鐵路編組站適應重載運輸發展的對策

朱 亮，杜旭升，諸葛恒英

（中國鐵道科學研究院 運輸及經濟研究所，北京 100081）

重載運輸技術是提高鐵路輸送能力、實現增量增效的重要途徑之一，已經成為鐵路貨物運輸發展的共同趨勢，國際上研究并采用重載技術的國家越來越多。目前，我國鐵路主要干線已基本上實現了 5 000～6 000 t 牽引質量，重載專線實現了 20 000 t牽引質量。隨著牽引質量的進一步提高，鐵路編組站的站場布局、線路設置、調速設備和作業組織等諸多方面均需要作出調整，以適應未來貨運重載發展的需求。

1 鐵路重載運輸概述

目前，鐵路重載運輸模式主要有以下 3 類。

（1）單元列車：列車固定編組，貨物品種單一，運量大而集中，在裝、卸地之間循環往返運行，以北美鐵路為代表，普速鐵路普遍開行重載列車。

（2）組合列車：2 列或 2 列以上普通列車連掛合并，使幾列普通列車的運行時間間隔壓縮為零，主要以俄羅斯鐵路為代表。

（3）整列重載列車：單機或多機重聯牽引，由不同車型和載重的貨車混合編組，這種重載列車方式在國內外具有多個實例。

通常開行單元列車和組合列車是重載專線的主要運輸模式，整列重載列車是既有線或客貨共線運輸線路的主要運輸模式。目前，國外幅員遼闊的大陸性國家 (如美國、加拿大、澳大利亞、南非等) 在重載專線上大量開行重載列車，軸重普遍達到 30～35 t，牽引總重在 1 萬～ 3 萬 t。歐洲國家在客貨共線運輸的既有線上開行重載列車，如德國鐵路從 2003 年開始在既有線路 (如漢堡 — 薩爾茲特) 上開行軸重 25 t、牽引質量 6 000 t 的重載列車。

我國在 20 世紀 80 年代曾在既有線開行組合列車的試驗和運行，但受各種因素限制并未廣泛推廣。重載運輸在我國鐵路實現重大突破的是大秦鐵路，大秦鐵路在機車同步操縱、長大坡道制動、線路強化、站場改造和運營組織等方面取得大量成果，目前主要開行 2 臺電力機車牽引的萬噸列車和 3 臺電力機車牽引的 2 萬噸列車。鐵路既有線長期貫徹重載運輸方針，通過提高并統一干線牽引定數，路網干線形成了 4 000 t、4 500 t、5 000 t、5 500 t、6 000 t 列車牽引系列，機車牽引質量較以往平均提高 300～2 200 t 。京滬線、京九線北段、京哈線、膠濟線、隴海線鄭州北—徐州段實現了 5 500 t 重載列車貫通，京廣南段、京九線、滬杭線、浙贛線、寧西線實現了 4 500 t 貨物列車貫通。

2 國外鐵路適應重載運輸的啟示

鐵路重載運輸是個系統工程，站場適應重載要求是其中的重要內容。國外重載運輸主要是對貨車集散場站、中間站、技術站進行站場改造，特別是技術站辦理大量重載列車的到發、分解、組合等作業，需要在站場布局、線路設施、技術裝備、安全控制等方面綜合考慮。此外，不少技術站既辦理普通列車也辦理重載列車，如果全部按照普通列車考慮，會因重載列車較長，出現到發線長度不足而壓占道岔區的情況；如果全部按重載列車設置到發線長度，則大量線路有效長不能充分利用，工程投資過大，占用土地資源過多，影響運輸效益。北美地區鐵路綜合考慮了這些因素，采用因地制宜的原則，因此出現了一些布局不規則的編組站站型。

以加拿大埃里斯編組站為例[1]，該編組站按二級混合式布局，如圖1所示，改編能力 6 000 輛 / d。車站到達場和出發場均設有多處，西到達場設有 8 股道，有效長 600～908 m；北到達場設有 9 股道，有效長 606～675 m；南到達場設有 16 股道，其中 8 股長線，有效長 1 298～1 694 m；8 股短線，有效長 434～744 m 。車站調車場設有 48 股道，有效長 300～600 m。車站北出發場設有 3 股道，有效長 1 524 ～ 1 743 m；南出發場設有 5 股道，有效長 1 731～1 876 m 。此外，還有中轉場 1 處設有 4 股道，用于存放交換車。

對比我國編組站按統一長度設置到發線的慣例，國外編組站根據需要因地制宜地設置重載列車到發線和普通列車到發線，既節省了土地和工程投資，又達到充分利用線路資源的目的，該做法可供我國借鑒。

