铁路专用线总体设计方案研究

余浩伟 黄志相 寇峻瑜 罗 圆 肖 杰

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610036)

1 概述

铁路专用线是干线铁路货物集疏运系统的重要组成部分，是铁路运量的主要来源。相较于干线铁路，专用线设计具有不同的特点，应从设计思路上区别对待。

近年来，国内相关学者对与专用线设计有关的问题进行了许多探讨，梁栋结合实例对煤运铁路选线设计进行研究[1]，李耐振、解俊等对铁路专用线的接轨方案进行了分析[2-4]，武晓晖探讨了铁路专用线站场改扩建设计的基本思路[5]，陈景瑜等对山区重载铁路专用线设计方法进行了分析[6]，蔡永明、方金等分别对专用线工程投资控制方法、影响铁路专用线造价的因素等问题进行了分析研究[7-9]，但以上研究多着眼于专用线设计的某个方面。为此，以下从总体设计角度，对主要技术标准、与各利益方的关系、工程措施方案等内容进行研究。

2 主要技术标准

技术标准是铁路建设的先决条件，对于工程影响较大，在专用线设计过程中，其技术标准不可按照规范生搬硬套，应在参照规范的基础上，结合实际情况灵活确定。

2.1 铁路等级

铁路等级直接影响各专业主要设计标准及设计参数的取值，如设计使用年限、路基面宽度、桥梁设计洪水位等，对工程量以及工程造价等均有较大影响，应慎重选用。

根据铁路的作用、性质、列车设计行车速度和客货运量，将国家铁路网统一划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四级[10-11]。为区别于国家干线铁路，专用线一般采用以量定级的方式。对于有路网属性的铁路专用线，其铁路等级的确定(或预留)应满足路网标准；如无路网属性，则可根据实际运输需求确定。

值得注意的是，大部分为资源开发服务的铁路专用线，其运量往往可以达到国铁Ⅰ、Ⅱ级的标准，各项建设标准均较高，使得专用线建设成本急骤上升。业主方对此意见较大，往往会提出降低标准的要求。此时应坚定立 场，与业主充分沟通并达成一致意见，切不可完全按照业主指令行事，因为一旦出现任何质量事故，设计单位和设计人员均要承担相应的经济、法律责任。

2.2 坡度

大部分专用线轻重车方向均较为明显，设计中应突破传统均衡坡的概念，根据货流方向、地形起伏情况，结合《列车牵引计算规程》计算满足重车方向制动要求的坡度，并以此确定轻车方向的限制坡度，从而缩短线路长度，节省工程投资。

以叙大线为例，重车方向为大村至叙永，地形上为叙永低、大村高，其中叙永至震东段(下行方向)15.3 km内高差达310.13 m，理论直线坡度为20.27‰，为减少展线，节约投资，对此开展了专题研究:根据《列车牵引计算规程》[12]计算最大限制坡度，在正常情况及电阻制动失效、仅采用空气制动时，采用DF4B型机车牵引2 400 t可保证列车在20‰(不折减)的长大下坡道上安全运行，且下行方向单机牵引1 100 t也可满足运量要求。因此，采用了上行10‰、牵引质量2 400 t，下行20‰(不折减)、牵引质量1 100 t的分方向限坡方案，较原设计(按《铁路线路设计规范》[13])共缩短线路3.275 km，节约工程投资1.474亿元[14]，取得了明显的经济效益。

2.3 曲线半径和缓和曲线长度

专用线设计速度相对较低，可采用较小的曲线半径，有利于节省工程和投资。设计中，最小曲线半径应根据地形和工程情况合理选用，不可机械套用规范规定的最小值。

根据《铁路轨道设计规范》，钢轨磨耗与线路通过总质量的关系如图1所示[13]，曲线半径小于800 m时，随着曲线半径的减小，钢轨磨耗急剧增大，运营维修量急剧增加。因此，选线设计中曲线半径的选择，应结合工程造价和以后的运营维修费用进行综合比选，有条件时尽量采用较大的曲线半径。

图1 线路轨道通过总质量与磨耗量的关系

另一方面，铁路专用线对于曲线超高渐变率的要求较低(只需满足不脱轨的要求即可)，理论上可使用较短的缓和曲线长度。为预留未来进一步发展或提速的条件，在不增加工程数量的情况下，缓和曲线长度应尽可能采用较大值。对于线路较长且路网中具有一定联络意义的专用线，应在选线过程中逐个核查，避免缓和曲线成为影响曲线段提速的主要因素。

3 统筹考虑各利益方诉求

国铁建设多由中国铁路总公司和地方政府主导，并具有一定的公益性质，使得建设过程中的阻碍大幅降低。与此不同的是，铁路专用线建设多以企业为主，实施过程中不可避免地要面临诸多行政审批和市场准入的限制，设计过程中应妥善处理与各利益方的关系，以保证建设工作的顺利推进。

3.1 充分听取业主的诉求

要树立为业主服务的意识，充分了解业主真实的想法和面临的困难，做好业主的技术参谋，实事求是地做好各项技术咨询工作。需要指出的是，部分业主为追求利益最大化或对于技术的不理解，有时候会提出部分无法保障施工或运营安全的要求，此时设计人员应坚持原则，耐心解释，巧妙拒绝。

