恒合源煤炭物流港鐵路專用線接軌及 車站平面布置方案探討

程家興，徐 娜

(中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司 線路站場設(shè)計院，天津 300308)

1 概述

山西省原平市周邊煤炭資源豐富，煤質(zhì)優(yōu)良，埋藏較淺，全市煤炭資源地質(zhì)總儲量29.94億噸，煤炭每年產(chǎn)能在5 600萬t左右，主要供給國家能源集團，以及華南、華東各大電廠，煤炭外運需求十分旺盛。目前，原平市境內(nèi)有朔黃鐵路(朔州—黃驊港)、同蒲鐵路(大同—蒲州鎮(zhèn))、京原鐵路(石景山南—原平)經(jīng)過，但煤炭除少量經(jīng)同蒲鐵路的軒崗站和朔黃鐵路的寧武站實現(xiàn)外運外，大部分采用公路運輸，環(huán)境污染較為嚴(yán)重，經(jīng)常造成交通擁堵。隨著國家環(huán)境保護及“公轉(zhuǎn)鐵”運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整政策的不斷深入，原平地區(qū)正在探索通過建設(shè)鐵路專用線，提高地區(qū)煤炭外運能力，逐漸形成以鐵路為主的格局，將公路運輸逐漸向鐵路轉(zhuǎn)移。通過鐵路組織煤炭集中外運，減少中間環(huán)節(jié)和運輸損耗，不僅可以降低煤炭銷售及運輸成本，而且能夠提高煤炭運輸便利化水平，降低對環(huán)境的污染。

原平市恒合源物流有限公司(以下簡稱“恒合源公司”)是一家專業(yè)煤炭物流公司，主要從事煤炭洗選、篩選、加工、銷售以及物流運輸?shù)葮I(yè)務(wù)。恒合源公司為促進原平周邊地區(qū)煤炭的統(tǒng)一規(guī)劃與綠色可持續(xù)發(fā)展，整合周邊中低產(chǎn)能配煤廠，提高煤炭附加值，實現(xiàn)煤炭集、運功能，擬于原平市新建恒合源煤炭物流港，配套實施恒合源煤炭物流港鐵路專用線工程(以下簡稱“恒合源專用線”)，該工程位于山西省原平市段家堡鄉(xiāng)境內(nèi)，已列入山西省重點工程項目。

經(jīng)調(diào)查分析，恒合源專用線建成后近期(2030年)將承擔(dān)煤炭外運業(yè)務(wù)3 000萬t/a，遠期(2040年) 5 000萬t/a，主要發(fā)往黃驊港方向。結(jié)合運量和后方通道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研究確定恒合源專用線為單線電氣化鐵路，設(shè)計速度為40 km/h，最小曲線半徑500 m (困難曲線半徑300 m)，限制坡度4.0‰/12.0‰，閉塞類型采用場間聯(lián)系，機車類型為HXD或SS4，牽引質(zhì)量10 000 t (預(yù)留20 000 t)，到發(fā)線有效長度 1 800 m (預(yù)留2 800 m)[1]，設(shè)計軸重25 t[2]。

2 恒合源專用線接軌方案研究

2.1 接軌站選擇

原平市段家堡鄉(xiāng)周邊既有鐵路有朔黃鐵路和同蒲鐵路，其中同蒲鐵路原平—長畛段為單線電氣化鐵路，山區(qū)單線鐵路最大輸送能力為2 700萬～ 3 200萬t/a，結(jié)合恒合源專用線運量預(yù)測分析，同蒲鐵路不能滿足恒合源專用線運能需求，為此建議恒合源專用線與朔黃鐵路接軌。既有鐵路示意圖如圖1所示。

圖1 既有鐵路示意圖Fig.1 Schematic diagram of existing railway lines

恒合源煤炭物流港主要依托于朔黃鐵路龍宮站周邊的煤礦進行建設(shè)，擬建選址地塊距離龍宮站不足 1 km，且緊鄰崞五線(X311)，交通便利，為此恒合源專用線可選擇于龍宮站接軌。根據(jù)朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司(以下簡稱“朔黃公司”)的開行要求，恒合源專用線近期應(yīng)按開行萬噸列車辦理，遠期按開行2萬噸列車辦理。

2.2 接軌方案提出

2.2.1 龍宮站既有概況

朔黃鐵路西起山西省神池縣神池南站，與神朔鐵路相連，東至河北省黃驊市黃驊港口裝車場。正線總長598 km，為國家I級干線、雙線電氣化鐵路，重載鐵路路基。2019年，朔黃鐵路煤炭運量突破3億t。

