中巴標(biāo)準在某港口鐵路工程中的融合應(yīng)用

王鵬飛，吳 平，蔡 偉，劉俊生

(1.中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京100007；2.中國港灣工程有限責(zé)任公司，北京100027)

1 工程背景

巴基斯坦某集裝箱堆場與房建二期工程(簡稱“本工程”)位于巴基斯坦卡拉奇港，是南亞地區(qū)首個自動化專業(yè)集裝箱深水碼頭堆場工程。工程陸域總面積約32萬m2，二期擴建完成后碼頭的總體年設(shè)計吞吐量將達到310萬TEU。碼頭堆場后方設(shè)有港口鐵路，主要由1條連接線、3條裝卸線、1條機修線和1條機待線組成，線路總長3.71 km，包含獨立的通信、信號(采用計算機聯(lián)鎖)系統(tǒng)，而鐵路供電、排水依托碼頭管網(wǎng)配套系統(tǒng)。港口工程平面位置見圖1，鐵路平面布置見圖2。

圖1 工程平面位置

圖2 鐵路平面布置

2 中巴標(biāo)準融合的設(shè)計原則

巴基斯坦現(xiàn)有鐵路網(wǎng)基本沿襲英國殖民時期遺留的鐵路線，新建或改建工程主要依照國內(nèi)標(biāo)準、做法并參考英標(biāo)及其他國際標(biāo)準，自身標(biāo)準體系并不完善。為避免標(biāo)準混雜，同時考慮到國家干線ML-1線及卡西姆站(Bin-Qasim Station)通號系統(tǒng)升級等工程均已采用中國標(biāo)準及產(chǎn)品，確定了以中國標(biāo)準(簡稱“中標(biāo)”)為主進行站前設(shè)計、按照巴基斯坦標(biāo)準(簡稱“巴標(biāo)”)進行信號系統(tǒng)設(shè)計的融合原則，見表1。

表1 中巴融合的設(shè)計原則和標(biāo)準

由于巴基斯坦沒有港口鐵路及整體道床無砟軌道的設(shè)計標(biāo)準，引入中標(biāo)進行平面布置和道床結(jié)構(gòu)設(shè)計可以最大限度發(fā)揮中標(biāo)技術(shù)優(yōu)勢，使鐵路設(shè)計更加符合港口運營需求；同時在軌距、鐵路限界、曲線段、道岔、信號系統(tǒng)設(shè)計上融合巴標(biāo)，確保設(shè)計滿足巴當(dāng)?shù)罔F路技術(shù)要求和運營習(xí)慣。

3 鐵路平面布置

鐵路平面需要基于港口整體總平面布置，合理考慮港口集疏運要求，并兼顧近期及遠期需求，留有發(fā)展余地，選線上避免貨物的迂回和折返運輸，并應(yīng)減少鐵路、道路的相互干擾。

鐵路規(guī)劃有3條裝卸線，裝卸線一側(cè)設(shè)有集卡通道，鐵路區(qū)通過輪胎式集裝箱龍門起重機(RTG)和正面吊進行集裝箱裝卸作業(yè)。RTG沿跑道梁行駛，按外邊線計跨度為25 m，裝卸線的線間距為4.72 m，集卡雙通道總寬7.34 m(圖3)。

圖3 鐵路裝卸平面示意

對于裝卸線長度要求每條線須容納至少40車廂長火車進站進行裝卸，并不小于685 m(2 250′)。根據(jù)碼頭平面布置，以及警沖標(biāo)和脫軌道岔(脫軌道岔處不作為裝卸線)位置，實際3條裝卸線的有效長度為711、685、711 m，可容納45車廂長火車進站(機車長度為20 m，火車全長650 m左右)。

3.1 年貨運量及RTG布置

根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]鐵路裝卸作業(yè)段最小長度Lt的計算公式(7.10.13)，推導(dǎo)出港口鐵路年貨運量Qt：

(1)

