重載組合式列車卸車站平面布置方案研究

徐蕾杰

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 站場設(shè)備設(shè)計研究院，北京 102600)

重載運輸是采用大功率機車和大軸重車輛、擴大列車編組，達到提高運量目的的運輸方式。目前，將滿足列車牽引質(zhì)量8 000 t 及以上、軸重270 kN 及以上，至少150 km 線路區(qū)段上年運量大于4 000 萬t的3 項條件中2 項的鐵路定義為重載鐵路[1]。重載鐵路貨車車型以及車輛的編組形式相對固定，具有運量大、效率高、成本低等特點，對于運輸煤炭、礦石等大宗貨物極具優(yōu)勢。重載鐵路卸車站作為點、線運輸網(wǎng)絡(luò)中的最后一個環(huán)節(jié)，多位于港口、電廠等貨物集中到達地區(qū)，與卸車地貨物輸送系統(tǒng)相連，是鐵路與水運、公路等其他運輸方式互聯(lián)互通的關(guān)鍵節(jié)點，其車站能力及規(guī)模與貨運量匹配程度，對整個運輸系統(tǒng)效率起到至關(guān)重要的作用。為此，分析重載組合式列車卸車站平面布置方案影響因素，研究重載組合式列車卸車站平面布置方案，并結(jié)合實例，探討調(diào)機及本務(wù)機2 種牽引卸車作業(yè)模式下車站平面布局圖型。

1 重載組合式列車卸車站平面布置方案設(shè)計

1.1 影響因素分析

重載組合式列車卸車站平面布置方案與貨物運輸組織模式、站內(nèi)主要技術(shù)作業(yè)內(nèi)容、卸車站能力3 個因素有關(guān)，只有車站布局及設(shè)施布置方案適應(yīng)重載貨物列車作業(yè)特點、與運輸需求相匹配，才能充分發(fā)揮卸車站作業(yè)能力。

（1）貨物運輸組織模式。重載列車開行模式根據(jù)貨源、貨流的組織情況，可以分為單元式、整列式和組合式3 種。其中，單元式重載列車為固定列車單元，機車、車輛組合固定；在裝卸過程中，機車、車輛不摘鉤，列車運行途中無調(diào)車作業(yè)，車輛沿途不進行檢修，列車定期整列進段，在列車編組中順次換掛一定數(shù)量檢修后的車輛，以此使列車中的車輛輪流得到檢修。因此，單元式重載列車機車和車輛均需要在裝卸車站進行機車整備及車輛檢修作業(yè)，裝卸車站需考慮設(shè)置機務(wù)段及車輛段。整列式重載列車與普通貨物列車類似，適用于繁忙干線改造，存在列車解體、編組作業(yè)，列車運行徑路中需設(shè)置編組站或編組場。組合式重載列車由同一方向上的貨物列車首尾相連，不要求固定機車車輛，機車分別掛于列車頭部和中部，運輸組織靈活，存在列車組合、分解作業(yè)，車輛沿途不進行檢修。因此，組合式列車需要在裝卸車站內(nèi)進行組合、分解作業(yè)，車站到發(fā)場布置形式需根據(jù)列車組合方案和機車連掛模式設(shè)置腰岔，同時到發(fā)場需考慮設(shè)置機走線以滿足組合列車中部機車出入段及連掛作業(yè)的需要。另一方面，與單元式列車裝卸站類似，站內(nèi)需設(shè)置機務(wù)段及車輛段完成機車整備和列車檢修作業(yè)。

（2）站內(nèi)主要技術(shù)作業(yè)內(nèi)容。重載組合式列車無編組作業(yè)，卸車站內(nèi)主要技術(shù)作業(yè)內(nèi)容包括列車到達，煤炭、礦石等大宗貨物卸車，卸后空車檢修集結(jié)以及列車出發(fā)等作業(yè)。主要作業(yè)流程為：①組合列車到達重車到達場，進行技術(shù)檢查、貨運檢查、票據(jù)交接等到達技術(shù)作業(yè)；②本務(wù)機或調(diào)機牽引列車至卸車場進行卸車作業(yè)，卸后空車由本務(wù)機或調(diào)機牽引入段檢修或進入空車出發(fā)場進行集結(jié)、列檢和出發(fā)作業(yè)[2]。由列車技術(shù)作業(yè)流程可知，在設(shè)施方面，重載組合式列車卸車站需設(shè)置到發(fā)線、卸車線、機待線、邊修線等設(shè)施用于滿足列車到發(fā)、卸車、車輛檢修等作業(yè)需求。作業(yè)量大的情況下，需設(shè)置機務(wù)段和車輛段滿足機車車輛整備檢修作業(yè)。在設(shè)備方面，卸車站需考慮翻車機、卸煤坑等設(shè)備，用于煤炭、礦石貨物卸車作業(yè)。

