国内外重载铁路技术发展研究

□ 刘彦虎

一、铁路重载运输的定义及开行方式

铁路重载运输诞生于20世纪50年代，随着铁路货运技术的发展，对铁路重载运输的定义也发生了变化。对铁路重载运输的最新定义是在2005年，国际重载运输协会规定重载铁路必须满足下列3个条件中的2条：经常、定期开行或准备开行总重至少为8 000 t的单元列车或组合列车；在长度至少为150km的线路区段上，年货运量超过4 000万吨；经常、定期开行或计划开行轴重27 t及以上的列车。

目前，铁路重载运输的开行方式主要有单元式重载列车、组合式重载列车和整列式重载列车3种。

——单元式重载列车：把固定机车和固定车辆采用固定编组方式组成一个运输“单元”，并以此作为运营计费的单位，机车操纵采用无线遥控同步运转系统，运送的货物品种单一，在装、卸站间往返循环运行，中途列车不拆散，不进行改编作业，机车车辆固定编挂位置，车底固定回空，两端车站装卸设备配套。这种开行方式的典型代表国家有美国、加拿大、澳大利亚等。

——组合式重载列车：把2列及以上符合运行图规定的普通货物列车首尾相接连挂在一起，机车分别挂于各自货物列车的首部，可以占用同一条运行线行驶，运行到前方某个技术站或终到站后，可以分解为普通货物列车，列车有合有分，十分方便灵活。这种开行方式的典型代表国家有俄罗斯等。

——整列式重载列车：由大功率单机或多机重联头部牵引，由不同型式及载重的货物车辆混合编组，达到规定重载标准，其组织形式与普通货运列车相似。这种开行方式的典型代表国有中国等。

二、国内重载铁路技术

我国铁路重载运输开始于20世纪80年代，先后在丰沙大铁路开行组合式重载列车，在大秦铁路开行单元式重载列车，在京广铁路及京沪铁路上开行整列式重载列车，载重量也由5 000 t增加到10 000 t以上，随着3万吨重载列车在大秦铁路上运行试验获得成功，我国成为世界上少数几个掌握3万吨铁路重载技术的国家之一。大秦铁路和瓦日铁路是我国2条比较典型的重载铁路，下面以这2条铁路为代表介绍我国重载铁路技术。

1.大秦铁路

大秦铁路是我国自行设计修建的第一条双线电气化重载运煤专线，线路全长653km，设置货运车站37座，该铁路的修建借鉴了北美、加拿大、澳大利亚等国开行单元式重载列车的经验，1992年投入运营。大秦铁路开行单元式重载列车，万吨列车按照“2台机车+102辆货车”编组，2万吨列车按照“2台机车+102辆货车+1台机车+102辆货车”编组；装车站采用环形、贯通式等形式，在装车楼采用定量漏斗装车，在装车过程中列车采用0.8km/h的低恒速运行不停车；卸车站采用环形等形式，采用翻车机卸车，可不停车连续作业。

大秦铁路已建成运输管理信息系统TMIS、调度指挥管理系统DMIS、列车调度指挥系统TDCS、机务管理信息系统LMIS、车辆管理信息系统HMIS、工务管理信息系统PWMIS、电务管理信息系统CSMIS，基本上实现了运输指挥自动化与运输组织信息化。大秦铁路主要技术标准如下：

正线数目：双线；

设计速度：重车方向80km/h；

轨道类型：有砟轨道；

钢轨类型：75kg/m；

设计轴重：25 t；

限制坡度：重车方向4‰，空车12‰；

平面最小曲线半径：一般地段800m，困难地段400m；

牵引质量：20 000 t～30 000 t；

牵引种类：电力牵引；

牵引机车选型：韶山4型电力机车、和谐1型电力机车、和谐2型电力机车；

到发线有效长：2 800m；

闭塞类型：自动闭塞。

2.瓦日铁路

瓦日铁路是我国第一条按30 t轴重标准自主设计建设的重载铁路，线路全长1 260km，设置货运车站46座，设计年货运能力2亿吨，总投资达1 038亿元，2014年投入运营，万吨单元式重载列车按照“4台机车+100辆货车”编组，是目前我国建成铁路中投资最大、里程最长、载重技术等级最高的重载铁路。瓦日铁路主要技术标准如下：

