新建西宁至成都铁路建设方案及标准研究

方 华

(1.轨道交通工程信息化国家重点实验室(中铁一院),西安 710043； 2.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院),西安 710043)

1 西宁至成都铁路项目简介

西宁至成都铁路(以下简称“西成铁路”)位于青海、甘肃、四川三省交界地带。线路北起青海省省会西宁市，向南经海东市平安区、黄南藏族自治州尖扎县、同仁县[1]；后向东南方向进入甘肃省甘南藏族自治州，依次经夏河县、合作市、碌曲县；向南经四川省阿坝藏族羌族自治州若尔盖县，接入在建成兰铁路黄胜关站；与成兰铁路共线引入成都枢纽。线路全长848.4 km，新建兰新高铁接轨站海东西至黄胜关正线长512.88 km(其中，青海省境内新建长度146.119 km，甘肃省境内新建长度185.29 km，四川省境内新建长度181.475 km)。线路北端利用兰新高铁26.3 km引入西宁，南端利用在建成兰铁路307.7 km引入成都。

西成铁路的功能定位是一条客、货共线的区际快速铁路干线[2]。客运以通道区域间旅客交流为主，兼顾旅游客流和沿线城际客流[3]；货运主要为沿线地区的地方货物集散。

根据功能定位，主要开行动车组及普速客车、兼顾沿线轻快货物交流[4]。运量预测最大区段货流密度(合作至黄胜关段)近、远期分别为104万t和135万t，客车近、远期分别为61对/d和87对/d。

西宁成都铁路平、纵断面示意见图1。

图1 西宁至成都铁路线路方案示意

2 西宁至成都铁路建设方案设置

根据2016年颁布的《中长期铁路网规划》，西宁至成都铁路为“八纵八横”高速铁路主通道，“八纵”通道兰(西)广通道：兰州(西宁)—成都(重庆)—贵阳—广州高速铁路的重要组成部分[5]。同时，根据客流特征及运量预测，功能定位为以客为主、兼顾沿线少量货运的铁路通道，沿线黄南、甘南、阿坝等少数民族地区具有一定的货运需求，客观上需具备客货共线功能[6]。因此，本次研究建设方案按客货共线方案和客专方案两种方案进行分析。

2.1 方案设置

2.1.1 方案1：新建客货共线铁路方案

根据客货运量预测和分析，近、远期最大区段货流密度和旅客列车对数分别为102万t/年、135万t/年和67对/d、89对/d。新建客货共线方案限制坡度按25‰，速度目标值200 km/h预留250 km/h平纵断面条件进行建设[7]，运输组织模式为客货列车共线运行，运行的列车种类有动车组、普速旅客列车和快运货物列车。

2.1.2 方案2：新建客运专线方案

新建客运专线方案为新建一条客运专线，承担动车组列车和普速旅客列车，沿线货运量由其他运输方式承担[8]。新建客运专线方案按25‰限制坡度，采用250 km/h速度目标值进行建设。

2.2 方案比选

从线路走向、路网分工、运量水平、运输组织等方面对比客货共线和客运专线方案[9]。

2.2.1 线路走向比较

两方案的线路走向基本一致，线路自西宁地区兰新高铁区间接轨引出，以24.4 km的长隧道穿越拉脊山至化隆县昂思多沟设化隆站，跨黄河后经尖扎县和黄南州首府同仁县设站；以22.4 km的特长隧道翻越西秦岭山脉，进入甘肃境内，至甘肃省夏河县，跨大夏河至唐尕昂车站与兰合线接轨，沿隔河河谷行至合作市设站。出合作后，以桥隧工程于碌曲县城东30 km设碌曲站，出站后以桥隧工程穿越尕海则岔国家级自然保护区实验区(长度约39 km)至郎木寺镇设站，出站后进入四川省境内，经阿坝州若尔盖县、翻越岷山山区进入松潘县境内，引入在建成兰铁路黄胜关站。

正线线路全长496.67 km，新建桥梁124.9 km/149座，隧道282.1 km/61座，桥隧总长407.0 km，占线路总长的81.9%，新设车站17处。

