山區(qū)鐵路專用線接軌方案與裝卸站平面布置方案研究

孫 宇，徐 娜，孫煥杰，馬文軍

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 線路站場(chǎng)設(shè)計(jì)院，天津 300308)

0 引言

我國經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展階段，隨著打贏“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，大宗貨物“公轉(zhuǎn)鐵”等政策的實(shí)施[1]，山區(qū)鐵路專用線建設(shè)的必要性也在增強(qiáng)。我國山區(qū)的地形地貌和地質(zhì)條件都相對(duì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度和施工難度都相對(duì)較高。如何通過合理的設(shè)計(jì)來降低工程難度、節(jié)省工程投資、提高修建鐵路的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，也變得愈發(fā)重要。

目前，關(guān)于山區(qū)鐵路的研究多聚焦在長大干線[2-4]，而對(duì)于山區(qū)鐵路專用線來說，研究也多在選線方面[5-6]，而很多鐵路專用線線路長度短，線路走向受接軌方案和裝卸站布置方案影響很大，深入研究專用線接軌方案和裝卸站布置方案對(duì)優(yōu)化線路走向，降低工程難度和工程投資具有重要意義[7]。

1 專用線建設(shè)必要性研究

陜西君采物流有限公司鐵路專用線位于陜西省延安市安塞區(qū)境內(nèi)。線路自浩吉鐵路(浩勒?qǐng)?bào)吉南—吉安)建華站接軌引出，線路折向北，于建坪公路東側(cè)走行，上跨金盆灣河后，在黨崖窯和老爺廟村東側(cè)設(shè)君采裝車站，正線長度6.212 km，全線共設(shè)站2 座，含接軌站1座(建華站)、新建站1座(君采裝車站)[8]。

延安市煤田總面積超7 000 km2，約占全市地域面積的1/5，自然資源可開采量達(dá)到100 億t 左右，市域內(nèi)煤炭開采條件簡(jiǎn)單，煤質(zhì)優(yōu)良。國家《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020)》(國辦發(fā)[2014]31 號(hào))確定建設(shè)的14 個(gè)過億噸的煤炭大規(guī)模開采基地中，延安市黃陵縣位列其中；9 個(gè)千萬千瓦級(jí)別的煤電開發(fā)規(guī)劃中，延安市位列其中；國家收縮東部、限制中部、優(yōu)化西部的發(fā)展戰(zhàn)略為延安市煤炭產(chǎn)業(yè)提供了發(fā)展機(jī)遇，浩吉鐵路的建設(shè)，將在很大程度上改善延安市的煤炭外運(yùn)條件。陜西君采物流有限公司專用線運(yùn)輸品類為煤炭，煤炭來源主要為延安市禾草溝煤業(yè)有限公司、延安市華龍煤業(yè)有限責(zé)任公司貫屯煤礦、子長縣中達(dá)焦家溝煤業(yè)有限公司，煤源與地區(qū)鐵路相對(duì)位置示意圖如圖1所示。

圖1 煤源與地區(qū)鐵路相對(duì)位置示意圖Fig.1 Relative positions of coal sources and regional railways

煤炭主要供應(yīng)華中地區(qū)的華銀金竹山火力發(fā)電公司、大唐華銀耒陽火力發(fā)電分公司、大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司和大唐華銀長沙火力發(fā)電分公司，服務(wù)于電廠生產(chǎn)。華銀金竹山火力發(fā)電公司位于冷水江市東郊，裝機(jī)容量為192.5 萬kW，2 臺(tái)600 MW 亞臨界機(jī)組于2006 年9 月投產(chǎn)發(fā)電，1 臺(tái)600 MW 超臨界機(jī)組于2009 年7 月投入運(yùn)行，是湖南最大的火力發(fā)電企業(yè)，本項(xiàng)目近、遠(yuǎn)期均為其運(yùn)送220 萬t 煤炭；大唐華銀耒陽火力發(fā)電分公司位于衡陽市耒陽市，該公司現(xiàn)總裝機(jī)容量1 020 MW，本項(xiàng)目近、遠(yuǎn)期為其供應(yīng)煤炭分別為150 萬t、200 萬t；大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司位于湘潭市岳塘區(qū)，一期工程2 臺(tái)30 萬kW 機(jī)組、二期工程2 臺(tái)60 萬kW 超臨界機(jī)組均投產(chǎn)發(fā)電，本項(xiàng)目近、遠(yuǎn)期分別為其運(yùn)送煤炭130 萬t、190 萬t；湖南華電長沙發(fā)電有限公司位于長沙市望城區(qū)銅官鎮(zhèn)，規(guī)劃裝機(jī)容量為3 200 MW，一期2×600 MW 燃煤發(fā)電機(jī)組已于2007 年10 月和12 月投產(chǎn)發(fā)電，本項(xiàng)目?jī)H遠(yuǎn)期為其運(yùn)送煤炭190萬t。

