李秉涛

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

口岸铁路扩能改造总体方案研究

李秉涛

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

随着我国经济的快速发展和对外开放进一步深化，我国与蒙古国、俄罗斯的客货交流日益增加，新建或改建口岸铁路项目会越来越多。以集二线扩能改造总体方案研究为例，对口岸铁路扩能改造总体方案进行总结，提出影响口岸铁路扩能方案的主要因素、几种必须考虑的扩能方案、几项主要技术标准选择以及口岸站改建方案应考虑的内容，最后总结了口岸铁路设计、建设时几个应该注意的问题。

口岸铁路；扩能；总体方案；研究

口岸是国家指定的对外来往的门户、也是一国对外开放的门户，是国际货物运输的枢纽。通过设置口岸站把口岸连接起来的铁路为口岸铁路。二连浩特是中国对蒙古国开放的最大口岸，以集宁至二连浩特铁路扩能改造为例，论述口岸铁路扩能改造总体方案研究内容。

1 概述

1.1 项目概述

口岸铁路集二线地处内蒙古自治区中北部，线路南起集宁站，北至二连浩特站，线路全长330.108 km。集二铁路与京包、集通、张集、集包三四线在集宁交汇，衔接大同、包头、二连、通辽、张家口共5个方向。二连口岸是我国通往蒙古国的重要铁路口岸，二连站北邻蒙古国扎门乌德站，距国境线4.8 km，是一等客货国际联运换装站，主要担负着国际联运货物的交接、换装，集二线担负着国际、国内旅客和口岸进出口货物及沿线货物运输任务。

1.2 既有铁路主要技术标准

集二线现状主要技术标准如下。

铁路等级：国铁Ⅰ级；正线数目：(二连—贲红)单线、(贲红—集宁)双线；限制坡度：9‰；最小曲线半径：400 m；牵引种类：内燃；机车类型：DF4系列；牵引质量：双机4 000 t、单机2 800 t；到发线有效长度：850 m；闭塞类型：(二连—贲红)半自动，(贲红—集宁)自动。

1.3 项目建设必要性

集二线是中蒙主要外贸进出口通道，由于集二线建设年代较早，技术标准低，限制了列车提速，并且各区间能力均衡性差，目前最大区段能力利用率已达95.0%，不能有效提高运输质量和水平，使铁路的市场竞争能力下降。随着我国对外开放进一步深化，全球经济一体化进程的加快，中蒙贸易的快速发展，口岸过货运量增加和沿线资源开发，集二线区段能力无法满足研究年度预测运量需求，二连站能力无法满足进出口货物作业需要，已成为限制中蒙进出口铁路大通道发展的瓶颈。集二线实施扩能改造可以发挥铁路优势，扩大通道运输能力，较好满足口岸运量增长和沿线旅客运输需要；同时本线所处地区位于西部边陲，所经地区经济发展水平较低，对本线实施扩能改造可带动沿线经济社会发展，对带动区域经济增长，促进沿线资源开发具有积极意义。

2 扩能改造总体方案研究

2.1 项目运输需求及功能定位

集宁至二连铁路是我国与蒙古国、俄罗斯以及东欧国家连接的重要陆路通道，是欧亚大陆桥的重要组成部分；也是内蒙古北部与中部连接的主要铁路通道。集二线服务范围包括蒙古国、俄罗斯和我国内蒙古、山西乃至京津冀地区，担负着我国与蒙古国进出口货物的运输任务，是我国沟通蒙古国、俄罗斯的主要干线铁路之一。根据运量分析预测，集二线货运量以进口为主，进口货物主要为煤炭、矿石、木材、石油等；客运量为国内以及国内和蒙古国、俄罗斯客流。因此集二线扩能改造完成后应是一条客货混运大能力国际运输通道。

2.2 影响扩能方案的主要因素

集二线为承担我国与蒙古国、俄罗斯客、货运交流的口岸铁路，影响扩能方案的最主要因素是进口的货运量，预测货运量存在不确定性是口岸铁路最鲜明的特点。根据运量预测，口岸运量主要为进口蒙古国的煤炭、金属矿石和俄罗斯的木材、石油。由于可能会受到资源保护政策、政治因素、其他国家竞争等多方面的影响以及国内企业需求影响，在进口货运量方面存在较大的不确定性。基于存在上述的不确定性因素，因此预测近、远期运量不确定性较大，考虑这些情况，在集二线扩能方案研究中增加了初期运量预测。

