劉文峰

LIU Wenfeng

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 線路運(yùn)輸設(shè)計(jì)處，陜西 西安 710043)

1 概述

1.1 京蘭鐵路通道概況

既有京包蘭鐵路由京包(北京—包頭)、包蘭線( 包頭—蘭州) 組成，京包蘭鐵路全長 1 803 km。其中，京包線全長824 km，為雙線電化鐵路；包蘭線全長979 km，其中銀川至黃羊?yàn)?36 km 和干塘至蘭州段234 km 為單線，其余區(qū)段為雙線電化鐵路。京包蘭鐵路單線地段長370 km，集中在包蘭線，占通道全長的20.5%。目前，通道內(nèi)北京至張家口、銀川至迎水橋、干塘至蘭州段能力已經(jīng)飽和。

京蘭高速鐵路通道作為“八縱八橫”[1-2]中的重要一橫，全長約1 576 km。目前中部呼包鐵路(呼和浩特—包頭) (200 km/h)已經(jīng)開通運(yùn)營，通道內(nèi)速度250 km/h 的銀蘭高速鐵路(銀川—蘭州)、呼張高速鐵路(呼和浩特—張家口)及速度350 km/h 的京張高速鐵路(北京—張家口)在建，銀川—惠農(nóng)段也于2018 年8 月開工，在建和擬建鐵路均計(jì)劃在2020 年前后建成通車。因此，縱觀整個(gè)通道構(gòu)成，包惠段(包頭—惠農(nóng))鐵路成為限制京蘭高速鐵路通道貫通的瓶頸。京蘭鐵路通道規(guī)劃如圖1 所示。

圖1 京蘭鐵路通道規(guī)劃Fig.1 Beijing-Lanzhou Railway corridor planning

1.2 包蘭鐵路包惠段運(yùn)量分析

1.2.1 客貨運(yùn)量現(xiàn)狀

（1）客運(yùn)量。既有包蘭線包銀段，除承擔(dān)沿線地方客流外，主要承擔(dān)西北四省區(qū)及寧夏與京津、冀北、冀東、晉北、東北部分旅客交流。2017年包頭—臨河段開行旅客列車20 對/d，客流密度為433 萬人公里/ km；臨河—烏海段開行旅客列車15 對/ d，客流密度為295 萬人公里/ km；烏海—銀川段開行旅客列車8 對/ d，客流密度為198 萬人公里/ km。

（2）貨運(yùn)量。包蘭鐵路包惠段最大區(qū)段貨流密度在內(nèi)蒙境內(nèi)包頭—臨河段，2017 年該段重車方向密度為2 568 萬t·km / km，其中煤炭763 萬t·km / km(占29.7%)，焦炭402 萬t·km / km (15.7%)，集裝箱432 萬t·km/km (16.8%)。既有線沿線煤炭發(fā)送主要供應(yīng)烏海烏拉山電廠、包鋼等，以及經(jīng)京包線流向華北及沿海港口；焦炭主要為烏海地區(qū)車站發(fā)送，主要流向華北、東北以及沿海港口。

沿線除烏海、石嘴山等貨運(yùn)作業(yè)站外，主要匯入3 條盡頭式支線。吉蘭泰線(烏海西—吉蘭泰)、平汝線(平羅—汝箕溝)、金泉至西小昭線和一條路網(wǎng)干線臨哈鐵路(臨河—哈密)，吉蘭泰線2017 年接入71 萬t，以化工品(21 萬t)、鹽(46 萬t)為主；平汝支線2017 年接入537 萬t，主要為煤炭，占98%以上，主要流向?yàn)殂y川方向；金泉至西小昭線接入537 萬t，主要為煤炭330 萬t，集裝箱(主要為金屬礦石) 170 萬t，主要發(fā)往華北地區(qū)。臨哈鐵路2017 年接入273 萬t，其中煤炭130 萬t。