3 鐵路既有線實現重載運輸的方式及需求分析

3.1 實現重載運輸的方式

重載運輸可以通過提高列車總重和提高車輛軸重 2 種基本方式實現。根據我國鐵路重載運輸現狀及國際重載運輸標準，既有線開行重載列車的牽引質量應為 6 000～10 000 t。

圖1 加拿大鐵路埃利斯編組站示意圖

在運營經驗方面，我國鐵路經過多年實踐，在既有線提高列車總重實現重載運輸的組織方面經驗較為豐富。以沈陽鐵路局通霍線為例，該線為單線鐵路， 2004 年開始開行 5 000 t 列車，2006 年開始開行雙機牽引的萬噸組合列車，2007 年開始開行 DF4機車 4 單元 2 萬噸組合列車，2010 年開始采用 HX3型電力機車牽引，實現 3 臺電力機車 3 單元牽引 2萬噸列車，單線鐵路年運量超過 1 億 t。

在基礎設施適應性方面，我國既有線的線路、橋涵、控制設備等主要設施滿足23 t 軸重車輛的要求，經過線路強化及簡單改造，基本具備開行 25 t 軸重貨車的條件，但是如果提高貨車軸重至 27 t，將面臨較大范圍的設施與設備改造。

在貨車車輛構成方面，近年來，既有線貨車車型逐步由軸重 21 t 更新為 23 t 新型通用貨車，但新型貨車占總體比例仍較小 (約占全部貨車的 20 %) ，21 t 軸重貨車全面淘汰仍需較長時間，短期內在既有線普遍使用 25 t 以上大軸重貨車還不現實。

因此，在短期內通過大幅度提高軸重來實現重載運輸較為困難，通過提高列車總重實現重載運輸是較為合理的方式。如果貨流合適，有可能在既有線特定區段開行由重載車輛組成的重載列車，因此應優先考慮該種重載列車的開行條件。

3.2 不延長到發線時列車牽引質量分析

在運煤專線上，通常采用 C80專用敞車和 C70通用敞車，C80車輛全長 12 m，軸重為 25 t，滿軸每延米重量為 8.33 t；C70車輛全長 13.976 m，軸重為 23 t，滿軸每延米重量為 6.69 t。目前，在既有線使用最多的是 C70和 P70等通用貨車。

按照六大干線到發線有效長1050m 計算，若全列均為 C70和 C80滿軸重車，雙機牽引機車換長 3.2，預留 30 m 富余長度，最大的牽引質量如表1所示。

表1 既有線有效長1050m全列重載車輛最大牽引質量

根據車輛軸重、載重和長度核算，若采用全列 C70貨車，滿軸時 1 050 m 有效長可實現列車質量 6 500 t，部分長線可實現列車質量 7 000 t。如要實現列車質量 8 000 t，到發線有效長應為 1 300 m ，最小不應短于 1 280 m；如果要開行萬噸列車，到發線有效長應為 1 600 m，最小不應短于 1 561 m 。

若全列采用 C80貨車，滿軸時 1 050 m 線路有效長可實現列車質量 8 200 t，部分長線可實現列車質量 8 600 t。如要實現列車質量 10 000 t，到發線有效長應為 1 300 m，最小不應短于 1 280 m 。若全列采用普通貨車，車輛每延米載重遠小于重載車輛，若到發線有效長不延長，列車牽引質量必須降低。

3.3 站場改編需求分析

從列車組合方式考慮，可采用整列式重載列車和組合式重載列車 2 種組合方式；從工程改造的角度考慮，可分為不改造線路與改造線路兩種重載運輸實現途徑，不同的實現途徑需要選配相應的列車組合方式。

不進行線路改造時，線路有效長 1 050 m 條件下，采用雙機牽引組合式列車牽引質量最大為6 500～7 000 t，牽引質量增幅較小并增加技術站作業量，意義不大，因此宜采用整列式重載列車，可減少組合分解列車的相關作業。若要開行組合列車，一般需要進行線路改造，應以開行 8 000～10 000 t 列車為系列，考慮線路改造方案。

以開行 8 000 t 列車為例，到發線有效長按 1 300 m設置，比既有線路 1 050 m 有效長多 250 m，可考慮直接對編組站的到達場、出發場、到發場、直通場等部分股道進行改造，有實現的可能性。若考慮開行10 000 t 列車，線路有效長 1 600～1 700 m，比既有線路長 550 m，既有車場改造困難較大。因此，開行組合列車或開行超過 8 000 t 的重載列車，均需要單獨設置重載車場。

4 開展重載運輸對編組站的影響及對策研究

4.1 提高貨車軸重對編組站調速設備的影響及對策

提高貨車軸重可以提高列車牽引質量，在相同到發線長度條件下，不同的貨車軸重可實現的列車質量不同。從技術發展和運輸需求方面，貨車軸重重載化是發展趨勢。前期鐵路相關部門對貨車軸重進行研究，提出軸重分別按 25 t、27 t、30 t 等級論證，無論采用何種軸重，軸重變化均對編組站的調速設備有顯著影響。