（3）卸車站能力。重載組合列車卸車站能力主要由車站通過能力和卸車能力決定。其中，車站通過能力與到發(fā)線數(shù)量和到發(fā)作業(yè)時分有關(guān)，卸車能力與卸車線數(shù)量及翻卸一列車所需要的時間有關(guān)。以環(huán)形式卸車站為例，利用翻車機設(shè)備，一次貨物列車到達卸車作業(yè)中，卸車作業(yè)時間共需165 min，占據(jù)整體作業(yè)時間一半以上[3]。因此，卸車能力為主要瓶頸制約因素。根據(jù)運輸需求合理確定到發(fā)線和卸車線數(shù)量，能夠充分發(fā)揮卸車站能力，避免產(chǎn)生能力過?；虿蛔愕那闆r。

車站到發(fā)線、卸車線能力計算一般采用公式[4]為

式中：N為一晝夜卸車站股道能力，列/d；T為一晝夜卸車站股道能進行作業(yè)的時間，min；t固為一晝夜各項固定作業(yè)占用時間，min；t為一晝夜辦理到發(fā)作業(yè)或卸車作業(yè)平均占用時間，min；r空為空費系數(shù)。

卸車線數(shù)量還需要與采用的卸車設(shè)備性能、作業(yè)能力及數(shù)量相匹配。目前，我國重載鐵路主要采用翻車機卸車。翻車機系統(tǒng)包括翻車機、重車調(diào)車機、空車調(diào)車機、遷車臺等，具有機械化程度高、卸車能力強、對環(huán)境污染小等優(yōu)勢。對于不同型號、性能的翻車機，其作業(yè)能力有所不同，單翻翻車機年卸車量約為600 萬t，雙翻翻車機年卸車量約為1 000 萬t，三翻翻車機年卸車量可達2 500 萬～3 000 萬t。根據(jù)貨運量，可采用不同類型翻車機或其組合，對應(yīng)的卸車線數(shù)量及車站咽喉布置形式也有所不同。

1.2 列車車場布置形式

重載組合列車組合方案、機車連掛模式主要有2類：①重載萬噸組合列車由前、中部各1 臺機車牽引5 000 噸列車連掛而成；②2 萬噸列車有“1+2+1”(列車前部1 臺SS4機車，中部2 臺SS4機車重聯(lián)牽引，尾部連掛1 臺SS4機車)和“1+1+可控列尾”(一臺HXD機車牽引萬噸列車和另一臺HXD機車牽引萬噸列車組合，尾部加可控列尾)等連掛模式。

為適應(yīng)組合列車中部機車出入段及連掛作業(yè)，到發(fā)線的布置宜采用2 條重車線或2 條空車線中間夾1 條機走線的布置形式，重車線或空車線夾機走線形成線束，本務(wù)機利用機走線出入機務(wù)段[5]。同時，基于組合列車需要在到發(fā)場進行重車到達分解及空車組合發(fā)車作業(yè)，每束到發(fā)線和機走線間適當位置應(yīng)設(shè)置中間腰岔，方便機車編掛，保證靈活性。腰岔與腰岔間的有效長度根據(jù)列車組合方案、機車連掛模式和列車牽引質(zhì)量確定[6]。重載組合式列車組合、分解車場布置示意圖如圖1 所示。

1.3 卸車站基本平面布置

采用翻車機卸車的重載組合式列車卸車站，根據(jù)作業(yè)量、地形條件、翻車機和卸車線的設(shè)置情況，可以分為盡頭式和環(huán)形式2 種基本平面布置圖型。

