呼 梟
大準(zhǔn)鐵路單線區(qū)段運(yùn)輸能力提升研究
呼 梟
(神華新朔鐵路有限責(zé)任公司,鄂爾多斯 017000)
大準(zhǔn)鐵路是西煤東運(yùn)的重要通道,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展極大地促進(jìn)了煤炭需求的增長(zhǎng),大準(zhǔn)鐵路常年處于滿負(fù)荷運(yùn)輸狀態(tài)。為了進(jìn)一步釋放大準(zhǔn)線運(yùn)輸能力,亟須對(duì)線路中單線區(qū)段進(jìn)行擴(kuò)能改造。本文基于大準(zhǔn)線線路特點(diǎn),同時(shí)考慮實(shí)際運(yùn)輸需求,通過理論計(jì)算確定了限制大準(zhǔn)線單線區(qū)段運(yùn)輸能力的關(guān)鍵區(qū)間。在此基礎(chǔ)上,從增加具有萬(wàn)噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量、增加萬(wàn)噸列車到發(fā)線數(shù)量、部分或全部區(qū)段進(jìn)行增二線改造等多個(gè)角度提出擴(kuò)能改造方案,以期為大準(zhǔn)鐵路即時(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供有力的技術(shù)支持。
重載鐵路;單線區(qū)間;運(yùn)輸能力;擴(kuò)能改造
大準(zhǔn)鐵路地處鄂爾多斯高原,上游分別與準(zhǔn)東線、新準(zhǔn)線(新準(zhǔn)連接?xùn)|烏、包神及甘泉鐵路)相連,下游分別與大秦線、京包線、朔黃線相連,同時(shí)管內(nèi)有5個(gè)大型電廠專用線,是一條年運(yùn)量已突破1.5億t的重要運(yùn)煤干線,是大秦線主要煤流和車流來源。在當(dāng)前蒙西能源結(jié)構(gòu)核心區(qū)煤炭資源需求日益增強(qiáng)的背景下,大準(zhǔn)—大秦運(yùn)輸通道憑借運(yùn)輸里程短和運(yùn)價(jià)低的優(yōu)勢(shì)具有極大的競(jìng)爭(zhēng)力。然而,大準(zhǔn)鐵路既有線路條件下的綜合運(yùn)輸能力供給與市場(chǎng)運(yùn)輸需求之間的矛盾較為突出,特別是蒙冀鐵路的開通對(duì)大秦線的分流導(dǎo)致大秦線運(yùn)能富余,作為大秦線上游子系統(tǒng)的大準(zhǔn)鐵路,其系統(tǒng)綜合運(yùn)能必須符合大秦線的運(yùn)能需要。因此,進(jìn)一步提高大準(zhǔn)鐵路的運(yùn)輸能力勢(shì)在必行[1]。
鐵路通過能力加強(qiáng)的策略可分為提高列車重量和增加行車密度兩種[2-5]。目前,大準(zhǔn)鐵路的技術(shù)特征為:限制坡度上行4‰、下行9‰,最小曲線半徑400m,正線允許速度80km/h,牽引主要以SS4B、HX機(jī)車為主,干線全長(zhǎng)264km,共有22個(gè)車站(其中萬(wàn)噸站15個(gè)),到發(fā)線有效長(zhǎng)分別為1?050m、1?700m、2?800m。點(diǎn)岱溝至九蘇木站(163km)為雙線自動(dòng)閉塞區(qū)段,九蘇木至燕莊站(93km)為單線雙向自動(dòng)閉塞區(qū)段[6]。單線段共分布車站9個(gè)(含九蘇木站),其中具有萬(wàn)噸列車到發(fā)線的車站有6個(gè)(包含起點(diǎn)和終點(diǎn)站),具有5 000t列車到發(fā)線的車站有3個(gè)(莊頭窯已關(guān)閉),如圖1所示。大準(zhǔn)鐵路貨源主要來自準(zhǔn)東方向、巴準(zhǔn)方向和管內(nèi)7個(gè)裝車站。受九蘇木至燕莊單線區(qū)段運(yùn)能限制,目前大準(zhǔn)線萬(wàn)噸列車開行對(duì)數(shù)已達(dá)到總運(yùn)送能力的98%,現(xiàn)有線路設(shè)備條件下大準(zhǔn)線運(yùn)能無法突破,因此,九蘇木至燕莊單線區(qū)段的擴(kuò)能改造勢(shì)在必行。單線鐵路大幅度提高運(yùn)輸能力最有效的方法是修建雙線,以增加行車密度,提高列車重量。基于此,本文對(duì)大準(zhǔn)線單線區(qū)段擴(kuò)能改造方案進(jìn)行深入探討,以期為大準(zhǔn)鐵路重載擴(kuò)能工程的順利實(shí)施提供一定的理論指導(dǎo)與技術(shù)支持。
