日喀则至亚东铁路线路限制坡度方案研究

王 靖

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

1 项目概况

日喀则至亚东铁路位于西藏自治区日喀则市。线路由拉日铁路吉琼车站引出后，沿年楚河河谷布线经白朗县、拉孜县，后折向南与省道S204共通道并行经康马县至亚东县帕里镇，设帕里站后足坡以桥隧布线穿越瓦康山、唐嘎拉山，在亚东县城西侧巅扁杠设亚东车站。并预留向不丹、印度的延伸条件。线路全长261.08 km。是一条国铁Ⅰ级、速度目标值为120 km/h的单线电气化铁路、吉琼至帕里限制坡度采用13‰，帕里至亚东限制坡度采用30‰。

本线吉琼至帕里段线路主要沿省道S204布线，走行于年楚河宽谷区和峡谷区，年楚河河床纵坡为4‰～10‰，本段地形较平缓，采用13‰坡度方案能基本适应地形，且与相邻线坡度匹配，运输组织和机车运用更为灵活，本段限制坡度推荐13‰。帕里至亚东段穿越喜马拉雅山脉，航空距离37 km，高差1 300 m，平均自然纵坡达35.1‰。合理选择线路的限制坡度，对于线路适应地形变化，降低运营风险、控制投资等方面有显著作用[1-7]。

2 影响限制坡度选择的因素

2.1 本项目功能定位

日喀则至亚东线是保障边疆地区经济和国防协调发展的重要设施；项目预留进一步向不丹、印度的延伸条件，是我国面向南亚陆路贸易大通道的重要组成部分。

2.2 相邻线的主要技术标准

本线由拉日线既有吉琼站接轨向南延伸至亚东县。既有拉日线的主要技术标准[3-4]见表1。

表1 拉日铁路主要技术标准

2.3 地形地貌

本项目地处青藏高原南部，线路自北向南横跨喜马拉雅山脉。以康马—哈金桑惹隆起带山脉为界，中间高，南北低，地形复杂，但分带性明显。主山脉走向与区域构造线方位大体一致，呈近东西向展布。

帕里至亚东段线路自东向西行进，翻越晓不甲墩、多达杰高山。整体地势自北向南倾斜，海拔4 000～5 000 m，河流下切强烈，岸坡陡峻，呈明显的“V”形沟槽，最窄处不足50 m，沿途植被稀疏。

2.4 运量特点

通过分析，本项目货流下行方向为重车方向，即日喀则至亚东口岸方向，最大货流区段为165，233万t，上行方向为轻车方向，最大区段货流密度为46，73万t。预测研究年度客流密度分别为54，78万人。

根据本项目功能及定位，结合预测项目运量，建议本线远景年输送能力为：货运500万t，客车5对/日。

3 既有大坡度线路设计情况

目前，国外客货共线铁路最大坡度一般在30‰以内，局部地段坡度达到35‰～40‰[4]。我国客货共线铁路中宝成线坡度达到了33‰，鹰夏铁路、内昆铁路[5]和青藏线格拉段[6]等最大坡度均达到20‰，规划的丽香铁路、香林铁路最大坡度则达到30‰[7]。

宝成线最大坡度采用33‰，货车由SS4加补机两台HXD3三机牵引，牵引质量上坡3 000 t，客货列车限速70 km/h，下坡牵引质量2 600 t，货车限速55 km/h，客车由SS7D或SS6B加补HXD3牵引1 100 t，客车限速60 km/h；内昆铁路大关至昭通段最大坡度采用23.5‰，货车由SS3加补机SS3B双机重联牵引，牵引质量上坡2 600 t，货车限速70 km/h，下坡牵引质量4 000 t，货车限速60 km/h，客车由SS3或HXD3C牵引，编组18辆，客车限速80 km/h；青藏线格拉段最大坡度采用20‰，采用NJ2双机牵引2 000 t，三机牵引3 000 t。

4 限制坡度选线方案研究

从帕里至亚东有两个沟谷，其中东侧沟谷(省道S204沿此沟布线)自然纵坡大，达48.8‰，省道迂回展线至亚东，道路标准低。靠西侧康布沟自然纵坡28.6‰，专用道路Z714沿此沟布线，道路标准低，宽度仅6 m。

帕里至亚东段沿线地形高程详见图1，为克服本段的巨大高差，需采用大坡度方案以适应地形特点，为此研究了24‰(A6K)、30‰(AK)和35‰(A7K)3个坡度方案，方案示意见图2。

图1 帕里至亚东段沿线地形高程示意

4.1 工程技术经济分析

不同坡度方案工程数量及投资比较见表2。

表2 主要工程数量及投资比较

图2 帕里至亚东段不同坡度方案示意

由表2可知，35‰(A7K)方案线路长度最短，24‰(A6K)方案线路最长。30‰(AK)方案工程投资较24‰方案节省13.87亿元，较35‰(A7K)方案增加11.26亿元。随着坡度增加，线路长度缩短，工程投资降低。

4.2 地质条件分析

30‰(AK)方案：线路经过麻曲河谷，之后以隧道工程穿越二叠系砂岩、奥陶系灰岩夹砂岩、灰岩夹千枚岩、寒武系石英片岩、片麻岩、喜山期侵入岩，以硬质岩为主，围岩条件较好。主要的不良地质有滑坡、 危岩、落石、崩塌、岩堆、泥石流、放射性、高地温、雪崩、风吹雪等，主要工程问题有围岩失稳、涌水突泥、岩爆、高地温等。