3.2 多征求地方政府的意见

在线路方案确定的过程中，应与各级地方政府进行充分的沟通，确保铁路专用线的修建符合地方规划、政策和相关文件的要求[15]。在国铁线路方案选择过程中，由于有地方政府的强力支持，线路经过或者需要考虑的经济据点一般为县城及以上，对于乡镇或者村等基层行政单位的需求，均由地方政府予以统筹解决，使得国铁建设在满足国家相关强制法规的前提下一路绿灯。而在专用线的建设中，乡镇或者村等基层行政单位的诉求均应引起高度重视，通过调整线路方案或增加工程量的方式予以妥善解决。否则，极有可能造成专用线建设难以推进。

3.3 适当考虑方便群众出行

在西部偏远山区，有些铁路专用线沿线交通条件相对较差。因此，对于长距离的铁路专用线，在满足货物运输的同时，还应考虑部分的社会公益性。可在满足货运需求的前提下，开行部分旅客列车，并在相关经济据点增设车站，配套相关简易的客运设施，以方便沿线群众出行，了却老百姓的“火车梦”。

3.4 从方便运营角度优化设计

(1)运输路径分析

因国铁已经形成庞大的网络，属于断头性质的线路较少，本项工作在国铁设计中相对较少。专用线必须通过接轨的国铁线路进行运输，运输径路的分析至关重要，需详细测算不同运输径路上各条铁路的运输能力，提出合理的运输径路。因此，铁路局对于运输径路的分析极为重视，也是历次审查的重点。

(2)接轨站设计

国铁设计中，对于接轨站一般均采取最少改动的原则，尽量维持其现状，以减少对既有站以及既有线的运营干扰，通常根据能力需要增设一到两条到发线。由于历史原因，部分既有站站内径路不合理，设施陈旧，急需进行改造，当有铁路专用线需要在该站接轨时，铁路局往往会要求同步对该站进行改造，增加的投资列入专用线相关工程。由于改造费用过于庞大，专用线业主对此常持否定态度，需要与铁路局进行多次沟通协商。因此，专用线设计中，应将本项工作作为重点，对接轨站改造方案进行多方案比选，应包含满足铁路局需要的大改造方案和满足业主需求的省投资方案，最终方案应由业主与铁路局协商确定。

(3)站后配套

各站后专业设计中，应认真对铁路局的既有设施进行研究，提出专用线引入后的加强措施，并计列投资。

4 工程方案

4.1 站前工程

(1)为避免施工过程中偷工减料现象给施工质量带来的影响，“严格执行标准+预留系数”造成设计标准居高不下，工程建设投资大幅增加，这主要是由设计与施工脱节造成的。在专用线建设中，一般均采用工程总承包等建设管理方式，使得设计与施工合理衔接，从而为按照实际需求开展设计、减少设计过程中的预留系数创造了有利条件，可切实降低相关工程量。

(2)在工程类型上，选线设计应根据地形条件，充分利用半径以及坡度，减少桥隧等工程的设置，尽量以路基为主，相应的填料也应根据线路周围条件因地制宜，合理取材。对于跨越沟渠地段，尽量以预制管涵代替桥梁。同时，可在路基面形状、路基宽度、路基填料等方面开展创新设计，也可采购国营铁路换下来的旧轨，从而大幅降低工程投资。

(3)以资源开发型为主的专用线，其设计年限的确定，除参考设计规范相关规定以外，还应充分考虑资源的开发年限。对于资源开发年限较短的专用线，若资源开发后即废弃，相关设计年限可经技术经济比较后合理确定。

4.2 站后系统配置

在目前国内机车技术飞跃式发展以及国家节能减排的大背景下，电力牵引几乎是铁路建设的“标配”。但对于距离较短的专用线，电力牵引需要配套的供电系统成本较高，采用内燃牵引可能更具有经济上的优势。目前，国内已经成功研制了油电混合型机车，列车制动过程中的能量可通过车载电池回收，有效减少了运营过程中能源的消耗，使得内燃牵引经济性、排放等指标均得到大幅提升。

对于其他不影响铁路安全运营的相关设施、设备，可进行适当地简化或优化，可尝试“逆潮流”而行，以手动、人工等方式代替全自动化，或按照初近远期逐步完善的原则配套相应设备

5 总结

(1)专用线设计中应根据现有规范体系合理选择铁路等级和各专业的设计标准、参数。

(2)设计中可根据专用线轻重车方向均较为明显的特点，结合货流方向、地形起伏情况，计算满足重车方向制动要求的坡度，以缩短线路长度，节省工程投资。

(3)曲线半径的选用应考虑曲线半径对钢轨磨耗的影响。

(4)专用线建设过程中应妥善处理与各利益方的关系，不仅要充分听取业主的诉求，多征求地方政府的意见，更要从方便运营角度优化设计，在运输路径、接轨站和站后配套等问题上多下功夫。

(5)各项工程方案，应着眼于提高项目经济效益，在保证安全及功能的基础上，根据项目特点因地制宜，合理确定。