CC BY
76
УДК 658.14/17, 656.225 Дмитренко Алексей Васильевич,
д. т. н., профессор кафедры «Управление эксплуатационной работой», Сибирский государственный университет путей сообщения, тел. (383) 267-82-00, сот. 8913-471-0776, e-mail: [email protected]
ТРАНССИБИРСКАЯ МАГИСТРАЛЬ ДОЛЖНА БЫТЬ ТРЕХПУТНОЙ
A. V. Dmitrenko
TRANS-SIBERAIN RAILWAY SHOULD BE THREE-TRACK
Аннотация. Строительство третьего главного пути на двухпутной железнодорожной линии обеспечивает наибольший прирост в пропускной способности при выделении в графике движения длительных окон по капитальному ремонту пути. Если Транссибирская магистраль будет трехпутной, это позволит осваивать повышенные объемы перевозок с высокой скоростью движения пассажирских и грузовых поездов без длительных их стоянок в пути следования на перспективу.
Ключевые слова: вагон, локомотив, магистраль, перегон, прибыль, поезд, пропускная способность, скорость, станция.
Abstract. Construction of third main way on a double-track railway ensure the highest growth of traffic capacity on conditions of giving a long-term "windows" for track general overhaul. Triple-track Trans-Siberian Railway allows to develop large traffic volume with high speed ofpassenger and freight trains without long stops along the all way.
Keywords: car, locomotive, main railway, trackside, profit, train, traffic capacity, speed, station.
Введение
В последние два десятилетия значительно изменилось направление потоков грузов и пассажиров для железных дорог, расположенных по территории России. На новом этапе международных отношений возросли экономические связи между быстро развивающимися странами Восточной Азии и ранее высокоразвитыми в техническом отношении странами Западной Европы. В создавшихся условиях возросли потоки грузов в восточной части России по Транссибу и БАМу. Имеющиеся технические средства даных магистралей в ближайшей перспективе не обеспечат пропуска повышенных потоков грузов в международном сообщении, в результате чего Россия будет иметь значительные убытки от уменьшения потока транзитных грузов, вызванного ограничениями в пропускной способности данных магистральных линий. В создавшихся условиях ставится вопрос о повышении эффективности капитальных затрат на увеличение их пропускной и провозной способности. В выступлении Президента Российской Федерации В. В. Путина указывалось на целесообразность усиления технического оснащения Транссибирской магистрали и БАМа, для чего государством будут выделяться значительные средства.
Для обеспечения ускорения перевозки пассажиров Китаем предлагается построить высокоскоростную магистраль Сингапур - Пекин - Западная Европа - Лондон. Данная магистраль позволит значительно сократить время нахождения пассажиров в пути следования. Время нахождения пассажиров в пути будет мало отличаться от авиа-
ции. Однако для строительства такой высокоскоростной магистрали потребуются огромные капитальные затраты. Кроме того, данная спрямляющая скоростная железнодорожная линия может пройти вдали от крупнейших городов, что снизит эффективность её использования для перевозки пассажиров.
В создавшихся условиях появилась необходимость в разработке эффективных путей развития средств транспорта, с учетом крупных затрат на развитие пропускной и провозной способности магистральных линий, а также учета возможного сокращения последующих суммарных эксплуатационных расходов, связанных с обеспечением повышенных перевозок грузов и пассажиров.
Самым дорогостоящим элементом в усилении железнодорожного транспорта является строительство новых магистральных линий, а также укладка сплошных вторых путей на однопутных участках, особенно в горной местности. Поэтому в существующих технико-экономических расчетах указывалось, что меры усиления пропускной способности дорог путем строительства новых главных путей могут быть осуществлены на практике лишь когда все другие способы освоения возрастающих объемов перевозок исчерпаны [6].
Вследствие данных особенностей в существующей практической деятельности железнодорожного транспорта наибольшее применение нашел вариант освоения возрастающих объемов перевозок преимущественно за счет повышения среднего веса грузовых поездов и удлинения станционных путей существующих дорог, а также по-
ставкой железнодорожному транспорту новых, более мощных, но дорогостоящих локомотивов.
Для оценки эффективности затрат, связанных с освоением возрастающих объемов перевозок, были проведены исследования [1, 2, 6, 7, 8]. В них была выполнена оценка затрат и эффекта для различной очередности имеющихся способов освоения возрастающих объемов перевозок: как за счет сокращения затрат при увеличении провозной способности железнодорожных линий, так и путем сокращения последующих текущих расходов, связанных с освоением возрастающих объемов перевозок.
