太興鐵路白文東專用線方案研究

牛龍飛

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院，山西太原 030013)

1 概述

“富煤、貧油、少氣”以及煤炭資源“北富南貧、西多東少”是我國能源結(jié)構(gòu)的基本現(xiàn)狀。山西是我國的煤炭大省，擁有大同、寧武、河?xùn)|、西山、霍西、沁水6大煤田，煤炭總產(chǎn)能約10億t/a[1]。根據(jù)山西省推進(jìn)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)施方案，到2020年，全省貨物運(yùn)輸結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步優(yōu)化，基本形成大宗貨物運(yùn)輸以鐵路為主的格局，全省重點(diǎn)煤礦企業(yè)全部接入鐵路專用線，煤炭、焦炭鐵路運(yùn)輸比例達(dá)到80%以上[2]。目前，山西省煤炭外運(yùn)通道有以大秦、豐沙大、神朔黃為主的北通道，以太興、石太、瓦日為主的中通道，以太焦、侯月為主的南通道。

白文東專用線工程位于山西省呂梁市臨縣境內(nèi)，是服務(wù)于地方煤炭外運(yùn)的鐵路專用線，直接吸引范圍為呂梁市，區(qū)域路網(wǎng)有太興線、瓦日線、太中銀線。白文專用線接軌于白文東站，白文東站是太興鐵路的中間站，通過白文疏解線與瓦日鐵路白文站連通。擬建專用線接軌后，具備向太原、日照兩個(gè)方向的發(fā)車條件，近、遠(yuǎn)期煤炭發(fā)送量為300萬t/a；貨物流向一是山東省日照港(經(jīng)瓦日線運(yùn)輸)，二是河北省石家莊、保定等地區(qū)的發(fā)電廠(經(jīng)太興線、石太線運(yùn)輸[3])。項(xiàng)目地理位置及運(yùn)輸路徑見圖1[4-5]。

圖1 項(xiàng)目地理位置及運(yùn)輸路徑

在有關(guān)鐵路專用線裝車站的研究中，奚文媛[6]根據(jù)裝車站各項(xiàng)作業(yè)時(shí)分，分析了橫列式、縱列式、環(huán)線式三種站型的裝車能力及適應(yīng)性；張志會(huì)[7]研究了快速定量漏斗裝車塔“偏心”設(shè)置對(duì)裝車站能力的影響；楊玉偉[8]基于不同列車方向及運(yùn)量，提出了環(huán)線裝車及牽出線裝車同時(shí)設(shè)置的方案；張巍[9]結(jié)合重載鐵路的煤炭裝卸自動(dòng)化技術(shù)，提出移動(dòng)裝載機(jī)半列式裝車方案。以往研究多集中在單一車流方向及統(tǒng)一牽引質(zhì)量的裝車站布置，而對(duì)不同車流方向、不同牽引質(zhì)量列車整列到發(fā)的站場(chǎng)布置研究較少。

2 既有線概況

2.1 太興鐵路及白文東站

太興鐵路東端通過太原樞紐與南北同蒲、太焦線、石太線連通，西端與瓦日線白文站、白文線路所連通，設(shè)西張、古東等11個(gè)車站。其中，敦厚、東會(huì)為會(huì)讓站，其余均為中間站，車站到發(fā)線有效長1 050 m[10]。太原-靜游段為雙線電氣化鐵路，靜游-白文段為單線電氣化鐵路，牽引質(zhì)量為5 000 t，最小曲線半徑800 m，限制坡度為6/13‰。2017年最大貨流密度為1 924萬t，主要貨物發(fā)運(yùn)站為古東、古交、鎮(zhèn)城底、嵐縣站，運(yùn)輸能力有較大富裕。

白文東站是太興線上的中間站，車站中心里程為K164+152。共設(shè)有股道4條，其中Ⅰ道為到發(fā)線，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ道為正線(分別為白文北疏解線、太興正線、白文疏解線)，到發(fā)線有效長1 050 m。車站東咽喉設(shè)安全線2條，有效長50 m。車站暫無貨運(yùn)設(shè)施(近年來無貨運(yùn)量)，2018年開通客運(yùn)，客車2對(duì)/d。白文東站平面布置見圖2。

