郭俊清，张耕宁

（1.沈阳铁道勘察设计院有限公司 线路运输设计所，辽宁 沈阳 110013；2.石家庄铁道大学 研究生学院，河北 石家庄 050043）

1 松长铁路相邻铁路主要技术标准分析

新建松江河—长白铁路(以下简称“松长铁路”)位于吉林省白山市境内。松江河站为浑白铁路(白山—白河)上的中间站，宇松铁路(靖宇—松江河)与松江河站接轨。松长铁路自松江河站引出，正线与宇松铁路贯通设置，转向南过漫江镇设漫江站，之后线路在远离长白山自然保护区的山区穿行，止于长白朝鲜族自治县，新建线路长度为139.46 km。新建松长铁路不仅能够增强路网机动灵活性，完善区域路网构成，还能畅通区域交流，发展地方经济[1]。同时，建设松长铁路一方面是加强国防建设的需要，另一方面也是连接朝鲜惠山口岸的重要铁路通道，为长白口岸建设和发展对朝贸易铺平道路。

由于铁路主要技术标准的选择是一个系统工程，也是新建铁路设计的重要前提条件，特别是限制坡度、速度目标值、最小曲线半径、到发线有效长等，建成后很难更改[2]。选定的主要技术标准也是轨道结构类型[3]、路基工程设计选择的依据[4]。因此，根据松长铁路在路网中的意义及项目所处位置的地形条件，借鉴松长铁路相邻铁路的主要技术标准，对松长铁路主要技术标准的选择具有十分必要的意义。

区域内相邻铁路的主要技术标准是新建松长铁路主要技术标准选择的参考依据。松长铁路的相邻铁路主要有浑白铁路、宇松铁路、白和铁路(白河—和龙)、鸭大铁路(鸭园—大栗子)、宇辉铁路(靖宇—辉南)等。相邻铁路主要技术标准如表1所示。

2 松长铁路主要技术标准选择

松长铁路为一条边境铁路，具有较强的军事意义，同时对促进沿线经济发展及中朝贸易起到推动作用。该线路所经过的地段为长白熔岩台地地貌，前80 km地段地势整体起伏不大，局部地势陡峭，后60 km地段地貌主要为中低山区，地势起伏较大。松长铁路中较难确定的主要技术标准有旅客列车行驶速度、限制坡度、牵引种类、牵引质量等，根据该项目在路网中的意义和作用，以及项目所处位置的地形地貌特点，通过技术经济比选，重点对以上主要技术标准的选择进行研究。

2.1 旅客列车行驶速度

松长铁路为客货兼顾的铁路，近期(2025年)开行旅客列车5对/d，旅客以旅游客流为主。货物列车行驶速度较低。基于旅客出行需求，对120 km/h、120 km/h平面预留160 km/h、160 km/h、200 km/h 4个速度目标值方案进行比选分析如下。

（1）速度目标值。松长铁路为中朝边境铁路，区域内常驻人口较少，可以吸引的客流有限，如果采用200 km/h的行驶速度，工程投资巨大，运营后效益较差。因此，重点研究120 km/h、120 km/h平面预留160 km/h、160 km/h 3个速度目标值方案。区域内相邻铁路规划旅客列车行驶速度为120 km/h，考虑为远期(2035年)提速留有一定余地，因而采用120 km/h平面预留160 km/h速度目标值方案更为合理。

表1 相邻铁路主要技术标准Tab.1 Main technical standards for adjacent railways

（2）工程建设。结合松长铁路地形情况，如果按200 km/h速度目标值方案设计，最小曲线半径需要采用2 800 m，工程规模巨大，投资成本最高。此外，松长铁路为连通吉林省东部与长白县的1条支线，按照200 km/h速度目标值方案设计经济效益最差，故予以舍弃。

松长铁路的前80 km区段，地形相对平坦，对于选择120 km/h或160 km/h速度目标值方案，平面条件不受限制。后60 km区段，地形起伏很大，主要为长白山火山喷发冲沟地貌，线路选线平面条件严重受限。因此，仅对松长铁路120 km/h速度目标值方案、160 km/h速度目标值方案、120 km/h平面预留160 km/h速度目标值方案进行工程投资比较。在比选范围内，线位走向基本一致，受桥梁、隧道、线路标准及设站条件的限制，局部有所调整，速度目标值方案比较线路平面示意图如图1所示。

120 km/h平面预留160 km/h速度目标值方案虽然运行时间相对较长，但该速度目标值方案与相邻铁路标准匹配，比160 km/h速度目标值方案工程投资节省26 961万元。同时，该方案更适应地形、工程实施难度较小，相对而言有利于设置站点，还可以为将来提速留有条件。从长远发展的角度考虑，推荐采用120 km/h平面预留160 km/h速度目标值方案。