龍宮站為朔黃鐵路的中間站，站房位于線路右側(cè)，車站設(shè)到發(fā)線8條，其中I道至5道為萬噸到發(fā)線，6道至8道為5 500 t到發(fā)線。站對左有神原煤業(yè)貨場1座，配有裝卸線1條，滿足整列裝卸條件。車站在神池南端出站后即為蘆溝村特大橋，黃驊港端咽喉區(qū)渡線及其以遠位于蘆莊一號隧道內(nèi)。既有龍宮站平面布置示意圖如圖2所示。

圖2 既有龍宮站平面布置示意圖Fig.2 Diagram of existing Longgong Station layout

2.2.2 接軌方案

受龍宮站兩端橋梁和隧道限制，車站基本不具備2萬t擴能改造條件，為此，恒合源專用線需于龍宮站外新建到發(fā)場，并與朔黃鐵路上下行分別連接，因而接軌方案需對龍宮站進行改建，龍宮站改建方案示意圖如圖3所示。

圖3 龍宮站改建方案示意圖Fig.3 Reconstruction scheme of Longgong Station

（1）朔黃鐵路下行接軌點。下行(黃驊港—神池南方向)接軌點如果選擇于黃驊港端咽喉區(qū)接軌，則恒合源專用線新建到發(fā)場被動接車，受制于龍宮站前方車站，對朔黃鐵路行車組織要求很高，經(jīng)過與朔黃公司溝通，不建議采用該方案。為此，將下行接軌點作為恒合源專用線起點，選擇龍宮站站房同側(cè)神池南端咽喉區(qū)接軌，自既有5道到發(fā)線延長引出，并于接軌點設(shè)置安全線1條。

（2）朔黃鐵路上行接軌點。上行(神池南—黃驊港方向)接軌點如果選擇于神池南端咽喉區(qū)接軌，受地形及龍宮站既有條件限制，需拆除神原煤業(yè)貨場。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，神原煤業(yè)為私企單位，拆遷協(xié)調(diào)難度極大。為保障專用線工程能夠順利實施，將上行接軌點作為恒合源專用線終點，選擇龍宮站站房對側(cè)黃驊港端咽喉區(qū)接軌，利用既有4道連接道岔與朔黃正線連通。

2.3 接軌方案分析

恒合源專用線起點自龍宮站神池南端咽喉區(qū)站房同側(cè)接軌引出，設(shè)恒合源站1座，終點于龍宮站黃驊港端咽喉區(qū)站房對側(cè)接軌接入，該接軌方案具有以下優(yōu)勢。

（1）龍宮站改建工程較小。雖然恒合源專用線遠期運量可達5 000萬t/a，但恒合源站接發(fā)列車僅利用龍宮站1條到發(fā)線走行，同時考慮龍宮站既有到發(fā)線能力有一定的余量，與朔黃公司協(xié)商后一致認(rèn)為，恒合源專用線可不增設(shè)到發(fā)線，僅對兩端咽喉區(qū)進行適應(yīng)性改造。

（2）對龍宮站既有運輸組織影響較小。該接軌方案不利用龍宮站到發(fā)線進行接發(fā)車作業(yè)，僅利用站房同側(cè)既有5道到發(fā)線走行通過，且無折角車流，無切割正線情況，不對龍宮站原有接發(fā)車作業(yè)產(chǎn)生影響。

3 恒合源站平面布置方案研究

3.1 影響因素分析

3.1.1 裝車設(shè)備

恒合源專用線運輸貨物品類為煤炭，目前國內(nèi)粉狀類貨物鐵路裝車設(shè)備有高站臺與高滑坡站臺配推土機及裝載機、低站臺配裝載機、鏈斗式裝車機、皮帶＋移動裝車機、取料機＋皮帶＋筒倉構(gòu)成的快速裝車系統(tǒng)等形式。

不同的裝卸設(shè)備適用于不同運量需求，自動化程度越高的裝卸設(shè)備，初期投入成本也就越高，但裝卸效率快速而環(huán)保，且對車站配線和場地要求更低，適合運量較大的車站，反之亦然。此外，不同的裝卸設(shè)備對應(yīng)不同的作業(yè)形式，還需設(shè)置與之相適應(yīng)的股道配置。

綜合考慮上述裝車設(shè)備，取料機＋皮帶＋筒倉構(gòu)成的快速裝車系統(tǒng)，在一個相對封閉的環(huán)境中裝車，無污染，符合國家環(huán)保政策，并且裝車效率高、節(jié)能、自動化程度高、定員少，裝車線以及到發(fā)線規(guī)模少，近年來已經(jīng)成為主要的裝車方式。因此，恒合源專用線裝車設(shè)備選擇取料機＋皮帶＋筒倉構(gòu)成的快速裝車系統(tǒng)。