2.3 扩能改造方案研究

根据预测的客货运量，集二线区段货流密度与客车对数见表1。

表1 集二线全线区段货流密度与客车对数

2.3.1 单线电化扩能方案

对于既有线扩能方案，首先研究了单线电化扩能方案。单线电化扩能方案措施为：延长车站到发线有效长度至1 050 m，提高牵引质量至5 000 t，全线电气化改造。单线区段共有21个区间，单线区段总长约295.307 km，实施电化改造后，初期有14个区间能力不足，能力不足区间长度合计约230.499 km，占总长度的78.1%；近期单线区段有一个区间(站间距9.3 km)能力满足要求，其余区间能力皆不足；远期单线区段各区间能力皆不足。

在初期能力不足的14个区间中，只有8个区间站间距离较大，可以增加会让站，其余6个区间由于站间距离小，不宜增加车站，所以不能通过增加会让站达到扩能要求。因此集二线扩能需要采用双线扩能方案。

2.3.2 双线扩能方案

在双线扩能方案中，有双线电化牵引5 000 t、双线电化牵引4 000 t、双线内燃牵引5 000 t三个扩能方案。

(1)双线电化牵引5 000 t方案扩能措施：贲红至二连全线增二线并进行电气化改造，延长车站到发线有效长度至1 050 m，牵引质量5 000 t，同步实施自动闭塞改造。双线电化牵引5 000 t方案工程投资82.4亿元。

集二线衔接的路网干线大包线、张集线、集通线、集包三四线等牵引质量为5 000 t及以上，本扩能方案与区域路网标准一致，符合铁路主要技术政策要求，可以组织机车的长交路运行，有利于运输组织、提高运输效率、节约运输成本。

(2)双线电化牵引4 000 t方案扩能措施：贲红至二连全线增二线并进行电气化改造，维持既有车站到发线有效长度不变，牵引质量4 000 t，同步实施自动闭塞改造。双线电化牵引4 000 t方案工程投资79.2亿元，较双线电化牵引5 000 t方案工程投资节省3.2亿元。

集二线衔接的路网干线大包线、张集线、集通线、集包三四线等牵引质量为5 000 t及以上，本线若采用4 000 t牵引质量，与区域路网标准不一致，需在集宁站进行变轴作业，增加了列车在站停留作业时间，降低了运输组织效率；如不变轴，集二线与各线交流将欠轴运输，不利于各线运输能力的最大化发挥。

(3)双线内燃牵引5 000 t方案扩能措施：贲红至二连全线增二线，延长到发线至1 050 m，牵引质量5 000 t，实施自动闭塞改造，预留电化条件，双线内燃投资为74.0亿元，较双线电化牵引5 000 t方案节省投资8.4亿元。初期投入少。

研究年度，集二线衔接的路网干线及主要后方通道大包线、张集线、集通线、集包三四线等都是电气化铁路，如集二线采用内燃牵引，与周边路网标准不统一，需进行换挂机车作业，不利于提高运输组织效率。以后再进行电化改造时会对既有线运营产生二次干扰，并且不符合铁路主要技术政策要求。

对上述3个扩能方案进行综合分析，内燃牵引5 000 t方案虽然投资最少，但与后方通路标准不统一，需在集宁进行换挂机车作业，不能运行长交路，并且再进行电化改造时会对既有线运营产生二次干扰，铁路干线采用内燃牵引也不符合铁路主要技术政策要求。电化牵引4 000 t方案虽然投资较少，但与本线后方通路标准不一致，需在集宁站进行变轴作业或欠轴运输，不利于运输组织和运输能力的最大化发挥。而电化牵引5 000 t方案与区域路网标准一致，符合铁路主要技术政策要求，可以组织机车的长交路运行，有利于运输组织、提高运输效率、节约运输成本。扩能方案推荐采用双线电化牵引5 000 t方案。

2.4 几项主要技术标准选择

2.4.1 限制坡度

限制坡度是影响铁路全局的主要技术标准，它不仅对线路走向、长度和车站分布有很大影响，而且直接影响运输能力、行车安全、工程费及运营费。结合集二线的相邻线坡度、既有线现状、沿线地形、自然坡度和重空车流比例等因素，从以下几个方面分析论述本线应采用的限制坡度。