（3）客流分布及旅行时间。长白山地区旅游客流主要包括松江河地区(即池西区)、白河地区(即池北区)、长白县十五道沟(即池南区)的客流，各占约1/3。松长铁路开行旅客列车的主要区间为松江河—长白。如果速度目标值采用120 km/h，运行时间为82 min；采用160 km/h，运行时间为70 min，可知采用160 km/h速度目标值比120 km/h速度目标值的时间仅节省12 min，但投资成本增加26 961万元，节时效益相当于2 246.75万元/min。然而，相对公路运输，松江河—长白的运行时间可以节省2 h。从铁路运输与公路运输的运行时间对比来看，铁路运输的优势非常明显。

综合以上分析，推荐旅客列车行驶速度采用120 km/h平面预留160 km/h速度目标值方案。

2.2 限制坡度

设计新建铁路的限制坡度一方面需要综合考虑地形、牵引动力条件、运量及相邻铁路的牵引定数等因素。另一方面，也需要通过多角度比选才能确定限制坡度，不仅影响线位走向及车站分布，还直接影响线路通过能力、行驶速度、工程投资、运营支出和经济效益，因而限制坡度是铁路全局性技术标准[5]。从货物流向和运输组织、相邻铁路的既有及规划限制坡度、运营费等角度对新建松长铁路的限制坡度进行比选分析如下。

图1 速度目标值方案比较线路平面示意图Fig.1 Comparison of line plane diagram of speed target value scheme

（1）货物流向和运输组织。沈阳及其以远方向的主流货物选择浑白铁路—梅集铁路—沈吉铁路(沈阳—吉林)运输，虽然距离绕远了114 km，但可以与四平—白河通道规划的限制坡度相适应(四平—通化段的限制坡度为9‰、通化—松江河段的限制坡度为15‰)，即可以避免频繁地增减轴作业，运输顺畅，提高运输效率。松长铁路地处长白山地势最为陡峭地区，地形特别复杂，选择9‰限制坡度方案的工程量十分巨大，投资最高，故予以舍弃。

（2）相邻铁路的既有及规划限制坡度。与松长铁路相邻的铁路有宇松铁路、宇辉铁路、浑白铁路等，其限制坡度在 14.5‰ ～ 17.5‰ ～ 25‰ 之间，变化范围较大，铁路所处位置地形起伏很大。白和铁路、宇松铁路的限制坡度为14.5‰，四松铁路(四平—松江河)规划限制坡度为15‰。考虑到松长铁路地处山区，地势陡峭，地形起伏大，为减少工程投资，应考虑选择较大限制坡度以适应地形条件。

为合理确定松长铁路的限制坡度，分别考虑13‰限制坡度方案、15‰限制坡度方案，以及25‰ 限制坡度方案。①采用13‰限制坡度方案，近期通过采用大功率机车牵引，既可以满足松长铁路的运输需要，也可以与通化—松江河段的设计坡度相协调，为将来发展预留条件。②采用15‰限制坡度方案，可以与既有白和铁路及宇松铁路限制坡度相统一，但宇辉铁路的限制坡度为18‰，仍然需要进行增减轴作业。③采用25‰限制坡度方案，可以满足运量的需要，但采用25‰限制坡度会与相邻线路不匹配，为便于运输组织，避免增减轴作业，松长铁路列车需要在近期、远期均按双机牵引作业，运输组织复杂，运输费用高，故该铁路的限制坡度不宜采用25‰限制坡度方案。

（3）运营费分析。运营费即铁路建成后的运营成本，直接与铁路营业收入相关。项目选用的限制坡度不同，其建设费用、运营费、换算工程费现值等相应会有所不同，松长铁路换算工程投资现值比较如表2所示。

由松长铁路的工程投资费用(静态)和列车运营费的比较分析可知，近期列车运营费13‰限制坡度方案比15‰限制坡度方案和25‰限制坡度方案分别节省43万元和1 201万元，远期节省68万元和1 694万元，换算工程费现值(动态) 13‰限制坡度方案比15‰限制坡度方案和25‰限制坡度方案分别节省294.47万元和66 973.59万元。由数据可知，13‰限制坡度方案运营成本低、投资效益好。因此，松长铁路推荐采用13‰限制坡度方案。此外，结合相邻铁路技术标准及牵引种类，采用13‰限制坡度方案，会与相邻铁路的限制坡度、牵引质量统一，运输组织协调一致，并且工程投资少，因而松长铁路的限制坡度推荐采用13‰限制坡度方案。

2.3 牵引种类

牵引种类是铁路主要技术标准的重要内容，其选择对铁路运输能力和运营效率、工程难度和车站设置合理性都有很大影响，同时对运输能力、行驶速度及工程投资也具有重要的影响[6]。从与相邻铁路的牵引种类相适应、与我国牵引力发展方向相适应、运营费等角度对新建松长铁路的牵引种类进行比选分析如下。

