馮華琦
(中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院,太原 030013)
重載鐵路專用線是鐵路煤炭運輸中集疏運重要的組成部分,對保障國民經(jīng)濟穩(wěn)步快速發(fā)展具有重要的意義[1-3]。隨著煤炭重載鐵路運輸?shù)难杆侔l(fā)展,對鐵路煤炭重載運輸?shù)陌踩?、運輸能力、效率提出新的需求,其中,裝車站是承擔重載鐵路安全運輸?shù)年P鍵作業(yè)節(jié)點,其站型布置、裝車工藝是否合適,各種股道能力是否匹配,直接影響車站的使用功能及使用效率[4-8]。在地形條件復雜的山區(qū),裝車站布置方案的選擇對工程投資、工程風險的影響極大。以下以胡家峁裝車站為例,對多種裝車站方案進行研究。
山西焦煤汾西榮欣礦區(qū)鐵路專用線工程位于山西省呂梁市柳林縣境內(nèi),線路自瓦日鐵路留譽站接軌,正線及疏解線全長8.76 km。主要運輸山西焦煤汾西礦業(yè)所屬煤礦及周邊洗煤廠、焦化廠產(chǎn)出的煤焦產(chǎn)品,近、中期運量均為500萬t/a,遠景貨物輸送能力為600萬t/a。
2010年,山西焦煤汾西礦業(yè)集團公司原煤產(chǎn)量突破3 000萬t,精煤產(chǎn)量達1 420萬t。到“十二五”末,原煤產(chǎn)量達6 000萬t/a,原煤入洗能力達6 000萬t/a。項目吸引范圍為汾西礦業(yè)集團控股的賀西、吳家峁以及中泰煤業(yè)所屬部分煤礦等,有很大的煤炭外運需求。
目前,柳林縣煤礦主要依靠孝柳線王家會站裝車,王家會站運力有限,已達車站運輸能力上限。另外,賀西礦距離王家會站需經(jīng)過30 km公路運輸,汽車運輸耗能高、污染嚴重、成本高,難以提高企業(yè)產(chǎn)品競爭力。
瓦日鐵路是汾西礦業(yè)集團煤炭外運的便捷通道。項目的實施,不僅能夠滿足企業(yè)煤炭外運的運輸需要,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益,從而提升企業(yè)的市場競爭力,同時可以帶動當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展,而且為瓦日鐵路集結貨源,擴大干線鐵路的吸引范圍,為干線鐵路提供充足的貨源保障。
工程場地位于黃河東側,呂梁中段山西側,屬黃河中游黃土高原地帶,地形起伏較大,地面受流水侵蝕切割劇烈,溝谷縱橫。線路沿線出露地層為第四系全新統(tǒng)人工填土,第四系上更系統(tǒng)風積砂質(zhì)黃土及黏質(zhì)黃土,第四系中更新統(tǒng)洪積層黏質(zhì)黃土、碎石類土,中生界三疊系下統(tǒng)劉家溝組泥巖、砂巖和泥質(zhì)砂巖。該地區(qū)廣泛分布第四系上更新統(tǒng)風積砂質(zhì)黃土,層厚0~60 m不等,具濕陷性。濕陷性場地主要為自重濕陷場地,局部黃土層厚較小的區(qū)域為非自重濕陷場地。濕陷等級主要為Ⅱ級,局部黃土層厚較小的區(qū)域為Ⅰ級。濕陷深度一般為10 m左右。
留譽站為瓦日線的中間站,隸屬太原鐵路局集團公司管轄,車站設4條到發(fā)線(含2條正線),有效長度為1 700 m。該車站瓦塘端預留有專用線引入條件,車站規(guī)模及其他股道布置維持既有不變。