Большая часть исследований была выполнена для оценки способов освоения возрастающих объемов перевозок на однопутных железнодорожных линиях в условиях возможного усиления их технического оснащения: А - автоблокировка, В - вставки вторых путей равномерно на всем протяжении участка однопутной железнодорожной линии, 2П - укладка сплошного второго пути на однопутной линии, Э - электрификация участков, У - удлинение станционных путей и повышение среднего веса грузовых поездов. Конечным этапом усиления технического оснащения однопутной железнодорожной линии с тепловозной тягой считается момент завершения строительства на нем сплошного второго пути с дальнейшей её электрификацией [6].
Завершение строительства сплошного второго пути позволяет значительно повысить провозную способность ранее однопутной железнодорожной линии, с меньшими задержками в пути следования пропускать грузовые и пассажирские поезда. Однако данный эффект достигается только в случае малых размеров движении после завершения строительства сплошного второго пути на однопутной линии. В то же время дальнейшее увеличение на двухпутной линии размеров движения приводит к значительному увеличению затрат, связанных с задержками поездов, особенно в случае выполнения работ по капитальному ремонту пути [1, 2].
Практика показала, что существующие научные теории оценки рациональных вариантов усиления технического оснащения однопутных железнодорожных линий в условиях дальнейшего роста на них размеров движения не учитывают ряда существенных факторов, оказывающих знчи-тельное влияние на экономические показатели работы дорог. Так, в недостаточной степени учитываются задержки грузовых поездов, вызванные необходимостью выполнения работ по капитальному ремонту в случае выделения в графике движения окон различной продолжительности. В со-
временных условиях эксплуатации железнодорожных линий появилось много новой высокопроизводительной путейской техники, обеспечивающей повышение качества выполнения работ по капитальному ремонту пути, которые могут быть достигнуты только при выделении в графике движения окон большой продолжительности, достигающих 10 суток. При этом на двухпутных железнодорожных линиях для обеспечения повышения пропускной способности средств транспорта делается упор на укладку специальных блокпостов, обеспечивающих повышение пропускной способности протяженных ремонтируемых перегонов двухпутных железнодорожных линий [2, 3, 4, 6].
Кроме того, анализ показал, что имеющаяся методика оценки величины пропускной и провозной способности не учитывает особенностей эксплуатации различных категорий технического оснащения железнодорожных линий, особенно в случае роста объемов перевозок: однопутные, двухпутные и трехпутные. В оценке оптимальных вариантов в недостаточной степени учитывается эффект, который появляется для вариантов строительства каждого дополнительного главного пути в случае дальнейшего усиления технического оснащения каждой линии за счет как сокращения задержек грузовых поездов, так и обеспечения роста провозной способности железнодорожных линий.
Длительные задержки поездов в случае выполнения работ по капитальному ремонту пути с перерывом в движении большой продолжительности требуют новой оценки величины пропускной способности ремонтируемых перегонов железнодорожных линий с условиях различной продолжительности ограничений в движении поездов по главным путям.
Пропускная и провозная способность железнодорожных линий до настоящего времени оценивалась для окон малой продолжительности, составляющих 6 и 8 часов [2, 4]. Однако на современном этапе научно-технического прогресса в практических условиях эксплуатации магистральных линий в графике движения выделяются окна большой продолжительности, что оказывает существенное влияние на затраты, связанные с освоением возрастающих объемов перевозок. В новых условиях требуется оценка затрат, связанных с освоением повышенных размеров движения, с учетом выделения в графике движения окон большой продолжительности, составляющих несколько суток.
В настоящее время пропускная способность железнодорожных линий при различном количестве главных путей учитывается по основным
иркутским государственный университет путей сообщения
факторам для условий имеющейся неравномерности в движении грузовых поездов.
А) Для однопутной железнодорожной линии пропускная способность перегонов определяется по формуле [4]
N од
(1440 - ^г)а
' Тпе
(1)
где 1440 - число минут в сутках;
*тех - время на выполнение технологических операций, связанных с осмотром технических устройств пути;
ан = 0,96 - коэффициент надежности в работе технических устройств железнодорожных линий;
Тпер - период графика для перегонов однопутной железнодорожной линии.
Статистические данные показывают, что однопутные железнодорожные линии имеют величину пропускной способности, составляющую только 25-30 пар грузовых поездов в сутки при наличии автоблокировки и имеющихся перегонах протяженностью в 20 км.
