包兰铁路包头至惠农段提速后运输能力探讨

刘文峰

LIU Wenfeng

（中铁第一勘察设计院集团有限公司 线路运输设计处，陕西 西安 710043)

1 概述

1.1 京兰铁路通道概况

既有京包兰铁路由京包(北京—包头)、包兰线( 包头—兰州) 组成，京包兰铁路全长 1 803 km。其中，京包线全长824 km，为双线电化铁路；包兰线全长979 km，其中银川至黄羊湾136 km 和干塘至兰州段234 km 为单线，其余区段为双线电化铁路。京包兰铁路单线地段长370 km，集中在包兰线，占通道全长的20.5%。目前，通道内北京至张家口、银川至迎水桥、干塘至兰州段能力已经饱和。

京兰高速铁路通道作为“八纵八横”[1-2]中的重要一横，全长约1 576 km。目前中部呼包铁路(呼和浩特—包头) (200 km/h)已经开通运营，通道内速度250 km/h 的银兰高速铁路(银川—兰州)、呼张高速铁路(呼和浩特—张家口)及速度350 km/h 的京张高速铁路(北京—张家口)在建，银川—惠农段也于2018 年8 月开工，在建和拟建铁路均计划在2020 年前后建成通车。因此，纵观整个通道构成，包惠段(包头—惠农)铁路成为限制京兰高速铁路通道贯通的瓶颈。京兰铁路通道规划如图1 所示。

图1 京兰铁路通道规划Fig.1 Beijing-Lanzhou Railway corridor planning

1.2 包兰铁路包惠段运量分析

1.2.1 客货运量现状

（1）客运量。既有包兰线包银段，除承担沿线地方客流外，主要承担西北四省区及宁夏与京津、冀北、冀东、晋北、东北部分旅客交流。2017年包头—临河段开行旅客列车20 对/d，客流密度为433 万人公里/ km；临河—乌海段开行旅客列车15 对/ d，客流密度为295 万人公里/ km；乌海—银川段开行旅客列车8 对/ d，客流密度为198 万人公里/ km。

（2）货运量。包兰铁路包惠段最大区段货流密度在内蒙境内包头—临河段，2017 年该段重车方向密度为2 568 万t·km / km，其中煤炭763 万t·km / km(占29.7%)，焦炭402 万t·km / km (15.7%)，集装箱432 万t·km/km (16.8%)。既有线沿线煤炭发送主要供应乌海乌拉山电厂、包钢等，以及经京包线流向华北及沿海港口；焦炭主要为乌海地区车站发送，主要流向华北、东北以及沿海港口。

沿线除乌海、石嘴山等货运作业站外，主要汇入3 条尽头式支线。吉兰泰线(乌海西—吉兰泰)、平汝线(平罗—汝箕沟)、金泉至西小昭线和一条路网干线临哈铁路(临河—哈密)，吉兰泰线2017 年接入71 万t，以化工品(21 万t)、盐(46 万t)为主；平汝支线2017 年接入537 万t，主要为煤炭，占98%以上，主要流向为银川方向；金泉至西小昭线接入537 万t，主要为煤炭330 万t，集装箱(主要为金属矿石) 170 万t，主要发往华北地区。临哈铁路2017 年接入273 万t，其中煤炭130 万t。

1.2.2 客货运量预测

包头至惠农段若按200 km / h 时速运营，该段运输时间较高铁方案长0.8 h，银川至北京径路与经太中银、北京—太原客运通道时间相当，兰州方向至北京径路经既有西兰(西安—兰州)、郑西(郑州—西安)、京广客运专线(北京—广州)通道优势更加明显。因此，包银铁路(包头—银川)合理的吸引范围为北京、呼和浩特与银川、乌海等地沿线客流，兼顾少量长途通道客流。随着项目的建成实施，通道的服务水平与服务质量全面提高，客流吸引强度增加。经分析预测[3]，研究年度(2025 年、2030年和2040 年)沿线旅客发送量分别为937 万人、1 087 万人、1 555 万人，年均增长5.9%，3.3%，2.9%。

综合分析，包银铁路上行方向货流由银川及以远、策克方向、甘其毛都方向的货流及沿线地方运量构成。其中，2017 年来自银川以远的货运量为797 万t， 近(2030 年)、 远期(2040 年)货运量分别为1 342 万t 和1 585 万t；2017 年来自策克及新疆(144 万t)方向232 万t，近(2030 年)、远期(2040 年)货运量分别为700 万t 和1 100 万t，其中新疆方向约占600 万 ～ 700 万t；2017年来自甘其毛都方向489万t，预计近(2030年)、远期(2040 年)货运量达到700 万t 和800 万t。此外，乌海地区及支线2017 年发送量约为1 040 万t，预计近(2030 年)、远期(2040 年)乌海地区及支线货物发送量为960 万t 和920 万t。

在不考虑支线分流的情况下，包银铁路上行方向区段货流密度近、远期分别为4 069 万t·km/km、4 703 万t·km/km，出现在临河至包头段。不分流情况下包银铁路货流构成如图2 所示。