式中：Lt為鐵路裝作業(yè)段長度，取685 m；Tyt為年營運天數(shù)，取360 d；Gt為車廂平均裝載量，取2 TEU；C為鐵路晝夜送車次數(shù)，取2～3次(單條裝卸線)；KL為裝卸線利用次數(shù)，取0.8次；KBT為火車到港不平衡系數(shù)，取1.15；L為車輛平均長度，取14 m。計算單條裝卸線年貨運量為4.9萬～7.4萬TEU，港口鐵路整體年貨運量為14.7萬～22.2萬TEU。

港口鐵路按重車方向年貨運量可劃分為Ⅲ級和Ⅳ級鐵路，按單條裝卸線年貨運量6萬TEU、標(biāo)準重箱24 t/TEU考慮，單條裝卸線上重車方向年貨運量為1.4 Mt，連接線上整體重車方向年貨運量為4.3 Mt，均屬于Ⅳ級。

RTG裝卸效率取20TEU/h，若每條裝卸線的晝夜送車次數(shù)C為2次(總共6列車裝卸)，則需布置2臺RTG用于裝卸作業(yè)；若每條線的晝夜送車次數(shù)為3次(總共9列車裝卸)，則需布置3臺RTG用于裝卸作業(yè)。

與規(guī)范中基于鐵路年貨運量計算裝卸作業(yè)段最小長度Lt的方法不同，實際工程中由于港口總平面布置及鐵路部門運行組織等外部條件限制，港口鐵路的裝卸線長度以及每條裝卸線上的晝夜送車次數(shù)可能都是相對確定的，并且可以通過其反推鐵路年貨運量。對本工程港口鐵路而言，后續(xù)增加晝夜送車次數(shù)，鐵路實際運量將會相應(yīng)增加。

3.2 曲線段設(shè)計

巴標(biāo)ScheduleofDimensions[2]規(guī)定最大彎曲度(degree of curvature，即轉(zhuǎn)過100 ft所需的角度)不超過10°，相對應(yīng)的最小圓曲線半徑為174.7 m(573 ft)。本工程各處曲線段圓曲線半徑為300 m，一處為200 m，滿足當(dāng)?shù)匾?guī)范要求。當(dāng)?shù)貓A曲線半徑要求與國內(nèi)標(biāo)準對比見表2。

表2 最小圓曲線半徑比較

ScheduleofDimensions規(guī)定了曲線段軌距變化的允許范圍，對于4°以內(nèi)的圓弧為+13/-3 mm，4°以上的圓弧為+20 mm。

對曲線外軌，巴規(guī)范允許75 mm的欠超高?？紤]港內(nèi)不超過30 km/h的行車速度，計算得外軌超高為41 mm，各規(guī)范曲線外軌超高對比見表3。

表3 曲線外軌超高

巴標(biāo)對曲線段的設(shè)計要求低于國標(biāo)。對圓曲線半徑，巴標(biāo)僅要求不小于174.7 m，而國標(biāo)中對港口鐵路各類線路基于設(shè)計行車速度等規(guī)定了不同的圓曲線半徑，本工程中200 m的圓曲線半徑已經(jīng)達到了國標(biāo)允許的極限。港口鐵路在設(shè)計時基于實際運營情況確定設(shè)計行車速度，減小曲線半徑可以在一定程度上優(yōu)化鐵路平面布置，提升港口陸域土地使用效率。

3.3 道岔、脫軌道岔

根據(jù)尖軌根端結(jié)構(gòu)形式道岔尖軌可分為鉸接式(活接頭式)和固定式(彈性可彎式)，巴當(dāng)?shù)氐啦砭鶠殂q接式，而國內(nèi)主流道岔為固定尖軌。鉸接式可用于9號以下且直向容許通過速度小于100 km/h的道岔，通常配置單臺轉(zhuǎn)轍機進行牽引；而固定式尖軌較長，一般需采用雙轉(zhuǎn)轍機牽引。港口鐵路需按照直股通過速度、運量、軸重等綜合判斷道岔尖軌選型，通常鉸接式已可滿足列車運行需要。在咽喉區(qū)裝卸線合并到連接線或機待線前需在裝卸線上設(shè)置脫軌道岔(trap point)，確保裝卸線上的列車不會侵入連接線或機待線(圖4)。