(1)与相邻线限制坡度的适应性

与本线相邻铁路的限制坡度见表2。

表2 相邻线铁路限制坡度

由表2可以看出，本线相邻线的坡度基本都为6‰和9‰的系统。

本线主要后方通道为大包线、张集线，大包线包头至呼和浩特段限坡为6‰，呼和浩特至集宁段限坡为9‰，集宁至大同段限坡为上行6‰、下行9‰，张集线的限坡为上行6‰，下行9‰。为了便于运输组织，提高运输效率，本项目限制坡度应与后方通道的限制坡度相适应。因此要对9‰和上行6‰、下行9‰两个限制坡度方案进行详细比选。

(2)限制坡度与车流方向的适应性

限制坡度选择不仅要考虑重、轻车方向运量比例，还要针对车流去向对限制坡度进行论证。

研究年度远期，集二线重车方向行车量共计51列，去往各方向列车见图1。扣除终到集宁站的5列后，后方通路坡度为6‰的车流合计39列(大包线集大段、张集线、集通线)，坡度为9‰的车流合计7列(大包线集包段)。发往6‰限坡系统的车流占85%，车流以发往6‰限坡系统的为主，因此上行6‰下行9‰方案比9‰方案在车流方向的适应性有较大优势。

图1 集宁至各方向列车示意

(3)工程投资比较

根据本线重轻车方向和主要货物流向，对9‰和上行6‰、下行9‰两个限坡方案进行了比选。

工程投资：9‰方案第二线基本与既有线并行等高，新建工程量小。上行6‰、下行9‰方案因软化坡度，单线绕行和并行不等高段落较长，新建工程量大，工程投资较9‰方案多16.5亿元。

运营费：上行6‰、下行9‰方案比9‰方案少12.4亿元。

工程费和运营费合计：上行6‰、下行9‰方案比9‰方案多4.1亿元。从投资方面考虑9‰方案比上行6‰、下行9‰方案有一定的优势。

(4)机务方面分析

从机务设备的配置来说，集宁机务段既有运用整备设施不能适应扩能需要，电力小辅修设备不能满足扩能要求，都需给予补强；从机车的配置来说，上行6‰、下行9‰方案比9‰方案节省机车。

(5)限制坡度的选择

尽管上行6‰、下行9‰方案比9‰方案工程投资要大，但在车流方向的适应性、运营和机车配置方面具有较大的优势，综合评价，上行6‰、下行9‰方案优于9‰方案。故本线限制坡度推荐上行6‰、下行9‰方案。

2.4.2 牵引种类

(1)与周边路网干线牵引种类协调性分析

研究年度集二线相邻线有集通线、大包线、集包三四线、张集线、锡二线，除锡二线外，其余都为电气化铁路。本线与上述电气化路网干线客货运交流量大，互换车流多，为了与衔接铁路牵引种类匹配，减少换挂机车频率，延长机车交路，牵引种类应选择电力牵引。

(2)国家铁路主要技术政策要求分析

铁路主要技术政策规定：“提高既有铁路电气化率。快速客运网和大能力干线、煤运通道建设电气化铁路”，本线是中蒙运输的主要铁路干线，牵引种类应选择电力牵引。

(3)外部电源配置条件分析

本线沿线电力资源较为丰富，拥有安全、稳定的电力网络系统，具备向电气化铁路供电的条件。

综上分析，牵引种类应选择电力牵引。

2.4.3 机车类型

机车类型的选择，要充分考虑机车牵引力与限制坡度相互匹配程度，也要考虑机车的价格因素。集二线设计重车方向限制坡度为6‰，牵引质量为5 000 t。目前我国干线货运电力机车主要有SS3系列、SS4系列和SS7系列，上述机车在6‰的坡道上只有SS4系列机车可满足单机牵引5000t的要求。

本线的主要后方通路机车多为SS4，呼和浩特铁路局现有SS4机车231台，目前主要用于包惠、大包、集包等干线。根据总公司统一配属计划配属的HXD机车用于上述大运量干线运输，调整下来的机车用于集二线初、近期，根据集二线列流测算，初期需要SS4机车37台，近期74台，既有SS4机车数量能够满足运输要求。因此机车类型推荐SS4。

2.5 口岸站方案研究

二连站位于二连浩特市境内，主要担负着国际联运货物的交接、换装和国际、国内旅客、货物的运输任务。二连站配置有客车到发场、准轨到发场、准轨调车场、宽轨到发场、宽轨调车场、边检场、换装场以及货场、机务折返段、站修所、客车换轮库、客车存轮库、货车换轮库、货车存轮库等。