圖1 九蘇木—燕莊間車站分布示意圖
大準(zhǔn)—大秦運(yùn)輸通道除九蘇木至燕莊區(qū)段為單線段外,其余區(qū)段均為復(fù)線。全線各區(qū)段運(yùn)送能力如圖2所示,其中點(diǎn)岱溝至九蘇木段運(yùn)輸能力22?700萬(wàn)t/年,九蘇木至燕莊段運(yùn)輸能力9?400萬(wàn)t/年,大同口交出能力為8?800萬(wàn)t/年,而大秦線運(yùn)輸能力為45?000萬(wàn)t/年。九蘇木至燕莊單線區(qū)段雖已實(shí)現(xiàn)雙向自動(dòng)閉塞,運(yùn)輸能力有所釋放,但相對(duì)現(xiàn)階段的運(yùn)輸需求來說,該地段仍是大準(zhǔn)—大秦煤炭外運(yùn)通道的瓶頸地段[7-9]。
圖2 大準(zhǔn)線各區(qū)段年運(yùn)送能力示意圖
九蘇木至燕莊間為單線雙向自動(dòng)閉塞,按照單線成對(duì)追蹤運(yùn)行圖進(jìn)行鋪畫并計(jì)算區(qū)間通過能力,運(yùn)行圖周期為[10-11]:
平行運(yùn)行圖最大的區(qū)間通過能力(萬(wàn)t對(duì)數(shù))為:
年輸送能力為:
表1 大準(zhǔn)鐵路2018年列車運(yùn)行圖標(biāo)尺
大準(zhǔn)鐵路運(yùn)輸組織受大秦線車流疏密影響較大,目前大部分時(shí)間采取鐘擺式運(yùn)輸組織模式,即上行重車集中交出,下行空車集中到達(dá)。鐘擺式運(yùn)輸組織模式優(yōu)點(diǎn)是在采用單線自動(dòng)閉塞區(qū)段,可以有效地提高線路輸送能力,但鐘擺式運(yùn)輸對(duì)本務(wù)機(jī)車數(shù)量、車站到發(fā)線能力、裝車系統(tǒng)能力要求較高。目前,九蘇木至燕莊單線自動(dòng)閉塞區(qū)段采用追蹤運(yùn)行的組織模式,追蹤列數(shù)2~5列不等。分析全日運(yùn)行圖統(tǒng)計(jì)資料,同時(shí)考慮技術(shù)設(shè)備情況,全日運(yùn)行情況可簡(jiǎn)化為“2+2”追蹤模式(上下行各2列追蹤)、“3+1”(單方向連發(fā)3列,反方向1列會(huì)讓)追蹤模式、“3+2”追蹤模式(單方向連發(fā)3列,反方向1列會(huì)讓)三種開行周期。
從表1與圖1可知,九蘇木至天成與十九溝至燕莊兩區(qū)段為該單線區(qū)段較困難區(qū)間(因黍地溝站萬(wàn)噸列車到發(fā)線只有1條)。本節(jié)以兩個(gè)困難區(qū)間為例,根據(jù)九蘇木至燕莊單線區(qū)段中間站到發(fā)線設(shè)置數(shù)量及單線雙向自動(dòng)閉塞列車追蹤運(yùn)行特點(diǎn),分析不同追蹤模式的區(qū)間運(yùn)輸能力,其詳細(xì)運(yùn)行圖見圖3、圖4、圖5。
圖3 “2+2”追蹤模式下區(qū)間運(yùn)行圖
圖4 “3+1”追蹤模式下區(qū)間運(yùn)行圖
圖5 “3+2”追蹤模式下區(qū)間運(yùn)行圖
表2統(tǒng)計(jì)了三種追蹤模式下九蘇木至天成與十九溝至燕莊兩個(gè)區(qū)間的運(yùn)輸能力。
表2 不同追蹤模式下單線區(qū)段困難區(qū)間運(yùn)輸能力
由表2可知:
