力。为使精伊段能够充分利用既有设备条件，更好地适应运量日益增长的弹性需求，提高铁路的经济收益和增强铁路企业在运输市场的竞争力，精霍线精河至伊宁段最终扩能改造方案应早日实施建设，以充分发挥精霍线最大的经济社会效益。

表5 精霍线精伊段扩能改造方案综合分析汇总Tab.5 Comprehensive analysis summary of expansion plan

表6 精霍线精伊段各阶段设计通过能力与需要能力适应性 对/dTab.6 Design through capacity and needs through capacity adaptation table

参考文献：

[1] 铁道第一勘察设计院. 新建铁路精伊霍线初步设计第一篇总说明书[R]. 兰州：铁道第一勘察设计院，2004.

[2] 内蒙古铁道勘察设计院有限公司. 精霍线精河至伊宁段扩能改造勘察设计项目投标文件[R]. 呼和浩特：内蒙古铁道勘察设计院有限公司，2016.

[3] 国家发展和改革委员会. 中长期铁路网规划 (2016—2030)：发改基础 [2016] 1536 号[A]. 北京：国家发展和改革委员会，2016.

[4] 铁道部第二勘测设计院，铁道部第三勘测设计院. 铁路工程设计技术手册：铁路运量与行车组织[M]. 北京：中国铁道出版社，1992.

[5] 国家铁路局. 铁路线路设计规范：TB10098—2017[S].北京：中国铁道出版社，2017：33.

[6] 高荣海. 张东线扩能策略研究[J]. 铁道运输与经济，2017，39(12)：32-35，75.GAO Rong-hai. A Study on Strategies to Expand TransportCapacity of Zhangdong Railway[J]. Railway Transport and Economy，2017，39(12)：32-35，75.

[7] 铁道第四勘察设计院. 铁路工程设计技术手册：站场及枢纽[M]. 北京：中国铁道出版社，2004：10.

[8] 徐 洋. 铁路货物列车开行组织办法的思考[J]. 铁道货运，2017，35(1)：1-4.XU Yang. Thoughts on Organization Methods of Railway Freight Train Operation[J]. Railway Freight Transport，2017，35(1)：1-4.