澳大利亞皮爾巴拉礦區(qū)重載鐵路總體設(shè)計(jì)

趙振剛

中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250022

1 工程概況

澳大利亞皮爾巴拉礦區(qū)重載鐵路位于西澳洲北部，北起黑德蘭港口，向南穿越濱海平原，跨越齊切斯特山脈后折向東，延伸至皮爾巴拉礦區(qū)。該鐵路經(jīng)過(guò)濱海平原、山區(qū)和山谷區(qū)。濱海平原與山谷區(qū)地形較為平坦，山區(qū)地形起伏相對(duì)較大。

該鐵路為貨運(yùn)專(zhuān)線，專(zhuān)門(mén)運(yùn)輸?shù)V區(qū)的鐵礦石和礦粉至港口。一期工程正線全長(zhǎng)330 km，設(shè)計(jì)年運(yùn)量4 500 萬(wàn)t；二期工程正線延長(zhǎng)至398 km，設(shè)計(jì)年運(yùn)量9 000 萬(wàn)t。礦區(qū)至港口為重車(chē)方向，港口至礦區(qū)為輕車(chē)方向。線路沿線多為戈壁，植被樹(shù)木較少，無(wú)居民定居點(diǎn)。

2 鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

正線為單線，軌距1 435 mm，設(shè)計(jì)軸重37 t。設(shè)計(jì)速度：重車(chē)方向80 km∕h，輕車(chē)方向75 km∕h。濱海平原及山谷區(qū)限制坡度：重車(chē)方向2‰，輕車(chē)方向10‰。山區(qū)限制坡度：重車(chē)方向3.3‰，輕車(chē)方向15‰［1］。

采用GE AC6000 型內(nèi)燃機(jī)車(chē)牽引，牽引質(zhì)量3.5 萬(wàn)t［2-3］。列車(chē)編組為3 臺(tái)GE AC6000 機(jī)車(chē)+240 輛敞車(chē)，列車(chē)標(biāo)稱(chēng)長(zhǎng)度為3×24+240×10.5=2 592 m。到發(fā)線有效長(zhǎng)度3 000 m。閉塞類(lèi)型為自動(dòng)站間閉塞［4］。

3 運(yùn)輸組織及運(yùn)輸設(shè)備布局

3.1 運(yùn)輸組織

全線運(yùn)輸組織由設(shè)于港口的中央控制中心遠(yuǎn)程控制。一期配屬23 臺(tái)機(jī)車(chē)和1 260 臺(tái)鐵礦運(yùn)輸車(chē)輛。車(chē)輛質(zhì)量為21.5 t，載貨總質(zhì)量為148 t［5］。列車(chē)一趟周轉(zhuǎn)時(shí)間為24 h，一期開(kāi)行列車(chē)5 對(duì)∕日，二期開(kāi)行列車(chē)10 對(duì)∕日。車(chē)輛采用旋轉(zhuǎn)車(chē)鉤，翻車(chē)機(jī)卸車(chē)時(shí)不需摘車(chē)鉤［6］。

3.2 運(yùn)輸設(shè)備布局

在礦區(qū)設(shè)置裝車(chē)環(huán)線，在港口設(shè)置卸車(chē)環(huán)線和編組站，沿線設(shè)4 個(gè)無(wú)人值守會(huì)讓站，平均站間距約70 km。裝車(chē)環(huán)線設(shè)置裝車(chē)倉(cāng)，卸車(chē)環(huán)線配置雙車(chē)翻車(chē)機(jī)，編組站設(shè)置機(jī)車(chē)、車(chē)輛檢修車(chē)間和工務(wù)綜合維修基地。工務(wù)綜合維修基地設(shè)2 條大型養(yǎng)路機(jī)械停留線、長(zhǎng)軌條焊接存放場(chǎng)和波紋鋼管存放場(chǎng)。為便于施工及養(yǎng)護(hù)維修，全線不設(shè)隧道。

4 重點(diǎn)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)

路基、橋梁設(shè)計(jì)使用年限50 年，涵洞設(shè)計(jì)使用年限20年，設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)開(kāi)展定期和常規(guī)維護(hù)。