車站分布方案和位置的選擇是否得當,不僅直接影響著鐵路服務,且影響區(qū)間通過能力和輸送能力。項目建成后,不考慮運行旅客列車,在此前提下,車站分布應考慮運量的需要,同時兼顧地形、地質(zhì)、各種技術作業(yè)要求[9-12]。目前,該專用線的長度,區(qū)間通過能力可以滿足運量要求,故除接軌站和專用線的裝車站外,不另設其他車站。
胡家峁裝車站的運輸品類較單一,主要為焦煤和電煤,運量為500萬t/a。根據(jù)運量特點和接軌運輸通道技術條件,上行為重車方向(接軌站方向),下行為輕車方向(裝車站方向)。貨物主要通過瓦日鐵路往東經(jīng)河南、山東到日照出港,部分通過南同蒲線發(fā)往全國各地。所有車流均組織煤炭萬噸整列車流,通過瓦日線或南同蒲線發(fā)往全國各地。
裝車站貨車車輛考慮采用C70型,貨車靜載質(zhì)量70 t,凈載重系數(shù)0.750,這種車型適用于煤炭、礦石重載運輸,屬于鐵路重載運輸中的成熟車型。胡家峁站日均裝車近、遠期均為240輛,日均組織萬噸列車近期3列。
瓦日鐵路目前已開行萬噸列車,根據(jù)運輸組織需求,裝車站需滿足萬噸列車裝車條件。對于位于山區(qū)的煤炭裝車站,應根據(jù)實際情況,對車站及其裝車作業(yè)系統(tǒng)進行研究,才能既適應山區(qū)復雜地形,又滿足車站裝車作業(yè)目標。裝車方式、運輸組織和車站布置的選擇需充分結合裝車機械的工作效率、工程費用和環(huán)保要求[13-16]。
結合裝車站選址范圍內(nèi)地形地貌及地質(zhì)條件,根據(jù)裝車運輸組織及裝車方式的不同,研究了直線布置軌道式移動裝車系統(tǒng)及環(huán)線布置快速定量漏斗倉裝車系統(tǒng)兩大方案。
胡家峁裝車站設到發(fā)場(兼裝車場)及調(diào)車場,縱列式布置,采用軌道式移動裝車系統(tǒng)。
到發(fā)場(兼裝車場)設正線1條,機走線1條,兩側各設到發(fā)兼裝車線2條,有效長度為1 050 m;調(diào)車場設調(diào)車線2條(含正線),有效長度為900 m。到發(fā)場(兼裝車場)及調(diào)車場可接發(fā)萬噸列車及5 000 t列車,萬噸列車通過裝車場及調(diào)車場解編進行裝車作業(yè)。裝車場兩側分別設20.5 m、18 m寬移動裝車機站臺2座,每條裝車線可停放5 000 t整列,每側裝車機均可負責臨近2股車輛裝車。到發(fā)場及調(diào)車場可接發(fā)萬噸列車及5 000 t列車,可滿足重車在進入留譽站前有站內(nèi)等待發(fā)車條件。
裝車采用調(diào)車作業(yè)方式,當萬噸整列到達后,停在其中一條到發(fā)線上,本務機車摘鉤后,利用另一條到發(fā)線折返取走組合好的萬噸列車,調(diào)車機將萬噸整列分解為兩列5 000 t送至裝車線裝車,裝車完畢后再由調(diào)車機將兩列5 000 t組合為萬噸列車,停于到發(fā)線上等待本務機車取走。當列車不均衡到達時,可將新到達的列車分解至另外兩條裝車線。
裝車站范圍內(nèi)站坪寬70 m,(含6股線及2個移動裝車平臺),長1.5 km,均處于黃土丘陵區(qū)的挖方段落,普遍挖深60~80 m,最大挖深98.6 m。該段黃土屬Ⅱ級自重濕陷性黃土,易發(fā)生地基沉降,施工及運營的工程風險極大。
胡家峁站移動裝車方案平面布置示意見圖1,深路塹典型橫斷面示意見圖2。
圖1 移動裝車方案平面布置示意(單位:m)