1.2.2 客貨運(yùn)量預(yù)測

包頭至惠農(nóng)段若按200 km / h 時(shí)速運(yùn)營，該段運(yùn)輸時(shí)間較高鐵方案長0.8 h，銀川至北京徑路與經(jīng)太中銀、北京—太原客運(yùn)通道時(shí)間相當(dāng)，蘭州方向至北京徑路經(jīng)既有西蘭(西安—蘭州)、鄭西(鄭州—西安)、京廣客運(yùn)專線(北京—廣州)通道優(yōu)勢更加明顯。因此，包銀鐵路(包頭—銀川)合理的吸引范圍為北京、呼和浩特與銀川、烏海等地沿線客流，兼顧少量長途通道客流。隨著項(xiàng)目的建成實(shí)施，通道的服務(wù)水平與服務(wù)質(zhì)量全面提高，客流吸引強(qiáng)度增加。經(jīng)分析預(yù)測[3]，研究年度(2025 年、2030年和2040 年)沿線旅客發(fā)送量分別為937 萬人、1 087 萬人、1 555 萬人，年均增長5.9%，3.3%，2.9%。

綜合分析，包銀鐵路上行方向貨流由銀川及以遠(yuǎn)、策克方向、甘其毛都方向的貨流及沿線地方運(yùn)量構(gòu)成。其中，2017 年來自銀川以遠(yuǎn)的貨運(yùn)量為797 萬t， 近(2030 年)、 遠(yuǎn)期(2040 年)貨運(yùn)量分別為1 342 萬t 和1 585 萬t；2017 年來自策克及新疆(144 萬t)方向232 萬t，近(2030 年)、遠(yuǎn)期(2040 年)貨運(yùn)量分別為700 萬t 和1 100 萬t，其中新疆方向約占600 萬 ～ 700 萬t；2017年來自甘其毛都方向489萬t，預(yù)計(jì)近(2030年)、遠(yuǎn)期(2040 年)貨運(yùn)量達(dá)到700 萬t 和800 萬t。此外，烏海地區(qū)及支線2017 年發(fā)送量約為1 040 萬t，預(yù)計(jì)近(2030 年)、遠(yuǎn)期(2040 年)烏海地區(qū)及支線貨物發(fā)送量為960 萬t 和920 萬t。

在不考慮支線分流的情況下，包銀鐵路上行方向區(qū)段貨流密度近、遠(yuǎn)期分別為4 069 萬t·km/km、4 703 萬t·km/km，出現(xiàn)在臨河至包頭段。不分流情況下包銀鐵路貨流構(gòu)成如圖2 所示。

圖2 不分流情況下包銀鐵路貨流構(gòu)成Fig.2 Freight flow constitution of Baotou-Yinchuan Railway in the case of no diversion

1.3 既有包蘭線包惠段能力適應(yīng)性分析

（1）運(yùn)營概況。包蘭鐵路包頭至惠農(nóng)段運(yùn)營長度410 km，最高行車速度120 km/h，現(xiàn)狀開行旅客列車9 ～ 20 對/ d，全段平均旅行時(shí)間約4.9 h，平均旅行速度約83.6 km/h。圖定貨物列車30 ～ 58 對/ d (其中萬噸列車2 對/ d)，平均旅行速度約56 km/h。2017 年包惠段列車對數(shù)及能力利用率如表1 所示。由表1 可知，區(qū)段能力利用率為16.3% ～ 38.2%，能力比較富余。

（2）既有線能力及運(yùn)輸質(zhì)量適應(yīng)性分析。若維持既有線標(biāo)準(zhǔn)不變，研究年度內(nèi)包惠段運(yùn)輸能力適應(yīng)性如表2 所示。

由表2 可知，研究年度包惠段運(yùn)輸能力初近期可滿足運(yùn)輸需求，遠(yuǎn)期已經(jīng)飽和。但由于既有線標(biāo)準(zhǔn)低，包惠段只能按120 km/h 運(yùn)行，運(yùn)輸質(zhì)量低、京蘭通道跨線動車組列車無法大量開行，包惠段成為限制整個(gè)通道運(yùn)輸質(zhì)量和跨線動車組列車開行的瓶頸，既有線提速改造[4-7]或新建高標(biāo)準(zhǔn)的客運(yùn)專線迫在眉睫。