图2 不分流情况下包银铁路货流构成Fig.2 Freight flow constitution of Baotou-Yinchuan Railway in the case of no diversion

1.3 既有包兰线包惠段能力适应性分析

（1）运营概况。包兰铁路包头至惠农段运营长度410 km，最高行车速度120 km/h，现状开行旅客列车9 ～ 20 对/ d，全段平均旅行时间约4.9 h，平均旅行速度约83.6 km/h。图定货物列车30 ～ 58 对/ d (其中万吨列车2 对/ d)，平均旅行速度约56 km/h。2017 年包惠段列车对数及能力利用率如表1 所示。由表1 可知，区段能力利用率为16.3% ～ 38.2%，能力比较富余。

（2）既有线能力及运输质量适应性分析。若维持既有线标准不变，研究年度内包惠段运输能力适应性如表2 所示。

由表2 可知，研究年度包惠段运输能力初近期可满足运输需求，远期已经饱和。但由于既有线标准低，包惠段只能按120 km/h 运行，运输质量低、京兰通道跨线动车组列车无法大量开行，包惠段成为限制整个通道运输质量和跨线动车组列车开行的瓶颈，既有线提速改造[4-7]或新建高标准的客运专线迫在眉睫。

2 包兰铁路包惠段提速后运输能力分析

2.1 包兰铁路包惠段提速改造方案

分别对提速至160 km/h，200 km/h 和250 km/h 的提速改造方案进行研究，考虑包惠段为京包兰铁路通道的重要区段，承担着通道大量通过货运量任务，并且沿线车站承担着满足地方经济发展的地方货运量，为客货共线铁路，货运量全部分流可行性差，根据现行规范，提速至250 km/h 无法满足货车运营要求，并且由于标准高，除既有线位可利用外，主要工程基本需重新配套，投资较新建客运专线节省有限，因而重点对提速至160 km/h，200 km/h 的提速改造方案进行研究。

（1）从工程实施角度分析。增建二线时，因修建桥梁拉开线间距设置了2 组连续反向曲线，提速至160 km/h 较提速至200 km/h 速度目标值方案改造既有线段落较短；提速至200 km/h 方案线路双绕长度39.8 km，单绕长度66.1 km，整体线间距调整长度213.4 km；提速至160 km/h 方案线路双绕长度32.7 km，单绕长度35.5 km，整体线间距调整长度253.4 km，提速至160 km/h 方案较提速至 200 km/h 方案单绕长度缩短了30.6 km。

（2）不同提速方案运营效果分析。根据不同方案的技术标准和旅客列车开行方案，结合运行图铺画结果，提速改造后旅客列车平均旅行速度和旅行时间如表3 所示。由表3 可知，提速至160 km/h 方案动车组列车旅行时间较现状缩短1.2 h，普速旅客列车旅行时间缩短0.9 h。提速至200 km/h 方案动车组列车旅行时间缩短2.1 h，普速旅客列车旅行时间缩短1.1 h。因此，提速至200 km/h 方案运输质量提升更为显著。结合现状最短旅客列车旅行时间，计算研究各方案提速后包惠段直达列车的旅行时间。其中，提速至200 km/h 方案较现状缩短1.95 h，提速至160 km/h 方案较现状缩短1.3 h。

（3）从工程投资角度分析。经比较，200 km/h 方案工程静态投资89.97 亿元，160 km/h 方案工程静态投资72.90 亿元，200 km/h 方案较160 km/h 方案多17.1 亿元。通过上述综合分析，提速至 200 km/h 方案虽然投资增加约17.1 亿元，但该方案较提速至160 km/h 方案动车组列车旅行时间缩短0.9 h，运输质量提升更为显著。因此，提速改造方案暂按提速至200 km/h 方案研究。

表1 2017 年包惠段列车对数及能力利用率Tab.1 Train pairs and capacity utilization of Baotou-Huinong section in 2017

表2 包惠段运输能力适应性Tab.2 Adaptability of traffic capacity of Baotou-Huinong section

表3 提速改造后旅客列车平均旅行速度和旅行时间Tab.3 Average travel speed and journey time of passenger train after speed-increasing

2.2 包惠段提速后运输能力分析

包兰铁路包惠段提速改造后，研究年度开行200 km/h 的动车组列车和时速160 km/h 的普速旅客列车，同时结合现状开行方案，开行集装箱及水铁联运班列和普通货物列车。列车种类多、运营干扰大，为较为准确地研究其运输能力[8-10]和运输质量，通过铺画运行图进行研究。提速后动车组列车最高行车速度200 km/h、普速旅客列车大部分160 km/h，保留少量120 km/h；在保证普速旅客列车及货物列车需求的情况下，铺画动车组列车满图对数；运行图天窗时间按3 h 计算。提速后客货列车对数如表4 所示。

表4 提速后客货列车对数Tab.4 Pairs of passenger and freight train after speed-increasing

图3 分流情况下包银铁路货流构成Fig3 Freight flow constitution of Baotou-Yinchuan Railway in the case of diversion

