某礦區(qū)鐵路專用線裝車站方案研究

馮華琦

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，太原 030013)

重載鐵路專用線是鐵路煤炭運輸中集疏運重要的組成部分，對保障國民經濟穩(wěn)步快速發(fā)展具有重要的意義[1-3]。隨著煤炭重載鐵路運輸的迅速發(fā)展，對鐵路煤炭重載運輸的安全性、運輸能力、效率提出新的需求，其中，裝車站是承擔重載鐵路安全運輸的關鍵作業(yè)節(jié)點，其站型布置、裝車工藝是否合適，各種股道能力是否匹配，直接影響車站的使用功能及使用效率[4-8]。在地形條件復雜的山區(qū)，裝車站布置方案的選擇對工程投資、工程風險的影響極大。以下以胡家峁裝車站為例，對多種裝車站方案進行研究。

1 工程概況

山西焦煤汾西榮欣礦區(qū)鐵路專用線工程位于山西省呂梁市柳林縣境內，線路自瓦日鐵路留譽站接軌，正線及疏解線全長8.76 km。主要運輸山西焦煤汾西礦業(yè)所屬煤礦及周邊洗煤廠、焦化廠產出的煤焦產品，近、中期運量均為500萬t/a，遠景貨物輸送能力為600萬t/a。

2010年，山西焦煤汾西礦業(yè)集團公司原煤產量突破3 000萬t，精煤產量達1 420萬t。到“十二五”末，原煤產量達6 000萬t/a，原煤入洗能力達6 000萬t/a。項目吸引范圍為汾西礦業(yè)集團控股的賀西、吳家峁以及中泰煤業(yè)所屬部分煤礦等，有很大的煤炭外運需求。

目前，柳林縣煤礦主要依靠孝柳線王家會站裝車，王家會站運力有限，已達車站運輸能力上限。另外，賀西礦距離王家會站需經過30 km公路運輸，汽車運輸耗能高、污染嚴重、成本高，難以提高企業(yè)產品競爭力。

瓦日鐵路是汾西礦業(yè)集團煤炭外運的便捷通道。項目的實施，不僅能夠滿足企業(yè)煤炭外運的運輸需要，提高企業(yè)的經濟效益，從而提升企業(yè)的市場競爭力，同時可以帶動當地經濟的發(fā)展，而且為瓦日鐵路集結貨源，擴大干線鐵路的吸引范圍，為干線鐵路提供充足的貨源保障。

2 沿線自然特征

工程場地位于黃河東側，呂梁中段山西側，屬黃河中游黃土高原地帶，地形起伏較大，地面受流水侵蝕切割劇烈，溝谷縱橫。線路沿線出露地層為第四系全新統(tǒng)人工填土，第四系上更系統(tǒng)風積砂質黃土及黏質黃土，第四系中更新統(tǒng)洪積層黏質黃土、碎石類土，中生界三疊系下統(tǒng)劉家溝組泥巖、砂巖和泥質砂巖。該地區(qū)廣泛分布第四系上更新統(tǒng)風積砂質黃土，層厚0～60 m不等，具濕陷性。濕陷性場地主要為自重濕陷場地，局部黃土層厚較小的區(qū)域為非自重濕陷場地。濕陷等級主要為Ⅱ級，局部黃土層厚較小的區(qū)域為Ⅰ級。濕陷深度一般為10 m左右。

3 接軌站概況

留譽站為瓦日線的中間站，隸屬太原鐵路局集團公司管轄，車站設4條到發(fā)線(含2條正線)，有效長度為1 700 m。該車站瓦塘端預留有專用線引入條件，車站規(guī)模及其他股道布置維持既有不變。

4 運輸組織模式

車站分布方案和位置的選擇是否得當，不僅直接影響著鐵路服務，且影響區(qū)間通過能力和輸送能力。項目建成后，不考慮運行旅客列車，在此前提下，車站分布應考慮運量的需要，同時兼顧地形、地質、各種技術作業(yè)要求[9-12]。目前，該專用線的長度，區(qū)間通過能力可以滿足運量要求，故除接軌站和專用線的裝車站外，不另設其他車站。

胡家峁裝車站的運輸品類較單一，主要為焦煤和電煤，運量為500萬t/a。根據運量特點和接軌運輸通道技術條件，上行為重車方向(接軌站方向)，下行為輕車方向(裝車站方向)。貨物主要通過瓦日鐵路往東經河南、山東到日照出港，部分通過南同蒲線發(fā)往全國各地。所有車流均組織煤炭萬噸整列車流，通過瓦日線或南同蒲線發(fā)往全國各地。

裝車站貨車車輛考慮采用C70型，貨車靜載質量70 t，凈載重系數0.750，這種車型適用于煤炭、礦石重載運輸，屬于鐵路重載運輸中的成熟車型。胡家峁站日均裝車近、遠期均為240輛，日均組織萬噸列車近期3列。

5 裝車站方案研究

瓦日鐵路目前已開行萬噸列車，根據運輸組織需求，裝車站需滿足萬噸列車裝車條件。對于位于山區(qū)的煤炭裝車站，應根據實際情況，對車站及其裝車作業(yè)系統(tǒng)進行研究，才能既適應山區(qū)復雜地形，又滿足車站裝車作業(yè)目標。裝車方式、運輸組織和車站布置的選擇需充分結合裝車機械的工作效率、工程費用和環(huán)保要求[13-16]。

結合裝車站選址范圍內地形地貌及地質條件，根據裝車運輸組織及裝車方式的不同，研究了直線布置軌道式移動裝車系統(tǒng)及環(huán)線布置快速定量漏斗倉裝車系統(tǒng)兩大方案。

