时速200 km客货共线铁路动车组与货物列车区间交会技术可行性研究

Technical Feasibility Research of Electric Multiple Units Passing by Freight Trains on a 200 km/h Mixed Passenger and Freight Railway

摘要

随着客货运需求的不断增长，铁路网承受的运输压力越来越大，在线路标准一定的情况下，优化运输组织模式能有效缓解客货运输压力。对时速200 km客货共线铁路实施动车组与货物列车交会的运输组织模式，是优化组织列车开行和充分利用线路运输能力的关键。通过调研分析时速200 km客货共线铁路现状，从既有动货交会综合试验、国内外动货交会运营情况等方面论证时速200 km客货共线铁路实施动货区间交会的技术可行性。基于货物列车运行安全信息，对客货交会运行安全风险因素进行研判分析，提出客货交会安全保障措施建议。在此基础上，深入研究动货交会运输组织模式的优势，选取典型线路研究动货交会运输组织模式对其线路运输能力、调度指挥灵活性、天窗时间安排等方面的影响。

Abstract

With the continuous growth of passenger and freight transportation demands, the railway network bears heavier transportation pressure. Under the condition of a certain railway line standard, optimizing the transportation organization mode can effectively alleviate the pressure of passenger and freight transportation. For a 200 km/h mixed passenger and freight railway, the implementation of the transportation organization mode for electric multiple units (EMUs) passing by freight trains is the key to optimizing the train operation and making full use of the transportation capacity of the line. Through investigation of the current situation of the 200 km/h mixed passenger and freight railway, this paper demonstrated the technical feasibility of implementing EMUs passing by freight trains on the 200 km/h mixed passenger and freight railway from the aspects of the existing comprehensive test and the global operation of EMUs passing by freight trains. Based on the freight train operation safety information, the risk factors of EMUs and freight trains passing by each other were analyzed, and the safety guarantee measures and suggestions for EMUs and freight trains passing by each other were proposed. On this basis, the advantages of the transportation organization mode for EMUs and freight trains passing by each other were studied, and a typical line was selected to study the influence of the transportation organization mode for EMUs and freight trains passing by each other on line transportation capacity, scheduling flexibility, skylight scheduling time, and other aspects.

Graphical abstract

关键词

客货共线铁路 / 动车组 / 货物列车 / 交会 / 安全保障

Key words

Mixed Passenger and Freight Railway / Electric Multiple Unit / Freight Train / Intersection / Safety Guarantee

0　引言

动车组列车与货物列车在交会时，由于气动作用可能会导致零散货物被吹散或掉落，从而引发安全事故。为确保行车安全，中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)制定相关政策规定动车组原则上不与货物列车在线路区间交会。因此，当前全路严格按照时速200 km动车组与货物列车(除集装箱班列外)区间不交会的标准运营，对时速200 km客货共线铁路的运输效率造成一定影响。尤其对货物运输需求比较旺盛的线路，区间动车组不交会货物列车的运输组织模式影响线路运输能力运用，降低调度指挥灵活性，不利于货物运输径路安排，增加货物运输时间，降低机车运用效率和装卸效率，不利于改善天窗时间。为解决以上问题，亟待开展动车组与货物列车区间交会(以下简称“动货交会”)可行性与安全风险分析，并针对实际线路开展动货交会运输组织模式的优势分析，从而为提高时速200 km客货共线铁路的线路运输能力和运输效益提供技术支撑。

动货交会的关键在于交会过程中各技术指标值符合标准规范，以及建立相应的保障措施避免交会存在的安全风险。动货交会过程中涉及到的技术问题主要有交会时动车组和货物列车气动性能、隧道气动效应、货物稳定性、货车运行安全性等问题。针对上述动货交会过程中存在的安全技术问题，国内外已有较多学者进行了研究。Ahmed等^[1]讨论了列车动力学与空气动力学之间的作用关系，并总结了列车交会压力波经验计算公式。田红旗等^[2-3]研究了列车交会时产生的空气压力波与列车运行速度之间的关系，以及列车交会时产生的强风对车体钢结构和侧窗的影响。王厚雄等^[4]研究了不同外形列车的会车压力波之间的差异，分析得出流线形列车相比钝形列车的会车压力波值更小。梁习锋等^[5]对动车组交会形成的空气压力波的大小进行了测试，为动车组安全性评估提供了依据。刘堂红等^[6]在京秦线(北京—秦皇岛)开展了动货交会试验研究，研究证明了在货物装车作业质量良好的情况下，时速200 km动车组与时速120 km货物列车在4.4 m线间距的线路上交会是安全的。梅元贵等^[7]针对隧道内列车等速和不等速交会2种情况，对列车交会过程中隧道断面的压力波动、流速变化和压力波的形成过程进行了研究。魏洋波等^[8]研究了明线和隧道2种交会场景下不同线间距对列车交会压力波的影响，分析得出交会压力波随线间距的减小而增大。在动货交会的安全保障方面，柯向喜^[9]以中国铁路南宁局集团有限公司实际动货交会试验为例，基于动货交会运行过程中存在的安全问题，对动货区间交会安全防范措施进行了研究。此外，国内学者还针对列车明线交会对列车的横向振动影响^[10]，列车交会时旅客舒适性^[11-12]，列车交会的安全性评估^[13]等问题进行了研究。

