幾內亞達圣鐵路裝卸設施配置布局研究

李 瀟

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司 陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室，陜西 西安 710043)

1 幾內亞達圣鐵路概況

幾內亞位于非洲西部，素有“地質奇跡”之稱，礦藏種類豐富，鋁土礦和鉆石儲量較大，而我國對鋁土礦進口需求持續上升，為中幾雙方加強合作奠定了基礎。2015 年，贏聯盟自幾內亞博凱地區以“采礦+河運+海運”的多式聯運模式，通過達圣鐵路(達比隆港—圣圖礦區)將幾內亞博凱地區的鋁土礦運往山東煙臺，因而達圣鐵路被譽為“21 世紀海上鋁土礦之路”，為我國開辟了穩定的鋁土礦貨源，對推動幾內亞鋁土礦出口、基礎設施建設、船舶更新換代有明顯的促進作用，是“21 世紀海上絲綢之路”的重大實踐[1]。2016 年，我國自幾內亞進口鋁土礦達1 300 萬t；2017 年，幾內亞替代澳大利亞，成為我國進口量最大的鋁土礦貨源地；2020 年，幾內亞鋁土礦出口量有望躍升至6 000 萬～ 8 000 萬t，進一步穩固幾內亞成為我國重要的鋁土礦貨源地的地位[2-3]。

達圣鐵路位于幾內亞西北部的博凱地區和金迪亞地區境內，線路起點位于幾內亞博凱地區贏聯盟達比隆港，途經贏聯盟122 礦區、中國河南國際合作集團有限公司(以下簡稱“河南國際”) 72 礦區、中國鋁業集團有限公司105-III 礦區等，終到幾內亞金迪亞地區贏聯盟圣圖礦區。達圣鐵路是一條設計速度為80 km/h，牽引質量為1 萬t 的I 級內燃單線普速貨運鐵路，正線全長為112.201 km (包含橋梁23座，隧道2 座)，站線總長為41.8 km，共設置6 座車站，是贏聯盟圣圖礦區開采運輸的配套工程，主要服務于幾內亞西北部鋁土礦企業。達圣鐵路作為贏聯盟圣圖礦區開采運輸的配套工程及鋁土礦對外運輸的重要鐵路干線，對促進幾內亞進出口貿易、推動幾內亞國家經濟社會發展具有重要作用。達圣鐵路線路走向示意圖如圖1 所示。

達比隆港是達圣鐵路的起點，于2018 年5 月建成并投入運營，泊位長度為534 m，配備10 臺固定吊，裝船量為9 萬t/d。達比隆港站作為達圣鐵路的起始站和達比隆港的配套設施，距離達比隆港22 km，與達比隆港存在一定距離，鋁土礦需要借助公路集卡才能完成接駁運輸。達比隆港站目前僅有5 條到發線，貨場裝卸設施配置數量不足而且普遍處于年久失修狀態，造成達比隆港站鋁土礦運輸效率低下。此外，達圣鐵路沿線的其余5 座車站規模普遍較小，沒有預留改建及擴建條件，裝卸設施配置數量不足而且更新換代不及時，造成達圣鐵路鋁土礦運輸組織不暢，因而亟需對達圣鐵路裝卸設施進行配置布局以減少鋁土礦在達比隆港站和達比隆港的接駁時間，提高達圣鐵路的鋁土礦運輸效率，促進幾內亞經濟的健康發展。

圖1 達圣鐵路線路走向示意圖Fig.1 Diagram of Dapilon-Sentou Railway

達圣鐵路作為企業配套線路，以鋁礬土運輸為主，貨運量較大，重車方向運輸品類和貨流流向均相對穩定。達圣鐵路全線使用C80車底，沿線車站到發線有效長為1 400 m，由于鋁土礦密度較高，在車輛滿重的基礎上，車輛欄板高度可以適當降低以減少裝載機抓舉行程。考慮到幾內亞多雨的自然條件易導致鋁土礦與車體粘連，以及幾內亞基礎設施建設相對滯后的現狀，應圍繞達圣鐵路運輸需求，裝卸車站設施布置集中，場區布置應結合協調礦區(港口)整體規劃，按照不同功能區的作業關系優化鋁土礦運輸組織，按照“可靠、適用、經濟”的原則對達圣鐵路的裝卸設施進行配置布局。達圣鐵路裝卸設施布局應以提高機車車輛周轉效率和裝卸設備的使用效率為原則，在提高收益的同時降低機車車輛購置費用。因此，達圣鐵路裝卸設備配置布局主要從裝車設備選型與裝車站設施配置布局、卸車設備選型與卸車站設施配置布局、達比隆港站設施配置布局3 個方案綜合優化。

