牛龍飛

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院，山西太原 030013)

1 概述

“富煤、貧油、少氣”以及煤炭資源“北富南貧、西多東少”是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的基本現(xiàn)狀。山西是我國(guó)的煤炭大省，擁有大同、寧武、河?xùn)|、西山、霍西、沁水6大煤田，煤炭總產(chǎn)能約10億t/a[1]。根據(jù)山西省推進(jìn)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)施方案，到2020年，全省貨物運(yùn)輸結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步優(yōu)化，基本形成大宗貨物運(yùn)輸以鐵路為主的格局，全省重點(diǎn)煤礦企業(yè)全部接入鐵路專(zhuān)用線(xiàn)，煤炭、焦炭鐵路運(yùn)輸比例達(dá)到80%以上[2]。目前，山西省煤炭外運(yùn)通道有以大秦、豐沙大、神朔黃為主的北通道，以太興、石太、瓦日為主的中通道，以太焦、侯月為主的南通道。

白文東專(zhuān)用線(xiàn)工程位于山西省呂梁市臨縣境內(nèi)，是服務(wù)于地方煤炭外運(yùn)的鐵路專(zhuān)用線(xiàn)，直接吸引范圍為呂梁市，區(qū)域路網(wǎng)有太興線(xiàn)、瓦日線(xiàn)、太中銀線(xiàn)。白文專(zhuān)用線(xiàn)接軌于白文東站，白文東站是太興鐵路的中間站，通過(guò)白文疏解線(xiàn)與瓦日鐵路白文站連通。擬建專(zhuān)用線(xiàn)接軌后，具備向太原、日照兩個(gè)方向的發(fā)車(chē)條件，近、遠(yuǎn)期煤炭發(fā)送量為300萬(wàn)t/a；貨物流向一是山東省日照港(經(jīng)瓦日線(xiàn)運(yùn)輸)，二是河北省石家莊、保定等地區(qū)的發(fā)電廠(chǎng)(經(jīng)太興線(xiàn)、石太線(xiàn)運(yùn)輸[3])。項(xiàng)目地理位置及運(yùn)輸路徑見(jiàn)圖1[4-5]。

圖1 項(xiàng)目地理位置及運(yùn)輸路徑

在有關(guān)鐵路專(zhuān)用線(xiàn)裝車(chē)站的研究中，奚文媛[6]根據(jù)裝車(chē)站各項(xiàng)作業(yè)時(shí)分，分析了橫列式、縱列式、環(huán)線(xiàn)式三種站型的裝車(chē)能力及適應(yīng)性；張志會(huì)[7]研究了快速定量漏斗裝車(chē)塔“偏心”設(shè)置對(duì)裝車(chē)站能力的影響；楊玉偉[8]基于不同列車(chē)方向及運(yùn)量，提出了環(huán)線(xiàn)裝車(chē)及牽出線(xiàn)裝車(chē)同時(shí)設(shè)置的方案；張巍[9]結(jié)合重載鐵路的煤炭裝卸自動(dòng)化技術(shù)，提出移動(dòng)裝載機(jī)半列式裝車(chē)方案。以往研究多集中在單一車(chē)流方向及統(tǒng)一牽引質(zhì)量的裝車(chē)站布置，而對(duì)不同車(chē)流方向、不同牽引質(zhì)量列車(chē)整列到發(fā)的站場(chǎng)布置研究較少。

2 既有線(xiàn)概況

2.1 太興鐵路及白文東站

太興鐵路東端通過(guò)太原樞紐與南北同蒲、太焦線(xiàn)、石太線(xiàn)連通，西端與瓦日線(xiàn)白文站、白文線(xiàn)路所連通，設(shè)西張、古東等11個(gè)車(chē)站。其中，敦厚、東會(huì)為會(huì)讓站，其余均為中間站，車(chē)站到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)1 050 m[10]。太原-靜游段為雙線(xiàn)電氣化鐵路，靜游-白文段為單線(xiàn)電氣化鐵路，牽引質(zhì)量為5 000 t，最小曲線(xiàn)半徑800 m，限制坡度為6/13‰。2017年最大貨流密度為1 924萬(wàn)t，主要貨物發(fā)運(yùn)站為古東、古交、鎮(zhèn)城底、嵐縣站，運(yùn)輸能力有較大富裕。