上述研究对列车交会时的技术参数进行了较为全面的试验分析，为客货共线铁路动货交会的运输组织模式提供了理论支撑。在此基础上，本研究综合考虑客货共线铁路动货区间交会前期试验结果，结合客货交会安全风险分析及动货交会运输组织模式优势分析，对时速200 km客货共线铁路动货区间交会技术的可行性进行研究。

1　时速200 km客货共线铁路概况

截至2022年，全路共有45条按照时速200 km客货共线铁路标准建成并运营的线路，其中开行货物列车的线路有16条。在开行货物列车的线路中，运输组织模式主要分为区间动货交会、枢纽地区动货交会以及区间动货不交会3大类，时速200 km客货共线铁路运输组织模式分类如图1所示。实施区间动货交会的线路共5条，按动车组交会速度可分为2类。一类为时速200 km的动力分散型动车组，仅与时速80 km的集装箱(不含敞顶箱)班列交会，目前开行的线路共有1条，线间距为4.4 m，隧道断面为80 m²，该线路同时开行时速160 km的动力集中型动车组，仅与时速80 km的集装箱(不含敞顶箱)班列交会。另一类为时速160 km的动力集中型动车组，其中与时速80 km的货物列车交会的线路共2条，线间距与隧道断面分别为4.4 m/92 m²、4.4 m/81.37 m²；与时速90 km的货物列车交会的线路共2条，线间距与隧道断面分别为4.6 m/92 m²、4.4 m/76 m²。实施枢纽地区动货交会的线路共有3条，对交会的动力分散型动车组限速100 km/h。

2　时速200 km客货共线铁路区间动货交会技术可行性分析

2.1　前期试验情况

为论证时速200 km动车组与货物列车交会是否会对列车运行安全产生影响，自2005年开始原铁道部组织中国铁道科学研究院等单位进行了多次试验，国内动货交会综合试验总结如图2所示。试验车型为动力分散型动车组与敞车、平车、棚车、集装箱车以及双层集装箱车等。试验内容主要为动车组与货物列车区间交会时动力学性能测试、隧道气动效应测试、货物列车装载加固测试等。试验线路场景为明线和隧道，在明线线间距4.4 m条件下，动货列车分别按最高时速200 km和120 km进行交会；在线间距4.6 m、隧道断面面积92 m²条件下，动货列车分别按最高时速250 km和120 km进行隧道内交会。以胶济铁路(青岛—济南)明线交会场景下货物列车与动车组交会试验为例，动车组受到的最大压力波幅值远小于动车组车窗玻璃所能承受的压力波幅值；货物列车脱轨系数最大值不超过标准值1.2的1/5，轮重减载率最大值不超过标准值0.65，轮轴横向力最大值远低于标准值101.58 kN，篷布最大应力值远低于标准值47 MPa，篷布绳索拉力最大值远低于标准值3 000 N，其余各项指标值也均在规定技术指标范围内。以汉宜铁路(汉口—宜昌东)隧道交会场景下货物列车与动车组交会试验为例，动车组最大轮轴横向力远低于标准值115.6 kN，最大脱轨系数不足标准值0.8的1/5，轮重减载率最大值不超过标准值0.65；货物列车最大轮轴横向力远低于标准值105.4 kN，最大脱轨系数不足标准值1.2的1/10，轮重减载率最大值不超过标准值0.65，篷布最大应力值远低于标准值47 MPa，篷布绳索拉力最大值远低于标准值3 000 N，其余各项指标值也均在规定技术指标范围内。

2.2　国外动货交会运营情况

对日本、法国、德国等国外客货共线铁路调研分析，梳理其客货共线铁路线路条件及动货交会的速度设置情况。

（1）日本在海峡线青函隧道段开行动货交会，青函隧道全长53.9 km，隧道断面80 m²，线间距4.3 m，采用三线轨，青函隧道横面截图如图3所示。三线轨分别构成1 435 mm和1 067 mm这2种轨距的轨道，形成了新干线与既有线共用行驶的场景，在青函隧道内动车组与货物列车的最高交会时速为160 km和110 km^[14-15]。