2.2.1 不分流方案

（1）不考虑动车组列车与货物列车同时对向运行。包兰线包惠段提速至200 km/h 后，不考虑动车组列车与货物列车同时对向运行的情况下，近期在完成货运量4 069 万t，普速旅客列车13 对/ d的基础上，不考虑能力储备最大可开行动车组列车31 对/ d。运输能力满足近期运输需求；远期在完成货运量4 703 万t，普速旅客列车12 对/ d 的基础上，不考虑能力储备最大可开行动车组列车23 对/ d。运输能力不满足远期运输需求，动车组列车能力缺口为18 对/ d。

（2）考虑动车组列车与货物列车同时对向运行。包兰线包惠段提速至200 km/h 后，考虑动车组列车与货物列车同时对向运行的情况下，近期在完成货运量4 069 万t，普速旅客列车13 对/ d 的基础上，不考虑能力储备最大可开行动车组列车41 对/ d。运输能力满足近期运输需求；远期在完成货运量4 703 万t，普速旅客列车12 对/ d 的基础上，不考虑能力储备最大可开行动车组列车36 对/ d。运输能力不满足远期运输需求，动车组列车能力缺口为5 对/ d。

2.2.2 分流方案

包兰线包惠段提速至200 km/h 后，按考虑动车组列车与货物列车同时对向运行的情况进行能力分析。

（1）太中银、石太旅客列车分流。如果考虑北京及以远至银川及以远的动车组列车，经由太中银(太原—中卫—银川)、石太高速铁路(石家庄—太原)承担的情况下，远期可分流的动车组列车为 7 对/ d，分流运输后包头至银川动车组列车开行需求为34 对/ d，运输能力满足远期运输需求。

（2）东乌线(东胜—乌海)货物列车分流。如果考虑利用既有东乌线分流包银铁路部分货车，则分流情况下包银铁路货流构成如图3 所示。考虑到东乌线目前为单线电气化铁路，全部预留车站开放后，平图能力为27 对/ d，在开行6 对/ d 旅客列车的情况下，输送能力约为2 150 万t。在承担自身货流的情况下，还可分流包头至惠农间货运量1 500 万t， 包惠段在承担3 168 万t 的运量、12 对/ d 普速旅客列车的情况下，最大可开行动车组列车41 对/ d，运输能力满足远期运输需求。

如果远期考虑东乌线增建二线后，在合理分流的情况下，东乌线最大可分流包头至惠农间货运量2 553 万t，此时包惠段在承担2 150 万t 的运量、12 对/ d 普速旅客列车的情况下，最大可开行动车组列车52 对/ d，运输能力满足远期运输需求，留有一定富余。

2.2.3 分析结果

经过分析，在保证货运的前提下，包惠段按不考虑动车组列车与货物列车同时对向运行运输组织，近、远期分别能够开行动车组列车31 对/ d 和23 对/ d，仅能满足近期开行25 对/ d 的需求。远期需开行动车组列车41 对/ d，仅能由太中银铁路分流7 对/ d，仍然需要由包惠段开行34 对/ d，包惠段能力不足。在保证货运的前提下，包惠段按考虑动车组列车与货物列车同时对向运行运输组织，近、远期分别能够开行动车组列车41 对/ d 和 36 对/ d，仅能满足近期开行25 对/ d 的需求。远期需要开行动车组列车41 对/ d，如果考虑北京及以远至银川及以远的动车组列车，经由太中银、石太高速铁路承担的情况下，远期可分流的动车组列车为7 对/ d，分流运输后包头至银川动车组列车开行需求为34 对/ d，运输能力满足远期运输需求。如果先保证客运，近远期分别开行动车组列车25 对/ d 和41 对/ d，包惠段还可承担货运量 2 534 万t 和3 168 万t，余下约1 500 万t 由东乌线(开站后)承担，能力满足客运需求；在东乌线增建二线后，近远期最多能够分流货运量2 439 万t 和2 553 万t，包惠段只需承担货运量1 630 万t 和2 150 万t，能力即可满足运输需求。

因此，包银通道内运输需求可由既有线承担，不需要修建货运单线。在这样情况下，包惠段分别开行旅客列车38 对/ d (动车组列车25 对/ d)和 53 对/ d (动车组列车41 对/ d)，在完成客运需求后，包惠段近期可以满足货运量4 069 万t 的运输需求，远期无法满足货运量4 703 万t 的运输需求，仅可承担货运量3 168 万t，余下约1 500 万t 由东乌线(开站后)承担后，即可满足运输需求。综上，包惠段提速改造后近期能力满足客货运输需求，远期在利用东乌线分流部分货运或利用太中银、石太高速铁路分流部分客运后能力也可满足运输需求。

3 结束语

为实现跨线动车组列车开行、解决既有线运输能力饱和、运输质量低的问题，在满足通道功能和运输能力的前提下，既有线提速改造方案是一种可行的方案。由于既有线提速改造具有一定的复杂性，应先进行深入的前期研究，以便为提速改造方案决策提供充分依据。同时，应结合既有线能力综合考虑区域路网的客货分流作用，进一步细化研究和优化客货分流模型及货运分流的可行性，从而保证既有线提速运输能力分析结果更加准确可行，为研究既有线提速改造方案提供借鉴。