白文東站是太興線(xiàn)上的中間站，車(chē)站中心里程為K164+152。共設(shè)有股道4條，其中Ⅰ道為到發(fā)線(xiàn)，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ道為正線(xiàn)(分別為白文北疏解線(xiàn)、太興正線(xiàn)、白文疏解線(xiàn))，到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)1 050 m。車(chē)站東咽喉設(shè)安全線(xiàn)2條，有效長(zhǎng)50 m。車(chē)站暫無(wú)貨運(yùn)設(shè)施(近年來(lái)無(wú)貨運(yùn)量)，2018年開(kāi)通客運(yùn)，客車(chē)2對(duì)/d。白文東站平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 白文東站平面布置

2.2 瓦日鐵路

瓦日鐵路西起山西省興縣瓦塘鎮(zhèn)，從河南省臺(tái)前縣跨越黃河，進(jìn)入山東省梁山縣，橫穿山東省中西部，東至山東省日照港，是連接我國(guó)東西部的重要煤炭資源運(yùn)輸通道。瓦日鐵路為雙線(xiàn)電氣化鐵路，牽引質(zhì)量為10 000 t，部分為5 000 t，最小曲線(xiàn)半徑800 m，限制坡度為6/13‰[11]。2017年，瓦日線(xiàn)瓦塘至洪洞北段最大貨流密度為1 913萬(wàn)t，設(shè)計(jì)輸送能力為10 855萬(wàn)t，輸送能力有較大富裕。

2.3 白文疏解線(xiàn)

白文疏解線(xiàn)起自白文東站終至瓦日線(xiàn)白文站，全長(zhǎng)4.14 km，全線(xiàn)坡度依次為-1‰、-11‰、-13‰、-5.5‰、-1‰[12]。

3 專(zhuān)用線(xiàn)牽引質(zhì)量選擇

本線(xiàn)是一條運(yùn)輸煤炭的鐵路專(zhuān)用線(xiàn)，牽引質(zhì)量應(yīng)與接軌國(guó)鐵線(xiàn)路相匹配，同時(shí)應(yīng)盡量采用大牽引質(zhì)量，以減少機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)以及對(duì)區(qū)間通過(guò)能力的占用。本線(xiàn)銜接太興、瓦日兩個(gè)方向，其中太興線(xiàn)設(shè)計(jì)牽引質(zhì)量為5 000 t，瓦日線(xiàn)設(shè)計(jì)牽引質(zhì)量為10 000 t，部分為5 000 t。從運(yùn)輸適應(yīng)性分析，瓦日線(xiàn)列車(chē)以10 000 t列車(chē)為主，在條件允許的情況下，專(zhuān)用線(xiàn)應(yīng)盡量滿(mǎn)足10 000 t列車(chē)整列作業(yè)條件；從坡度條件分析，白文疏解線(xiàn)坡度依次為-1‰、-11‰、-13‰、-5.5‰、-1‰，滿(mǎn)足10 000 t列車(chē)牽引運(yùn)行條件；從運(yùn)輸組織分析，瓦日線(xiàn)臨縣北站(距白文站12.05 km)具備萬(wàn)噸列車(chē)接發(fā)條件，10 000 t列車(chē)可由專(zhuān)用線(xiàn)發(fā)車(chē)，到達(dá)臨縣北站，由長(zhǎng)子南機(jī)務(wù)段機(jī)車(chē)擔(dān)當(dāng)長(zhǎng)子南至白文東的機(jī)車(chē)交路；從區(qū)間構(gòu)筑物分析，該聯(lián)絡(luò)線(xiàn)橋涵均按“中-活載”設(shè)計(jì)，能夠滿(mǎn)足C64、C70型萬(wàn)噸列車(chē)荷載要求[13]。綜上所述，推薦瓦日線(xiàn)列車(chē)牽引質(zhì)量為10 000 t，太興線(xiàn)列車(chē)為5 000 t。

