郑万铁路主要技术标准选择

■ 陈俊 焦新坡

铁路的主要技术标准应根据铁路近、远期运量确定铁路等级和正线数目，结合地形、工程投资和相邻铁路的主要技术标准确定速度目标值、最大坡度和牵引质量等[1-2]。结合郑万铁路（郑州—万州）主要技术标准选择实践，就铁路主要技术标准的选择进行探究。

1 相邻线铁路主要技术标准

郑万铁路位于豫、鄂、渝三省市境内，北接京广、陇海客专，中与既有焦柳铁路、宁西铁路、襄渝铁路，规划的运（城）十（堰）宜（昌）铁路、武西客专、安（康）张（家界）常（德）铁路等相交，南端连接万州，并通过渝万客专达重庆。相邻铁路的主要技术标准见表1。

2 主要技术标准的选择

2.1 铁路等级及正线数目

郑万铁路本线只承担旅客运输任务，铁路等级为客运专线。近、远期区间最大列车对数分别为90对/d和129对/d，为满足运输能力、服务频率和速度的高标准需求，应一次修建双线。

2.2 速度目标值

2.2.1 速度目标值方案

郑万铁路郑州—襄阳段地形平坦，工程相对较小，具备提高速度目标值的条件，就250 km/h和350 km/h两个速度目标值方案进行了比较分析（见表2）。

2.2.2 不同速度目标值方案对工程投资的影响分析

不同速度目标值方案对工程投资的影响如下：

（1）速度目标值不同，线路平纵断面参数不同[3-4]，其中最小曲线半径对速度目标值最为敏感。郑州—襄阳段仅平顶山至方城经过伏牛山余脉低山、丘陵区，地形条件较好，不同速度目标值线位方案差别较小，对桥隧工程数量影响较小，当曲线半径达到2 000 m以上时，采用曲线绕避障碍适应地形以减少工程量的做法效果不明显。

（2）速度目标值不同，线间距、路基宽度、基床厚度、路基压实标准、轨道设计标准、路基基床处理、桥梁结构、隧道内净空和衬砌厚度有差异，影响工程数量及价格分析单价指标。尤其是250 km/h及以下标准，拟推荐采用有砟轨道，250 km/h以上标准一般推荐采用无砟轨道。

（3）速度目标值越高，环保要求越高，降噪、减振、拆迁等工程相应增加[5]。

表1 相邻线铁路主要技术标准

（续表1）

表2 不同速度目标值方案主要建设标准比较

（4）速度目标值不同，牵引变电变压器容量、接触网导线等站后工程也有所不同，随速度目标值的提高相应的标准也提高，工程投资也增加。

不同速度目标值对工程投资的影响，主要体现在采用设计标准的差异而导致工程数量不同、站后部分设备选型不同等（见表3）。

从工程投资比较看，350 km/h方案比250 km/h方案增加静态投资45．34亿元，增加12．43%，考虑建设期贷款利息差额，全部投资增加约48．66亿元，投资增加12．42%。

2.2.3 速度目标值推荐

郑万铁路沿线地势平坦，350 km/h方案比250 km/h方案静态投资增加12．42%。考虑郑万铁路是一条区际快速客运专线，兼辅城际和旅游客流功能；客流特点呈现为沿线及辐射区域各大城市间的中长途直达客流为主，京广、徐兰等350 km/h客专跨线客车占本段总对数2/3左右。因此，郑万铁路采用350 km/h方案更有利于增强本线修建意义，提升旅客舒适性及运输服务质量，加强主要城市间的快速联系。综合考虑郑万铁路采用350 km/h方案综合效益最优，建议采用350 km/h速度目标值。

2.3 最大坡度

2.3.1 区域相关客运专线最大坡度

与郑万铁路相关的客运专线京广客专、徐兰客专、武西客专、西成客专等线路最大坡度均采用20‰。可见，20‰最大坡度能适应区域地形条件，满足立交、通航等要求。

表3 2个方案经济技术比较

2.3.2 电动车组与坡度的适应性分析

2.3.2.1 连续坡道上的加速性能模拟分析

研究全线列车均采用动车组类型列车，根据原铁道部《关于印发〈时速200和300公里动车组主要技术条件〉的通知》（铁运函〔2006〕462号）及其他一些相关资料中动车组的技术参数，目前我国主要能运行300 km/h及以上速度的CRH2-300和CRH3型动车组，以及运行200～250 km/h的CRH1、CRH2-200和CRH5型动车组[5-6]。下面分别以加速性能略低的CRH3和CRH5为例，分析电动车组对坡度的适应性。这2种动车组在平坡、12‰、20‰、25‰、30‰的连续坡道上进行速度从0开始加速的模拟见图1。2种动车组对坡度有很好的适应性，在各种坡度上均能保持较高的加速度运行，以20‰的坡度为例，350 km/h动车组以0速起车运行12 km后速度达到200 km/h，200 km/h动车组速度则可达145 km/h。