2.2.2 路网分工分析

本线经成兰线黄胜关至成都段引入成都，该段长度为308 km。现已按客货共线200 km/h开工建设。考虑本线在路网中主要承担青海中东部、甘肃河西走廊及新疆地区与川西、云贵、广西及华南部分地区的旅客交流，同时兼顾沿线地方少量轻货运输[10]，与兰渝线共同构成西北至西南区际铁路通道，本线为西北至西南地区客运主通道，兰渝线为货运主通道[11]。按客运专线建设和按客货共线建设对旅客运输影响不大，但采用客货共线方案与成兰线黄胜关至成都匹配性好，若按客运专线建设无法兼顾轻货运输。

2.2.3 从运量分析

从运输需求来看，客货共线方案和客运专线方案均主要承担青海中东部、甘肃河西走廊及新疆地区与川西、云贵、广西及华南部分地区的旅客交流，吸引范围基本一致。因此，客专方案在客运量上较客货方案无明显增加，但却丧失了货运功能。

2.2.4 对沿线资源开发作用

本线沿线具有一定的货运需求。客货共线方案可较好地满足沿线货运需求，也可作为西北至西南的货运辅助通道。而客专方案，沿线的货运量则需通过公路等其他方式运输。该区域山大沟深，交通条件差，出行不便，沿线物资利用铁路运输相对较好。因此，客货共线方案对沿线货运及经济发展具有一定的促进作用。

2.2.5 运输组织及运营效果分析

因桥隧比重高达82%，货运主要考虑同仁、合作、若尔盖3处较大站点办理，2个方案新建长度一致，工程设置一致。

客货共线方案客货列车共线运行，运输组织较为复杂，线路养护维修费用较高；客运专线方案本段全部运行客车，运输组织相对简单[12]，西宁至黄胜关段旅客列车旅行时间由客货共线方案的172min(速度200 km/h)，缩短至144 min(速度250 km/h)，旅行时间节省28 min。客专方案较客货共线方案旅行时间虽然进一步缩短，但客专方案缩短旅行时间并不明显，客专方案与客货共线方案吸引范围基本一致，但却无法兼顾地方沿线的货运需求。

2.2.6 工程技术条件和工程经济性比较分析

对两方案引起其他基础技术条件的不同进行分析，见表1。

表1 技术条件分析

由表1可知，因桥隧比重高，线路顺直，客货共线方案与客运专线方案经过沿线经济据点一致，引起工程变化主要为线间距、隧道断面、桥梁梁型、路基宽度、供变电等。主要工程数量及投资比较见表2。

表 2 方案经济比较

由表2可知，客运专线方案工程投资较客货共线方案增加64.53亿元。

2.3 建设方案比选及推荐意见

通过对线路走向、路网分工、运输需求、运营效果等综合分析，客货共线方案与成兰线建设方案较匹配，填补了该区域铁路货运设施；客专方案在客运量上较客货方案无明显增加，却丧失了货运功能，且客专方案工程投资增加较明显，但旅行时间节省有限。

综合考虑，本线推荐客货共线方案。因旅客列车对数占比较大，货物列车若以传统组织模式将占用较大能力，影响动车组开行，因此，货物列车应以快运货物的方式开行。该线建设速度的选择既要满足不同等级客运需求，同时应在满足轻快货物运输的前提下兼顾旅行速度，缩短速差。

3 速度目标值方案

铁路建设标准是针对铁路选线、相邻路网、线路能力、工程造价、运输组织、运营质量等相关技术标准，对铁路建设内容起指导性作用[13]，是铁路设计的核心技术和重要指引[14]。速度目标值为最主要的建设标准之一[15]，本次重点对西宁至成都铁路的速度目标值进行分析。

3.1 时间目标值的确定

根据拟定的建设方案，本线按客货共线铁路建设，主要运行动车组、普通客车及轻快货运三种列车，不运营传统牵引质量的重型货车，且轻快货车牵引质量1500t与普速客车质量基本相同，其旅行速度可比运营传统货车的线路高[16]、速差小，因此，在时间目标值的定位上可高于普通客货共线铁路，略低于250 km/h高速铁路。