5.1 直線布置軌道式移動裝車方案

胡家峁裝車站設到發(fā)場(兼裝車場)及調車場，縱列式布置，采用軌道式移動裝車系統(tǒng)。

到發(fā)場(兼裝車場)設正線1條，機走線1條，兩側各設到發(fā)兼裝車線2條，有效長度為1 050 m；調車場設調車線2條(含正線)，有效長度為900 m。到發(fā)場(兼裝車場)及調車場可接發(fā)萬噸列車及5 000 t列車，萬噸列車通過裝車場及調車場解編進行裝車作業(yè)。裝車場兩側分別設20.5 m、18 m寬移動裝車機站臺2座，每條裝車線可停放5 000 t整列，每側裝車機均可負責臨近2股車輛裝車。到發(fā)場及調車場可接發(fā)萬噸列車及5 000 t列車，可滿足重車在進入留譽站前有站內等待發(fā)車條件。

裝車采用調車作業(yè)方式，當萬噸整列到達后，停在其中一條到發(fā)線上，本務機車摘鉤后，利用另一條到發(fā)線折返取走組合好的萬噸列車，調車機將萬噸整列分解為兩列5 000 t送至裝車線裝車，裝車完畢后再由調車機將兩列5 000 t組合為萬噸列車，停于到發(fā)線上等待本務機車取走。當列車不均衡到達時，可將新到達的列車分解至另外兩條裝車線。

裝車站范圍內站坪寬70 m，(含6股線及2個移動裝車平臺)，長1.5 km，均處于黃土丘陵區(qū)的挖方段落，普遍挖深60～80 m，最大挖深98.6 m。該段黃土屬Ⅱ級自重濕陷性黃土，易發(fā)生地基沉降，施工及運營的工程風險極大。

胡家峁站移動裝車方案平面布置示意見圖1，深路塹典型橫斷面示意見圖2。

圖1 移動裝車方案平面布置示意(單位：m)

圖2 深路塹典型橫斷面(單位：m)

一般情況下，鐵路路塹邊坡高度不宜大于30 m。國內同類工程安全與風險評估經驗，當邊坡高度大于60 m時，邊坡高度每增加一級，其工程造價和安全風險會呈指數級增加。

裝車站沿線廣泛分布黃土，多具濕陷性。為避免地基沉降，根據現(xiàn)場地質條件，對于非自重濕陷性黃土及厚度不大于3 m的自重濕陷黃土，采用基底沖擊碾壓進行地基加固；對于厚度大于3 m的自重濕陷黃土，根據其濕陷層厚度、總濕陷量等情況，采用沖擊碾壓、灰土擠密樁等措施進行地基加固，以滿足路基工后允許沉降值要求。

綜上，該方案存在大范圍深挖邊坡，工程風險極大，工程投資較高，并可能造成大量不必要的后期維護費用，運輸組織較繁瑣，裝車效率較低。

5.2 環(huán)線布置快速定量漏斗倉裝車方案

裝車站采用環(huán)線布置，半徑為300 m。裝車站到達場設2股到發(fā)線，有效長1 700 m。環(huán)線始端設裝車用快速定量漏斗倉。萬噸列車裝車作業(yè)可直到直發(fā)。

裝車站采用環(huán)線型式布置，站坪寬度減少至17.0 m，且裝車環(huán)線設于山地區(qū)域，線路多以隧道、橋梁穿越山地及跨越溝谷，可規(guī)避不良地質工點。路基挖高大幅降低，土石方及擋護工程數量明顯減少，最大限度規(guī)避了工程風險。

胡家峁站環(huán)線裝車方案平面布置示意見圖3，深路塹典型橫斷面示意見圖4。

圖3 環(huán)線裝車方案平面布置示意(單位：m)

圖4 深路塹典型橫斷面(單位：m)

鐵路快速定量裝車系統(tǒng)采用PLC技術、數字化儀表技術、高精度稱量技術，能夠對整個裝車過程的全面監(jiān)控，單節(jié)車廂裝車時間小于45 s，實現(xiàn)了快速精確裝車，極大地提高裝車自動化程度。環(huán)線裝車具有速度快、運輸組織效率高、能夠適應重載鐵路裝車站車流組織及作業(yè)方式等優(yōu)點，其作業(yè)流程簡便，能縮短作業(yè)時間、加快車輛周轉、提高運輸效率、簡化裝車站平面結構。

綜上，該方案工程風險小、運營期安全隱患少，運輸組織效率高，用地范圍小，投資較省。

5.3 方案優(yōu)缺點分析和推薦意見

各方案高路堤和深路塹工程規(guī)模對比見表1，主要技術經濟比較見表2，裝車站的優(yōu)缺點分析見表3。

表1 高路堤和深路塹工程規(guī)模對比

表2 主要技術經濟比較

表3 優(yōu)缺點比較分析

綜合以上分析，胡家峁裝車站采用環(huán)線裝車方案后，由于站坪寬度減小，邊坡開挖深度顯著降低，施工及運營的工程風險將大為減少。同時，還可減少工程用地范圍，節(jié)約工程投資。運營期可實現(xiàn)快速定量漏斗倉裝車，萬噸列車裝車作業(yè)可直到直發(fā)，運輸組織便捷高效。

另外，裝車站地處山區(qū)，地形困難，地質條件復雜。在滿足裝車站各項使用功能的前提下，環(huán)線裝車方案能較好適應地形條件，有效的避繞工程風險點。

6 結論

(1)在鐵路的設計和建設中，因地制宜布置裝車站及配套工藝，在滿足運輸組織高效便捷、安全可靠性及經濟合理性等方面至關重要。

(2)在工程條件允許的前提下，從發(fā)展的角度來看，重載鐵路采用環(huán)線裝車方式在各方面普遍優(yōu)于其他裝車方式。