預(yù)測(cè)本項(xiàng)目近期發(fā)送煤炭500 萬t、遠(yuǎn)期發(fā)送煤炭800 萬t。根據(jù)預(yù)測(cè)運(yùn)量的來源及去向，結(jié)合延安市區(qū)域路網(wǎng)構(gòu)成，確定本項(xiàng)目發(fā)送煤炭運(yùn)輸徑路為本專用線、浩吉鐵路。本項(xiàng)目車流組織方案為萬噸煤炭直達(dá)列車，煤炭自本專用線設(shè)置的君采裝車站裝車，經(jīng)本專用線進(jìn)入浩吉鐵路運(yùn)至襄州站分解為普通貨物列車后運(yùn)往湖南等地區(qū)，卸后空車在襄州站組合為萬噸空車列車后運(yùn)至本線君采裝車站裝車，因而本線的車站運(yùn)量如表1所示。

表1 車站運(yùn)量 萬tTab.1 Station freight volume

按采用C70型車輛計(jì)算，君采裝車站作業(yè)車數(shù)如表2所示。

表2 作業(yè)車數(shù) 車/dTab.2 Number of operation trains

本項(xiàng)目牽引質(zhì)量為10 000 t，編組106 輛/列，研究年度本項(xiàng)目區(qū)段貨物列車對(duì)數(shù)如表3所示。

表3 區(qū)段貨物列車對(duì)數(shù) 對(duì)/dTab.3 Number of freight train pairs in the section

2 接軌方案研究

2.1 接軌站選擇

延安市范圍內(nèi)貨運(yùn)鐵路有浩吉鐵路和包西鐵路(包頭西—張橋)，其中浩吉鐵路為國鐵Ⅰ級(jí)雙線電氣化鐵路，線路全長1 813.5 km，開行萬噸貨物列車，在延安市境內(nèi)設(shè)建華站、延安東站、麻洞川站和集義站。包西鐵路為國鐵I 級(jí)雙線電氣化鐵路，全長800.9 km，開行5 000 t貨物列車，在延安市境內(nèi)設(shè)子長站、延安北站和延安站，詳見圖1。

浩吉鐵路建華站和包西鐵路子長站與各煤炭來源企業(yè)的公路銜接均相對(duì)便利，但若在子長站接軌，后方通道經(jīng)包西鐵路、黃韓侯線(黃陵—韓城—侯馬)、南同蒲線(太原—華山)、浩吉鐵路到達(dá)華中地區(qū)，煤炭運(yùn)距較浩吉鐵路建華站接軌長約170 km，且不能編組萬噸大列運(yùn)輸，運(yùn)輸周轉(zhuǎn)率低，因而選擇在浩吉鐵路建華站接軌。

2.2 接軌站概況

建華站位于延安市安塞區(qū)坪橋鄉(xiāng)與建華鎮(zhèn)交界處，黨家窯村與蔡陽坪村之間。車站中心里程為K295+930，站坪坡度為1‰，上行方向車站為靖邊東站，站間距為64.48 km，下行方向?yàn)檠影矕|站，站間距為40.29 km。

建華站性質(zhì)為浩吉鐵路上的越行站，站房位于線路左側(cè)，設(shè)到發(fā)線5 條(含正線2 條)，有效長度均滿足1 700 m，在下行接車方向末端設(shè)安全線1 條，站同右預(yù)留大機(jī)停留線和接觸網(wǎng)工區(qū)線各1 條，有效長度分別為450 m 和80 m。站內(nèi)設(shè)陽坪大橋(5 線橋)1 座，上跨坪橋河和建坪路，車站小里程端為車新莊3 號(hào)隧道，大里程端為蔡陽坪隧道。車站側(cè)向接發(fā)萬噸列車的道岔為18 號(hào)，正線間渡線道岔為12 號(hào)，建華站平面布置示意圖如圖2所示。

