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重载铁路

重载铁路(the heavy-haul technologies)是指行驶列车总重大、行驶大轴重货车或行车密度和运量特大的铁路,主要用于输送大型原材料货物,20世纪20年代在美国首次出现。 [1]

重载铁路是货运专线铁路的特殊类型或顶级种类,专门运输大型货物,对列车的载重运量要求很大。重载铁路满足牵引质量8000t及以上、轴重为270kN及以上、在至少150km线路区段上年运量大于40Mt三项条件中两项的铁路,具有轴重大、牵引质量大、运量大的特点,大多采用单元、组合等列车编组形式。与普速客货共线铁路相比,重载铁路在功能定位需求、内在技术特点和运输组织模式等方面存在显著差异。 [2]

早期规定

自1978年第一届国际重载大会在澳大利亚佩思召开、1985年国际重载运输协会正式成立以来,重载铁路的定义伴随重载运输与时俱进、不断发展。

2005年国际重载协会理事会提出新的重载铁路标准,要求至少应满足下列3个条件中的2个:

①列车牵引质量不少于8000t ;

②车列中车辆轴重达到或超过27t;

③线路长度不少于150 km的区段,年计费货运量不低于4 000万吨。 [3]

最新规定

2017年,国家铁路局发布了《重载铁路设计规范》文件,对中国境内的重载铁路有了明确概念和规范定义。

重载铁路是指满足牵引质量8000t及以上、轴重为270kN及以上、在至少150km线路区段上年运量大于40Mt三项条件中两项的铁路。

本规范适用于铁路网中货物列车机车车辆轴重大于等于250kN和牵引质量大于等于10000t、设计速度不大于100km/h的标准轨距重载铁路。设计速度分为80km/h、100km/h两级。具体范围参数确定情况如下:

1.设计轴重:相关研究和大秦线运营经验表明,现行规范设计标准不能适应250kN及以上轴重的机车车辆运行的需要。考虑与现行规范的衔接,同时结合国内外重载铁路轴重现状及我国《铁路主要技术政策》相关内容,设计轴重按250kN、270kN、300kN三档划分,可满足不同轴重标准的设计需要。

2.牵引质量:考虑到目前我国大秦线、大准线,朔黄线、准朔线、北同蒲线、山西中南部铁路、张唐线等既有重载铁路列车牵引质量现状,确定牵引质量为10000t及以上。

3.设计速度:结合机车、车辆构造速度、上坡道上重载列车能够实现的速度、下坡制动限速等因素以及《铁路主要技术政策》规定,确定重载货物列车设计速度不大于100km/h。设计速度划分为80、100km/h两个等级,设计中根据项目功能定位、运输需求、工程条件等因素研究确定。

4.运量:我国重载铁路年运量一般大于40Mt,基本不构成控制因素,故适用范围中未做具体规定。 [4]

从诞生以来铁路业的繁荣持续到20世纪40年代,从20年代30年代开始受到航空和公路运输业的挑战,欧美铁路业逐渐萎缩。从20世纪60年代开始,西方发达国家进入建设综合交通运输体系的阶段,为铁路业的复兴创造了条件。重载铁路运输逐渐成为主流。

北美铁路以货运为主,是重载运输发展最早的地区。北美铁路重载运输主要采用重载单元列车方式。1967年10月,美国诺福克西方铁路公司(N&W,现已归入诺福克南方铁路公司),在韦尔什至朴次茅斯间250 km线路上,开行了500辆煤车编组、由6台内燃机车分别分布在整个列车头部和中部担当牵引、全长6500 m、总重达44066 t的重载列车。

澳大利亚借鉴美国和加拿大的经验,因地制宜修建了几条重载铁路,既有窄轨,也有准轨铁路。澳大利亚铁路发展重载运输主要采取两种途径。一是在客货混跑线路上,采取改造旧线和修建部分新线相结合的办法,变轻载线为重载线。二是新建重载专线,牵引总重可达2万多吨。

瑞典铁路北部的瑞典一挪威矿山铁路(LKAB),全长540 km,1997年在开行25 t轴重、52辆编组、列车重量5 200 t的基础上,将轴重提高到30 t,开行全长740 m、68辆编组、8 500 t的重载列车,使运输成本降低35%,年运量从2 000万吨提高到3 000万吨。

前苏联铁路的主要做法是在繁忙干线上开行超重超长重载列车和组合列车。1964年首次开行组合列车,从2列普通列车连挂合并发展到3列、4列,最多到7列合并。还开行6 000~10 000 t以上的单元式重载列车及100200辆的超长空车列车。在运营实验中成功开行过总重4万吨以上的重载列车,80年代重载列车运行线路超过3万km,完成运量占全路10%。 [3]