4.1 線路設(shè)計(jì)

濱海平原與山谷區(qū)、山區(qū)正線平面設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 正線平面設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 正線縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)

注：所有變坡點(diǎn)均設(shè)置圓曲線形豎曲線。

4.2 軌道設(shè)計(jì)

采用68 kg∕m 長(zhǎng)50 m 的無(wú)孔新軌，在綜合維修基地采用閃光接觸焊焊接為400 m 的長(zhǎng)軌條，運(yùn)到工地后再焊接為跨區(qū)間無(wú)縫線路［7-8］。為減少鋼軌磨耗，改善輪軌關(guān)系，運(yùn)營(yíng)期間采用大型養(yǎng)路機(jī)械和不落輪鏇床定期對(duì)鋼軌和車(chē)輛輪對(duì)進(jìn)行打磨。

為適應(yīng)37 t軸重要求，采用預(yù)應(yīng)力混凝土枕，軌枕長(zhǎng)度2.6 m，間距670 mm，軌枕混凝土最小抗壓強(qiáng)度50 MPa。扣件采用潘多拉E型扣件。

道床材質(zhì)符合AS 2758.7—2009《鐵路道砟骨料》要求，總的壓碎值和濕磨損值符合AS2758.7 中H 級(jí)要求。道床厚度250 mm，可根據(jù)需要增加厚度。道床砟肩寬度300 mm，曲線段根據(jù)需要加寬。

4.3 路基設(shè)計(jì)

直線段路基面頂寬6.6 m；線路平面曲線半徑大于3 000 m時(shí)，路基面頂寬6.6 m；半徑小于等于3 000 m時(shí)路基面頂寬7.0 m?；脖韺幼钚『穸龋郝返潭?50 mm，路塹段350 mm［9］。

路堤段采用直線形邊坡，路塹段設(shè)邊坡平臺(tái)。各工況路基邊坡坡率及邊坡平臺(tái)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 路基邊坡坡率及邊坡平臺(tái)參數(shù)

填普通土路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。填巖石路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)壓實(shí)方式確定。

表4 壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

濱海平原區(qū)路基應(yīng)對(duì)沿海淤泥地基進(jìn)行處理，防止不均勻沉降。山谷區(qū)及山區(qū)路基根據(jù)地質(zhì)情況采用合理的施工方案。路基邊坡至設(shè)計(jì)水位的安全高度采用0.5 m。

4.4 橋涵設(shè)計(jì)

4.4.1 橋涵水文設(shè)計(jì)

沿線年平均降雨量250 mm，有時(shí)日降雨量就達(dá)到250 mm。沖溝較少，水流呈片狀從山上流下。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)置足夠的涵洞排水，既要滿(mǎn)足排洪要求，防止鐵路阻水被水淹，又要盡量不改變既有徑流，保證下游生物的生存需要。

水文設(shè)計(jì)采用澳大利亞降雨量和徑流標(biāo)準(zhǔn)。橋梁設(shè)計(jì)水位按50年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。根據(jù)橋址處地形，橋梁梁體等上部建筑至設(shè)計(jì)水位的最小高度采用0.5～1.0 m。

涵洞設(shè)計(jì)最大流量大于50 m3∕s時(shí)，設(shè)計(jì)水位采用50 年一遇，按100 年一遇水位進(jìn)行檢算。涵洞設(shè)計(jì)最大流量小于等于50 m3∕s 時(shí)，設(shè)計(jì)水位采用20 年一遇，按50 年一遇水位進(jìn)行檢算。涵洞處設(shè)計(jì)水深不能超過(guò)涵洞直徑的1.5倍。

4.4.2 橋梁設(shè)計(jì)