4 專(zhuān)用線(xiàn)方案研究

4.1 專(zhuān)用線(xiàn)裝車(chē)站選址方案研究

白文東站位于呂梁市臨縣白文鎮(zhèn)，占地面積為18.86 hm2，總投資約1.5億元。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，可行的裝車(chē)站選址方案主要有太興線(xiàn)北側(cè)方案(站同左側(cè)方案)以及太興線(xiàn)南側(cè)方案(站對(duì)側(cè)方案)，見(jiàn)圖3。

太興線(xiàn)北側(cè)方案：裝車(chē)站設(shè)于站房東側(cè)，省道S218與太興鐵路之間，與既有站呈縱列式布置，線(xiàn)路由車(chē)站東咽喉引出進(jìn)入裝車(chē)站。該方案地形條件較好，工程投資較省，交通較為便利，瓦日線(xiàn)列車(chē)具備直到直發(fā)條件，但太興線(xiàn)列車(chē)存在折角運(yùn)輸，且太興線(xiàn)北側(cè)為緩丘地帶，征地難度大，距居民區(qū)較近，不適于煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的布置。

太興線(xiàn)南側(cè)方案：裝車(chē)站布置于站房對(duì)側(cè)(太興鐵路南側(cè))，與既有站呈橫列式布置，與既有站東、西兩咽喉連通，瓦日線(xiàn)、太興線(xiàn)列車(chē)均具備直到直發(fā)條件。該方案地形較為復(fù)雜，填挖方量較大，工程投資較多，交通條件較差，但裝車(chē)站所在位置多為山地，征地難度小，且距居民區(qū)較遠(yuǎn)，適于煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的布置。選址方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

圖3 專(zhuān)用線(xiàn)選址方案示意(單位：m)

表1 選址方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

綜上所述，太興線(xiàn)南側(cè)布置裝車(chē)站方案運(yùn)輸組織效率較高、與煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的適應(yīng)性較好，且征地難度小，費(fèi)用低，對(duì)環(huán)境的影響較小。故本次研究推薦太興線(xiàn)南側(cè)裝車(chē)站方案[14]。

4.2 影響線(xiàn)路走向的因素

(1)工程地質(zhì)條件

項(xiàng)目所在地為梁峁?fàn)铧S土丘陵地貌，主要形態(tài)有黃土梁、黃土峁。受地表水的侵蝕，溝壑縱橫、沖溝發(fā)育，沿線(xiàn)無(wú)不良地質(zhì)分布，特殊巖土主要為填筑土及黃土。

(2)電力高壓線(xiàn)路

臨縣500 kV雙回電力線(xiàn)路與太興線(xiàn)交叉，K164+054線(xiàn)路南側(cè)有高壓桿塔一座(塔高81.65 m，線(xiàn)高50.85 m)，距離白文東站Ⅳ道54.64 m，見(jiàn)圖4。根據(jù)《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB1008—2015)，500 kV電力線(xiàn)路與鐵路交叉時(shí)，塔桿外緣至軌道中心最小水平距離應(yīng)滿(mǎn)足“桿塔長(zhǎng)加3.1 m”，無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)可適當(dāng)減少，但不得小于30 m。

圖4 K164+054線(xiàn)路南側(cè)高壓鐵塔及高壓線(xiàn)

(3)天然氣(煤層氣)管線(xiàn)

某天然氣管路于太興線(xiàn)K162+050附近穿越太興正線(xiàn)(見(jiàn)圖5)。根據(jù)《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(TB10063—2016)相關(guān)要求，需對(duì)天然氣管道進(jìn)行改移。

4.3 站場(chǎng)布置

為滿(mǎn)足環(huán)保要求，防止裝車(chē)站揚(yáng)塵污染，發(fā)往石家莊、保定等地的煤炭擬采用集裝箱運(yùn)輸[15]；發(fā)往日照港的列車(chē)采用快速定量漏斗倉(cāng)裝車(chē)[16]。根據(jù)車(chē)站周邊地形、地物條件，結(jié)合專(zhuān)用線(xiàn)接軌相關(guān)規(guī)定，分別提出10 000 t列車(chē)環(huán)線(xiàn)裝車(chē)方案、10 000 t列車(chē)縱列式裝車(chē)方案、10 000 t列車(chē)分解裝車(chē)方案共3個(gè)站場(chǎng)布置方案。