(1)“2+2”追蹤模式下,十九溝至燕莊區(qū)間及天成至九蘇木區(qū)間輸送能力均為9 840萬(wàn)t。但考慮到黍地溝站還可以會(huì)讓普通列車(因?yàn)榇笸诮尤肓熊?8%為萬(wàn)噸列車,會(huì)讓普通列車的能力在此不進(jìn)行冗余計(jì)劃分析,下同),所以限制區(qū)間則為天成至九蘇木。該模式不存在模式轉(zhuǎn)換問題,輸送能力為9 840萬(wàn)t。九蘇木至天成扣除丹洲營(yíng)到達(dá)運(yùn)量后(目前丹洲營(yíng)站與管內(nèi)三個(gè)電廠連接線上開行普通貨物列車,3對(duì)普通列車占用3條萬(wàn)噸線,實(shí)際運(yùn)量為400萬(wàn)t,折算影響按500萬(wàn)t計(jì),下同),能力為9 340萬(wàn)t,則大同口交出能力為9 340萬(wàn)t。
(2)“3+1”追蹤模式下,限制區(qū)間為九蘇木至天成,輸送能力為8 672萬(wàn)t。但該模式下單線區(qū)段只有2條萬(wàn)噸到發(fā)線供上、下行各3列車會(huì)讓,可通過集中安排上行3列追蹤、下行1列會(huì)讓或者集中安排下行3列追蹤、上行1列會(huì)讓的方式解決該問題。但這樣就存在“3+1”(上行+下行)與“1+3”的轉(zhuǎn)換問題。經(jīng)計(jì)算,每轉(zhuǎn)換一次,需扣除運(yùn)行圖時(shí)間約69min,輸送能力減少約279萬(wàn)t,按理想情況下,只轉(zhuǎn)換一次計(jì)算,輸送能力為8 393萬(wàn)t。同時(shí)扣除丹洲營(yíng)到達(dá)運(yùn)量折算量500萬(wàn)t,實(shí)際大同口交出能力約7 893萬(wàn)t。
(3)“3+2”追蹤模式下,限制區(qū)間為九蘇木至天成,輸送能力為9 840萬(wàn)t,該模式同樣存在單線區(qū)段只有2條萬(wàn)噸到發(fā)線供上、下行各3列車會(huì)讓的情況??赏ㄟ^集中安排上行3列追蹤、下行2列會(huì)讓或者集中安排下行3列追蹤、上行2列會(huì)讓的方式解決,存在“3+2”(上行+下行)與“2+3”的轉(zhuǎn)換問題,需扣除運(yùn)行圖時(shí)間約69min,輸送能力減少約279萬(wàn)t,按理想情況下,只轉(zhuǎn)換一次計(jì)算,輸送能力為9 561萬(wàn)t,同時(shí)扣除丹洲營(yíng)到達(dá)運(yùn)量折算量500萬(wàn)t,實(shí)際大同口交出能力約為9 061萬(wàn)t。
由以上分析可知,無論哪種追蹤模式下,九蘇木—天成段均為困難區(qū)間,十九溝—燕莊區(qū)間運(yùn)輸能力要高于九蘇木—天成段;從追蹤模式來看,九蘇木—天成段“2+2”追蹤模式對(duì)本務(wù)機(jī)車數(shù)量要求較低,更有利于空車終到裝車站作業(yè)組織,避免列車集中到達(dá)和集中出發(fā),降低對(duì)裝車站線路使用和裝車組織的影響。
對(duì)于不追蹤運(yùn)行列車,1對(duì)萬(wàn)噸列車運(yùn)行周期為:
對(duì)于成對(duì)追蹤運(yùn)行列車,對(duì)萬(wàn)噸列車運(yùn)行周期為:
以九蘇木至天成區(qū)段為例,不考慮天窗時(shí)間,同時(shí)為了考慮實(shí)際情況中的不確定因素,引入備用系數(shù),不同追蹤模式下區(qū)間通過能力為:
表3 九蘇木至天成區(qū)間不同追蹤模式下通過能力
從九蘇木—燕莊的單線雙向自動(dòng)閉塞區(qū)段能力分析可知,九蘇木至天成為限制區(qū)間。該單線段萬(wàn)噸車站與5 000t車站間隔分布,萬(wàn)噸站間隔遠(yuǎn)、到發(fā)線數(shù)量少,且丹洲營(yíng)至燕莊段98%開行萬(wàn)噸列車,北黃土溝站的使用率極低(僅有2%),制約著萬(wàn)噸列車不同追蹤模式下的追蹤區(qū)段選擇及會(huì)讓周期,行車組織較復(fù)雜,限制了該段能力的進(jìn)一步提高。通過以上三種模式能力分析可得:該單線區(qū)段通過能力約為9 400萬(wàn)t,大同口交出能力約為8 800萬(wàn)t(減去丹洲營(yíng)折算量)。
