新建包海通道西康高速铁路最大坡度研究

发布时间：2020-08-01 21:33:09 来源：文档文库

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新建包海通道西康高速铁路最大坡度研究

王小红

【摘要】随着中西部高速铁路的建设发展，在山高沟深、高程落差大的复杂地区选择经济合理的最大坡度方案，对线路走向、工程规模、建设投资、运营效果、运输能力等方面尤为重要。结合新建包海通道西康高速铁路沿线地形、地貌特征，对翻越秦岭的西安至柞水段最大坡度方案进行研究，提出20‰，25‰，30‰ 3个不同最大坡度方案。经综合分析比选，采用与地形适应好、工程经济优、运输质量高、满足运输需求的25‰坡度方案，为西康高速铁路技术标准选择提供技术支持，同时为翻越秦岭铁路地段最大坡度选择提供研究依据。

【期刊名称】《铁道运输与经济》

【年(卷),期】2019(041)008

【总页数】5

【关键词】高速铁路；最大坡度；工程经济；运输能力；运营能耗

【文献来源】https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_railway-transport-economy_thesis/0201276219265.html

1 概述

西康高速铁路(西安东—安康北)位于陕西省南部，连接关中城市群核心城市西安和陕南重镇安康，向南延伸至成渝城市群核心城市重庆，是西渝高速铁路(西安东—重庆北)的北段，为国家“八纵八横”高速铁路网之纵向包海通道的重要组成部分。西康高速铁路北起西安枢纽西安东(纺织城)站，向南途经西安市灞桥区、长安区，商洛市柞水县、镇安县，安康市旬阳县、汉滨区，在安康新区新设安康北高速铁路站，预留向重庆方向延伸的条件，纵贯3市6区县，线路全长170.365 km，其中西安市境内32.162 km、商洛市境内82.253 km、安康市境内54.950 km。全线共分布西安东、引镇、秦楚古道、柞水西、镇安西、小河西、安康北7处车站[1]。根据运量预测，西康高速铁路客流密度近期(2030年) 1 829万人公里/ km、远期(2040年)2 322万人公里/ km，开行动车组列车近期80对/d、远期105对/d [2]。西康高速铁路线路走向示意图如图1所示。

西康高速铁路主要通过渭河盆地、秦岭山地、安康盆地三大地貌单元。①渭河盆地：海拔高程350 ～ 700 m。线路走行于浐河、库峪河两岸的一、二级阶地，地形平坦，地势开阔。浐河至大峪口段通过少陵塬及山前洪积扇，少陵塬塬面平坦开阔，山前洪积扇地形起伏较大。沿线村庄星罗棋布，交通便利。②秦岭山地：海拔高程500 ～ 2400 m，相对高差300 ～ 820 m，属中山区。秦岭山脉在渭河冲积平原南缘拔地而起，是长江、黄河两大水系的分水岭，沟谷十分发育，山峦起伏，沟壑纵横，植被茂密，人烟稀少，交通不便。③安康盆地：冲积平原区，海拔高程260 ～ 400 m，线路走行于月河、汉江一、二级阶地上，地形相对平坦[3]。

结合沿线地貌特征，西康高速铁路全线地形总体走势呈现中间高两端低的格局。翻越秦岭段山势陡峻，支沟短浅无展线条件，需要采用大坡度抬坡适应地形，以缩短越岭隧道长度；秦岭南岸支沟发育，沟长坡缓，线路坡度基本不受控制，以设置合理工程为主。西康高速铁路线路纵断面示意图如图2所示。

2 新建包海通道西康高速铁路最大坡度研究

2.1 方案分析

最大坡度是高速铁路重要技术标准之一，对线路的走向、长度、工程投资、运营费用、运输质量、输送能力等均具有较大影响，尤其对于山高沟深的复杂地形，选择经济合理的坡度方案更为重要。因此，主要结合线路所经沿线地形、地质条件，综合分析工程投资、运输质量、运营费用、运输能力等影响因素，对新建包海通道西康高速铁路最大坡度方案进行研究。

目前秦岭地区分布的既有线主要有宝成铁路(宝鸡东—成都)、西康铁路(新丰镇—安康东)、宁西铁路(新丰镇—合肥东)及西成高速铁路(西安北—成都东)，规划建设的有西武高速铁路(西安东—武汉) [4]。相关铁路翻越秦岭最大坡度及相关技术指标如表1所示。

《高速铁路设计规范》规定：“区间正线的最大坡度不宜大于20‰，困难条件下经技术经济比较后不应大于30‰。”[5]区域路网内大西高速铁路(大同—西安北)最大坡度一般20‰、局部30‰，郑西高速铁路(郑州东—西安北)、西宝高速铁路(西安北—宝鸡南)最大坡度20‰，银西高速铁路(银川—西安北)、西成高速铁路、西延高速铁路(西安东—延安)、西武高速铁路最大坡度一般20‰、局部25‰。

