郑万铁路主要技术标准选择

2018-12-06陈俊焦新坡

铁路技术创新 2018年5期

■ 陈俊焦新坡

铁路的主要技术标准应根据铁路近、远期运量确定铁路等级和正线数目，结合地形、工程投资和相邻铁路的主要技术标准确定速度目标值、最大坡度和牵引质量等[1-2]。结合郑万铁路（郑州—万州）主要技术标准选择实践，就铁路主要技术标准的选择进行探究。

1 相邻线铁路主要技术标准

郑万铁路位于豫、鄂、渝三省市境内，北接京广、陇海客专，中与既有焦柳铁路、宁西铁路、襄渝铁路，规划的运（城）十（堰）宜（昌）铁路、武西客专、安（康）张（家界）常（德）铁路等相交，南端连接万州，并通过渝万客专达重庆。相邻铁路的主要技术标准见表1。

2 主要技术标准的选择

2.1 铁路等级及正线数目

郑万铁路本线只承担旅客运输任务，铁路等级为客运专线。近、远期区间最大列车对数分别为90对/d和129对/d，为满足运输能力、服务频率和速度的高标准需求，应一次修建双线。

2.2 速度目标值

2.2.1 速度目标值方案

郑万铁路郑州—襄阳段地形平坦，工程相对较小，具备提高速度目标值的条件，就250 km/h和350 km/h两个速度目标值方案进行了比较分析（见表2）。

2.2.2 不同速度目标值方案对工程投资的影响分析

不同速度目标值方案对工程投资的影响如下：

（1）速度目标值不同，线路平纵断面参数不同[3-4]，其中最小曲线半径对速度目标值最为敏感。郑州—襄阳段仅平顶山至方城经过伏牛山余脉低山、丘陵区，地形条件较好，不同速度目标值线位方案差别较小，对桥隧工程数量影响较小，当曲线半径达到2 000 m以上时，采用曲线绕避障碍适应地形以减少工程量的做法效果不明显。

（2）速度目标值不同，线间距、路基宽度、基床厚度、路基压实标准、轨道设计标准、路基基床处理、桥梁结构、隧道内净空和衬砌厚度有差异，影响工程数量及价格分析单价指标。尤其是250 km/h及以下标准，拟推荐采用有砟轨道，250 km/h以上标准一般推荐采用无砟轨道。

（3）速度目标值越高，环保要求越高，降噪、减振、拆迁等工程相应增加[5]。

表1 相邻线铁路主要技术标准

（续表1）

表2 不同速度目标值方案主要建设标准比较

（4）速度目标值不同，牵引变电变压器容量、接触网导线等站后工程也有所不同，随速度目标值的提高相应的标准也提高，工程投资也增加。

不同速度目标值对工程投资的影响，主要体现在采用设计标准的差异而导致工程数量不同、站后部分设备选型不同等（见表3）。

从工程投资比较看，350 km/h方案比250 km/h方案增加静态投资45．34亿元，增加12．43%，考虑建设期贷款利息差额，全部投资增加约48．66亿元，投资增加12．42%。

2.2.3 速度目标值推荐

郑万铁路沿线地势平坦，350 km/h方案比250 km/h方案静态投资增加12．42%。考虑郑万铁路是一条区际快速客运专线，兼辅城际和旅游客流功能；客流特点呈现为沿线及辐射区域各大城市间的中长途直达客流为主，京广、徐兰等350 km/h客专跨线客车占本段总对数2/3左右。因此，郑万铁路采用350 km/h方案更有利于增强本线修建意义，提升旅客舒适性及运输服务质量，加强主要城市间的快速联系。综合考虑郑万铁路采用350 km/h方案综合效益最优，建议采用350 km/h速度目标值。