24‰(A6K)方案：线路经过地层与30‰(AK)方案基本相当，不良地质及主要工程问题基本相当。但苏点拉至告乌段，以隧道工程为主，线路方向与奥陶系灰岩夹千枚岩走向一致，岩体呈薄层状，岩质较软，隧道存在软岩变形问题，且彩淌嘎附近沿断层走行约4 km，岩体破碎，围岩条件差。

35‰(A7K)方案：线路经过地层与30‰(AK)方案基本相当，不良地质及主要工程问题基本相当。但晓不甲墩越岭段，以隧道工程为主，线路方向与寒武系片岩走向一致，片岩薄层状，岩质较软，隧道存在软岩变形问题。

综上所述，30‰(AK)方案工程地质条件较好，35‰(A7K)方案次之，24‰(A6K)方案最差。

4.3 限制坡度、机车类型、牵引质量的合理匹配分析[11-20]

(1)货物列车

①不同限坡机型及牵引质量适应性分析

HXD2型和HXD3型交流传动电力机车在不同限坡上采用双机牵引时受牵引力限制的牵引质量分析见表3。

表3 受牵引力限制的牵引质量 t

由表3可知，24‰(A6K)坡度方案，HXD2型机车能满足双机牵引3 000 t以上，HXD3能满足双机牵引2 000 t以上；30‰(AK)和35‰(A7K)坡度方案，HXD2型机车均能满足双机牵引2 000 t以上，HXD3能满足双机牵引1 500 t以上。

②长大下坡道列车限速要求

根据《铁路技术管理规程》(普速铁路部分)[8]，普通货物列车计算制动距离800 m，20‰下坡限速69 km/h，超过20‰的下坡道列车限速由铁路局根据实际试验规定。经检算，24‰(A6K)、30‰(AK)和35‰(A7K)坡度方案满足计算制动距离800 m的货车限速分别为65，57 km/h和50 km/h，从安全角度考虑，检算通过能力时列车下坡最高速度按此控制。

③长大下坡道列车安全运行分析

列车在长大下坡道上运行，安全是必须保证的前提条件。TB/T1407—1998《列车牵引计算规程》[9]指出，列车在调速制动时，应将动力制动力计算在内。交流传动电力机车的动力制动为再生制动，双机重联牵引采用再生制动，在不同坡度下保持列车匀速运行的牵引质量见表4。

表4 纯动力制动保持恒速运行对应的牵引质量 t

由表4可见，交流电力机车动力制动力大，制动力在全负荷作用下，满足长大坡道下坡保持列车匀速运行的牵引质量大于受机车牵引力限制的上坡牵引质量。为保证列车运行的安全可靠，动力制动系数按80%考虑，以HXD2型机车为例，各坡度方案均能满足下坡道牵引2 000 t的要求。

(2)旅客列车

①长大上坡道牵引辆数分析

采用运营速度为120 km/h的HXD3交流传动电力机车，不同限坡上受牵引力限制的牵引辆数见表5。

表5 受牵引力限制的牵引辆数 辆

由表5可知，24‰(A6K)、30‰(AK)方案均能实现单机牵引16辆。35‰方案需双机牵引满足16辆以上。

②长大下坡道列车限速要求

根据《铁路技术管理规程》(普速铁路部分)[8]，120 km/h旅客列车运行于20‰下坡道，在每百吨列车重力的闸瓦瓦力660 kN条件下的制动限速为103 km/h。超过20‰的下坡道列车制动限速未明确规定。经检算，24‰(A6K)、30‰(AK)和35‰(A7K)坡度方案满足计算制动距离800 m的客车限速分别为98，90 km/h和86 km/h。列车牵引计算下坡最高速度按此控制。

③ 长大下坡道列车安全运行分析

采用HXD3交流传动电力机车，在纯动力制动条件下，在不同坡度下保持列车匀速安全运行的牵引辆数见表6。

表6 纯动力制动恒速运行对应的牵引辆数 辆

由表6可见，在动力制动力取80%的情况下，除24‰(A6K)坡度方案外，其他坡度方案度均需采用双机牵引满足16辆以上。

4.4 经济性分析

8轴9 600 kW机车黏着牵引力大，牵引质量大，能较好地适应山区大坡度铁路，在我国重载铁路及西南、西北山区铁路广泛应用，应作为本线货物列车的首选机型，不同限坡方案的经济性进行对比见表7。

表7 不同限坡方案经济性比较 万元

由表7可知，30‰(AK)坡度方案综合费用现值较24‰(A6K)方案节省13.04亿元，较35‰(A7K)坡度方案增加9.99亿元。随着坡度增加，综合费用现值较为节省。

4.5 推荐意见

综上分析，日喀则至亚东线帕里至亚东段采用30‰(AK)坡度方案工程投资较24‰(A6K)方案更节省，经济性更好。考虑帕里至亚东段地形起伏大，为了便于运输组织，研究年度牵引质量采用2 000 t，在采用80%电制动力时，货车能满足HXD2双机牵引2 000 t以上。30‰坡度方案虽经济性比35‰方案略差，但结合实际运营经验，其运输安全性能够更好保证，且满足TB10098—2017《铁路线路设计规范》[10]对最大坡度的要求，故推荐采用30‰(AK)坡度方案。

5 结语

(1)针对日喀则至亚东铁路帕里至亚东段地形高差大的特点，研究年度牵引质量采用2 000 t，选用30‰限制坡度及HXD2双机牵引，可达到科学合理降低工程投资的目标。

(2)日喀则至亚东铁路线路限制坡度方案的研究成果，对以后类似高差大的建设项目具有指导和借鉴意义，可提高工作效率，提升设计质量和设计技术水平。