3.1.2 車站布置形式

裝車站布置形式就到發(fā)場(或到達場、出發(fā)場)與裝卸場的相對位置關(guān)系，一般有橫列式、縱列式、環(huán)形式和混合式。當(dāng)采用移動式裝車設(shè)備時，車站布置宜采用橫列式圖型；當(dāng)采用定量裝車設(shè)備時，車站布置宜采用縱列式或環(huán)形式圖型；當(dāng)有多個裝車區(qū)域時，車站布置可采用混合式圖型。

與快速裝車系統(tǒng)相匹配的裝車站布置形式有縱列式和環(huán)形式[3-4]，其中環(huán)形式一套快速裝車系統(tǒng)年裝車能力為1 500萬～ 1 800萬t，裝車效率較高，為此研究選擇環(huán)形式布置形式。車站需設(shè)空車到達場1座，重車出發(fā)場1座。

3.1.3 線路走向

車站布置形式應(yīng)與線路走向相互匹配。山區(qū)自然條件相對平原地區(qū)較為惡劣，通常地形、地貌復(fù)雜，山谷相連，平坦開闊范圍極少，且多已被開發(fā)利用，新建山區(qū)鐵路較為困難。此外，山區(qū)地勢狹窄，溝谷狹長，高填深挖難以避免。在山區(qū)選線和布置車站時，不僅要考慮施工工藝，還要充分考慮復(fù)雜的工程地質(zhì)條件，特別是要考慮山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的影響，同時結(jié)合車站的性質(zhì)、規(guī)模及未來發(fā)展需求而最終確定。

結(jié)合擬建車站周邊地形、地貌條件，綜合考慮接軌點位置、車站整體布置形式等因素，確定線路走向為：專用線自龍宮站下行5道北側(cè)接軌引出，跨越G338國道、下穿朔黃鐵路后于紅池村西側(cè)設(shè)空車場，在紅池村南側(cè)設(shè)環(huán)形裝車線后，線路左轉(zhuǎn)經(jīng)蘆溝村后并行龍宮站設(shè)置重車場，之后線路接入龍宮站上行側(cè)南咽喉，線路全長10.034 km。

3.1.4 車場規(guī)模

在固定的裝車設(shè)備和車站工作組織前提下，到發(fā)場、裝卸場等每條股道的作業(yè)能力是一定的，貨運量的大小直接決定車場規(guī)模?？哲嚨竭_至重車出發(fā)整個作業(yè)過程共包括3個作業(yè)單元，分別為到達作業(yè)、裝車作業(yè)和出發(fā)作業(yè)單元[5]，經(jīng)計算確定總技術(shù)作業(yè)時間為293 min，在此基礎(chǔ)上確定車場規(guī)模如下。

（1）環(huán)形裝車線數(shù)量。結(jié)合近、遠期運量，并根據(jù)上述快速裝車系統(tǒng)裝車能力，近期需設(shè)置環(huán)形裝車線2條，遠期3條，由于受地形限制，環(huán)形裝車線需設(shè)置于隧道內(nèi)，且該處地質(zhì)條件較差，不具備設(shè)置3線隧道的條件，為此確定設(shè)置環(huán)形裝車線2條。遠期增加的運量通過在重車出發(fā)場中部設(shè)置2套縱列式快速裝車系統(tǒng)，裝車作業(yè)選擇萬噸單元列車來完成。

（2）空車場規(guī)模。完成1列車作業(yè)時間約為5 h，扣除天窗時間并綜合考慮到發(fā)線能力利用率，每條到發(fā)線每天可辦理3.2列，為此空車場規(guī)模近、遠期分別為3.6條(萬噸列車)、3.0條(2萬噸列車)，因而在設(shè)計空車場時設(shè)置4條到發(fā)線(2條萬噸列車、 2條2萬噸列車)，近、遠期均能夠滿足運量要求，遠期列車集中到達時，可利用2條裝車環(huán)線臨時停車，方案較為靈活。

（3）重車場規(guī)模。經(jīng)計算，重車場規(guī)模近、遠期分別為3.6條(萬噸列車)、6.0條(萬噸列車)，綜合考慮初期到發(fā)線需兼機車走行線使用，同時裝車作業(yè)過程中占用到發(fā)線，并且朔黃鐵路區(qū)間通過能力較為緊張，存在重車等待時間較長的情況，本著近遠結(jié)合的原則，重車場近期設(shè)置6條萬噸到發(fā)線；遠期重車場到發(fā)線有效長度延長至1 550 m + 1 550 m， 同樣可以滿足運量要求。