橋梁設(shè)計(jì)按澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 5100—2004《橋梁設(shè)計(jì)》執(zhí)行，設(shè)計(jì)軸重采用37 t。為方便軌道檢查和養(yǎng)護(hù)，橋梁兩側(cè)設(shè)人行道板，橋上軌道不設(shè)護(hù)輪軌。橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為下承式鋼梁橋，鋪設(shè)預(yù)制混凝土橋面板。橋面板道砟槽寬度為4.28 m。橋面板兩側(cè)設(shè)人行道欄桿，欄桿間寬度為5.88 m。采用鋼制橋墩，部分橋墩用混凝土填充，以增加穩(wěn)定性。鋼梁采用25 m標(biāo)準(zhǔn)跨度，橋墩基礎(chǔ)為樁基或擴(kuò)大基礎(chǔ)。樁基采用鋼制樁或混凝土預(yù)制樁。

對(duì)于跨越重要河流的橋梁，因?yàn)榧扔泻拥缹挾仍?～2 km，在水文條件允許的情況下可壓縮河道，以減少橋長(zhǎng)降低工程造價(jià)。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)須考慮耐久性要求。橋頭錐體、導(dǎo)流堤碼砌塊石進(jìn)行防護(hù)。

4.4.3 涵洞設(shè)計(jì)

涵洞均采用波紋鋼管制作，最小直徑600 mm。鋼管厚1.6～3.5 mm。設(shè)計(jì)施工中要注意防止土壤和鹽分對(duì)鋼管的侵蝕。每12 年清淤養(yǎng)護(hù)一次。鋼管侵蝕失效與填料、壓實(shí)度有關(guān)，施工時(shí)一定要采用規(guī)定的填料，達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

4.5 站場(chǎng)設(shè)計(jì)

4.5.1 站場(chǎng)設(shè)計(jì)方案

1）平面設(shè)計(jì)。車(chē)站到發(fā)線有效長(zhǎng)度3 000 m；環(huán)線中重車(chē)線最小曲線半徑800 m，空車(chē)線最小曲線半徑600 m；各緩和曲線長(zhǎng)度均采用20 m；夾直線最小長(zhǎng)度一般為50 m，困難條件下可采用30 m；道岔間插入的短軌長(zhǎng)度為25 m；到發(fā)線的線間距5 m，支線及其他線的線間距8 m，設(shè)有檢修通道的兩線間線間距10 m。

2）縱斷面設(shè)計(jì)。為防止車(chē)輛溜逸，到發(fā)線采用凹形縱斷面。到發(fā)線有效長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)計(jì)坡度一般條件下不大于1‰，困難條件下不大于1.5‰。車(chē)站咽喉區(qū)坡度不大于1.5‰。

3）安全隔開(kāi)設(shè)備設(shè)計(jì)。根據(jù)澳大利亞鐵路安全法和工業(yè)及基礎(chǔ)設(shè)施部的要求，各會(huì)讓站南端咽喉設(shè)置安全線1 條，脫軌道岔1 組；在裝車(chē)站裝車(chē)倉(cāng)、卸車(chē)站翻車(chē)機(jī)兩側(cè)及其他需要的地方設(shè)置脫軌道岔。

4）道岔選擇。正線采用20 號(hào)可動(dòng)心軌轍叉單開(kāi)道岔。車(chē)場(chǎng)及側(cè)線內(nèi)重車(chē)側(cè)向通過(guò)的道岔采用12 號(hào)可動(dòng)心軌轍叉單開(kāi)道岔，其他道岔采用12號(hào)固定轍叉單開(kāi)道岔。

4.5.2 站場(chǎng)布置

全線共設(shè)車(chē)站7 座（含裝、卸車(chē)站），如圖1所示。

圖1 車(chē)站分布示意

1）裝車(chē)環(huán)線。在礦區(qū)設(shè)置裝車(chē)環(huán)線，道岔直向?yàn)橹剀?chē)方向。裝車(chē)倉(cāng)前線路有效長(zhǎng)度為6 200 m，可停放兩列空車(chē)；裝車(chē)倉(cāng)后線路有效長(zhǎng)度為3 000 m，可停放一列重車(chē)。同時(shí)設(shè)有超裝車(chē)處理線1 條，有效長(zhǎng)度為150 m。機(jī)車(chē)整備線1 條，配置機(jī)車(chē)整備、上油上水等設(shè)備［10］。裝車(chē)環(huán)線平面布置如圖2 所示。其中：R為半徑，l為緩和曲線長(zhǎng)度。