圖4 脫軌道岔的布置

脫軌道岔是通過撥動尖軌將列車強制脫軌的裝置(圖5)，目前國內(nèi)脫軌道岔尚無定型產(chǎn)品。根據(jù)當(dāng)?shù)匾?，采?.5號道岔直線尖軌和曲基本軌作為脫軌道岔的主體結(jié)構(gòu)，尖軌長度與8.5號道岔相同[7]。

圖5 脫軌道岔設(shè)計(單位：mm)

表4為各國標(biāo)準中對脫軌設(shè)備設(shè)置條件的規(guī)定：通常僅在特定主線交匯點或在坡道下，或主線設(shè)計速度高，或主線上有乘客等的情況下，即在主線極具重要性、侵入主線可能造成較大損失時，才需要在支線處設(shè)置脫軌設(shè)備，而港口鐵路通常不具備上述設(shè)置條件。巴基斯坦鐵路安全事故頻發(fā)，當(dāng)?shù)爻鲇诎踩蛩乜紤]對脫軌道岔的要求具有很強的特殊性，開展設(shè)計時須額外關(guān)注。

表4 各國標(biāo)準對脫軌設(shè)備設(shè)置條件的規(guī)定

4 斷面設(shè)計

港口鐵路大多采用碎石道床，《海港總體設(shè)計規(guī)范》《Ⅲ、Ⅳ級鐵路設(shè)計規(guī)范》中對正線和站線碎石道床的頂面寬度、道床厚度等均做了詳細規(guī)定。而根據(jù)港口運營要求，鐵路線布置在碼頭前方直接利用岸橋或門機進行港鐵聯(lián)運(圖5)時，或因堆場面積有限需在港口鐵路段考慮一定量的堆箱需求時，正面吊、集卡等裝卸車輛將會在鐵路線上頻繁橫穿。以上情況可以通過在碎石道床上鋪設(shè)橡膠板、混凝土板(圖6)或澆筑瀝青混凝土面層，或直接采用整體道床結(jié)構(gòu)，以滿足車輛通行以及裝卸作業(yè)需要。

圖5 某多用途碼頭在碼頭前方設(shè)置鐵路裝卸線

圖6 碎石道床上鋪設(shè)的材料

本工程采用混凝土澆筑整體道床形式，為軌枕埋入式無砟軌道。設(shè)計時除正常計算鐵路荷載，還需要考慮RTG、正面吊、集卡橫穿鐵路時的情況。各類港口鐵路道床結(jié)構(gòu)特點和適用性對比見表5。

表5 港口鐵路道床結(jié)構(gòu)

港口鐵路整體道床結(jié)構(gòu)宜采用軌枕埋入式無砟軌道形式，并在其上澆筑表層混凝土。道床結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮鐵路列車荷載，表層混凝土計算類似于港口鋪面，基于橫穿鐵路裝卸設(shè)備荷載、設(shè)計使用年限內(nèi)通過次數(shù)等確定表層混凝土強度和配筋。為便于扣件、鋼軌維護，整體道床結(jié)構(gòu)通常設(shè)有軌道槽，槽內(nèi)可填筑瀝青砂、橡膠條等。

對整體道床結(jié)構(gòu)，鐵路排水可通過設(shè)計微高程將雨水排入港口排水主網(wǎng)中，而不用單獨設(shè)計橫截溝等排水設(shè)施。鋼軌軌槽需要單獨設(shè)計排水管，避免槽內(nèi)長期積水腐蝕鋼軌。

5 信號、道口設(shè)計

信號系統(tǒng)設(shè)計采用巴基斯坦當(dāng)?shù)刂剖?，站?nèi)采用集中聯(lián)鎖形式，區(qū)間采用半自動閉塞(人工辦理閉塞手續(xù))。站內(nèi)信號主要由外部信號(OHS)、進站信號(HS)、出站信號(SS)、總出站信號(ASS)和調(diào)車信號構(gòu)成。信號機詳細布置見圖7，其中U1為OHS，U3為HS，D4、D6、D8為SS，D12為ASS。由于海港鐵路臨海難以滿足軌道電路的絕緣條件，軌道占用檢查一般采用計軸系統(tǒng)。