編組站的調速設備包括減速器、減速頂、加速頂、停車頂和停車器等。目前，減速器大多是在貨車軸重 21 t 時研制和裝備的，比較適應當時的車輛條件。在貨車軸重向 23 t 過渡時，貨車總重增加了12%，具有相同速度時，動能顯著增加。以車輛溜行速度 23 km / h 為例，車輛動能增加了 40.8 × 104焦耳，這部分能量需要通過減速器制動抵消，增加了減速器的制動負荷。根據現場反映，既有減速器設備雖未表現出不滿足控制要求，但減速器壽命顯著縮短，起主要制動作用的制動軌 3～4 個月就需要更換，減速器的基礎道床、軸件等也有病態情況。由此可見，如果貨車軸重繼續提高，編組站的減速器需要在結構和耐用性上進行改造，可能需要研制更加適應重載貨車控制的減速器。

編組站目前的減速頂、加速頂大部分是在貨車軸重 21 t 時安裝使用的，布頂數量的計算為：

式中：m 為布頂數量，臺；Q 為貨車總重，t；L 為布頂坡段長度，m；i 為線路坡度，‰；w 為單位重量車輛阻力，N / kN；e 為每輪次減速頂制動功，J/ 輪次。

布頂數量與貨車總重 Q 有線性關系，當貨車軸重增加時，必須增加布頂數量才能滿足控制需要。

尾部停車器是通過摩擦產生制動作用，當貨車軸重增加后，相同速度、相同輛數的車組動能增加，防溜距離延長，需要延長防溜距離或增加停車器長度才能滿足停車需要，其數值需要計算確定。

4.2 開行單元重載列車對編組站的影響及對策

開行單元重載列車超過 6 500 t 編組站站場就可能需要改造，主要涉及到達場、調車場、出發場、直通場等。如果采用站場改造方式實現列車重載運輸，列車牽引質量在 7 000～8 000 t 較為合適，線路有效長控制在 1 400 m 之內 (考慮分段解體調車需要)，可直接改造既有到發場而不必單獨設重載車場。

單元列車質量超過 6 000 t 時，駝峰調機在解體作業時推峰困難，特別是部分編組站駝峰推送坡超過 15‰，如遇解體過程中臨時停輪，無論停車制動或重新起動都困難。為了解決這個問題，應在到達場線路中部設置渡線，將長大列車分為短列分別推峰作業，如圖2所示。

圖2 到達場長線短線結合改造示意圖

圖3 獨立到發場布置示意圖

列車牽引質量超過 8 000 t 時，應獨立設置重載車場，如圖3所示。重載車場線路有效長應滿足重載列車到發需要，以 1 300～1 700 m 線路有效長為宜。重載車場的主要作用是辦理重載列車到達、出發、無調中轉列車技術作業等。重載車場應與到達場股道連接，線路坡度和進路滿足分段推峰需要；同時應與編尾牽出線連接，進路應滿足車列牽出轉線的需要。重載車場咽喉還應考慮滿足增減軸作業、本務機車出入段、車輛維修等要求。

4.3 開行組合列車對編組站的影響及對策

開行組合列車需要對編組站站場進行改造，主要涉及改編列車接入、出發列車待發、組合列車分解、機車連掛、列車組合等作業。

如果采用對到達場、出發場進行改造的方式開行組合列車，則可將既有列車進站前一個閉塞區間、出站后第一個閉塞區間擴展為站線，閉塞區間長度600～800 m，站線長度延長至 1 600～1 800 m，列車牽引質量可達 10 000～11 000 t，需要對到達場、出發場進行改造，設置中間渡線；調車場可不改動，車輛在調車場小列集結后牽出至出發場組合，如圖2、圖4所示。

如果采用獨立設場方式，則需要在調車場旁側設重載列車到發場，線路有效長應滿足牽引重載列車的要求。為了滿足列車組合時機車走行需要，應在到發場中部設置渡線，兩端咽喉應設機車出入段走行線，如圖5所示。

圖4 出發場長線與渡線結合示意圖

圖5 獨立設置組合列車到發場布置示意圖

5 結束語

我國鐵路既有線運營模式主要表現為客貨共線運輸，安全第一，能力優先。既有線發展重載運輸應從現狀條件、車流條件、遠期目標全面考慮，以既有線設備與設施和運力資源為發展基礎，以既有運營模式為研究基點，以經濟合理、技術可行為指導原則，立足當前、放眼未來，形成既有線重載運輸模式統領下的綜合技術。

[1]吳家豪.國外鐵路編組站 [M].北京：中國鐵道出版社，1982.