正线数目：双线；

设计速度：120km/h；

轨道类型：有砟轨道；

设计轴重：30 t；

限制坡度：上行6‰，下行13‰；

平面最小曲线半径：一般地段1 200m，困难地段800m；

牵引质量：5 000 t，部分10 000 t；

牵引种类：电力牵引；

牵引机车选型：韶山4型电力机车、和谐1型电力机车、和谐2型电力机车；

到发线有效长：1 050m，部分1 700m；

闭塞类型：自动闭塞。

三、国外重载铁路技术

由于重载铁路在提高铁路输送能力、降低运营成本、增强市场竞争力等方面具备特有优势，故自其诞生以来，得到了美国、南非、巴西、澳大利亚等矿产资源丰富国家的高度重视，这些国家在重载铁路建设、运营及研究等方面投入了大量的人力、财力和物力，重载铁路在这些国家得到了快速发展，这些国家的重载铁路技术已居世界领先水平。

1.美国

美国是世界最早发展重载铁路运输的国家，早在1958年，美国就开行了世界首列单元式重载列车，在矿区与钢厂间循环运输，机车牵引85辆货车，载重7 600 t，总重11 700 t。早在1962年，美国开行了由6台内燃机牵引500辆货车、总重量超过44 000 t的重载列车。美国大多数重载货车为轴重29.82 t、32.43 t车型，试验用高边敞车轴重甚至达到45 t。美国国内70%以上的铁路实现了重载运输，是世界上重载运输最发达的国家。

2.南非

南非昆巴铁矿公司到港口的铁矿石运输专用线是一条重载铁路，线路全长861km，设计为单线，最高运输速度为80km/h，设计年运输能力为6 000万吨，该铁路于1976年开通运营。开始由3辆9E级电力机车牵引210辆货车，单辆货车载重为80 t，货车轴重26 t；2007年采用无线电分布式电源技术实现设备升级，升级后由10台机车牵引342辆货车，货车轴重30 t，总重量达到41 400 t；后又进行技术改进，改进后由5台15Es系列机车牵引342辆货车。

3.巴西

连接卡拉加斯露天铁矿山与马德里亚角港口的卡拉加斯铁路，是巴西最负盛名的重载铁路，线路全长892km，设计为单线，1982年开通运营，由4台机车牵引330辆货车，货车轴重30 t，总重量接近4万吨。

4.澳大利亚

澳大利亚西澳洲皮尔巴拉地区铁矿资源丰富，聚集了力拓、必和必拓、FMG等国际巨头矿山企业，由于其运输量大、产品单一等特点，为降低成本、提高效率，力拓、必和必拓及FMG均采用重载铁路将铁精矿从矿山运输至港口，重载铁路建设及运营经过长期的积累与沉淀，已形成皮尔巴拉重载铁路模式。力拓公司旗下罗布河铁矿至兰伯港的重载铁路，机车牵引226辆货车，单辆货车载重为105 t，货车轴重32.43 t，总重量达3万吨。必和必拓公司旗下炎迪矿至黑德兰港的纽曼山重载铁路，全长275km，机车牵引250辆货车，货车轴重35.7 t，总重量达3.6万吨。目前，西澳洲皮尔巴拉地区新建重载铁路首选40 t轴重、环形装卸车场标准，下面以皮尔巴拉地区某矿山重载铁路，主要技术标准介绍如下：