圖5 臨縣—柳林—臨汾天然氣(煤層氣)管線(xiàn)

(1)10 000 t列車(chē)環(huán)線(xiàn)裝車(chē)方案(Ⅰ方案)

專(zhuān)用線(xiàn)自白文東站西咽喉引出后向東走行，在白文東站站房對(duì)側(cè)設(shè)專(zhuān)用線(xiàn)裝車(chē)站臺(tái)，依次布置到發(fā)線(xiàn)4股(7～10道)，環(huán)線(xiàn)裝車(chē)線(xiàn)1股，預(yù)留白文東增設(shè)到發(fā)線(xiàn)的條件。新增5、6道(有效長(zhǎng)1 050 m)，與接軌站兩端咽喉連通，6道兼裝車(chē)線(xiàn)，外側(cè)設(shè)950 m×30 m×0 m集裝箱裝車(chē)站臺(tái)1座[17]。5道為壓岔作業(yè)，有效長(zhǎng)1 860 m，具備10 000 t列車(chē)直到直發(fā)條件，裝車(chē)線(xiàn)采用環(huán)線(xiàn)型式布置，曲線(xiàn)半徑為300 m[18]，漏斗倉(cāng)布置在直線(xiàn)上，倉(cāng)前倉(cāng)后有效長(zhǎng)均滿(mǎn)足1 700 m。專(zhuān)用線(xiàn)兩端接軌處設(shè)安全線(xiàn)，有效長(zhǎng)50 m(如圖6所示)。10 000 t列車(chē)由白文方向接入新建到發(fā)線(xiàn)(壓岔作業(yè))，由本務(wù)機(jī)牽引裝車(chē)后回到發(fā)線(xiàn)，完成列檢后發(fā)車(chē)，接發(fā)車(chē)及裝車(chē)過(guò)程中無(wú)需摘掛機(jī)車(chē)。Ⅰ方案貫通線(xiàn)全長(zhǎng)4.879 km，新建隧道1.74 km，路基填方36.8×104m3、挖方80.77×104m3，新建涵洞3座/172橫延米，接長(zhǎng)涵洞12座/542橫延米，鋪設(shè)有砟軌道7.06 km。

圖6 Ⅰ方案站場(chǎng)平面布置

(2)10 000 t列車(chē)縱列式裝車(chē)方案(Ⅱ方案)

新建5～8道(功能及布置與Ⅰ方案相同)，取消尾部環(huán)形裝車(chē)線(xiàn)，漏斗倉(cāng)后設(shè)裝車(chē)線(xiàn)1條(9道)，機(jī)走線(xiàn)1條(10道)，尾部設(shè)機(jī)回線(xiàn)(如圖7所示)。10 000 t列車(chē)裝車(chē)后需摘機(jī)，機(jī)車(chē)?yán)脵C(jī)走線(xiàn)走行至車(chē)尾，牽引列車(chē)回到發(fā)線(xiàn)，待列檢后發(fā)車(chē)。Ⅱ方案貫通線(xiàn)全長(zhǎng)4.058 km，路基填方33.2×104m3，挖方66.58×104m3、新建涵洞4座/231橫延米，接長(zhǎng)涵洞12座/542橫延米，鋪設(shè)有砟軌道7.81 km。

圖7 Ⅱ方案站場(chǎng)平面布置

(2)10 000 t列車(chē)分解裝車(chē)方案(Ⅲ方案)

