某礦區鐵路專用線裝車站方案研究

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，對保障國民經濟穩步快速發展具有重要的意義[1-3]。隨著煤炭重載鐵路運輸的迅速發展，對鐵路煤炭重載運輸的安全性、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的關鍵作業節點，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，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。

1 工程概況

山西焦煤汾西榮欣礦區鐵路專用線工程位于山西省呂梁市柳林縣境內，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所屬煤礦及周邊洗煤廠、焦化廠產出的煤焦產品，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，山西焦煤汾西礦業集團公司原煤產量突破3 000萬t，精煤產量達1 420萬t。到“十二五”末，原煤產量達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集團控股的賀西、吳家峁以及中泰煤業所屬部分煤礦等，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，難以提高企業產品競爭力。

瓦日鐵路是汾西礦業集團煤炭外運的便捷通道。項目的實施，不僅能夠滿足企業煤炭外運的運輸需要，提高企業的經濟效益，從而提升企業的市場競爭力，同時可以帶動當地經濟的發展，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。

2 沿線自然特征

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人工填土，第四系上更系統風積砂質黃土及黏質黃土，第四系中更新統洪積層黏質黃土、碎石類土，中生界三疊系下統劉家溝組泥巖、砂巖和泥質砂巖。該地區廣泛分布第四系上更新統風積砂質黃土，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域為Ⅰ級。濕陷深度一般為10 m左右。

3 接軌站概況

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，車站規模及其他股道布置維持既有不變。

4 運輸組織模式

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、各種技術作業要求[9-12]。目前，該專用線的長度，區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河南、山東到日照出港，部分通過南同蒲線發往全國各地。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往全國各地。

裝車站貨車車輛考慮采用C70型，貨車靜載質量70 t，凈載重系數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。

5 裝車站方案研究

瓦日鐵路目前已開行萬噸列車，根據運輸組織需求，裝車站需滿足萬噸列車裝車條件。對于位于山區的煤炭裝車站，應根據實際情況，對車站及其裝車作業系統進行研究，才能既適應山區復雜地形，又滿足車站裝車作業目標。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、工程費用和環保要求[13-16]。

結合裝車站選址范圍內地形地貌及地質條件，根據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及環線布置快速定量漏斗倉裝車系統兩大方案。

5.1 直線布置軌道式移動裝車方案

胡家峁裝車站設到發場(兼裝車場)及調車場，縱列式布置，采用軌道式移動裝車系統。

到發場(兼裝車場)設正線1條，機走線1條，兩側各設到發兼裝車線2條，有效長度為1 050 m；調車場設調車線2條(含正線)，有效長度為900 m。到發場(兼裝車場)及調車場可接發萬噸列車及5 000 t列車，萬噸列車通過裝車場及調車場解編進行裝車作業。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。到發場及調車場可接發萬噸列車及5 000 t列車，可滿足重車在進入留譽站前有站內等待發車條件。

裝車采用調車作業方式，當萬噸整列到達后，停在其中一條到發線上，本務機車摘鉤后，利用另一條到發線折返取走組合好的萬噸列車，調車機將萬噸整列分解為兩列5 000 t送至裝車線裝車，裝車完畢后再由調車機將兩列5 000 t組合為萬噸列車，停于到發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。國內同類工程安全與風險評估經驗，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，根據現場地質條件，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。

5.2 環線布置快速定量漏斗倉裝車方案

裝車站采用環線布置，半徑為300 m。裝車站到達場設2股到發線，有效長1 700 m。環線始端設裝車用快速定量漏斗倉。萬噸列車裝車作業可直到直發。

裝車站采用環線型式布置，站坪寬度減少至17.0 m，且裝車環線設于山地區域，線路多以隧道、橋梁穿越山地及跨越溝谷，可規避不良地質工點。路基挖高大幅降低，土石方及擋護工程數量明顯減少，最大限度規避了工程風險。

胡家峁站環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采用PLC技術、數字化儀表技術、高精度稱量技術，能夠對整個裝車過程的全面監控，單節車廂裝車時間小于45 s，實現了快速精確裝車，極大地提高裝車自動化程度。環線裝車具有速度快、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方式等優點，其作業流程簡便，能縮短作業時間、加快車輛周轉、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。

5.3 方案優缺點分析和推薦意見

各方案高路堤和深路塹工程規模對比見表1，主要技術經濟比較見表2，裝車站的優缺點分析見表3。

表1 高路堤和深路塹工程規模對比

表2 主要技術經濟比較

表3 優缺點比較分析

綜合以上分析，胡家峁裝車站采用環線裝車方案后，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，節約工程投資。運營期可實現快速定量漏斗倉裝車，萬噸列車裝車作業可直到直發，運輸組織便捷高效。

另外，裝車站地處山區，地形困難，地質條件復雜。在滿足裝車站各項使用功能的前提下，環線裝車方案能較好適應地形條件，有效的避繞工程風險點。

6 結論

(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，從發展的角度來看，重載鐵路采用環線裝車方式在各方面普遍優于其他裝車方式。