（2）法国高速铁路线为客运专线，开行列车为TGV高铁动车组，运营时速为320 km。对TGV高铁动车组进行降速处理后，以时速220 km下线在既有线运行，开行动货交会的运输组织模式。根据货物列车的不同类型，设置不同交会速度，动货交会最高时速分别为220 km和100 km，动车组与快件列车最高交会时速分别为220 km和140 km，法国列车交会速度设置如表1所示。其中，快件列车由货物车辆组成，用于货物运输，但按照客车标准制动。

（3）德国客货共线铁路的线间距为4.5 m，隧道断面面积在时速230 km至300 km线路条件下普遍为82 m²，其运输组织模式以客运为主，兼顾货运。列车交会时，动车组最高时速为250 km，货物列车最高时速为160 km^[16]。受德国铁路管理局颁布的隧道相遇禁令影响，当双线隧道内动车组时速超过250 km时，动车组与货物列车禁止交会和越行。该禁令仅针对时速超过250 km的客货共线铁路，无隧道线路以及高速铁路客运专线则不受影响。

2.3　国内动货交会运营情况

自2007年4月18日实施第六次提速以来，全路广泛利用既有线开行动车组列车，国内多处线路具备动货交会的运营实践经验。其中，在既有线上曾实施过时速200 km动车组与时速80 km货物列车的区间交会，未发生涉及动货交会的货运安全责任事故和安全问题。设计时速200 km客货共线铁路中，曾运营过动车组与货物列车、动车组与集装箱班列的区间交会，动货列车时速均为200 km和80 km，运营过程中未发生涉及动货交会的货运安全责任事故和安全问题。通过运营实践表明，在时速200 km客货共线铁路上，开展动货列车以200 km和80 km的时速进行区间交会是可行的。

此外，依据《既有线提速200 km/h技术条件》和《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》，对比分析既有线线路条件与新建时速200 km客货共线线路条件，既有线与新建时速200 km客货共线线路条件如表2所示。2类线路条件基本相同，表明时速200 km客货共线铁路实施动车组与货物列车区间交会在技术上是可行的。

3　客货交会运行安全分析及安全保障措施建议

在动货交会运行安全方面，结合调研反馈的材料和相关安全信息统计数据来看，自2007年第六次提速后，虽存在部分普速旅客列车与货物列车交会运行的安全问题，但普速线路及时速200 km客货混跑线路均未发生涉及动车组与货物列车交会的安全责任事故或安全问题。基于调研座谈和铁路局集团公司反馈的材料，以及普速旅客列车与货物列车交会时发生的安全问题，分析得出客货交会面临的主要安全风险来源于邻线货物列车。因此，从货物列车运行安全信息出发，研判其安全问题发生的主要原因，针对客货交会安全保障提出相关建议。

3.1　客货交会安全风险分析

以近年来国铁集团货运安全情况通报、安全信息简报以及铁路局集团公司反馈材料等相关数据为切入点，分析客货交会存在的安全隐患。对统计所得涉及列车交会的安全信息进行分析，发现其安全问题多为列车机车前风挡玻璃或车辆玻璃被击打。导致安全问题出现的原因主要分为2类，一类为车辆技术状态和货物装车质量不良，客货交会时两车间风压较大，造成散堆装货物途中洒漏或货车车(箱)体零部件脱落，进而击打邻线运行列车，属于货物列车自身因素所产生的安全风险。另一类为客货交会时产生的强风激起石砟，进而击打列车，同时不排除其他外部环境因素叠加造成玻璃损裂的可能性。此外，考虑到旅客运输安全的重要性和优先性，对客货混跑线路上非区间交会场景下货物列车运行安全信息进行分析，得出货车起火冒烟、货物自燃，货物严重超偏载，货物及加固器材超限、窜动、活动部件旋转开放，敞车车门途中打开，夹带匿报危险品运输等问题也是影响客货交会安全的重要风险隐患。

基于上述分析，客货交会运行安全问题的发生不仅与货物装车作业质量和货车技术状态有关，还存在其他外部环境风险因素，相关部门应采取措施加以防范。但是，如外界异物、石砟等外部环境风险因素造成邻线列车玻璃裂损的现象，在普速列车交会时均存在一定的发生概率，与是否动货交会无关，即对于客货共线线路，货物列车对邻线旅客列车造成的安全风险属于系统自身的结构性问题，是长期存在且无法从根本上杜绝的。从安全信息统计数据来看，客货交会本身只是安全问题发生的若干场景之一，并非造成上述问题发生和风险隐患的原因。