（1）盡頭式。盡頭式卸車站適用于作業(yè)量不大，地形條件受限的港口或地區(qū)。到發(fā)場與卸車場縱列式布置，車站盡頭設(shè)翻車機和移車臺。到發(fā)場主要進行列車到發(fā)及組合分解作業(yè)，卸車場進行卸車作業(yè)。盡頭式卸車站基本布置圖型如圖2 所示。卸車場1 道、5 道為空車線，2 道、4 道為重車線，3 道為機車走行線。由于車站作業(yè)量小，設(shè)機待線和邊修線各1 條。若卸后車輛出現(xiàn)破損，由調(diào)機挑出放入邊修線。車站主要作業(yè)流程為：組合式重車到達到發(fā)場，分解為單元列車后通過調(diào)機或本務(wù)機牽引至卸車場待翻，撥車機將分解后的重車按順序撥入翻車機摘鉤翻卸，翻后空車撥至空車出發(fā)線集結(jié)，經(jīng)技術(shù)檢查作業(yè)后聯(lián)掛本務(wù)機車出發(fā)。盡頭式卸車站布置圖型車場分工細致，專業(yè)性強，適應(yīng)長窄地形，但卸車過程中車輛需進行摘鉤、移車，轉(zhuǎn)場作業(yè)多，作業(yè)效率較低。

（2）環(huán)形式。環(huán)形式卸車站為一級二場橫列式布置，適用于作業(yè)量大、用地條件開闊的地區(qū)。重車到達場與空車出發(fā)場橫列布置，盡端設(shè)卸車環(huán)線。翻車機前后有效長各滿足一個列車單元，以減少進出環(huán)線咽喉端的作業(yè)干擾。為避免咽喉區(qū)過長，重車到發(fā)線與空車到發(fā)線可分束布置。對于較小規(guī)模、只有1 條卸車環(huán)線的卸車站，重車到發(fā)線與空車到發(fā)線咽喉區(qū)可以相互連通，從而更加靈活地運用到發(fā)線[7]。根據(jù)作業(yè)需要，設(shè)機務(wù)段及車輛段。環(huán)形式卸車站基本平面布置圖型如圖3 所示。車站主要作業(yè)流程為：組合重車接入重車到發(fā)場辦理到達作業(yè)、交接作業(yè)并分解為若干個單元列車，本務(wù)機車或調(diào)機牽引重車單元至重車撥車機作業(yè)范圍，進行翻車作業(yè)；本務(wù)機走行至機務(wù)段整備。卸后空車進入翻車機卸車環(huán)線后半段部分，整備后本務(wù)機或調(diào)機將卸后空車牽引至空車出發(fā)場，集結(jié)組成回空列車，經(jīng)列檢、發(fā)車作業(yè)后出發(fā)，卸后待修車輛由調(diào)機挑出進入車輛段[8]。環(huán)形式卸車站布置圖型在翻車機翻車過程中無需將車列摘成單節(jié)車輛，節(jié)省了摘鉤、遷車平臺遷移車輛以及空車集結(jié)時間，作業(yè)效率高。同時，不設(shè)置牽出線及機待線即可完成卸車作業(yè)，列車進路順暢，但占地范圍較大，工程量及投資較高。

圖1 重載組合式列車組合、分解車場布置示意圖Fig.1 Layout diagram of combined and decomposed yard for heavy haul combined train

圖2 盡頭式卸車站基本布置圖型Fig.1 Basic layout of stub-end unloading station

2 實例分析

2.1 運輸需求及卸車站設(shè)備設(shè)施

以一礦區(qū)新建配套重載鐵路工程為例，該工程服務(wù)于企業(yè)鐵礦石外運，是一條礦石專用單線鐵路，兼顧運輸?shù)V區(qū)正常運轉(zhuǎn)的生產(chǎn)生活物資。礦區(qū)計劃開采量約為5 000 萬t/a，由港口運至礦區(qū)的生活物資需求量約0.3 萬t/a。貨物運輸組織方式為開行2 萬噸C80車型重載組合列車，機車連掛方式為“1+2+1”。因此，開行貨物列車共11 對/d，其中9 對礦石列車，2 對運輸生產(chǎn)生活物資。