Строительство сплошного второго пути позволяет значительно повысить провозную способность железнодорожной линии. Пропускная способность перегонов для двухпутной железнодорожной линии в настоящее время устанавливается по формуле [4]
(1440 - ^ )«н
N =-
двух
(2)
где 1440 - число минут в сутках;
1тех = 150 минут - время на выполнение технологических операций, связанных с осмотром технических устройств пути в период выполнения работ по капитальному ремонту пути;
ан - коэффициент, учитывающий надежность работы технических средств инфраструктуры и подвижного состава;
I - минимальный интервал между грузовыми поездами на участках, оборудованных авто-
блокировкой.
При интервале в 8 минут пропускная способность двухпутной железнодорожной линии, с учетом неравномерности в движении, а также ограничений для короткой продолжительности окон по капитальному ремонту пути составляет примерно по 150 пар поездов в сутки.
Строительство третьего дополнительного главного пути окажет существенное влияние на количественные и качественные показатели эксплуатационной работы магистрали, связанные с освоением возрастающих объемов перевозок. Пропускная способность многопутных линий определяется в зависимости от принятой системы организации движения поездов по главным путям [4]. Существует несколько вариантов системы эксплуатации трехпутных линий, различающихся характером использования третьего главного пути.
При одностороннем движении поездов по третьему пути, когда два пути используются для пропуска поездов одного направления, а по третьему следуют поезда обратного направления (рис. 1, а), наличная пропускная способность рассчитывается отдельно для каждого главного пути в грузовых поездах по формулам (1) и (2). В этом случае итоговая наличная пропускная способность направления с двумя главными путями определяется как сумма пропускных способностей каждого из главных путей.
При использовании третьего пути для двустороннего пропуска поездов (рис. 1, б) его наличная пропускная способность определяется в зависимости от принятого типа графика движения. Итоговая пропускная способность каждого из направлений рассчитывается как сумма пропускной способности главного пути, специализированного для рассматриваемого направления, и пропускной способности третьего пути в данном направлении. В то же время практика показала, что фактический прирост в пропускной способности зависит от 2 на существующей железнодорожной линии в настоящее время 1 главных путей.
При строительстве дополнительно только
р
одного третьего главного пути для железнодорожной линии прирост в пропускной способности по сравнению с двухпутной линией для окон малой продолжительности составляет всего около 30 пар поездов в сутки. Поэтому для существующих методов оценки строительство третьего главного пути для двухпутных линий при малой величине учитываемого прироста в их пропускной способности не осуществлялось, и продолжали эксплуатироваться двухпутные грузонапряженные линии. В течение многих десятилетий Транссибирская магистраль при очень высоких размерах движения все еще практически на всем протяжении остается двухпутной. Трехпутные перегоны в малом количестве имеются лишь в городах с большим пригородным движением: Екатеринбурге, Иркутске, Красноярске в обход города. В Новосибирске несколько десятилетий эксплуатируется двухпутный обход от главного пути через Инскую.
Высокая грузонапряженность двухпутных железнодорожных линий приводит к усиленному износу верхнего строения пути (ВСП). Это стало приводить к необходимости частой его замены с полным перерывом в движении, что вызывало длительные задержки поездов в пути следования. Чтобы не допустить крупных потерь в эксплуатационной работе, перерывы в движении поездов на ремонтируемом главном пути в прошлом составляли 4, 6, а затем и 8 часов, а капитальный ремонт пути осуществлялся только в дневное время суток.
В то же время в связи с техническими достижениями в работе путейцев на железнодорожном транспорте на современном этапе стали внедрять на практике более совершенную технику, обеспечивающую высокое качество выполнения работ по капитальному ремонту пути. Однако данная технология выполнения капитального ремонта пути сразу на всем перегоне потребовала внесения в график движения окон большой продолжительности, с полным перерывом в движении грузовых и пассажирских поездов.
Длительный перерыв в движении по ремонтируемому главному пути вызывает значительные потери в его пропускной способности и продолжительные задержки в движении грузовых и пассажирских поездов. Кроме того, перерывы в движении на перегоне однопутной железнодорожной линии вызовут резкое ухудшение в характере функционирования экономической и хозяйственной деятельности региона. Поэтому для однопутных железнодорожных линий окна большой продолжительности на несколько суток не выделяются в графике движения.
В связи с внедрением в практику достижений путейцев и организацией капитального ре-
монта пути на более высокой качественной основе в случае внедрения окон большой продолжительности, необходимо установление их влияния на величину пропускной способности перегонов и участков магистральных линий при наличии на них 1, 2 и 3 главных путей.
Необходимость выполнения капитального ремонта на одном главном пути влияет на пропускную способность смежных главных путей. При этом продолжительность окон влияет как на размеры движения, так и на возможный характер функционирования хозяйственной деятельности в целом для всей страны.