正线数目：单线；

设计速度：重车方向80km/h，空车方向100km/h；

轨道类型：有砟轨道；

钢轨类型：68kg/m；

设计轴重：40 t；

限制坡度：重车方向6.6‰，空车方向15‰；

平面最小曲线半径：一般地段1 000m，困难地段800m；

牵引质量：30 000 t；

牵引种类：内燃牵引；

牵引机车选型：GE ES44AC；

到发线有效长：2 400m；

闭塞类型：自动闭塞。

四、国外重载铁路技术对我国发展重载铁路提供的借鉴

1.提高货车轴重

根据对世界各国重载铁路货车轴重分布情况统计可知，我国在发展铁路重载运输过程中，对于货车轴重，基本上是按照国际重载运输协会对重载运输轴重要求的底限执行的。我国重载铁路发展至今，虽然在牵引总重方面实现了3万吨的突破，但在货车轴重方面，国内运营重载铁路轴重最大的是瓦日铁路，为30 t，远落后于美国、加拿大、澳大利亚等国家。世界各国重载铁路货车轴重分布统计情况见表1。

表1 世界各国重载铁路货车轴重分布

目前，我国投入运营的最大轴重货车为大秦铁路C80E，载重80 t，轴重27 t；如果参考南非和巴西重载铁路，将货车轴重提高至30 t，载重将提高至96 t。按照大秦铁路万吨列车“2台机车+102辆货车”的编组，采用27 t轴重货车，总载重为8 160 t；采用30 t轴重货车，总载重为9 792 t，总载重将增加1 632 t，提高20%，相当于增加20辆27 t轴重货车。由此可见，提高货车轴重，可明显提高重载列车输送能力，并且可以节省人员投入、减少燃料消耗、降低重载铁路设施设备维护维修率，从而降低运营成本，应作为未来一段时间我国重载铁路重点聚焦并全力解决的关键问题。

关于提高货车轴重本文有几点建议：第一，我国在新建以重载铁路为主的货运铁路时，在许可范围内应以最高轴重标准设计实施，并且轴重不低于30 t，同时争取早日规划建成40 t轴重的重载铁路；第二，在具备27 t、30 t轴重条件的重载铁路上，加大27 t、30 t轴重货车的投放使用，截至2020年底对上述线路取消小于27 t轴重货车的使用，并加速35 t以上轴重货车的研发；第三，通过引进消化及自主研发等方式，尽快解决我国大功率牵引机车不足的问题。

2.装/卸车场采用环形设计

对位于重载铁路末端的装/卸车场，可以设计成尽头式或者环形与重载铁路连接。

采用尽头式车场，一般需借助邻近技术站办理装/卸作业，其作业过程为：重载列车在技术站办理接车作业，牵引机车摘钩，然后由技术站调车机车将车列送到尽头式装/卸车场，待办理完装/卸作业后，再由技术站调车机车将车列取到技术站，牵引机车在技术站挂车并办理发车作业。

采用环形车场，牵引机车可以直接将重载列车拉至环形装/卸车场办理装/卸作业，货车配合使用旋转车钩，牵引机车可以连挂列车通过翻车机办理卸车作业，即列车可以按照固定编组在装车地至卸车地循环运转，可以省去进入技术站办理相关作业占用的时间。

对于由装车、在途运输、卸车3个环节构成的重载铁路系统而言，装车和卸车环节往往容易成为整个系统输送能力的瓶颈，压缩装/卸环节作业时间可以提高整个系统的输送能力；因此，建议我国后续新建重载铁路，在用地允许的条件下，优先采用环形装/卸车场。

3.在工程概算中灵活使用预备费

编制工程概算是重载铁路规划设计阶段的重要工作，是编制建设项目投资计划、确定和控制建设项目投资的依据。我国工程概算由工程费用、工程建设其他费用和预备费用构成，预备费是指在编制概算时难以预料的工程费用。

我国在编制工程概算时，对于工程费用的子项，当受到一些不确定因素影响时，采取加保险系数，适当调整该项目费用，最后再基于工程费用按一定比例给予预备费的方法。而在澳大利亚，遇到上述问题，其做法是按照当下信息正常确定该项目费用，同时考虑其将来的不确定性，对该项目给予一定的预备费，即根据需要在工程费用子项中灵活设置预备费。

这种在工程费用子项中灵活设置预备费的做法，可以将确定因素与不确定因素有效分开，提高确定因素的精准性，是一种精细化的管理手段，可以为业主及投资方更加精准地实施建设项目投资控制提供有效支撑。○