圖2 白文東站平面布置

2.2 瓦日鐵路

瓦日鐵路西起山西省興縣瓦塘鎮(zhèn)，從河南省臺(tái)前縣跨越黃河，進(jìn)入山東省梁山縣，橫穿山東省中西部，東至山東省日照港，是連接我國東西部的重要煤炭資源運(yùn)輸通道。瓦日鐵路為雙線電氣化鐵路，牽引質(zhì)量為10 000 t，部分為5 000 t，最小曲線半徑800 m，限制坡度為6/13‰[11]。2017年，瓦日線瓦塘至洪洞北段最大貨流密度為1 913萬t，設(shè)計(jì)輸送能力為10 855萬t，輸送能力有較大富裕。

2.3 白文疏解線

白文疏解線起自白文東站終至瓦日線白文站，全長4.14 km，全線坡度依次為-1‰、-11‰、-13‰、-5.5‰、-1‰[12]。

3 專用線牽引質(zhì)量選擇

本線是一條運(yùn)輸煤炭的鐵路專用線，牽引質(zhì)量應(yīng)與接軌國鐵線路相匹配，同時(shí)應(yīng)盡量采用大牽引質(zhì)量，以減少機(jī)車周轉(zhuǎn)以及對(duì)區(qū)間通過能力的占用。本線銜接太興、瓦日兩個(gè)方向，其中太興線設(shè)計(jì)牽引質(zhì)量為5 000 t，瓦日線設(shè)計(jì)牽引質(zhì)量為10 000 t，部分為5 000 t。從運(yùn)輸適應(yīng)性分析，瓦日線列車以10 000 t列車為主，在條件允許的情況下，專用線應(yīng)盡量滿足10 000 t列車整列作業(yè)條件；從坡度條件分析，白文疏解線坡度依次為-1‰、-11‰、-13‰、-5.5‰、-1‰，滿足10 000 t列車牽引運(yùn)行條件；從運(yùn)輸組織分析，瓦日線臨縣北站(距白文站12.05 km)具備萬噸列車接發(fā)條件，10 000 t列車可由專用線發(fā)車，到達(dá)臨縣北站，由長子南機(jī)務(wù)段機(jī)車擔(dān)當(dāng)長子南至白文東的機(jī)車交路；從區(qū)間構(gòu)筑物分析，該聯(lián)絡(luò)線橋涵均按“中-活載”設(shè)計(jì)，能夠滿足C64、C70型萬噸列車荷載要求[13]。綜上所述，推薦瓦日線列車牽引質(zhì)量為10 000 t，太興線列車為5 000 t。

4 專用線方案研究

4.1 專用線裝車站選址方案研究

白文東站位于呂梁市臨縣白文鎮(zhèn)，占地面積為18.86 hm2，總投資約1.5億元。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，可行的裝車站選址方案主要有太興線北側(cè)方案(站同左側(cè)方案)以及太興線南側(cè)方案(站對(duì)側(cè)方案)，見圖3。

太興線北側(cè)方案：裝車站設(shè)于站房東側(cè)，省道S218與太興鐵路之間，與既有站呈縱列式布置，線路由車站東咽喉引出進(jìn)入裝車站。該方案地形條件較好，工程投資較省，交通較為便利，瓦日線列車具備直到直發(fā)條件，但太興線列車存在折角運(yùn)輸，且太興線北側(cè)為緩丘地帶，征地難度大，距居民區(qū)較近，不適于煤炭儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的布置。

太興線南側(cè)方案：裝車站布置于站房對(duì)側(cè)(太興鐵路南側(cè))，與既有站呈橫列式布置，與既有站東、西兩咽喉連通，瓦日線、太興線列車均具備直到直發(fā)條件。該方案地形較為復(fù)雜，填挖方量較大，工程投資較多，交通條件較差，但裝車站所在位置多為山地，征地難度小，且距居民區(qū)較遠(yuǎn)，適于煤炭儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的布置。選址方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

圖3 專用線選址方案示意(單位：m)