考慮港口規(guī)劃、地形地貌及港口吞吐能力等條件，遵循符合港區(qū)近遠期規(guī)劃，盡量深入港區(qū)，減少礦石二次倒運距離，盡量減少對港區(qū)既有設(shè)備、設(shè)施的影響，減少周邊既有房屋的拆遷工程等原則，卸車站選址于港口西南側(cè)，與港口輸煤系統(tǒng)相連接。車站周邊地形平坦，僅分布少量村落，無控制因素影響卸車站布置形式。

該車站卸車作業(yè)量大(5 000 萬t/a)，地形條件較為開闊，優(yōu)先考慮環(huán)線式布置站型。根據(jù)貨運量及翻車機卸車能力，考慮采用三翻翻車機2 臺。根據(jù)公式(1)，其中T取1 440 min，r空取0.2，到發(fā)線能力計算中t固取120 min，t取130 min，卸車線能力計算中t固取150 min，t取165 min[9]，求得每條到發(fā)線接發(fā)能力為7 列/d，環(huán)形卸車線卸車能力為6 列/d。車站需設(shè)置到發(fā)線4 條，其中重車線2 條，空車線2條，股道能力利用率約78%；設(shè)卸車線2條，股道能力利用率75%，數(shù)量與翻車機數(shù)量匹配。

根據(jù)組合列車到發(fā)作業(yè)、卸車作業(yè)、機務(wù)整備作業(yè)、車輛檢修作業(yè)和生產(chǎn)生活物資裝車作業(yè)需要，車站設(shè)到發(fā)場，卸車場，機務(wù)所、車輛段和貨場各1 處。

圖3 環(huán)形式卸車站基本平面布置圖型Fig.3 Basic layout of loop unloading station

2.2 卸車站平面布置方案

根據(jù)牽引列車卸車的機車屬性不同，可以分為調(diào)機及本務(wù)機2 種作業(yè)模式。分別考慮調(diào)機牽引和本務(wù)機牽引模式下技術(shù)作業(yè)流程，研究形成以下3個卸車站平面布置方案。

（1）方案1。方案1 為機務(wù)段位于空車出發(fā)場端方案。該方案考慮調(diào)機牽引進行卸車作業(yè)，機務(wù)段、車輛段與到發(fā)場縱列式布置，到發(fā)場采用“兩重車線或兩空車線夾一機走線”布置形式，機務(wù)段重、空車場與機走線相連，本務(wù)機摘機后能夠盡快通過機走線入段整備。翻車機位于卸車環(huán)線中部，前后有效長各滿足1 個列車單元。車輛段位于空車出發(fā)場一側(cè)，便于卸后空車檢修作業(yè)。車站主要作業(yè)流程為：重載組合列車進入卸車站，經(jīng)到達技檢、摘除列尾后分解為3 個列車單元，本務(wù)機摘機經(jīng)機走線進入機務(wù)段整備。調(diào)機牽引單元列車至翻車機前，進行翻車機對位及卸后空車轉(zhuǎn)線，進入出發(fā)場。根據(jù)列檢情況，通過調(diào)車作業(yè)挑出待修車輛送至車輛段，其余車輛經(jīng)過集結(jié)，連掛出段的本務(wù)機，加掛列尾，列檢后發(fā)車，開往礦區(qū)。機務(wù)段位于空車出發(fā)場端方案示意圖如圖4 所示。

（2）方案2。方案2 為機務(wù)段位于重、空車場間方案。該方案到發(fā)場同樣采用“兩重車線或兩空車線夾一機走線”布置形式，機務(wù)段、車輛段布置于重車到達場與空車出發(fā)場間，能夠有效減少機車出入段切割正線作業(yè)干擾。車輛段靠近出發(fā)場，便于卸后空車入段檢修。車站主要作業(yè)流程與方案1 相似，重車到達后本務(wù)機即摘機進入機務(wù)段整備，卸車及空車轉(zhuǎn)線作業(yè)均由調(diào)機牽引進行。卸后空車進入出發(fā)場，挑出待修車扣車，其余車輛集結(jié)后連掛本務(wù)機出發(fā)。機務(wù)段位于重、空車場間方案示意圖如圖5 所示。