圖2 建華站平面布置示意圖Fig.2 Layout of Jianhua Railway Station

2.3 接軌方案研究

建華站西側(cè)邊坡為3 級(jí)拱形骨架護(hù)坡，邊坡高度達(dá)21 m，且西邊地形起伏大，地面高程在1 210~1 370 m 之間，君采裝車站設(shè)站條件差，而東側(cè)邊坡為1 級(jí)拱形骨架護(hù)坡，邊坡高度只有7 m，且東邊地形相對(duì)平坦，君采裝車站設(shè)站條件相對(duì)較好，結(jié)合建華站周邊地形地貌研究了2 個(gè)接軌方案，分別為建華站南咽喉接軌方案和建華站北咽喉接軌方案，建華站接軌方案線路走向示意圖如圖3所示。

圖3 建華站接軌方案線路走向示意圖Fig.3 Line direction of the connection scheme for Jianhua Railway Station

2.3.1 建華站南咽喉接軌方案

（1）接軌方案概述。線路自浩吉鐵路建華站南咽喉引出折向北，于建坪公路東側(cè)走行，上跨金盆灣河后，在黨崖窯和老爺廟村東側(cè)設(shè)君采裝車站，正線長度6.212 km。專用線自建華站南端咽喉接入到發(fā)線3 道，并于進(jìn)站前設(shè)安全線1 條，相應(yīng)向大里程方向還建原3道處安全線，并將原正線間12號(hào)道岔單渡線改為交叉渡線，交叉渡線采用專線7623—7627，為固定型轍叉，后期焊接保持浩吉鐵路正線為跨區(qū)間無縫線路，改造后建華站到發(fā)線有效長度均滿足1 700 m，車站其他設(shè)施維持既有不變。建華站南咽喉接軌方案示意圖如圖4所示。

圖4 建華站南咽喉接軌方案示意圖Fig.4 Southern throat connection scheme of Jianhua Railway Station

（2）接軌方案對(duì)浩吉鐵路能力影響分析。①建華站咽喉區(qū)能力影響分析。本專用線開行列車對(duì)數(shù)近期、遠(yuǎn)期分別為2 對(duì)/d、3.5 對(duì)/d。經(jīng)檢算，該方案最繁忙道岔組的近期利用率為33.8%，遠(yuǎn)期為44.5%。近遠(yuǎn)期利用率均較小，無需設(shè)疏解線。②浩吉鐵路正線通過能力影響分析。浩吉鐵路區(qū)間平圖能力為180 對(duì)/d，本專用線開行對(duì)數(shù)近期、遠(yuǎn)期分別為2 對(duì)/d、3.5 對(duì)/d?？紤]本專用線空車回專用線對(duì)浩吉鐵路下行方向正線的影響，按照敵對(duì)進(jìn)路扣除，靖邊東—延安東區(qū)間平圖能力近期為178 對(duì)/d，遠(yuǎn)期為176.5 對(duì)/d。近、遠(yuǎn)期浩吉鐵路靖邊東—延安東區(qū)間需要能力分別為103.5 對(duì)/d、122.5 對(duì)/d，近、遠(yuǎn)期能力利用率分別達(dá)到50.6%與60.3%，正線通過能力滿足需求。

考慮到專用線引入后，近遠(yuǎn)期通過能力均滿足需求，且疏解線工程投資巨大，因而本專用線近、遠(yuǎn)期不考慮設(shè)置疏解線。待遠(yuǎn)景專用線運(yùn)量達(dá)到1 200萬t/a時(shí)，再結(jié)合浩吉鐵路的運(yùn)輸情況適時(shí)增設(shè)疏解線。

2.3.2 建華站北咽喉接軌方案

（1）接軌方案概述。線路自浩吉鐵路建華站北咽喉引出，而后折向北，上跨坪橋河、建坪公路，于建坪公路東側(cè)走行，在石圪合村東側(cè)設(shè)裝車站，正線長度6.85 km。專用線自車站北咽喉接入到發(fā)線3 道，進(jìn)站前設(shè)安全線1 條，占用原大機(jī)停留線與到發(fā)線接軌道岔位置引入車站，改接觸網(wǎng)工區(qū)線，同時(shí)將建華站南咽喉原正線間單渡線改為交叉渡線，由于線路距離車新莊3 號(hào)隧道出入口較近，不宜對(duì)咽喉區(qū)進(jìn)行較大調(diào)整，因而專用線只能利用建華站3 道到發(fā)線，車站其他設(shè)施維持既有不變。建華站北咽喉接軌方案示意圖如圖5所示。