3.2　客货交会安全保障措施建议

基于上述客货交会安全分析及铁路局集团公司相关安全管理文件，考虑动货交会存在的比较突出的安全风险隐患问题，提出如下客(动)货交会安全保障措施和建议。

（1）加强混散装货物管理。严格按照相关运输要求，完善开箱检查制度和装车拍照制度，强化物品清单核对和货物检查工作，防止出现匿报货物品名、夹带危险货物、装载加固不良等问题。例如，易腐货物与非易腐货物、性质互抵的货物、运输条件不同的货物均不得混装于同一车厢或集装箱内。对于散堆装货物的装车质量一律从严，在货车选用、车体堵漏、车辆清扫等环节规范作业标准，从装卸车源头控制途中洒漏风险。同时，装车站要严格落实相关要求，加强源头控制，逐箱确认发送、回空集装箱的空重状态，避免空重箱错排造成的车辆超偏载。

（2）补强货运设备设施。装车站要充分利用既有货运计量安全检测与监控设备，提高货检作业水平；根据车站实际条件，逐步配套完善货运安全检测设备，重点加强对进入或途经客(动)货混跑区段货车的监控检查，杜绝问题车上线运输；依照线路运营情况，增强货车运行安全监控系统等技防设备的部署；集装箱列车应选用带有F-TR锁平车和封闭式集装箱。

（3）强化相关行车组织细则。严格落实按方案装车制度，正确选择加固材料和装置，保证足够的加固力值；按照装车质量签认范围，认真落实重点货物装车质量签认制度。因设备故障货物列车在区间被迫停车不能继续运行，邻线动车组列车限速160 km/h；其他情况货物列车在区间内运行，因自然灾害和不明故障原因导致货物列车被迫停车，邻线动车组列车不得通过。

（4）完善应急处置措施。开行时速200 km动货交会的客货共线铁路，其相应的物流中心、营业部与车务站段需共同制定应急处置方案，建立应急网络，并组织相关人员进行培训，提升应急处置能力。特别地，对于开行集装箱班列的客货共线区段，建议至少设置一个集装箱应急处理站，配置20 ft，40 ft集装箱吊装卸作业能力的正面吊及硬面场地，满足应急处置场站条件要求。

4　动货交会运输组织模式优势分析

动货区间交会能够提高调度指挥灵活性、方便运输径路安排、降低运输时间、提高机车运用效率和装卸效率，以及改善部分线路的天窗时间。为更清晰地表述动货交会运输组织模式的优势，以某典型线路为例进行理论分析。

4.1　线路条件及运营速度

本研究所选线路为典型国家I级时速200 km客货共线铁路，该线路线间距4.4 m，隧道断面面积81.37 m²，长度108 km，主要开行动车组类型为动力分散型动车组，主要开行货物列车为棚车、敞车、平车、集装箱班列等。开通先期该线路客货共线区段动车组列车运行时速为160 km，货物列车运行时速为120 km；完成初步运营后，动车组列车达速200 km/h，运输能力旅客列车60对/d、货物列车16对/d。

4.2　开行动货区间交会优势分析

（1）受动货不交会制约，该线路客货共线区段间的运输能力已经接近饱和，客货运输需求不能得到及时满足，进而影响到该线客货运量的继续增长。经初步测算，在动货交会场景下，维持现有旅客列车开行对数不变，保守估计可增开货物列车10对/d。

（2）压缩线路方向车流在技术站的中转、停留时间，提高货物列车旅行速度，日均减少1.5列在该线路客货共线区段两端车站的等点货物列车，压缩运行时间1.5 h，节约运输成本。

（3）改善天窗时间。现该线天窗时间为0：30—4：30，若放开动货区间交会，天窗时间可调整至23：30—4：30，平均可延长1 h。

（4）实施动货区间交会，该线将实现列车均衡开行，机车、乘务交路接续更加合理化，有效提高机车人员运用效率。

5　结束语

既有试验结果及运营实践表明，在时速200 km客货共线铁路上，货物列车正常状态条件下，动货列车以200 km和120 km的时速开展区间交会运行，车辆动力学、气动效应、交会压力波、篷布应力分布、篷布绳索拉力等技术指标均在规定范围内，符合列车安全运行要求，即时速200 km客货共线铁路开行动车组列车与货物列车区间交会在技术方面是可行的。基于客货共线铁路货运安全信息，分析客货交会安全风险，针对货车状态不良和货物装车质量不良产生的安全风险隐患，可通过细化行车组织办法，落实规章制度，强化作业质量，运用安全设备等进一步避免防范。对动货区间交会运输组织模式的优势分析表明，时速200 km客货共线铁路开行动车组列车与货物列车区间交会有利于充分利用线路运输能力，提升客货共线铁路运输效益。

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基金资助

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(K2023X039)