根據(jù)以上分析及單線區(qū)段車站分布、到發(fā)線數(shù)量、單線雙向自動(dòng)閉塞區(qū)段行車組織特點(diǎn),同時(shí)結(jié)合大同口和丹洲營(yíng)站的運(yùn)量需求提出以下三種擴(kuò)能改造方案[12-15]:(1)通過增加具備萬(wàn)噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量和增加萬(wàn)噸列車到發(fā)線數(shù)量,對(duì)單線區(qū)間進(jìn)行擴(kuò)能改造;(2)單線區(qū)段部分開展增二線改造,進(jìn)行萬(wàn)噸擴(kuò)能改造;(3)單線區(qū)段全部開展增二線改造,進(jìn)行擴(kuò)能改造。
為了提升單線區(qū)間運(yùn)輸能力,根據(jù)大準(zhǔn)鐵路實(shí)際情況,共擬定如下三種擴(kuò)能改造實(shí)施方案:
方案1 增加具備萬(wàn)噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量。將北黃土溝、樊家、莊頭窯站1條到發(fā)線延長(zhǎng)為1 700m,可采用“2+2”模式間隙穿插1列萬(wàn)噸列車的模式鋪畫運(yùn)行圖,如圖6(a)所示。
方案2 增加具備萬(wàn)噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量。將黍地溝、北黃土溝、樊家、莊頭窯站改造為2條萬(wàn)噸到發(fā)線,任意區(qū)間均可采用“2+2”模式鋪畫運(yùn)行圖,如圖6(b)所示。
方案3 增加萬(wàn)噸列車站到發(fā)線數(shù)量。將十九溝、天成、丹洲營(yíng)站再增設(shè)1條萬(wàn)噸到發(fā)線,可采用“3+3”模式間隙穿插1列萬(wàn)噸列車或普通列車的鋪畫排列運(yùn)行圖,如圖6(c)所示。
圖6 大準(zhǔn)線單線區(qū)間擴(kuò)能改造實(shí)施方案
以實(shí)施方案中典型區(qū)間為例,圖7(a)展示了方案1改造后燕莊—十九溝區(qū)間運(yùn)行圖,圖7(b)展示了方案2改造后黍地溝—十九溝區(qū)間運(yùn)行圖,圖7(c)展示了方案3改造后燕莊—十九溝區(qū)間運(yùn)行圖。
圖7 擴(kuò)能改造方案下典型區(qū)間運(yùn)行圖
針對(duì)以上三種擴(kuò)能改造實(shí)施方案,表4統(tǒng)計(jì)了各實(shí)施方案的區(qū)間運(yùn)輸能力。由表4可知,按照方案1進(jìn)行擴(kuò)能改造,投資少、施工周期短、見效快,限制區(qū)間為十九溝至燕莊,可滿足大同口運(yùn)能近億噸及近期丹洲營(yíng)站電煤、白貨運(yùn)輸需求。若大同口運(yùn)能需求突破1.1億t,需按照方案2進(jìn)行擴(kuò)能改造,即考慮丹洲營(yíng)至燕莊段對(duì)黍地溝站增加1條萬(wàn)噸到發(fā)線,九蘇木至丹洲營(yíng)段需研究其他方式進(jìn)行,限制區(qū)間為十九溝至黍地溝,大同口運(yùn)輸能力為42對(duì)萬(wàn)噸列車;若丹洲營(yíng)站到發(fā)運(yùn)量與大同口運(yùn)能需求達(dá)1.3億t,可選擇方案2進(jìn)行擴(kuò)能改造,可將方案1作為過渡方案,提前見效受益;若大同口運(yùn)能需求超過1.2億t要考慮增二線擴(kuò)能改造,按照方案3進(jìn)行擴(kuò)能改造,限制區(qū)段為十九溝至燕莊,可滿足大同口運(yùn)能過億噸,近期丹洲營(yíng)站電煤、白貨運(yùn)輸需求;若大同口交出突破1.2億t,需考慮丹洲營(yíng)至燕莊段對(duì)黍地溝站擴(kuò)能增加1條萬(wàn)噸到發(fā)線,九蘇木至丹洲營(yíng)段需要研究其他方式進(jìn)行擴(kuò)能改造(如將黍地溝、北黃土溝、樊家、莊頭窯站改造為2條萬(wàn)噸到發(fā)線或增二線建設(shè))。
表4 三種擴(kuò)能改造方案運(yùn)輸能力
注:方案1和方案3中黍地溝站不進(jìn)行擴(kuò)能改造。