圖5 建華站北咽喉接軌方案示意圖Fig.5 Northern throat connection scheme of Jianhua Railway Station

（2）接軌方案對(duì)浩吉鐵路通過能力影響分析。①建華站咽喉區(qū)能力影響分析。經(jīng)檢算，該方案最繁忙道岔組的近期利用率為44.1%，遠(yuǎn)期為58.6%。遠(yuǎn)期利用率較大，因而遠(yuǎn)期需增設(shè)疏解線。②浩吉鐵路正線通過能力影響。近、遠(yuǎn)期能力利用率分別達(dá)到50.6%與60.3%，與南咽喉接軌方案接軌相同。

可見，該方案的專用線引入后，遠(yuǎn)期咽喉利用率較大，需增設(shè)疏解線。

2.4 接軌方案比選及推薦意見

2.4.1 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

2個(gè)接軌方案優(yōu)缺點(diǎn)分析如下。

（1）建華站南咽喉接軌方案。線路長度為6.212 km，工程投資62 882.99 萬元。該方案雖然無法利用建華站到發(fā)線，運(yùn)營組織相對(duì)不靈活，但其作為建華站分場(chǎng)接發(fā)車作業(yè)也能滿足運(yùn)輸需求，另外該方案僅對(duì)建華站南咽喉進(jìn)行改造，對(duì)建華站影響較小，且君采裝車站的設(shè)站條件相對(duì)較好，線路新建橋隧長度短。

（2）建華站北咽喉接軌方案。線路長度為6.850 km，工程投資81 593.28 萬元。該方案需要對(duì)建華站兩端咽喉進(jìn)行改造，對(duì)其影響較大，且受北咽喉端車新莊3 號(hào)隧道影響，專用線僅與建華站既有3 道到發(fā)線連通，且線路距離隧道洞口僅10 m，施工風(fēng)險(xiǎn)大，另外該方案的君采裝車站的設(shè)站條件也相對(duì)較差，線路新建橋隧長度長，且遠(yuǎn)期需要增設(shè)疏解線。

2.4.2 推薦意見

綜上所述，建華站既有條件復(fù)雜，常規(guī)接軌方式的工程可實(shí)施性差，南咽喉接軌方案雖然無法利用建華站到發(fā)線，但其工程投資小，僅需對(duì)建華站南咽喉進(jìn)行改造，施工對(duì)既有隧道無影響，且君采裝車站設(shè)站條件較好，新建橋隧長度短，其作為建華站分場(chǎng)接發(fā)車作業(yè)也能滿足運(yùn)輸需求，因而推薦建華站南咽喉接軌方案。

3 君采裝車站方案研究

3.1 裝車形式選擇

裝車站是貨物從生產(chǎn)到運(yùn)輸?shù)闹匾B接點(diǎn)，是決定貨物運(yùn)量的關(guān)鍵因素，其能力直接決定了貨物運(yùn)量能否滿足需求[9]，而筒倉裝車具有自動(dòng)化程度高、裝車效率高、節(jié)能環(huán)保、不會(huì)產(chǎn)生超偏載等優(yōu)點(diǎn)[10]，目前已經(jīng)成為煤炭、礦石等大宗散裝貨物的主要裝車方式。本次研究君采裝車站采用筒倉裝車方式。

3.2 裝車站布置形式比選

結(jié)合君采裝車站周邊地形情況，根據(jù)裝車形式的不同研究了2 種平面布置方案，分別為環(huán)形裝車方案和縱列裝車方案。

3.2.1 環(huán)形裝車方案

該方案在裝車站盡端設(shè)環(huán)形裝車線分別與正線及到發(fā)線相連，車站共設(shè)到發(fā)線3 條(含正線1 條)，有效長度均滿足1 700 m；大里程端設(shè)機(jī)待線1 條，有效長度為90 m；小里程端設(shè)機(jī)車整備兼邊修線1 條，有效長度為110 m。

車站運(yùn)輸組織模式為：空車到達(dá)裝車站后，本務(wù)機(jī)車換掛為調(diào)車機(jī)車，調(diào)車機(jī)車采用DF4DD內(nèi)燃重型調(diào)車機(jī)車，經(jīng)檢算可以滿足萬噸列車的裝車需求，調(diào)車機(jī)車牽引空車駛?cè)氕h(huán)形筒倉裝車線，依次通過筒倉裝車、軌道衡計(jì)量后駛?cè)肟臻e到發(fā)線，換掛本務(wù)機(jī)車，進(jìn)行列檢等必要技術(shù)作業(yè)后即可發(fā)車。受工程條件限制，考慮利用環(huán)形裝車線和空閑到發(fā)線進(jìn)行壞車挑揀作業(yè)。