（3）方案3。方案3 為機務(wù)段位于卸車環(huán)線端方案。該方案利用本務(wù)機牽引重車進行卸車作業(yè)，機務(wù)段、車輛段、貨場與到發(fā)場橫列式布置。重車到達場不設(shè)置機走線，本務(wù)機利用卸車線走行入段。機務(wù)段設(shè)置于卸車環(huán)線端，可以減少機車入段走行時間。車輛段位于空車出發(fā)場出站端，便于卸后空車入段檢修。車站主要作業(yè)流程為：重載組合列車到達卸車站后進入重車線，經(jīng)列檢后分解為3 個列車單元，由本務(wù)機牽引至翻車機前。本務(wù)機車與翻車機交接后摘鉤，通過卸車環(huán)線進入機務(wù)段整備，重車進行卸車作業(yè)。卸車作業(yè)完成后，機車從機務(wù)段走行至翻車機前交接，連掛卸后空車組進入出發(fā)場。經(jīng)列檢后，待修車被挑出扣車，正常列車經(jīng)集結(jié)、加掛列尾、列檢后出發(fā)，開往礦區(qū)。機務(wù)段位于卸車環(huán)線端方案示意圖如圖6 所示。

（4）方案比選。在上述3 種布置方案中，方案1考慮調(diào)機牽引作業(yè)，機車走行靈活，本務(wù)機能夠盡快進入機務(wù)段整備，周轉(zhuǎn)效率較高。同時，本務(wù)機與調(diào)機分工細致，調(diào)機人員具有專業(yè)性強、操作熟練等優(yōu)勢，操作靈活，作業(yè)成本較低。缺點在于需設(shè)機待線及多設(shè)置1 股機車走行線，以完成機車轉(zhuǎn)頭作業(yè)。方案2 與方案1 相似，考慮調(diào)機牽引作業(yè)，運輸組織靈活，作業(yè)成本較低；機務(wù)段設(shè)置于重、空車場間，能夠減少機車出入段的交叉干擾，減少各項作業(yè)環(huán)節(jié)因作業(yè)交叉出現(xiàn)的等待時間，機車走行距離較短。缺點是需設(shè)置機待線和機車走行線，占地范圍較大，工程投資最高。方案3 考慮本務(wù)機牽引作業(yè)，重車到達場不設(shè)機走線，利用卸車環(huán)線完成機車轉(zhuǎn)頭作業(yè)，無需設(shè)置機待線，列車徑路順暢。方案3 缺點為本務(wù)機需承擔卸車作業(yè)，無法盡快入段整備，本務(wù)機周轉(zhuǎn)時間長?？紤]到長大干線鐵路卸車作業(yè)量大，本務(wù)機長時間作業(yè)將延長機務(wù)人員作業(yè)時間，對人員及作業(yè)成本要求更高。綜上所述，推薦方案1，機務(wù)段位于空車出發(fā)場端方案較為適應(yīng)實際情況及作業(yè)管理模式。

圖4 機務(wù)段位于空車出發(fā)場端方案示意圖Fig.4 Schematic diagram of locomotive depot at departure yard for empty car

圖5 機務(wù)段位于重、空車場間方案示意圖Fig.5 Schematic diagram of locomotive depot between loaded car yard and empty car yard

3 結(jié)束語

重載鐵路運輸是國際公認的鐵路貨運發(fā)展方向，重載組合式列車符合重載鐵路運輸趨向于長編組、大運量方向的發(fā)展需求，其卸車站平面布置方案的合理設(shè)計、與運輸需求的匹配適應(yīng)，能夠充分提高重載鐵路效率及能力。在車站設(shè)計過程中，如何做好車站設(shè)備設(shè)施與運量需求相匹配，充分發(fā)揮車站能力，如何設(shè)計車場形式、段所布局關(guān)系，使車站平面布置方案符合列車運行組織特點，確保列車徑路順暢、技術(shù)作業(yè)過程流暢，是最大化車站作業(yè)效率和能力的關(guān)鍵。研究影響重載鐵路組合式列車卸車站設(shè)備設(shè)施數(shù)量及相對布局的各項因素，結(jié)合實例，提出不同牽引作業(yè)模式下，與運輸需求和作業(yè)特點相匹配的卸車站布局形式，比選確定卸車站平面布置最優(yōu)方案，可以為其他重載鐵路卸車站平面布置方案設(shè)計及優(yōu)化提供參考。

圖6 機務(wù)段位于卸車環(huán)線端方案示意圖Fig.6 Schematic diagram of locomotive depot close to unloading loop