大準(zhǔn)鐵路九蘇木至燕莊區(qū)段在丹洲營(yíng)地區(qū)分布有新豐、豐鎮(zhèn)和京隆三個(gè)電廠,根據(jù)調(diào)查,三電廠均無擴(kuò)容計(jì)劃,近期、遠(yuǎn)期總裝機(jī)容量維持現(xiàn)狀的300萬(wàn)千瓦,煤炭總需求量約750萬(wàn)t(18年大準(zhǔn)線發(fā)運(yùn)380萬(wàn)t)。隨著公轉(zhuǎn)鐵交通結(jié)構(gòu)調(diào)整,大宗貨物運(yùn)輸將向鐵路轉(zhuǎn)移,大準(zhǔn)鐵路承擔(dān)的沿線地區(qū)電廠煤炭運(yùn)輸量將有所增加。另外,豐鎮(zhèn)市高科技氟化學(xué)工業(yè)園區(qū),鎳、鉻、錳等礦石需求已突破1 000萬(wàn)t,烏海地區(qū)至豐鎮(zhèn)市高科園焦炭需求也超出500萬(wàn)t,百斯德物流園區(qū)專用線在大準(zhǔn)線丹洲營(yíng)站接軌。從市場(chǎng)發(fā)展變化和貨源需求的角度分析,同時(shí)考慮準(zhǔn)通鐵路(擬建大準(zhǔn)、集通、蒙冀鐵路聯(lián)絡(luò)線,計(jì)劃在大準(zhǔn)線樊家站接軌)即將連接蒙冀鐵路,選擇僅對(duì)九蘇木至丹洲營(yíng)段進(jìn)行增二線改造,丹洲營(yíng)到燕莊段選擇單線擴(kuò)能改造中的方案2或方案3,此擴(kuò)能改造模式具有更好的經(jīng)濟(jì)性。
當(dāng)九蘇木至燕莊單線區(qū)段全線進(jìn)行增二線改造,大準(zhǔn)線運(yùn)輸能力全部釋放。根據(jù)貨源調(diào)查,近期大同口發(fā)運(yùn)需求為1.2~1.5億t/年,若大同口貨源超過1.2億t,應(yīng)選擇對(duì)大準(zhǔn)線九蘇木至燕莊區(qū)段全線進(jìn)行增二線建設(shè)的方案擴(kuò)能改造。但若考慮準(zhǔn)通鐵路連接蒙冀鐵路的建設(shè),該方案的經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差。
為了提升大準(zhǔn)線單線區(qū)間運(yùn)輸能力,本文依據(jù)大準(zhǔn)線實(shí)際線路特點(diǎn),同時(shí)考慮運(yùn)量需求分布,從增加具備萬(wàn)噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量、增加萬(wàn)噸列車到發(fā)線數(shù)量、部分或全部區(qū)段進(jìn)行增二線改造等多個(gè)角度出發(fā),提出了多種切實(shí)可行的擴(kuò)能改造方案,并進(jìn)行了深入的分析。結(jié)論如下:
(1)以萬(wàn)噸列車的追蹤方式進(jìn)行擴(kuò)能改造時(shí),僅需增加中間站萬(wàn)噸列車到發(fā)線數(shù)量,該方案較建設(shè)增二線更加經(jīng)濟(jì)快捷。但采用連發(fā)追蹤鐘擺式模式運(yùn)行時(shí),列車在車站等待時(shí)間增加,列車周轉(zhuǎn)時(shí)間增加,造成機(jī)車車輛浪費(fèi),對(duì)本務(wù)機(jī)車數(shù)量、車站到發(fā)線能力、裝車系統(tǒng)能力要求較高。因此,選擇增加具備萬(wàn)噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量或增加到發(fā)線數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)能改造時(shí),應(yīng)綜合考慮工程造價(jià)、征地拆遷、行車組織、經(jīng)濟(jì)效益等諸多因素。
(2)基于大準(zhǔn)線運(yùn)輸能力的現(xiàn)狀,從經(jīng)濟(jì)性和快捷性方面考慮,應(yīng)通過增加具備萬(wàn)噸列車到發(fā)線的車站數(shù)量方案進(jìn)行擴(kuò)能改造,可選擇按照單線擴(kuò)能改造方案2進(jìn)行改造,或由方案1逐步過渡至方案2。若考慮丹洲營(yíng)站輻射范圍內(nèi)的電煤、白貨發(fā)展及準(zhǔn)能鐵路與蒙冀鐵路的連接,則通過部分區(qū)段增二線改造進(jìn)行擴(kuò)能的方案更加合適。