表1 選址方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

綜上所述，太興線南側(cè)布置裝車站方案運(yùn)輸組織效率較高、與煤炭儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的適應(yīng)性較好，且征地難度小，費(fèi)用低，對(duì)環(huán)境的影響較小。故本次研究推薦太興線南側(cè)裝車站方案[14]。

4.2 影響線路走向的因素

(1)工程地質(zhì)條件

項(xiàng)目所在地為梁峁?fàn)铧S土丘陵地貌，主要形態(tài)有黃土梁、黃土峁。受地表水的侵蝕，溝壑縱橫、沖溝發(fā)育，沿線無不良地質(zhì)分布，特殊巖土主要為填筑土及黃土。

(2)電力高壓線路

臨縣500 kV雙回電力線路與太興線交叉，K164+054線路南側(cè)有高壓桿塔一座(塔高81.65 m，線高50.85 m)，距離白文東站Ⅳ道54.64 m，見圖4。根據(jù)《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB1008—2015)，500 kV電力線路與鐵路交叉時(shí)，塔桿外緣至軌道中心最小水平距離應(yīng)滿足“桿塔長加3.1 m”，無法滿足時(shí)可適當(dāng)減少，但不得小于30 m。

圖4 K164+054線路南側(cè)高壓鐵塔及高壓線

(3)天然氣(煤層氣)管線

某天然氣管路于太興線K162+050附近穿越太興正線(見圖5)。根據(jù)《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(TB10063—2016)相關(guān)要求，需對(duì)天然氣管道進(jìn)行改移。

4.3 站場(chǎng)布置

為滿足環(huán)保要求，防止裝車站揚(yáng)塵污染，發(fā)往石家莊、保定等地的煤炭擬采用集裝箱運(yùn)輸[15]；發(fā)往日照港的列車采用快速定量漏斗倉裝車[16]。根據(jù)車站周邊地形、地物條件，結(jié)合專用線接軌相關(guān)規(guī)定，分別提出10 000 t列車環(huán)線裝車方案、10 000 t列車縱列式裝車方案、10 000 t列車分解裝車方案共3個(gè)站場(chǎng)布置方案。

圖5 臨縣—柳林—臨汾天然氣(煤層氣)管線

(1)10 000 t列車環(huán)線裝車方案(Ⅰ方案)

專用線自白文東站西咽喉引出后向東走行，在白文東站站房對(duì)側(cè)設(shè)專用線裝車站臺(tái)，依次布置到發(fā)線4股(7～10道)，環(huán)線裝車線1股，預(yù)留白文東增設(shè)到發(fā)線的條件。新增5、6道(有效長1 050 m)，與接軌站兩端咽喉連通，6道兼裝車線，外側(cè)設(shè)950 m×30 m×0 m集裝箱裝車站臺(tái)1座[17]。5道為壓岔作業(yè)，有效長1 860 m，具備10 000 t列車直到直發(fā)條件，裝車線采用環(huán)線型式布置，曲線半徑為300 m[18]，漏斗倉布置在直線上，倉前倉后有效長均滿足1 700 m。專用線兩端接軌處設(shè)安全線，有效長50 m(如圖6所示)。10 000 t列車由白文方向接入新建到發(fā)線(壓岔作業(yè))，由本務(wù)機(jī)牽引裝車后回到發(fā)線，完成列檢后發(fā)車，接發(fā)車及裝車過程中無需摘掛機(jī)車。Ⅰ方案貫通線全長4.879 km，新建隧道1.74 km，路基填方36.8×104m3、挖方80.77×104m3，新建涵洞3座/172橫延米，接長涵洞12座/542橫延米，鋪設(shè)有砟軌道7.06 km。

圖6 Ⅰ方案站場(chǎng)平面布置

(2)10 000 t列車縱列式裝車方案(Ⅱ方案)

新建5～8道(功能及布置與Ⅰ方案相同)，取消尾部環(huán)形裝車線，漏斗倉后設(shè)裝車線1條(9道)，機(jī)走線1條(10道)，尾部設(shè)機(jī)回線(如圖7所示)。10 000 t列車裝車后需摘機(jī)，機(jī)車?yán)脵C(jī)走線走行至車尾，牽引列車回到發(fā)線，待列檢后發(fā)車。Ⅱ方案貫通線全長4.058 km，路基填方33.2×104m3，挖方66.58×104m3、新建涵洞4座/231橫延米，接長涵洞12座/542橫延米，鋪設(shè)有砟軌道7.81 km。