2 裝車設備選型與裝車站設施配置布局方案

2.1 裝車設備選型方案比選

達圣鐵路主要貨物品類為鋁土礦，屬于散堆裝貨物，為滿足沿線裝車點大運量運輸需求，裝車設備選型應以裝車高效為原則。結合國內外鐵路裝車站的運營情況及達圣鐵路運營實際，提出低站臺和裝載機配合裝車方案(以下簡稱“方案I-1”)和快速定量裝車系統(筒倉)裝車方案(以下簡稱“方案I-2”) 2 種方案。

（1）方案I-1。方案I-1 在貨物裝卸線旁設散裝貨物堆場和貨物站臺，利用裝載機將鋁土礦提升至貨車內，裝車工藝簡單，投資較小，但受到裝載機的作業半徑和裝卸能力限制，方案I-1 自動化程度較低、裝車效率相對較低。為提高裝載機裝車作業效率，方案I-1 可以采用裝載重量大的裝載機，并增加裝載機的配置數量。贏聯盟在幾內亞廣泛采用CA980L 型裝載機，單次裝載重量為10 t，單次作業行程約為120 ～ 180 s，裝載機的生產定額約為200 ～ 300 t/ (臺·h)。

（2）方案I-2。方案I-2 通過在裝車線上搭建快速定量裝車系統，利用皮帶傳送機將鋁土礦從堆場輸送至裝車系統，完成不停車裝車作業。方案I-2裝車作業自動化程度較高、裝車效率相對較高，而且整個裝車過程基本處于封閉狀態，環境污染小，適用于裝車量較大的車站。而方案I-2 需要配置快速定量裝車系統及皮帶輸送系統，工程投資較大。在方案I-2 中，每套快速定量裝車系統的作業能力約在1 100 ～ 1 500 萬t/a 之間。

經比較，方案I-2 由于裝車系統需要依賴電力設備，而且在雨季時裝卸鋁土礦易與漏斗發生粘連，降低設備使用壽命，同時快速定量裝車系統難以隨礦區開采計劃同步遷移，均對設備使用可靠性產生制約，因而不予推薦。另外，方案I-1 以柴油為動力，設備靈活性高，通過增加裝載機的數量提高裝車效率，可以在一定程度緩解幾內亞就業問題。綜上所述，推薦方案I-1 作為裝車設備選型的最佳方案。

2.2 裝車站設施配置布局方案分析

達圣鐵路沿線共設河南國際站和圣圖礦區站2 處裝車站，其中河南國際站位于礦區北側，距離達比隆港約為78 km；圣圖礦區站為達圣鐵路終點站，位于礦區西側，距離達比隆港約為112 km。由于贏聯盟圣圖礦區和河南國際礦區的開采計劃編制相對滯后，達圣鐵路裝車站的選址以減少壓礦和壓縮工程耗時為原則，為鋁土礦后期開采和鋁土礦公路運輸配套設施預留良好條件。按照每條裝車線配置15 臺CA980L 型裝載機計算，每條裝車線完成裝車的萬噸作業時間約為135 min。“低站臺+裝載機”裝車方案主要作業流程及作業時間如表1 所示。

研究年度內，河南國際站和圣圖礦區站貨物列車對數分別為6 對/d 和9 對/d，均按照1 萬t 編組。根據表1 裝車作業時間計算，河南國際站設置2 條裝車線，圣圖礦區站設置3 條裝車線。河南國際站平面布置示意圖如圖2 所示，圣圖礦區站平面布置示意圖如圖3 所示。

表1 “低站臺+裝載機”裝車方案主要作業流程及作業時間Tab.1 Operation procedure and time of the loading layout of“Low Platform + Loader”

3 卸車設備選型與卸車站設施配置布局方案分析

3.1 卸車設備選型方案比選

達圣鐵路卸車設備選型應統籌考慮港口物料輸送流程，設備能力應與堆取料機、裝船機等設備能力相匹配，結合國內外鐵路卸車站的運營現狀，提出底開門專用車輛+卸礦坑卸車方案(以下簡稱“方案II-1”)和翻車機系統+皮帶傳送機卸車方案(以下簡稱“方案II-2”) 2 種方案。

（1）方案II-1。方案II-1 在車站卸車線軌道下方設置卸礦坑，同時在軌道一側設置開、關門機械行程開關，需要配套底開門自卸專用車底，當車輛行至開門行程開關時，車廂底部閘門打開，礦石依靠自重落入卸車坑內，卸車完畢后車輛通過關門行程開關，閘門關閉。

（2）方案II-2。翻車機是一種卸載裝有散料的鐵路敞車的高效大型專業設備，在港口、鋼廠和電廠中應用較為廣泛。翻車機的主要作用是將準確定位的重車通過壓車裝置和靠車裝置將車輛固定，將重車內的物料翻卸到底部的漏斗內。