2.3.2.2 长大上坡道对列车运行速度的影响模拟分析

列车运行在长大上坡道上，运行速度会产生一定的损失，同样采用上述2种动车组分别按其最高运行速度进入20‰、25‰、30‰的长大上坡道进行模拟（见图2）。2种动车组列车以较高的速度进入最大坡度地段运行时，350 km/h列车在30‰、25‰的连续上坡道运行12 km，速度降至250 km/h以下，在20‰的连续上坡道速度能达到260 km/h；200 km/h列车在30‰、25‰的连续上坡道运行12 km，速度降至140 km/h以下，在20‰的连续上坡道速度能达到170 km/h。

综上所述，电动车组功率大，加减速性能优越，对坡度适应能力强，郑万铁路无连续长大坡道，动车组选型基本不受最大坡度选择的限制。

2.3.3 最大坡度方案和比较

客运专线主要运行高性能的电动车组，最大坡度的选取主要受沿线地形、动车组对坡度的适应性、运营费用及与相邻线路的匹配等因素影响。结合郑万铁路沿线地形特点及参照相关项目研究成果[7]，小于12‰坡度方案对改善动车组运营条件影响甚微而工程投资增加较大，目前规划及在建客运专线大部分采用20‰的限制坡度，因此主要对20‰和30‰坡度方案进行分析。

图1 2种速度等级动车组的坡道加速性能

图2 2种速度等级动车组在长大上坡工况

2.3.3.1 运营费比较

运营费由线路及建筑物养护费用、设备维修费用、运输费用及其他费用4大类组成，由于2方案线位及线路长度差别不大，所以其中随最大坡度变化而变化的费用主要是能耗费用。

对于电能耗费用的计算，采用各种最大坡度方案电动车组的运行模拟结果，计算出各种最大坡度下每列车公里的能耗，其乘以列车公里数即得出总能耗（度）。计算期采用30年，运营费现值30‰坡度方案较20‰坡度方案增加61 992万元。

2.3.3.2 工程影响分析

郑州—平顶山段和南阳—襄阳段地形相对较缓、地势平坦；平顶山—南阳段线路属低山、丘陵区，地势起伏不大。起点郑州东站的地面标高为85．1 m，平顶山—南阳段沟底标高为580 m，襄阳东津处地面标高为72．0 m，两地定线距离分别为202．9、177．4 km，计算其坡率分别为（580-85．1）/20 290≈2．44‰和（580-72）/177 400≈2．86‰。由此可见，郑万铁路线路坡度的选取是相对较自由的，只受小范围的环境地形工程控制。不同的最大纵坡值主要对跨越铁路、公路、河流的桥梁工程有一定影响，30‰坡度方案较20‰坡度方案不能达到增大设计坡度有效节省工程投资的目的。因此20‰方案能很好地适应沿线地形条件，工程安全风险可控，能很好地适应动车组牵引特性，与两端相衔接的客运专线最大坡度协调一致。

2.3.4 最大坡度推荐

郑万铁路本线主要运行高性能的电动车组，动车组的功率质量比大，加减速性能优异，对坡度的适应能力强，20‰、30‰最大坡度对动车组运行速度影响不大，而运营费用30‰坡度较20‰坡度增加较多；同时结合本线地形地貌，20‰、30‰最大坡度对工程影响相对较少，因此最大坡度推荐采用20‰。

2.4 其他主要技术标准选择

2.4.1 最小曲线半径

根据推荐采用的速度目标值，结合我国客运专线运输组织模式及轨道的超高设置要求，推荐本线最小曲线半径一般7 000 m、困难5 500 m。

2.4.2 牵引类型

本线是设计速度推荐为350 km/h的客运专线，要求列车轴重小、功率大，以及良好的起动性能，只有电动车组才能满足要求。结合本线衔接的相关线路均为电力牵引，采用电力牵引也是与相邻线统一牵引制式的需要，并符合国家能源政策和可持续发展战略要求。

2.4.3 到发线有效长度

本线以承担中长途动车组旅客列车为主，推荐采用650 m有效长[3]。

2.4.4 动车组选型

动车组类型选择应满足、适应本线速度目标值、各设计年度高峰小时最大客流及其他行车组织等线路功能定位的要求；坚持技术先进、可靠，保障安全、舒适，关注环保、节能、经济，方便运用、维修[8]；同时立足国产化，因此推荐采用CRH系列动车组。

3 结论

综上，确定出郑万铁路的主要技术标准如下：

（1）铁路等级：客运专线；

（2）正线数目：双线；

（3）旅客列车速度目标值：350 km/h；

（4）正线线间距：5．0 m；

（5）最大坡度：一般20‰，困难30‰；

（6）最小曲线半径：一般7 000 m，困难5 500 m；

（7）牵引种类：电力；

（8）列车类型：动车组；

（9）到发线有效长度：650 m；

（10）列车运行控制方式：自动控制；

（11）调度指挥方式：综合调度集中。

铁路的主要技术标准是决定铁路建筑物和设备的类型、能力和规模的重要依据，对铁路能否满足运输需求、运营效率的高低、投资规模和经济效益的大小有重要影响。铁路技术标准的选择应在满足运输需求的前提下，根据铁路在路网中的意义和作用、运量、沿线地形、相邻铁路的主要技术标准、工程投资等条件综合选定[9]。