表2 松长铁路换算工程投资现值比较 万元Tab.2 Comparison of converted present value of project investment of Songjianghe-Changbai railway

（1）与相邻铁路的牵引种类相适应。目前，东北地区普通铁路中除京哈铁路(北京—哈尔滨)、沈大铁路(沈阳—大连)、沟海铁路(沟帮子—海城)等为电力牵引外，区域内与松长铁路相邻的铁路如浑白铁路、沈吉铁路、白和铁路、宇松铁路、通灌铁路(通化—灌水)等均为内燃牵引。根据相关规划，研究年度内沈吉铁路、梅集铁路、浑白铁路将进行电气化改造，通灌铁路、宇松铁路预留了电气化条件，鸭大铁路、凤上铁路(凤凰城—上河口)也将适时进行扩能改造(预留电气化条件)，剩余线路规划为内燃牵引。由此可知，区域通道规划牵引种类主流为电力牵引，故松长铁路应采用电力牵引。

（2）与我国牵引力发展方向相适应。目前，我国电力牵引里程约占总里程的30%，电气化率远低于世界先进水平。根据中长期铁路网规划，铁路线路的复线率和电气化率将超过60%，电气化率比现状提高约30%。松长铁路采用电力牵引的优势主要体现在以下方面：①可以与相关通道协调统一，有利于生产力合理布局及电气化成网，实现规模效益；②满足《铁路技术政策》，符合铁路科技发展要求；③松长铁路地处山区，沿线地形起伏大，地势险峻，采用功率大、速度高的电力机车进行牵引，可以获得较高的列车运行速度，从而提高列车通过能力；④《中国节能技术政策大纲》明确提出，铁路运输应大力发展电力牵引，从而降低牵引动力能耗，因而松长铁路采用电力牵引与建设资源节约型社会相吻合，并且更加符合我国将来牵引力发展方向。

（3）运营费分析。根据推荐的13‰限制坡度方案，进一步对内燃方案及电气化方案的工程投资及运营费进行比较分析，得到近期换算工程费现值比较如表3所示。

由工程投资费用(静态)和列车运营费的比较分析可知，13‰限制坡度电气化方案与13‰限制坡度内燃方案相比，电气化方案列车运营费比内燃方案列车运营费节省1 097万元/a；换算工程运营费(动态)电气化方案较内燃方案节省4 754.04万元。

因此，松长铁路的牵引种类推荐采用电力牵引。

2.4 牵引质量

从与相邻铁路技术标准适应性分析，松长铁路直接相关线路牵引质量如表4所示。

研究年度内松长铁路后方通道梅集铁路、浑白铁路将完成电气化改造，采用HXD系列机车牵引，各线牵引质量多为4 000 ～ 5 000 t，考虑松长铁路的限制坡度及将来我国机车发展趋势，HXD系列机车更适合地形复杂、限制坡度大的山区铁路。此外，考虑松长铁路运输货物品类单一，并且运输径路适合开行整列直达列车，故建议该线采用HXD系列机车，双机牵引，牵引质量为5 000 t。

表3 近期换算工程费现值比较 万元Tab.3 Comparison of near-term converted project cost present value

表4 松长铁路直接相关线路牵引质量Tab.4 Traction quality of the direct related lines of Songjianghe-Changbai railway

2.5 主要技术标准分析

根据预测运量确定铁路等级、正线数目，根据旅客列车行驶速度确定最小曲线半径，根据牵引质量设计车站到发线有效长等[7]，综合得到松长铁路推荐的主要技术标准如下。铁路等级：Ⅱ级(线下Ⅰ级)；正线数目：单线；限制坡度：13‰；旅客列车行驶速度：120 km/h平面预留160 km/h速度目标值；最小曲线半径：一般1 200 m、困难800 m；牵引种类：电力；机车类型：HXD系列；牵引质量：5 000 t；到发线有效长：1 080 m；闭塞类型：自动站间闭塞。

3 结束语

通过运用定性与定量相结合的思维模式，采取包含技术经济比选、运营成本、经济与社会效益等多角度综合比选的研究方法来确定松长铁路的主要技术标准，既符合相关规范要求和国家产业政策，满足运量需求，又可以为项目后续设计提供指导原则，其选择的合理性也将会对今后线路及站场的改造产生直接影响[8]。选择主要技术标准是新建铁路设计的重要前提条件，在对新建铁路进行主要技术标准选择时，不仅应综合考虑国家和行业规划，把握新建铁路在路网中的作用及功能定位，坚持贯彻强本简末、强干弱支的原则，以预测客货运量为依据，综合考虑收支平衡[9]，还应适当超前，留有足够的发展空间，以适应将来的客货运量变化。