2 包蘭鐵路包惠段提速后運(yùn)輸能力分析

2.1 包蘭鐵路包惠段提速改造方案

分別對提速至160 km/h，200 km/h 和250 km/h 的提速改造方案進(jìn)行研究，考慮包惠段為京包蘭鐵路通道的重要區(qū)段，承擔(dān)著通道大量通過貨運(yùn)量任務(wù)，并且沿線車站承擔(dān)著滿足地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的地方貨運(yùn)量，為客貨共線鐵路，貨運(yùn)量全部分流可行性差，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，提速至250 km/h 無法滿足貨車運(yùn)營要求，并且由于標(biāo)準(zhǔn)高，除既有線位可利用外，主要工程基本需重新配套，投資較新建客運(yùn)專線節(jié)省有限，因而重點(diǎn)對提速至160 km/h，200 km/h 的提速改造方案進(jìn)行研究。

（1）從工程實(shí)施角度分析。增建二線時(shí)，因修建橋梁拉開線間距設(shè)置了2 組連續(xù)反向曲線，提速至160 km/h 較提速至200 km/h 速度目標(biāo)值方案改造既有線段落較短；提速至200 km/h 方案線路雙繞長度39.8 km，單繞長度66.1 km，整體線間距調(diào)整長度213.4 km；提速至160 km/h 方案線路雙繞長度32.7 km，單繞長度35.5 km，整體線間距調(diào)整長度253.4 km，提速至160 km/h 方案較提速至 200 km/h 方案單繞長度縮短了30.6 km。

（2）不同提速方案運(yùn)營效果分析。根據(jù)不同方案的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和旅客列車開行方案，結(jié)合運(yùn)行圖鋪畫結(jié)果，提速改造后旅客列車平均旅行速度和旅行時(shí)間如表3 所示。由表3 可知，提速至160 km/h 方案動車組列車旅行時(shí)間較現(xiàn)狀縮短1.2 h，普速旅客列車旅行時(shí)間縮短0.9 h。提速至200 km/h 方案動車組列車旅行時(shí)間縮短2.1 h，普速旅客列車旅行時(shí)間縮短1.1 h。因此，提速至200 km/h 方案運(yùn)輸質(zhì)量提升更為顯著。結(jié)合現(xiàn)狀最短旅客列車旅行時(shí)間，計(jì)算研究各方案提速后包惠段直達(dá)列車的旅行時(shí)間。其中，提速至200 km/h 方案較現(xiàn)狀縮短1.95 h，提速至160 km/h 方案較現(xiàn)狀縮短1.3 h。

（3）從工程投資角度分析。經(jīng)比較，200 km/h 方案工程靜態(tài)投資89.97 億元，160 km/h 方案工程靜態(tài)投資72.90 億元，200 km/h 方案較160 km/h 方案多17.1 億元。通過上述綜合分析，提速至 200 km/h 方案雖然投資增加約17.1 億元，但該方案較提速至160 km/h 方案動車組列車旅行時(shí)間縮短0.9 h，運(yùn)輸質(zhì)量提升更為顯著。因此，提速改造方案暫按提速至200 km/h 方案研究。

表1 2017 年包惠段列車對數(shù)及能力利用率Tab.1 Train pairs and capacity utilization of Baotou-Huinong section in 2017

表2 包惠段運(yùn)輸能力適應(yīng)性Tab.2 Adaptability of traffic capacity of Baotou-Huinong section

表3 提速改造后旅客列車平均旅行速度和旅行時(shí)間Tab.3 Average travel speed and journey time of passenger train after speed-increasing

2.2 包惠段提速后運(yùn)輸能力分析

包蘭鐵路包惠段提速改造后，研究年度開行200 km/h 的動車組列車和時(shí)速160 km/h 的普速旅客列車，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)狀開行方案，開行集裝箱及水鐵聯(lián)運(yùn)班列和普通貨物列車。列車種類多、運(yùn)營干擾大，為較為準(zhǔn)確地研究其運(yùn)輸能力[8-10]和運(yùn)輸質(zhì)量，通過鋪畫運(yùn)行圖進(jìn)行研究。提速后動車組列車最高行車速度200 km/h、普速旅客列車大部分160 km/h，保留少量120 km/h；在保證普速旅客列車及貨物列車需求的情況下，鋪畫動車組列車滿圖對數(shù)；運(yùn)行圖天窗時(shí)間按3 h 計(jì)算。提速后客貨列車對數(shù)如表4 所示。