参考相关铁路越秦岭最大坡度及相关技术指标及《高速铁路设计规范》，结合沿线地形条件，西康高速铁路柞水至安康段线路基本与既有西康铁路平行布线，西康铁路采用13‰的坡度与地形相适应，高速铁路在该段采用20‰的坡度亦能适应地形，仅考虑部分工程设置的合理性，局部采用25‰的坡度。西康高速铁路西安至柞水越岭段落最大自然纵坡达35‰，大坡度可以缩短隧道长度，降低桥梁高度，有效节省工程投资，但增加运营成本，降低运输能力和线路能力，因而对西安至柞水越岭段研究20‰，25‰，30‰ 3个最大坡度方案。西安至柞水坡度方案构成示意图如图3所示。

2.2 方案比选

2.2.1 工程经济性分析

20‰坡度方案考虑工程的合理性，线路展长1.75 km，主越岭隧道长20.74 km，工程投资增加较大。25‰坡度方案，线路基本顺直，主越岭隧道长15.88 km，岭前最大桥高70 m。30‰坡度方案为缩短越岭隧道长度，选择在沟口上游处进洞，虽然越岭主隧道缩短1.11 km，但大峪河段河床纵坡达到10%，隧道进口标高抬高110 m，岭前桥梁高达105 m，相比25‰坡度方案节省工程有限。西安至柞水坡度方案工程经济对照如表2所示。

线路所经地形山高谷深，地势陡峻，采用25‰的坡度方案能较好适应地形，并且能有效缩短隧道长度、降低桥梁高度[6]，经比较分析，25‰方案较20‰方案缩短线路1.75 km，工程投资节省5.01亿元，节省效果明显，30‰方案较25‰方案线路长度缩短0.48 km，相差不大，越岭隧道长度和桥梁高度均没有明显改善，投资仅节约0.55亿元，工程投资相当。

2.2.2 运输质量、运营能耗适应性分析

因动车组爬坡能力强，在克服高程障碍相差不大的情况下，不同坡度方案运输质量、能耗相差不大。针对不同坡度方案的线路长度、坡度分布情况，通过模拟牵引计算分析[7]，采用CRH380型动车组，8辆编组，对各方案运行时分、技术速度及运营能耗指标进行分析，不同坡度方案运输质量及运营能耗比较如表3所示。

不同坡度方案线路长度相当，运输质量、列车运营能耗相差较小。

2.2.3 运输能力适应性分析

根据高速铁路现状技术装备(动车组、车载等)及实际运营情况，动车组在不同坡度方案，尤其在持续长大下坡段落制动距离、追踪间隔影响明显，导致运输能力差别较大[8]。高速铁路列车区间追踪间隔可表示为

式中：l列为列车长度，按16辆编组，取420 m；l分区为分区长度，m；l防为列车防护距离，取110 m；l制为列车制动距离，m；t附为附加运行时分，按15 s考虑；V运为列车运行速度，km/h。

通过理论计算，在-20‰的坡度上，运行速度由305 km/h降至0 km/h，制动距离为17 083 m、追踪间隔为4.5 min；运行速度由205 km/h降至0 km/h，制动距离为11 237 m、追踪间隔3.6 min。在-25‰的坡度上，运行速度由305 km/h降至0 km/h，制动距离为23 994 m、追踪间隔为5.9 min；运行速度由205 km/h降至0 km/h，制动距离为14 609 m、追踪间隔为4.5 min。在-30‰的坡度上，运行速度由305 km/h降至0 km/h，制动距离为37 879 m、追踪间隔为9.1 min；运行速度由205 km/h降至0 km/h，制动距离为21 331 m、追踪间隔为6.1 min。

由不同坡度方案下列车制动距离及追踪间隔的计算结果可见，持续长大下坡地段，25‰方案、30‰方案较20‰方案制动距离增幅较大，最小追踪间隔同步增加，对线路能力有较大影响。高速铁路20‰以上的持续长大坡段应慎用，需经技术经济比选后采用，在工程投资相差不大时，应尽量选择较小坡度，以便为运营创造良好条件。

2.3 方案选择

综合以上分析，采用25‰坡度方案，符合相关规范要求，与相邻高速铁路标准相统一，路网匹配性好；能适应沿线地形条件，节省工程投资明显，经济性较好；线路能力可满足运输需求，而且能保证较好的运输质量。因此，西康高速铁路最大坡度应采用25‰。

3 结束语

新建包海通道西安至安康高速铁路最大坡度方案的确定，为主要技术标准、线路走向、工程投资的确定奠定了坚实的技术支撑，为沿线居民出行及地方经济快速发展起到了积极的促进作用，对中长期高速铁路网规划及西部大开发战略、“一带一路”倡议的实施具有重要的推动意义。西康高速铁路采用的25‰最大坡度方案与地形适应强、工程经济性好，符合路网规划，满足运输需求，保证运输安全，同时为高速铁路在翻越秦岭地段及复杂山区最大坡度选择上提供研究依据。

参考文献：

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