此外,蒙冀鐵路的開通直接影響大準(zhǔn)線大同口運(yùn)量,因此研究丹洲營(yíng)至燕莊段增二線建設(shè)和準(zhǔn)通鐵路連接蒙冀鐵路建設(shè)時(shí),要從煤炭、鐵路市場(chǎng)發(fā)展變化進(jìn)行綜合研究考慮。
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Research on Transport Capacity Expansion of the Dazhun Railway in Single Line Section
HU Xiao
(Shenghua Xinshuo Railway Co., Ltd., Ordos 017000, China)
The Dazhun railway is an important route for coal transportation in the western region. The rapid economic development has greatly promoted the increase in demand for coal, and the Dazhun line has transported at full capacity for a long time. Therefore, transport capacity expansion projects in the single line sections need to be carried out urgently to increase the transport capacity of the railway. According to the track features and traffic volume, the section limiting the transport capacity has been identified. Furthermore, several plans for expanding the transport capacity have been proposed, including increasing the number of stations with receiving-departure tracks for 10 000-ton trains, increasing the receiving and departure tracks, and the construction of double-tracks. This research provides technical support for the immediate and long-term development of the Dazhun railway.
heavy-haul line; single line section; transport capacity; capacity expansion
1672-4747(2021)03-0093-09
U296; U292.5
A
10.19961/j.cnki.1672-4747.2020.11.005
2020-11-09
2020-12-13
呼梟(1971—),男,內(nèi)蒙古鄂爾多斯人,高級(jí)工程師,工學(xué)碩士,研究方向?yàn)殍F路運(yùn)輸組織,E-mail: xstl_erdos@163.com
呼梟. 大準(zhǔn)鐵路單線區(qū)段運(yùn)輸能力提升研究[J]. 交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào),2021, 19(3): 93-101.
HU Xiao. Research on Transport Capacity Expansion of the Dazhun Railway in Single Line Section[J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2021, 19(3): 93-101.
(責(zé)任編輯:李愈)