При малой продолжительности окон, примерно по 6-8 часов, на двухпутной линии в последующем в данные сутки могут быть беспрепятственно пропущены все ранее задержанные грузовые поезда. При этом не произойдет общих длительных сбоев в работе транспорта, что не ухудшит экономической и хозяйственной деятельности предприятий страны.
С увеличением продолжительности окон сверх 8-12 часов не все поступающие грузовые поезда могут быть пропущены по магистральной железнодорожной линии в течение данных суток. Длительные задержки значительной части поездов при наличии продолжительных окон ухудшат экономическую и хозяйственную деятельность предприятий, обслуживающих данную зону. Поэтому для большой продолжительности окон пропускная способность двухпутной линии будет равна её величине при организации пакетного двустороннего движения по ремонтируемому перегону. При этом в случае организации пакетного движения в обоих направлениях по одному главному пути ремонтируемого перегона обеспечивается пропуск не более 60 пар поездов в сутки [4]. Малой величины прирост в пропускной способности ремонтируемого перегона значительно снижает возможности двухпутной железнодорожной линии в перевозке заданных объемов.
Для более точной оценки эффективности затрат в развитие средств транспорта в случае ввода в строй дополнительного пути на магистральной железнодорожной линии вместо существующего показателя пропускаемых по данному главному пути поездов следует ввести показатель дополнительное число пропущенных поездов по данной магистральной линии после ввода в эксплуатацию нового главного пути с учетом порядка проведения окон большой продолжительности.
Величина данного показателя может быть определена по формуле
^ -у, (3)
£—»А Т проп Л- » проп ¿—I ' проп
где X- суммарная пропускная способность рассматриваемой магистрали с учетом ввода в эксплуатацию дополнительного главного пути для окон большой продолжительности; X- суммарная пропускная способность рассматриваемой магистральной линии для существующего технического оснащения линии с учетом выделения в графике движения окон большой продолжительности для выполнения работ по капитальному ремонту пути.
Для различного начального числа главных путей на магистрали данные технико-экономические показатели будут определяться следующим образом.
При строительстве новой однопутной железнодорожной линии на ней возможно выделять в графике движения окна по капитальному ремонту пути продолжительностью не более 8 часов. Данная однопутная линия для большого количества раздельных пунктов при наличии автоблокировки обеспечивает пропускную способность в пределах до 25-30 пар поездов в сутки. При этом пропуск высоких размеров движения будет связан с длительными задержками поездов на стоянках под скрещением, а также в случае выделения в графике движения окон по капитальному ремонту пути однопутной железнодорожной линии.
Строительство сплошного второго пути позволяет значительно повысить пропускную способность магистральной вначале однопутной линии. В нормальных условиях при наличии высокого качества управления суммарная максимальная пропускная способность двухпутных железнодорожных линий может составлять 180 пар поездов в сутки. С учетом неравномерности в движении и наличия дополнительных затрат на технический осмотр устройств и ремонт пути в практической деятельности удавалось обеспечивать на двухпутной линии пропуск до 150 пар поездов в сутки.
В то же время для выполнения работ по капитальному ремонту пути на современном этапе необходимо в графике движения выделять окна продолжительностью до 10 суток. В этот период при капитальном ремонте пути только одного перегона на всей магистрали фактическое число пропущенных грузовых поездов резко снижается, вследствие чего результирующая пропускная способность железнодорожной линии в целом имеет малую величину. Практика и технико-экономические расчеты показали, что для перегонов в 20 км для наличия 5 поездов в пакете по двухпутной железнодорожной линии осуществляется пропуск только около 60 пар поездов в сутки.
Если размеры движения превышают пропускную способность двухпутной железнодорожной линии при наличии длительных окон, то в практических условиях эксплуатации избыточное число поездов обычно направляется на параллельный ход большей протяженности или имеющий худшее техническое оснащение с высокой себестоимостью перевозок. Так, для Западной Сибири значительная часть потока грузов вместо Транссибирской магистрали в настоящее время направляется на параллельную двухпутную Среднесибирскую магистраль.
Данное сравнение для однопутных и двухпутных линий показывает также, что окна большой продолжительности вызывают значительное снижение в пропускной способности двухпутных линий. Вследствие этого строительство сплошного второго пути вызывает в летний период малый прирост в пропускной способности двухпутной железнодорожной линии, по сравнению с однопутной всего на 30-40 пар поездов в сутки.
Кроме того, следует учитывать, что по двухпутной железнодорожной линии с увеличением размеров движения происходит значительный рост эксплуатационных расходов, вызванных увеличением задержек грузовых поездов, вследствие ограничений в пропускной способности при капитальном ремонте пути, а также в случае возникновения неожиданных отказов в работе железнодорожных устройств.