表4 提速后客貨列車對數(shù)Tab.4 Pairs of passenger and freight train after speed-increasing

圖3 分流情況下包銀鐵路貨流構(gòu)成Fig3 Freight flow constitution of Baotou-Yinchuan Railway in the case of diversion

2.2.1 不分流方案

（1）不考慮動車組列車與貨物列車同時(shí)對向運(yùn)行。包蘭線包惠段提速至200 km/h 后，不考慮動車組列車與貨物列車同時(shí)對向運(yùn)行的情況下，近期在完成貨運(yùn)量4 069 萬t，普速旅客列車13 對/ d的基礎(chǔ)上，不考慮能力儲備最大可開行動車組列車31 對/ d。運(yùn)輸能力滿足近期運(yùn)輸需求；遠(yuǎn)期在完成貨運(yùn)量4 703 萬t，普速旅客列車12 對/ d 的基礎(chǔ)上，不考慮能力儲備最大可開行動車組列車23 對/ d。運(yùn)輸能力不滿足遠(yuǎn)期運(yùn)輸需求，動車組列車能力缺口為18 對/ d。

（2）考慮動車組列車與貨物列車同時(shí)對向運(yùn)行。包蘭線包惠段提速至200 km/h 后，考慮動車組列車與貨物列車同時(shí)對向運(yùn)行的情況下，近期在完成貨運(yùn)量4 069 萬t，普速旅客列車13 對/ d 的基礎(chǔ)上，不考慮能力儲備最大可開行動車組列車41 對/ d。運(yùn)輸能力滿足近期運(yùn)輸需求；遠(yuǎn)期在完成貨運(yùn)量4 703 萬t，普速旅客列車12 對/ d 的基礎(chǔ)上，不考慮能力儲備最大可開行動車組列車36 對/ d。運(yùn)輸能力不滿足遠(yuǎn)期運(yùn)輸需求，動車組列車能力缺口為5 對/ d。

2.2.2 分流方案

包蘭線包惠段提速至200 km/h 后，按考慮動車組列車與貨物列車同時(shí)對向運(yùn)行的情況進(jìn)行能力分析。

（1）太中銀、石太旅客列車分流。如果考慮北京及以遠(yuǎn)至銀川及以遠(yuǎn)的動車組列車，經(jīng)由太中銀(太原—中衛(wèi)—銀川)、石太高速鐵路(石家莊—太原)承擔(dān)的情況下，遠(yuǎn)期可分流的動車組列車為 7 對/ d，分流運(yùn)輸后包頭至銀川動車組列車開行需求為34 對/ d，運(yùn)輸能力滿足遠(yuǎn)期運(yùn)輸需求。

（2）東烏線(東勝—烏海)貨物列車分流。如果考慮利用既有東烏線分流包銀鐵路部分貨車，則分流情況下包銀鐵路貨流構(gòu)成如圖3 所示?？紤]到東烏線目前為單線電氣化鐵路，全部預(yù)留車站開放后，平圖能力為27 對/ d，在開行6 對/ d 旅客列車的情況下，輸送能力約為2 150 萬t。在承擔(dān)自身貨流的情況下，還可分流包頭至惠農(nóng)間貨運(yùn)量1 500 萬t， 包惠段在承擔(dān)3 168 萬t 的運(yùn)量、12 對/ d 普速旅客列車的情況下，最大可開行動車組列車41 對/ d，運(yùn)輸能力滿足遠(yuǎn)期運(yùn)輸需求。