目前，西宁至成都既有铁路需经兰青、陇海、宝成绕行，里程为1400 km，旅行时间约26.6h，呈现旅行时间长、出行舒适度差的特点。本线建成后，形成西宁至成都间一条便捷通道，运营里程848.4 km，旅行时间能控制在10h以内，与现状普通旅客列车相比旅行时间可节省50%以上，具备很强的竞争优势。因此，时间目标值定为10h。

3.2 速度目标值方案比选

根据本线功能定位、运输需求及相邻线主要技术标准，研究了160，200，200 km/h预留250 km/h三类主要速度目标值方案，其中，针对200 km/h预留250 km/h方案，本次结合工程投资、行车旅行时间及本线运输特点，研究了200 km/h预留250 km/h平纵断面条件、200 km/h预留250 km/h平纵断面(红原至郎木寺250 km/h)、200 km/h预留250 km/h工程条件3个方案。

从路网协调性、运输组织适应性、技术性、舒适性及工程投资、运营效果等方面对速度目标值3个方案进行全面比较。

3.2.1 路网协调性分析

西宁至成都铁路是“八纵八横”中“兰(西)广通道—兰州(西宁)—成都(重庆)—贵阳—广州高速铁路”通道的组成部分，作为区际快速通道，采用高标准，以满足客运需求[17]。从相邻路网上分析，本线客流主要是西宁及以远、兰州与成都、重庆、贵阳等西南城市间的交流[18]，成都至重庆、贵阳地区的快速铁路速度目标值在250 km/h及以上。兰新高铁速度目标值为200 km/h、部分250 km/h，与本线密切相关的成兰线成都—黄胜关段速度目标值为200 km/h。因此，200 km/h及以上方案与路网匹配性好，160 km/h速度目标值与路网匹配性较差。

3.2.2 运输组织适应性分析

本线以客运为主、兼顾少量货运，旅客列车主要由动车组、普速客车组成，货运量较小，按由普速客车承担快运货车考虑，可缩短与普速旅客列车间的速差，充分利用运行图的空闲组织行车。全线客、货列车速度目标值若按160 km/h组织行车，运输组织相对灵活，但运输质量低、与本线主要承担客运的功能定位适应性差。200 km/h方案、250 km/h方案因本线承担的货运由客车车底承担，可减小速差，适应性也较好。

3.2.3 旅客列车舒适性分析

本线是为客货共线铁路，研究年度承担少量的快运轻货物列车，牵引质量1 500 t，200 km/h预留250 km/h平纵断面条件、200 km/h预留250 km/h平纵断面(红原至郎木寺250 km/h)方案及200 km/h预留250 km/h工程条件3个方案均采用高速铁路线路平、纵断面标准，利用较长的缓和曲线和竖曲线，提高了旅客列车的舒适性；160 km/h和200 km/h两方案采用客货共线线路平、纵断面标准，旅客列车的舒适性相对较差。

3.2.4 技术经济比较与分析

160，200，200 km/h预留250 km/h方案按预留平纵断面条件及预留工程两种情况开展研究，四类速度目标值引起其他基础技术条件的差异对比见表3，各方案工程数量及投资比较见表4。

表3 不同速度目标值技术条件分析

表4 速度目标值主要工程数量及投资比较

由表4可知，相较于200 km/h预留250 km/h平纵断面(红原至郎木寺250 km/h)方案，160 km/h方案投资最为节省，200 km/h和250 km/h预留平纵断面条件投资节省次之，200 km/h预留250 km/h工程条件方案投资最高。