車站內(nèi)設(shè)中橋5 座，隧道1 座。環(huán)形裝車方案平面布置示意圖如圖6所示。

圖6 環(huán)形裝車方案平面布置示意圖Fig.6 Layout of ring loading scheme

3.2.2 縱列裝車方案

該方案在裝車站盡端設(shè)牽出線1 條，牽出線作為裝車線使用，設(shè)到發(fā)線3 條(含正線1 條)，有效長度均滿足1 700 m；大里程端設(shè)機(jī)待線1 條，有效長度為90 m；小里程端設(shè)機(jī)車整備兼邊修線1條，有效長度為110 m。

列車組織模式為：空車到達(dá)裝車站后，本務(wù)機(jī)車換掛為調(diào)車機(jī)車，調(diào)車機(jī)車采用DF4DD內(nèi)燃重型調(diào)機(jī)，經(jīng)檢算可以滿足萬噸列車的裝車需求，調(diào)車機(jī)車推行空車首先駛?cè)霠砍鼍€，然后牽引空車依次通過筒倉裝車，軌道衡稱重，至空閑到發(fā)線后，換掛本務(wù)機(jī)車，列車進(jìn)行列檢等必要的技術(shù)作業(yè)后發(fā)車。受工程條件限制，考慮利用牽出線和空閑到發(fā)線進(jìn)行壞車挑揀作業(yè)。

車站內(nèi)設(shè)中橋5 座，隧道1 座?？v列裝車方案平面布置示意圖如圖7所示。

圖7 縱列裝車方案平面布置示意圖Fig.7 Layout of longitudinal loading scheme

3.2.3 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析及推薦意見

兩種裝車站布置形式優(yōu)缺點(diǎn)分析如下。

（1）環(huán)形裝車平面布置方案。環(huán)形裝車線大部分位于隧道中，隧道長度為2.56 km，隧道投資15 908.65 萬元。該方案裝車作業(yè)順暢，無車列折返，裝車效率高，且無需設(shè)置牽出線，站坪長度短，另外隧道有2 個(gè)出入口，配置相應(yīng)的機(jī)械通風(fēng)裝置后，隧道的通風(fēng)及裝車作業(yè)條件相對(duì)較好。

（2）縱列裝車平面布置方案。牽出線大部分位于隧道中，隧道長度為1.55 km，隧道投資9 638.54 萬元。該方案車列需要通過牽出線折返，運(yùn)輸組織不順暢，且站坪長度長，另外隧道僅有1 個(gè)出入口，隧道通風(fēng)及裝車作業(yè)條件相對(duì)較差。

綜上分析，雖然環(huán)形裝車方案的隧道較長，工程投資較大，但其裝車效率高，運(yùn)輸組織順暢，站坪長度短，對(duì)于山區(qū)復(fù)雜地形的適應(yīng)性強(qiáng)，隧道設(shè)置有2 個(gè)出入口，隧道內(nèi)通風(fēng)及作業(yè)條件好，因而本次研究裝車站平面布置推薦采用環(huán)形裝車方案。

4 結(jié)束語

建華站南咽喉接軌方案雖然無法利用建華站到發(fā)線，但裝車站的接發(fā)車作業(yè)也能滿足運(yùn)輸需求，且正線區(qū)間通過能力和建華站咽喉通過能力均滿足要求，從而可以大幅度節(jié)省投資。通過深入研究接軌方案，協(xié)調(diào)運(yùn)輸組織和工程投資之間的利弊，分析能力與需求之間的關(guān)系，給出了一種不利用接軌站到發(fā)線的接軌方案，可以為山區(qū)鐵路等復(fù)雜艱險(xiǎn)地區(qū)的接軌方案設(shè)計(jì)提供一定的參考。環(huán)形筒倉裝車方案裝車效率高，且地形適應(yīng)性強(qiáng)，適用于山區(qū)的大宗貨物運(yùn)輸需求，另外山區(qū)鐵路的控制要素較多，根據(jù)控制要素進(jìn)行局部比選，合理優(yōu)化方案，可以大幅降低工程難度和工程投資。