圖2 裝車(chē)環(huán)線平面布置示意（半徑和長(zhǎng)度單位：m）

2）卸車(chē)環(huán)線。在港口設(shè)置卸車(chē)環(huán)線，道岔直向?yàn)橹剀?chē)方向，翻車(chē)機(jī)前后線路有效長(zhǎng)度均大于3 000 m。在港口共規(guī)劃2條卸車(chē)環(huán)線，一期建設(shè)外側(cè)環(huán)線，預(yù)留內(nèi)側(cè)環(huán)線。卸車(chē)環(huán)線平面布置如圖3所示。

圖3 卸車(chē)環(huán)線平面布置示意（半徑和長(zhǎng)度單位：m）

卸車(chē)環(huán)線在翻車(chē)機(jī)處最高，翻車(chē)機(jī)前為坡率0.71‰的上坡，翻車(chē)機(jī)后為坡率0.71‰的下坡。其他地段線路坡率不大于1‰。

3）編組站。在卸車(chē)環(huán)線南側(cè)的直線上設(shè)置編組站，其最外側(cè)道岔與卸車(chē)環(huán)線的最外側(cè)道岔相距約2.0 km。主要辦理列車(chē)會(huì)讓、機(jī)車(chē)和車(chē)輛的保養(yǎng)檢修、軌道大修車(chē)輛的停放等作業(yè)。在車(chē)場(chǎng)外側(cè)設(shè)有軌料存放場(chǎng)、鋼軌焊接機(jī)等設(shè)備存放點(diǎn)。

設(shè)正線1 條，到發(fā)線4 條（一期1 條，二期預(yù)留3 條），調(diào)車(chē)線1 條，車(chē)輛檢修線4 條，機(jī)車(chē)整備線4 條，機(jī)車(chē)走行線1 條，大型養(yǎng)路機(jī)械停留線2 條。編組站平面布置如圖4所示。

圖4 編組站平面布置示意

4）會(huì)讓站。沿線設(shè)4 個(gè)會(huì)讓站。會(huì)讓站設(shè)正線1 條，到發(fā)線1 條，安全線1 條。其中1 個(gè)會(huì)讓站另設(shè)大型養(yǎng)路機(jī)械停留線2 條。會(huì)讓站平面布置如圖5所示。

圖5 會(huì)讓站平面布置示意

會(huì)讓站不設(shè)站房，行車(chē)組織由中央控制中心控制。會(huì)讓站信號(hào)聯(lián)鎖設(shè)備采用太陽(yáng)能供電，不設(shè)電力引入線。

4.6 養(yǎng)護(hù)維修

線路采用機(jī)械化養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)路機(jī)械包括2 臺(tái)道床整形車(chē)，2 臺(tái)搗固車(chē)，2 臺(tái)平板車(chē)，20 臺(tái)道砟車(chē)，4 臺(tái)側(cè)卸車(chē)，1 臺(tái)絞盤(pán)車(chē)，4 臺(tái)空氣壓縮車(chē)，1 臺(tái)移動(dòng)接觸閃光焊軌車(chē)。每?jī)蓚€(gè)月完成一次養(yǎng)路循環(huán)。

在鐵路沿線一側(cè)修建道路，供工程施工和養(yǎng)護(hù)維修使用。路面寬7 m，設(shè)計(jì)速度80 km∕h，最大坡度7.5%。為減少工程投資，道路沿地形設(shè)置，采用土路面，道路沿途深溝處設(shè)置涵洞。簡(jiǎn)易道路每?jī)蓚€(gè)月保養(yǎng)一次。

5 結(jié)語(yǔ)

鐵路運(yùn)輸重載化是提高鐵路運(yùn)輸能力和運(yùn)輸效率的重要方法。重載鐵路總體設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸需求和地形地質(zhì)條件，合理選擇鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)籌考慮移動(dòng)設(shè)備和固定設(shè)備配置，優(yōu)化運(yùn)輸組織，提高運(yùn)輸效率，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)的整體優(yōu)化。