3.2.5 方案运营效果分析

(1)25‰坡度分布情况

结合沿线地形特点及工程设置情况，不同段落25‰坡度情况统计见表5。

表5 不同段落25‰坡度情况统计

由表5可以看出，全线合作至海东西段25‰坡度总长度最长，且分布较为集中，红原至郎木寺段25‰坡度总长度最短，且分布较为分散。

(2)不同段落达速性能分析

本线速度目标值为250 km/h时，采用350 km/h系列动车组，除个别小半径段，达速性能均较好。

采用250 km/h系列动车组通过牵引计算模拟，效果如下。

黄胜关至红原段：上行方向(西宁至成都方向)基本无影响；下行方向最困难地段为黄胜关至红原岷山山区越岭段，25%足坡顶速度为120 km/h。

红原至郎木寺段：上行方向25%足坡顶速度为160 km/h；下行方向基本无影响。

郎木寺至合作段：上行方向最困难地段位于碌曲至则岔西秦岭山区，25%足坡坡顶速度为135 km/h；下行方向最困难地段为郎木寺至则岔段，25%足坡坡顶速度为170 km/h。

合作至海东西段：受25%长大坡度影响，上行方向最困难地段位于同仁至甘加西秦岭越岭地段(甘青隧道短)，25%足坡坡顶速度为115 km/h；下行方向最困难地段位于化隆至东平段，最困难段落(坡度22%，坡长14500 m)坡顶速度为135 km/h。

由以上分析可以看出，采用250 km/h系列动车组时，黄胜关至红原段、郎木寺至合作段、合作至海东西方向，受25%长大坡度影响，列车达速性能较差。红原至郎木寺段25‰坡度总长度最短，且分布较为分散，动车组列车达速性能最好。

(3)不同速度方案运营效果分析

不同设计速度方案投资及运营效果指标比较见表6。

表6 投资运营效果比较

由表6可知，160 km/h方案工程投资最省，200 km/h预留250 km/h工程条件方案工程投资最大。200 km/h预留250 km/h平纵断面(红原至郎木寺250 km/h)方案较200 km/h及200 km/h预留250 km/h平纵断面条件方案，投资分别增加10.5亿元和7.9亿元，分别增加1.4%和1 %。运行时分可缩短8 min，减少4.7%。同时200 km/h预留250 km/h工程条件，预留了提速条件，提速后运行时分可进一步节省， 运行时间较200 km/h预留250 km/h平纵断面(红原至郎木寺250 km/h)方案时间可节省20 min。

3.2.6 速度目标值研究结论

从功能定位考虑，本线为“八纵八横”兰(西)广通道的组成部分，是西北至西南区际间的客运主通道，应采用高标准以满足客运需求；从路网匹配性考虑，200 km/h及200 km/h预留250 km/h平纵断面条件方案、200 km/h预留250 km/h平纵断面(红原至郎木寺250 km/h)方案及200 km/h预留250 km/h工程条件方案与路网匹配性好；从工程设置考虑，200 km/h预留250 km/h平纵断面(红原至郎木寺250 km/h)方案较200 km/h方案及200 km/h预留250 km/h平纵断面条件方案投资增加较少，但缩短运行时分8 min。从动车组达速性能考虑，红原至郎木寺段地形平坦，工程相对简易，250 km/h系列动车组按250 km/h运行列车达速性能最好，该段提速条件优越。

综上所述，本次研究速度目标值推荐郎木寺至红原段250 km/h，其余段采用200 km/h预留250 km/h平纵断面条件。

4 结语

西宁至成都铁路是西北地区连接西南、沟通华南的重要铁路通道，是西宁(兰州)至成都的便捷通道，是中长期高速铁路网“八纵八横”中兰(西)广高铁通道的组成部分，是青海、新疆至西南地区客运主通道，同时也是一条国土资源开发性的线路。因此，本线的功能定位是以客为主、兼顾沿线少量货运的一条区际快速铁路干线。

客货共线方案与成兰线建设方案相匹配，可在与功能定位相匹配的情况下兼顾客货运输需求。

本线旅客列车运行有动车组列车、普速旅客列车，动车组列车按200 km/h、普速旅客列车按160 km/h组织行车。因旅客列车对数占比较大，本线货物列车以行包快运专列货物的方式开行。动车组在西宁至成都全线运行4.8h、普速旅客列车运行6.2h。现状西宁至成都高速公路全程运行时间约22h，建成后动车组可较现状公路节省17.2h，普速旅客列车可较现状节省15.8h，节时效果明显。本线建成后，旅客列车旅行时间将进一步缩短。