圖7 站內(nèi)信號機布置

通常外部信號(OHS)不需要設(shè)置紅燈，由于站內(nèi)已經(jīng)布置有進站信號(HS)，列車可直接駛過OHS，位于港口邊界線上的OHS需在默認狀態(tài)下保持關(guān)閉狀態(tài)，不允許外部列車進港。

按照巴基斯坦信號制式，OHS的燈光配列為黃、紅、黃。雙黃表示HS允許列車進入裝卸線，列車可通過OHS、HS；單黃表示HS不允許列車進入裝卸線，列車可通過OHS但需在HS前停下；紅燈表示不允許進港，列車須在OHS前停下。

考慮到當(dāng)?shù)罔F路事故頻發(fā)(且主要發(fā)生在道口處)，設(shè)置OHS默認狀態(tài)關(guān)閉可以保護港內(nèi)2處道口的安全[11]。通常情況下，道口處鐵路相較于道路具有更高優(yōu)先級。而對于港口鐵路，鐵路和道路間的優(yōu)先級需要結(jié)合港口集疏運要求、總平面布置等專門分析。本工程設(shè)有2處道口，其中道口1位于港口進出主通道，車流量大且經(jīng)常會有堵車現(xiàn)象，且由于港外連接線弧度較大和港內(nèi)建筑、集裝箱等的遮擋，導(dǎo)致道口瞭望視距不足，按要求應(yīng)設(shè)看守或道口自動信號。

由于OHS開放(單黃)條件為道口1關(guān)閉，若道口1采用自動信號(列車接近自動觸發(fā)道口關(guān)閉)，則意味著OHS將隨道口關(guān)閉而開放，其阻攔功能失效，不符合當(dāng)?shù)匦盘柨刂埔?。同時，考慮到港內(nèi)交通繁忙，擁堵頻繁，列車不受阻攔直接進港會造成極大的安全隱患。最終，通過設(shè)置看守手動操控的方式代替道口自動控制，在進出口通道出清車輛后再關(guān)閉道口、開放OHS以確保通道安全，并滿足當(dāng)?shù)貙HS作為港區(qū)第一道關(guān)卡的管理要求。

巴基斯坦當(dāng)?shù)匦盘栔剖脚c做法見表6。

表6 巴基斯坦標(biāo)準信號制式與做法

6 結(jié)論

1)通過融合標(biāo)準因地制宜地開展港口鐵路設(shè)計，堅持以中國標(biāo)準為主進行站前設(shè)計、根據(jù)巴基斯坦標(biāo)準進行信號系統(tǒng)設(shè)計的融合原則，可以最大限度地發(fā)揮中標(biāo)技術(shù)優(yōu)勢，使鐵路設(shè)計更加符合港口運營需求，并滿足巴當(dāng)?shù)罔F路技術(shù)要求和運營習(xí)慣。

2)基于中標(biāo)開展港口總平面布置、集疏運等鐵路平面設(shè)計，并確定港口鐵路年貨運量及裝卸設(shè)備的種類和數(shù)量，基于巴標(biāo)及港口總平面條件進行曲線段設(shè)計。巴標(biāo)對曲線段的設(shè)計要求低于國標(biāo)，減小圓曲線半徑可在一定程度上優(yōu)化鐵路平面布置。

3)對于港口鐵路，巴當(dāng)?shù)夭捎?.5號鉸接式道岔，與國內(nèi)9號道岔不同。港口鐵路一般不需設(shè)置安全隔開設(shè)備，而巴當(dāng)?shù)匾笫褂妹撥壍啦?，開展設(shè)計時須額外關(guān)注。

4)港口鐵路大多采用碎石道床結(jié)構(gòu)，對于有裝卸車輛通行需求的鐵路線，可以采用在碎石道床上鋪設(shè)橡膠板、混凝土板或澆筑瀝青混凝土面層的方式，或直接采用整體道床結(jié)構(gòu)。

5)信號系統(tǒng)設(shè)計需采用巴當(dāng)?shù)刂剖?，在港口邊界線上設(shè)外部信號機，并默認保持關(guān)閉，以阻止外部列車直接進港；設(shè)置總出站信號機，在站間出清后開放。

6)港口鐵路和道路的優(yōu)先級需要結(jié)合港口集疏運要求、總平面布置等進行專門分析，以確保道口處交通安全。