Коренные изменения в эксплуатационной работе железнодорожного транспорта происходят в случае строительства на двухпутной магистрали сплошного третьего пути. При наличии третьего пути возможно легко и оперативно менять специализацию главных путей для пропуска поездов четного и нечетного направлений, а также грузовых и пассажирских поездов.
На трехпутной линии возможно беспрепятственно осуществлять выполнение капитального ремонта на любом главном пути и выделять в графике движения окна большой продолжительности, до 10 суток и более. Для двух других главных путей в такие периоды возможно беспрепятственно осуществлять пропуск повышенных размеров движения. В случае минимального интервала в 8 минут при капитальном ремонте одного главного пути по данному перегону теперь уже трехпутной железнодорожной линии возможно беспрепятственно осуществлять пропуск до 150-160 пар поездов в сутки. С учетом неравномерности для суммы грузовых и пассажирских поездов по трехпутной железнодорожной линии возможно обеспечивать прирост в пропускной способности по сравнению с двухпутной магистралью почти на
100 пар поездов в сутки. Этот прирост в пропускной способности при наличии строительства сплошного третьего пути позволяет в наибольшей степени осваивать повышенные объемы перевозок с высокой скоростью движения поездов.
Следует также учитывать, что при капитальном ремонте одного главного пути и наличии двух свободных путей движение грузовых и пассажирских поездов происходит беспрепятственно и практически без задержек. За счет значительного роста скорости движения повышенного числа поездов это увеличивает эффективность использования сплошного третьего главного пути при организации капитального ремонта двухпутной железнодорожной линией.
На рис. 2 пример показывает, что в случае выделения в графике движения длительных окон для капитального ремонта пути при строительстве сплошного третьего пути обеспечивается наибольший реальный прирост в пропускной способности для магистральной железнодорожной линии. Этим достигается общее улучшение экономических показателей работы железнодорожного транспорта: как в росте реальной пропускной и провозной способности магистральной линии, так и в сокращении затрат, связанных с временем нахождения поездов и вагонов в пути следования. Полученные данные могут быть использованы в оценке вариантов развития сети железных дорог России.
100
35
25
Рис. 2. Изменение величины прироста в пропускной
способности при добавлении главного пути для имеющегося начального технического оснащения магистральной линии: 1, 2, 3 - дополнительные главные пути на магистрали
Вышеизложенную особенность увеличения провозной способности двухпутной железнодорожной линии за счет строительства сплошного третьего пути при наличии длительных окон необходимо использовать в первую очередь на двухпутной в настоящее время Транссибирской маги-
страли. Высокие размеры движения на ней не позволяют в дальнейшем повышать скорость движения пассажирских поездов. Также на ней нельзя реализовать повышенные размеры движения пассажирских поездов на длительную перспективу для полигонов большой протяженности в случае дальнейшего выделения в графике движения окон большой продолжительности. Строительство третьего пути на Транссибе позволяет резко увеличивать провозную способность не только данной железнодорожной линии, но и в целом для всего полигона магистральных дорог. В случае организации работ по капитальному ремонту пути большой продолжительности со всех параллельных линий избыточные грузовые поезда возможно легко направлять на трехпутную магистраль без ограничений. Это будет приводить к значительному ускорению перевозочного процесса грузов и пассажиров в целом для всего железнодорожного транспорта страны.
При укладке дополнительного главного пути и наличии трехпутной Транссибирской магистрали будет достигаться повышенный эффект от её последующей эксплуатации по сравнению с существующим уровнем технического оснащения двухпутной железнодорожной линии за счет следующих факторов.
А) При оценке эффективности капитальных затрат на усиление технического оснащения железнодорожных линий кроме срока окупаемости необходимо учитывать величину прибыли, получаемой на каждый рубль затрат в течение всего срока службы дорогостоящих технических объектов. Величина данной прибыли может быть ориентировочно определена по формуле
гт _ ^Д^^ еж Т сл (4)
П " К '
где ДЭеж - средний ежегодный эффект от данных капитальных затрат в случае эксплуатации дорогостоящих технических объектов;
То, - возможный срок службы данных технических объектов;
К - величина капитальных вложений, связанных с сооружением данного технического объекта.
Малая величина прибыли от капитальных затрат имеет место в случае приобретения подвижного состава, имеющего срок службы всего 10-30 лет. В то же время технические объекты инфраструктуры, и прежде всего дополнительные главные пути, в условиях роста объемов производства имеют бесконечный срок службы. Поэтому от вступления в строй третьего главного пути железнодорожный транспорт будет иметь прибыль