經比較，方案II-1 和方案II-2 均能適應達圣鐵路大運量的特點。其中，方案II-1 可以實現不停車卸車作業，作業過程只需要通過機械行程開關控制開閉，無需翻轉車輛，對電力設備的依賴性較小；但其缺點在于該方式需要配套自卸專用車底，同時在卸車過程中車底開閉幅度較小，雨季卸車易產生鋁礬土粘連，增加車底清理作業量，降低車底使用可靠性。方案II-2 要求車輛停車翻卸，效率相對較低，但可以通過提高一次翻卸車數提升卸車效率。目前，達比隆港已經配套建設熱力發電廠為港口各類設施供電，可以適應翻車機對電力設備的需求。此外，方案II-2車底適應性強，大多采用一般敞車車底以降低企業機車車輛購置費用。綜上所述，推薦方案II-2 作為卸車設備選型的最佳方案。

圖2 河南國際站平面布置示意圖Fig.2 Layout of He'nan International Station

圖3 圣圖礦區站平面布置示意圖Fig.3 Layout of Sentou Mining Area Station

圖4 卸車站布置形式示意圖Fig.4 Layout of the unloading station

3.2 卸車站設施配置布局方案比選

達圣鐵路卸車站在選用方案II-2 作為卸車設備選型方案時，可以采用盡端式布置、貫通式布置和環形布置3 種布置型式作為卸車站的基本布置形式[4-5]。卸車站布置形式示意圖如圖4 所示。

（1）盡端式布置。盡端式布置一般適用于電廠，可以緊密結合地形進行布置，占地規模及土石方工程量較小，配置折返式翻車機系統，卸車過程由摘鉤作業和摘風管作業組成，卸車完成后需要經遷車臺將空車平移至空車線，并由撥車機撥出，作業流程繁雜，作業效率較低。據統計，折返式雙翻翻車機系統翻卸效率約為13 ～ 17 車/h，作業能力一般不超過1 000 萬t/a[6-8]。

（2）貫通式布置。貫通式布置采用貫通式翻車機系統，卸車過程較折返式翻車機節省遷車和撥車環節，卸車效率較高。目前我國貫通式雙翻翻車機翻卸效率約為22 ～ 24 次/h，當采用螺旋車鉤時，翻卸次數可以提升至30 ～ 35次/h。考慮到達圣鐵路存在設備維修、列車不均衡到達等因素，翻車機在24 h 的時間利用率平均為50%左右，最大時間利用率為65%。

（3）環形布置。環形布置同樣采用貫通式翻車機系統，較貫通式布置省去調車作業環節，卸車作業流程順直，可以進一步提高設備利用率，適應于港口等對作業能力要求較大的區域。環形布置的缺點在于占地規模大，但環形區域內可以由運營方建設配套設施，實現卸車站地塊的綜合利用。

達比隆港站周邊場地較為平整，可以征用的土地面積較大，具有較好的布置條件。為提高達比隆港鋁土礦卸車效率，降低卸車設備投資成本，結合達比隆港作為重要的鋁土礦運輸及出口車站的實際，推薦采用環形布置型式。

4 達比隆港站設施配置布局方案分析

達比隆港站的規劃建設區位位于既有達比隆港南側，配有鋁土礦堆場、堆取料機及駁船泊位。達比隆港站采用由中部環線銜接的重空車場橫列式布局形式，環線中部配套貫通式雙翻式翻車機[9]。貫通式雙翻翻車機主要作業流程及作業時間標準如表2所示。

研究年度內，達比隆港站1 萬t 列車的接發量為15 對/d，根據表3 和其他資料，達比隆港站應設卸車環線3 條，翻車機兩端有效長均滿足1 萬t 列車的通行需求，以減少對到發線能力的影響，滿足運營方關于接發車與裝卸車作業分離的要求。達比隆港重車場設到發線3 條、機走線1 條，空車場設到發線4 條(含正線)，可以實現3 條環線同時進行“接車—卸車—發車”的平行作業。重車場到發線與1 條卸車環線相連，當某套翻車機系統發生故障時，待卸重車可以接入其他卸車環線，提高卸車作業的靈活性。達比隆港站平面布置示意圖如圖5 所示。

表2 貫通式雙翻翻車機主要作業流程及作業時間標準Tab.2 Operation procedure and time standard of the throughtype double dumpers

圖5 達比隆港站平面布置示意圖Fig.5 Layout of Dapilon Port Station

5 結束語

達圣鐵路作為幾內亞鋁土礦出口的重要通道，具有擴大幾內亞礦區發展規模，降低鋁土礦物流成本的作用。達圣鐵路沿線車站裝卸設備選型及裝卸車站的布置充分考慮幾內亞的社會、自然及經濟特征，統籌協調幾內亞礦區開采與港口規劃實際，達圣鐵路沿線礦區裝車站選用裝載機作為裝車設備，達比隆港站選用貫通式雙翻翻車機作為卸車設備，充分體現因地制宜的發展理念，是我國鐵路“走出去”戰略的重大實踐。合理確定達圣鐵路沿線車站裝卸設備配置及站場布置方案，有效促進中幾雙方合作共贏，積極帶動我國鐵路走向世界。