如果遠(yuǎn)期考慮東烏線增建二線后，在合理分流的情況下，東烏線最大可分流包頭至惠農(nóng)間貨運(yùn)量2 553 萬t，此時(shí)包惠段在承擔(dān)2 150 萬t 的運(yùn)量、12 對/ d 普速旅客列車的情況下，最大可開行動車組列車52 對/ d，運(yùn)輸能力滿足遠(yuǎn)期運(yùn)輸需求，留有一定富余。

2.2.3 分析結(jié)果

經(jīng)過分析，在保證貨運(yùn)的前提下，包惠段按不考慮動車組列車與貨物列車同時(shí)對向運(yùn)行運(yùn)輸組織，近、遠(yuǎn)期分別能夠開行動車組列車31 對/ d 和23 對/ d，僅能滿足近期開行25 對/ d 的需求。遠(yuǎn)期需開行動車組列車41 對/ d，僅能由太中銀鐵路分流7 對/ d，仍然需要由包惠段開行34 對/ d，包惠段能力不足。在保證貨運(yùn)的前提下，包惠段按考慮動車組列車與貨物列車同時(shí)對向運(yùn)行運(yùn)輸組織，近、遠(yuǎn)期分別能夠開行動車組列車41 對/ d 和 36 對/ d，僅能滿足近期開行25 對/ d 的需求。遠(yuǎn)期需要開行動車組列車41 對/ d，如果考慮北京及以遠(yuǎn)至銀川及以遠(yuǎn)的動車組列車，經(jīng)由太中銀、石太高速鐵路承擔(dān)的情況下，遠(yuǎn)期可分流的動車組列車為7 對/ d，分流運(yùn)輸后包頭至銀川動車組列車開行需求為34 對/ d，運(yùn)輸能力滿足遠(yuǎn)期運(yùn)輸需求。如果先保證客運(yùn)，近遠(yuǎn)期分別開行動車組列車25 對/ d 和41 對/ d，包惠段還可承擔(dān)貨運(yùn)量 2 534 萬t 和3 168 萬t，余下約1 500 萬t 由東烏線(開站后)承擔(dān)，能力滿足客運(yùn)需求；在東烏線增建二線后，近遠(yuǎn)期最多能夠分流貨運(yùn)量2 439 萬t 和2 553 萬t，包惠段只需承擔(dān)貨運(yùn)量1 630 萬t 和2 150 萬t，能力即可滿足運(yùn)輸需求。

因此，包銀通道內(nèi)運(yùn)輸需求可由既有線承擔(dān)，不需要修建貨運(yùn)單線。在這樣情況下，包惠段分別開行旅客列車38 對/ d (動車組列車25 對/ d)和 53 對/ d (動車組列車41 對/ d)，在完成客運(yùn)需求后，包惠段近期可以滿足貨運(yùn)量4 069 萬t 的運(yùn)輸需求，遠(yuǎn)期無法滿足貨運(yùn)量4 703 萬t 的運(yùn)輸需求，僅可承擔(dān)貨運(yùn)量3 168 萬t，余下約1 500 萬t 由東烏線(開站后)承擔(dān)后，即可滿足運(yùn)輸需求。綜上，包惠段提速改造后近期能力滿足客貨運(yùn)輸需求，遠(yuǎn)期在利用東烏線分流部分貨運(yùn)或利用太中銀、石太高速鐵路分流部分客運(yùn)后能力也可滿足運(yùn)輸需求。

3 結(jié)束語

為實(shí)現(xiàn)跨線動車組列車開行、解決既有線運(yùn)輸能力飽和、運(yùn)輸質(zhì)量低的問題，在滿足通道功能和運(yùn)輸能力的前提下，既有線提速改造方案是一種可行的方案。由于既有線提速改造具有一定的復(fù)雜性，應(yīng)先進(jìn)行深入的前期研究，以便為提速改造方案決策提供充分依據(jù)。同時(shí)，應(yīng)結(jié)合既有線能力綜合考慮區(qū)域路網(wǎng)的客貨分流作用，進(jìn)一步細(xì)化研究和優(yōu)化客貨分流模型及貨運(yùn)分流的可行性，從而保證既有線提速運(yùn)輸能力分析結(jié)果更加準(zhǔn)確可行，為研究既有線提速改造方案提供借鑒。