圖2 深路塹典型橫斷面(單位:m)
一般情況下,鐵路路塹邊坡高度不宜大于30 m。國內(nèi)同類工程安全與風險評估經(jīng)驗,當邊坡高度大于60 m時,邊坡高度每增加一級,其工程造價和安全風險會呈指數(shù)級增加。
裝車站沿線廣泛分布黃土,多具濕陷性。為避免地基沉降,根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件,對于非自重濕陷性黃土及厚度不大于3 m的自重濕陷黃土,采用基底沖擊碾壓進行地基加固;對于厚度大于3 m的自重濕陷黃土,根據(jù)其濕陷層厚度、總濕陷量等情況,采用沖擊碾壓、灰土擠密樁等措施進行地基加固,以滿足路基工后允許沉降值要求。
綜上,該方案存在大范圍深挖邊坡,工程風險極大,工程投資較高,并可能造成大量不必要的后期維護費用,運輸組織較繁瑣,裝車效率較低。
裝車站采用環(huán)線布置,半徑為300 m。裝車站到達場設2股到發(fā)線,有效長1 700 m。環(huán)線始端設裝車用快速定量漏斗倉。萬噸列車裝車作業(yè)可直到直發(fā)。
裝車站采用環(huán)線型式布置,站坪寬度減少至17.0 m,且裝車環(huán)線設于山地區(qū)域,線路多以隧道、橋梁穿越山地及跨越溝谷,可規(guī)避不良地質(zhì)工點。路基挖高大幅降低,土石方及擋護工程數(shù)量明顯減少,最大限度規(guī)避了工程風險。
胡家峁站環(huán)線裝車方案平面布置示意見圖3,深路塹典型橫斷面示意見圖4。
圖3 環(huán)線裝車方案平面布置示意(單位:m)
圖4 深路塹典型橫斷面(單位:m)
鐵路快速定量裝車系統(tǒng)采用PLC技術、數(shù)字化儀表技術、高精度稱量技術,能夠?qū)φ麄€裝車過程的全面監(jiān)控,單節(jié)車廂裝車時間小于45 s,實現(xiàn)了快速精確裝車,極大地提高裝車自動化程度。環(huán)線裝車具有速度快、運輸組織效率高、能夠適應重載鐵路裝車站車流組織及作業(yè)方式等優(yōu)點,其作業(yè)流程簡便,能縮短作業(yè)時間、加快車輛周轉(zhuǎn)、提高運輸效率、簡化裝車站平面結構。
綜上,該方案工程風險小、運營期安全隱患少,運輸組織效率高,用地范圍小,投資較省。
各方案高路堤和深路塹工程規(guī)模對比見表1,主要技術經(jīng)濟比較見表2,裝車站的優(yōu)缺點分析見表3。
表1 高路堤和深路塹工程規(guī)模對比
表2 主要技術經(jīng)濟比較
表3 優(yōu)缺點比較分析
綜合以上分析,胡家峁裝車站采用環(huán)線裝車方案后,由于站坪寬度減小,邊坡開挖深度顯著降低,施工及運營的工程風險將大為減少。同時,還可減少工程用地范圍,節(jié)約工程投資。運營期可實現(xiàn)快速定量漏斗倉裝車,萬噸列車裝車作業(yè)可直到直發(fā),運輸組織便捷高效。
另外,裝車站地處山區(qū),地形困難,地質(zhì)條件復雜。在滿足裝車站各項使用功能的前提下,環(huán)線裝車方案能較好適應地形條件,有效的避繞工程風險點。
(1)在鐵路的設計和建設中,因地制宜布置裝車站及配套工藝,在滿足運輸組織高效便捷、安全可靠性及經(jīng)濟合理性等方面至關重要。
(2)在工程條件允許的前提下,從發(fā)展的角度來看,重載鐵路采用環(huán)線裝車方式在各方面普遍優(yōu)于其他裝車方式。