2.5.1 近期换装型式方案研究比选

结合地方要求，研究比选了进口煤炭采用换轮换装方案、落地换装方案2个方案。

方案一：煤炭采用换轮换装方案

新建浩通物流园连接国内外的直接通路及相应的到发及换装系统。新建准轨到发场、宽轨到发场、矿石换装区，设换轮库、落地换装线、装车线；新建煤炭换装区，设煤炭换轮库。

方案二：煤炭采用落地换装方案

新建浩通物流园连接国内外的直接通路及相应的到发及换装系统，修建至欧亚物流园连接国内外的直接通路及相应的到发及换装系统。矿石换装场区设换轮库、落地换装线、装车线。煤炭换装区布置于欧亚物流园内，采用翻车机卸车、皮带输送、筒仓装车工艺，设卸车环线、双翻翻车机；设装车线、装车筒仓。

方案分析：煤炭采用换轮换装方案特点，对环境无污染，工程投资小；车场布置集中，便于二连站集中管理；车场距离秦龙在建检修基地较近，维修方便；企业需购置自备车。煤炭采用落地换装方案特点，运营管理简单，自动化程度高；煤炭落地换装对环境有污染；车场布置分散，不便于二连站集中管理；车场距离秦龙在建检修基地较远，维修不方便；工程投资较换轮换装方案高2.6亿元。

考虑建设方前期已经购置自备车3 000辆，并已与蒙方达成运输协议，且秦龙车辆检修基地工程已经开工建设，采用换轮换装方案可与企业前期实施工程有机结合；海关及边检部门对散堆装货物采用换轮换装进行监管也不存在问题。因此，综合考虑建设方意见以及落地换装对环境的污染程度较大等因素，推荐采用换轮换装方案。

2.5.2 车站改建方案

根据车站作业量及分工，二连站初期实施既有二连站客场、准宽轨到发场及调车场到发线、调车线有效长度延长改造工程和浩通物流园内新建一束换装线工程；近期实施新建准宽轨到发场、新建矿石换装系统及煤炭换轮换装系统工程；远期实施煤炭换装区内预留换轮库一座及准宽轨到发场内相应预留线路；适时修建欧亚物流园。

3 结语

随着我国经济的快速发展，我国与蒙古国、俄罗斯的客货运交流日益增加，新建或改建口岸铁路项目会越来越多，以集二铁路为例，论述口岸铁路扩能改造总体方案，通过对集二铁路扩能改造总体方案研究，个人认为在口岸铁路建设时应注意以下几个问题。

(1)关于运量。运量预测受国家资源保护政策、国际政治因素、国家之间保密因素以及国外调查深度等诸多因素影响，因此预测近、远期运量存在很大的不确定性。建议运量预测时要考虑上述因素的影响，并增加初期运量预测，指导工程设计，最大限度地减少工程投入风险。

(2)根据初期运量认真充分研究初期过渡方案，并与近、远期方案有机结合，详细计算出初期过渡方案投资和效益评价，以及近、远期工程实施时废弃工程量。

(3)限制坡度是影响铁路全局的主要技术标准，它不仅对线路走向、长度和车站分布有很大影响，而且直接影响运输能力、行车安全、工程费及运营费。限制坡度的确定，要根据铁路等级、地形条件、牵引种类、运输要求经过充分比选慎重确定，并要考虑与后方通路限制坡度相协调。

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Study on Overall Scheme of Port Railway Capacity Expansion and Reconstruction

Li Bingtao

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300142， China)

With rapid development of domestic economy and further opening to the outside world， passengers and freight exchanges among China， Mongolia and Russia are increasing day by day， which results in more and more port railway projects to be built or reconstructed. Taking the overall scheme of capacity expansion and reconstruction project of Ji’ning-Erlianhot Railway as the study case， this article summarizes overall scheme of capacity expansion for the port railway， points out the main influences on the capacity expansion scheme， proposes options for capacity expansion， addresses the selection of main technical standards and main considerations about the reconstruction scheme of the port station， and， finally， summarizes the main concerns during the design and construction of the port railway．

Port railway; Capacity expansion; Overall scheme; Study

2014-08-26

李秉涛(1965—)，男，教授级高级工程师。

1004-2954(2014)11-0011-04

U218

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.11.003