除了瑞典外,欧洲其他国家也开始在客货混运、国际联运的铁路干线上发展25吨轴重的重载列车。欧盟经过研究认为,欧洲铁路客运非常发达,每年运送90亿人次、6 000亿人公里;货运也同样很繁忙,货运量占全世界铁路货运总量的30%,每年还以4.4%~7.5%的速度增长。欧洲铁路货运量中有30%重载运输潜力。2001年以欧洲铁路为主体的国际铁路联盟(UIC)以团体名义加人国际重载运输协会(IHHA),成为团体理事成员。 [3]

我国铁路从 20 世纪 80 年代开始发展重载运输,起步较晚,但发展迅速。自 2006 年以来,随着大秦线 2万吨组合列车的大量开行及 23 t 轴重通用货车在全路推广使用,我国铁路的重载运输已形成两种主要模式:①在重载运煤专线大秦线及其相邻衔接线路上开行万吨单元列车和万吨、2 万吨组合列车;②在京广、京沪、京哈、陇海等既有主要繁忙干线上开行一万 吨 级的整列式重载列车。随着我国铁路的发展,重载运输技术有待进一步推广。 [5]

在“2014(第三届)国际桥梁与隧道技术大会”上,有关方面透露出,继“客运高速”后,“货运重载”将成为中国铁路建设新重点,相关产业面临新一轮发展机遇。主要方向是:一是专用货运重载铁路改造和新建;二是“四纵四横”客运专线逐步建成后,既有的客货混运铁路将逐步改造为重载铁路、以货运为主。

中国的大秦铁路是国内第一条开行重载单元列车的双线电气化铁路,全线长653公里,西起大同,东至秦皇岛,年运量开始为5500万吨,远期可达1亿吨,于1992年12月21日正式开通。 [1]

2014年4月2日,由中国铁路总公司在大秦铁路组织实施的牵引重量3万吨重载列车运行试验取得了圆满成功。这是我国铁路重载运输发展新的里程碑,中国也成为了世界上仅有的几个掌握3万吨铁路重载技术的国家之一。

线路起点为山西省吕梁市兴县瓦塘镇,终点为山东省日照港。线路正线全长1260km(含吕临支线共线部分),山西省境内599km,河南省境内255 km,山东省境内426 km。本次初步设计方案线路经由山西省吕梁市、临汾市、长治市后以隧道形式翻越太行山进入河南省境内,经安阳市、鹤壁市至本次初步设计终点汤阴东站,根据部、省要求,本工程2010年4月1日山西境内全线开工,瓦塘碛口段到2013年9月30日竣工,工期为三年半;碛口以东至日照到2014年9月30日竣工,工期为四年半。铁道部安排2010年山西省境内要完成投资115亿元。

主要技术标准

山西中南部铁路通道项目的实施对我国能源发展战略、建设大型煤炭生产基地、保证沿海和华东地区煤炭需求、保障我国能源安全、强化煤运通道能力和煤运系统运输安全以及实施中部崛起战略、促进沿线地区经济发展、建设和谐社会、盘活国家存量资产具有重要意义。

2014年12月29日,瓦日铁路(原山西中南部铁路通道)全线正式开通。货运列车可直接进入日照港,并在日照市区实现货运南进南出。

神华铁路主要以外运神华自产煤为主,适当兼顾地方运量,现拥有包神铁路集团公司、神朔铁路分公司、朔黄铁路公司、准能大准铁路公司、铁路货车公司、神华轨道维护分公司、准池铁路、蒙东铁路公司等8个骨干企业。截至2014年底,营运里程共计2026公里,在建里程340公里。2014年完成货运量4.12 亿吨。

列车轨道需要经常维修和大修,确保行车安全、平稳,按规定的速度运行。重载运输条件下的轨道与一般轨道相比,从国外来看,承受列车轴重由原来的10多吨增加到25t,以致最大达到35t;列车牵引总重,从原来的1000多吨增加到最大数万吨。因此加剧轨道部件的损坏、道床残余变形的积累,严重影响行车安全。

重载铁路需要谨慎考虑自然灾害对路基稳定性的影响。重载对路基强度及稳定性的另一方面的要求是保证基床足够的强度以满足重载远行列车的需要。和一般条件线路相比,重载铁路的路基基床承受着更大的荷载。重裁条件下列车对基床的作用有着更复杂的动力效应。 [6]

重载铁路列车必须采用大功率的电力或内燃机车,并追求轮轨之间的最佳粘着特性来提高机车的牵引能力。大功率交流传动内燃机车和电力机车采用径向转向架成为国际重载机车发展趋势。重载机车无线遥控操纵系统(LOCOTROL)能够有效减少成本。对重载列车,提高轴重降低自重迫在眉睫,新型制动技术对列车运行也至关重要。养路机械的采购更新也必须紧跟步伐。 [7]


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