2.3 最大坡度

2.3.1 区域相关客运专线最大坡度

与郑万铁路相关的客运专线京广客专、徐兰客专、武西客专、西成客专等线路最大坡度均采用20‰。可见，20‰最大坡度能适应区域地形条件，满足立交、通航等要求。

表3 2个方案经济技术比较

2.3.2 电动车组与坡度的适应性分析

2.3.2.1 连续坡道上的加速性能模拟分析

研究全线列车均采用动车组类型列车，根据原铁道部《关于印发〈时速200和300公里动车组主要技术条件〉的通知》（铁运函〔2006〕462号）及其他一些相关资料中动车组的技术参数，目前我国主要能运行300 km/h及以上速度的CRH2-300和CRH3型动车组，以及运行200～250 km/h的CRH1、CRH2-200和CRH5型动车组[5-6]。下面分别以加速性能略低的CRH3和CRH5为例，分析电动车组对坡度的适应性。这2种动车组在平坡、12‰、20‰、25‰、30‰的连续坡道上进行速度从0开始加速的模拟见图1。2种动车组对坡度有很好的适应性，在各种坡度上均能保持较高的加速度运行，以20‰的坡度为例，350 km/h动车组以0速起车运行12 km后速度达到200 km/h，200 km/h动车组速度则可达145 km/h。

2.3.2.2 长大上坡道对列车运行速度的影响模拟分析

列车运行在长大上坡道上，运行速度会产生一定的损失，同样采用上述2种动车组分别按其最高运行速度进入20‰、25‰、30‰的长大上坡道进行模拟（见图2）。2种动车组列车以较高的速度进入最大坡度地段运行时，350 km/h列车在30‰、25‰的连续上坡道运行12 km，速度降至250 km/h以下，在20‰的连续上坡道速度能达到260 km/h；200 km/h列车在30‰、25‰的连续上坡道运行12 km，速度降至140 km/h以下，在20‰的连续上坡道速度能达到170 km/h。

综上所述，电动车组功率大，加减速性能优越，对坡度适应能力强，郑万铁路无连续长大坡道，动车组选型基本不受最大坡度选择的限制。

2.3.3 最大坡度方案和比较

客运专线主要运行高性能的电动车组，最大坡度的选取主要受沿线地形、动车组对坡度的适应性、运营费用及与相邻线路的匹配等因素影响。结合郑万铁路沿线地形特点及参照相关项目研究成果[7]，小于12‰坡度方案对改善动车组运营条件影响甚微而工程投资增加较大，目前规划及在建客运专线大部分采用20‰的限制坡度，因此主要对20‰和30‰坡度方案进行分析。

图1 2种速度等级动车组的坡道加速性能

图2 2种速度等级动车组在长大上坡工况

2.3.3.1 运营费比较

运营费由线路及建筑物养护费用、设备维修费用、运输费用及其他费用4大类组成，由于2方案线位及线路长度差别不大，所以其中随最大坡度变化而变化的费用主要是能耗费用。

对于电能耗费用的计算，采用各种最大坡度方案电动车组的运行模拟结果，计算出各种最大坡度下每列车公里的能耗，其乘以列车公里数即得出总能耗（度）。计算期采用30年，运营费现值30‰坡度方案较20‰坡度方案增加61 992万元。

2.3.3.2 工程影响分析

郑州—平顶山段和南阳—襄阳段地形相对较缓、地势平坦；平顶山—南阳段线路属低山、丘陵区，地势起伏不大。起点郑州东站的地面标高为85．1 m，平顶山—南阳段沟底标高为580 m，襄阳东津处地面标高为72．0 m，两地定线距离分别为202．9、177．4 km，计算其坡率分别为（580-85．1）/20 290≈2．44‰和（580-72）/177 400≈2．86‰。由此可见，郑万铁路线路坡度的选取是相对较自由的，只受小范围的环境地形工程控制。不同的最大纵坡值主要对跨越铁路、公路、河流的桥梁工程有一定影响，30‰坡度方案较20‰坡度方案不能达到增大设计坡度有效节省工程投资的目的。因此20‰方案能很好地适应沿线地形条件，工程安全风险可控，能很好地适应动车组牵引特性，与两端相衔接的客运专线最大坡度协调一致。

2.3.4 最大坡度推荐

郑万铁路本线主要运行高性能的电动车组，动车组的功率质量比大，加减速性能优异，对坡度的适应能力强，20‰、30‰最大坡度对动车组运行速度影响不大，而运营费用30‰坡度较20‰坡度增加较多；同时结合本线地形地貌，20‰、30‰最大坡度对工程影响相对较少，因此最大坡度推荐采用20‰。