圖7 Ⅱ方案站場(chǎng)平面布置

(2)10 000 t列車分解裝車方案(Ⅲ方案)

在白文東站站房對(duì)側(cè)設(shè)專用線裝車站臺(tái)，依次布置到發(fā)線、裝車線6股(7～12道)。裝車站與接軌站兩端咽喉連通，9道外側(cè)設(shè)950 m×30 m×0 m集裝箱裝車站臺(tái)1座，專用線兩端接軌處設(shè)安全線，有效長50 m，直線段設(shè)軌道衡1處，尾部設(shè)機(jī)回線1條，有效長100 m，10道、11道頭部設(shè)跨線快速定量漏斗倉1處。10～12道有效長均大于950 m，滿足5 000 t車輛裝車條件。10 000 t空車由白文方向接入9、12道，拆解為兩個(gè)5 000 t至10道、11道裝車，裝車完畢后，再次組合為10 000 t列車(如圖8所示)。Ⅲ方案貫通線長2.768 km，路基填方50.8×104m3、挖方65.3×104m3，新建涵洞2座/50橫延米，接長涵洞12座/635橫延米，鋪設(shè)有砟軌道7.59 km。

圖8 Ⅲ方案站場(chǎng)平面布置

4.4 方案比選

(1)工程投資

Ⅰ方案工程投資為48 794.31萬元；Ⅱ方案工程投資為41 206.77萬元，較Ⅰ方案少7 587.54萬元；Ⅲ方案工程投資40 231.31萬元。較Ⅰ方案少8 563.0萬元，較Ⅱ方案少975.46萬元，Ⅲ方案工程投資最省。

(2)工程規(guī)模及難易程度

Ⅰ方案鋪軌長7.06 km，控制性隧道長1.7 km，路基土石方117.60×104m3；Ⅱ方案鋪軌長7.81 km，無隧道，路基土石方99.78×104m3，Ⅲ方案鋪軌長7.59 km，無隧道，路基土石方116.1×104m3。Ⅰ方案工程規(guī)模及難度較大，Ⅱ、Ⅲ方案較低。

(3)運(yùn)輸組織

Ⅰ方案：10 000 t列車整列到發(fā)后由機(jī)車牽引裝車，裝車完畢后不需摘掛機(jī)，經(jīng)列檢后即可發(fā)車；Ⅱ方案：10 000 t列車裝車完成后需摘機(jī)，機(jī)車?yán)脵C(jī)走線走行至車尾，牽引列車回到發(fā)線，增加了摘掛機(jī)作業(yè)及單機(jī)走行，運(yùn)輸效率較低；Ⅲ方案：裝車過程中，列車分解組合作業(yè)復(fù)雜、機(jī)車摘掛機(jī)及單機(jī)走行頻繁，裝車效率最低。故Ⅰ方案運(yùn)輸組織效率最優(yōu)。

綜上所述，雖然環(huán)線裝車方案(Ⅰ方案)投資最高，但車站行車組織、機(jī)車周轉(zhuǎn)率等方面較優(yōu)，裝車能力較大，符合建設(shè)單位要求，故推薦環(huán)線裝車方案。

5 結(jié)論

白文東鐵路專用線接軌于太興鐵路白文東站，在既有線南側(cè)新建裝車線及裝車站臺(tái)(采用環(huán)線形式布置)。專用線具備太興線5 000 t列車、瓦日線10 000 t列車整列運(yùn)輸條件，分別采用集裝箱運(yùn)輸、移動(dòng)式裝車系統(tǒng)裝車，裝車效率高，運(yùn)輸組織順暢，符合國內(nèi)煤炭專用線站型布置的發(fā)展趨勢(shì)，有利于煤炭裝卸及運(yùn)輸過程中的揚(yáng)塵防治，滿足區(qū)域煤炭外運(yùn)需求。