3.2 車站平面布置方案

3.2.1 車站平面布置方案

綜上，恒合源站空車場設(shè)到發(fā)線4條，其中中間2條滿足2萬噸列車接車條件，有效長度為2 800 m， 外側(cè)2條滿足萬噸列車接車條件，有效長度為1 800 m。 空車場尾部設(shè)機待線1條，有效長度85 m。重車場通過2條環(huán)形裝車線與空車場縱列式布置，環(huán)形裝車線有效長度滿足1 800 m。重車場近期設(shè)到發(fā)線6條，滿足萬噸列車發(fā)車條件，有效長度為1 800 m，遠期滿足2萬噸列車接發(fā)和分解組合條件[6-7]，有效長度滿足1 550 m + 1 550 m。近期環(huán)形裝車線與重車場咽喉連接處設(shè)快速裝車系統(tǒng)2套，軌道衡2處；遠期中部預(yù)留快速裝車系統(tǒng)2套，軌道衡4處。重車場北側(cè)設(shè)機務(wù)折返所1處，與空車場和重車場通過機車走行線連通。另于機務(wù)折返所外側(cè)設(shè)邊修線1條，有效長度100 m。恒合源站平面布置示意圖如圖4所示。

3.2.2 車站作業(yè)方式

（1）初期(運量未達3 000萬t前)。由本務(wù)機車牽引朔黃鐵路萬噸或2萬噸(2萬噸列車需在空車場分解為2個萬噸單元)空車到達本線空車場，經(jīng)過列檢后換掛內(nèi)燃調(diào)車機車牽引，經(jīng)裝車環(huán)線完成裝車作業(yè)，進入重車場，換掛本務(wù)機車，經(jīng)技術(shù)作業(yè)后按計劃發(fā)車。

（2）近期(2030年)。由本務(wù)機車牽引朔黃鐵路萬噸或2萬噸(2萬噸列車需在空車場分解為2個萬噸單元)空車到達本線空車場，經(jīng)列檢后由本務(wù)機車牽引，經(jīng)裝車環(huán)線完成裝車作業(yè)，進入重車場，經(jīng)技術(shù)作業(yè)后，由本務(wù)機車牽引按計劃發(fā)車。

（3）遠期(2040年)。由本務(wù)機車牽引朔黃鐵路2萬噸空車到達本線空車場，分解為2個萬噸單元，經(jīng)列檢后由本務(wù)機車牽引，經(jīng)裝車環(huán)線完成裝車作業(yè)，進入重車場，組合為2萬噸列車，經(jīng)技術(shù)作業(yè)后，由本務(wù)機車牽引按計劃發(fā)車。

3.3 車站平面布置分析

恒合源站設(shè)空車到達場和重車出發(fā)場各1座，并通過環(huán)形裝車線縱列式連接，具有以下優(yōu)勢。

（1）正線長度短。該車站布置形式可實現(xiàn)2萬噸列車接發(fā)車、裝車、分解組合功能，能夠充分利用山區(qū)狹長溝谷地形設(shè)場，正線長度僅10.034 km，并且無需設(shè)置疏解線。

（2）作業(yè)組織便利。單方向接車、裝車、發(fā)車流水作業(yè)，車站作業(yè)敵對進路少，多為平行進路，車站工作組織簡單、流暢。

（3）裝卸效率高、工程數(shù)量小。恒合源站預(yù)計裝車量近期3 000萬t/a，遠期5 000萬t/a；全線鋪軌僅31.16 km，占地僅65 hm2。

（4）與接軌站交流方便。恒合源站“環(huán)抱”龍宮站，兩站距離短，瞭望視線好，站間聯(lián)系便利。

4 結(jié)束語

恒合源專用線結(jié)合周邊既有車站概況和本線運量，綜合考慮工程周邊地形條件、車站工作組織形式、裝卸作業(yè)效率等多方面因素[8]，最終選取合理的接軌方案并制定相應(yīng)的車站平面布置方案，不僅能實現(xiàn)原平地區(qū)煤炭鐵路外運，也能保障朔黃鐵路貨源的穩(wěn)定。恒合源專用線接軌方案及車站平面布置方案研究可以對類似的專用線接軌思路和車站平面布置方案起到借鑒作用，為加快大型工礦企業(yè)和物流園區(qū)鐵路專用線建設(shè)提供參考。