在白文東站站房對(duì)側(cè)設(shè)專(zhuān)用線(xiàn)裝車(chē)站臺(tái)，依次布置到發(fā)線(xiàn)、裝車(chē)線(xiàn)6股(7～12道)。裝車(chē)站與接軌站兩端咽喉連通，9道外側(cè)設(shè)950 m×30 m×0 m集裝箱裝車(chē)站臺(tái)1座，專(zhuān)用線(xiàn)兩端接軌處設(shè)安全線(xiàn)，有效長(zhǎng)50 m，直線(xiàn)段設(shè)軌道衡1處，尾部設(shè)機(jī)回線(xiàn)1條，有效長(zhǎng)100 m，10道、11道頭部設(shè)跨線(xiàn)快速定量漏斗倉(cāng)1處。10～12道有效長(zhǎng)均大于950 m，滿(mǎn)足5 000 t車(chē)輛裝車(chē)條件。10 000 t空車(chē)由白文方向接入9、12道，拆解為兩個(gè)5 000 t至10道、11道裝車(chē)，裝車(chē)完畢后，再次組合為10 000 t列車(chē)(如圖8所示)。Ⅲ方案貫通線(xiàn)長(zhǎng)2.768 km，路基填方50.8×104m3、挖方65.3×104m3，新建涵洞2座/50橫延米，接長(zhǎng)涵洞12座/635橫延米，鋪設(shè)有砟軌道7.59 km。

圖8 Ⅲ方案站場(chǎng)平面布置

4.4 方案比選

(1)工程投資

Ⅰ方案工程投資為48 794.31萬(wàn)元；Ⅱ方案工程投資為41 206.77萬(wàn)元，較Ⅰ方案少7 587.54萬(wàn)元；Ⅲ方案工程投資40 231.31萬(wàn)元。較Ⅰ方案少8 563.0萬(wàn)元，較Ⅱ方案少975.46萬(wàn)元，Ⅲ方案工程投資最省。

(2)工程規(guī)模及難易程度

Ⅰ方案鋪軌長(zhǎng)7.06 km，控制性隧道長(zhǎng)1.7 km，路基土石方117.60×104m3；Ⅱ方案鋪軌長(zhǎng)7.81 km，無(wú)隧道，路基土石方99.78×104m3，Ⅲ方案鋪軌長(zhǎng)7.59 km，無(wú)隧道，路基土石方116.1×104m3。Ⅰ方案工程規(guī)模及難度較大，Ⅱ、Ⅲ方案較低。

(3)運(yùn)輸組織

Ⅰ方案：10 000 t列車(chē)整列到發(fā)后由機(jī)車(chē)牽引裝車(chē)，裝車(chē)完畢后不需摘掛機(jī)，經(jīng)列檢后即可發(fā)車(chē)；Ⅱ方案：10 000 t列車(chē)裝車(chē)完成后需摘機(jī)，機(jī)車(chē)?yán)脵C(jī)走線(xiàn)走行至車(chē)尾，牽引列車(chē)回到發(fā)線(xiàn)，增加了摘掛機(jī)作業(yè)及單機(jī)走行，運(yùn)輸效率較低；Ⅲ方案：裝車(chē)過(guò)程中，列車(chē)分解組合作業(yè)復(fù)雜、機(jī)車(chē)摘掛機(jī)及單機(jī)走行頻繁，裝車(chē)效率最低。故Ⅰ方案運(yùn)輸組織效率最優(yōu)。

綜上所述，雖然環(huán)線(xiàn)裝車(chē)方案(Ⅰ方案)投資最高，但車(chē)站行車(chē)組織、機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)率等方面較優(yōu)，裝車(chē)能力較大，符合建設(shè)單位要求，故推薦環(huán)線(xiàn)裝車(chē)方案。

5 結(jié)論

白文東鐵路專(zhuān)用線(xiàn)接軌于太興鐵路白文東站，在既有線(xiàn)南側(cè)新建裝車(chē)線(xiàn)及裝車(chē)站臺(tái)(采用環(huán)線(xiàn)形式布置)。專(zhuān)用線(xiàn)具備太興線(xiàn)5 000 t列車(chē)、瓦日線(xiàn)10 000 t列車(chē)整列運(yùn)輸條件，分別采用集裝箱運(yùn)輸、移動(dòng)式裝車(chē)系統(tǒng)裝車(chē)，裝車(chē)效率高，運(yùn)輸組織順暢，符合國(guó)內(nèi)煤炭專(zhuān)用線(xiàn)站型布置的發(fā)展趨勢(shì)，有利于煤炭裝卸及運(yùn)輸過(guò)程中的揚(yáng)塵防治，滿(mǎn)足區(qū)域煤炭外運(yùn)需求。