澳大利亞皮爾巴拉礦區重載鐵路總體設計

趙振剛

中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院，濟南 250022

1 工程概況

澳大利亞皮爾巴拉礦區重載鐵路位于西澳洲北部，北起黑德蘭港口，向南穿越濱海平原，跨越齊切斯特山脈后折向東，延伸至皮爾巴拉礦區。該鐵路經過濱海平原、山區和山谷區。濱海平原與山谷區地形較為平坦，山區地形起伏相對較大。

該鐵路為貨運專線，專門運輸礦區的鐵礦石和礦粉至港口。一期工程正線全長330 km，設計年運量4 500 萬t；二期工程正線延長至398 km，設計年運量9 000 萬t。礦區至港口為重車方向，港口至礦區為輕車方向。線路沿線多為戈壁，植被樹木較少，無居民定居點。

2 鐵路主要技術標準

正線為單線，軌距1 435 mm，設計軸重37 t。設計速度：重車方向80 km∕h，輕車方向75 km∕h。濱海平原及山谷區限制坡度：重車方向2‰，輕車方向10‰。山區限制坡度：重車方向3.3‰，輕車方向15‰［1］。

采用GE AC6000 型內燃機車牽引，牽引質量3.5 萬t［2-3］。列車編組為3 臺GE AC6000 機車+240 輛敞車，列車標稱長度為3×24+240×10.5=2 592 m。到發線有效長度3 000 m。閉塞類型為自動站間閉塞［4］。

3 運輸組織及運輸設備布局

3.1 運輸組織

全線運輸組織由設于港口的中央控制中心遠程控制。一期配屬23 臺機車和1 260 臺鐵礦運輸車輛。車輛質量為21.5 t，載貨總質量為148 t［5］。列車一趟周轉時間為24 h，一期開行列車5 對∕日，二期開行列車10 對∕日。車輛采用旋轉車鉤，翻車機卸車時不需摘車鉤［6］。

3.2 運輸設備布局

在礦區設置裝車環線，在港口設置卸車環線和編組站，沿線設4 個無人值守會讓站，平均站間距約70 km。裝車環線設置裝車倉，卸車環線配置雙車翻車機，編組站設置機車、車輛檢修車間和工務綜合維修基地。工務綜合維修基地設2 條大型養路機械停留線、長軌條焊接存放場和波紋鋼管存放場。為便于施工及養護維修，全線不設隧道。

4 重點專業設計

路基、橋梁設計使用年限50 年，涵洞設計使用年限20年，設計使用年限內開展定期和常規維護。

4.1 線路設計

濱海平原與山谷區、山區正線平面設計參數見表1，縱斷面設計參數見表2。

表1 正線平面設計參數

表2 正線縱斷面設計參數

注：所有變坡點均設置圓曲線形豎曲線。

4.2 軌道設計

采用68 kg∕m 長50 m 的無孔新軌，在綜合維修基地采用閃光接觸焊焊接為400 m 的長軌條，運到工地后再焊接為跨區間無縫線路［7-8］。為減少鋼軌磨耗，改善輪軌關系，運營期間采用大型養路機械和不落輪鏇床定期對鋼軌和車輛輪對進行打磨。

為適應37 t軸重要求，采用預應力混凝土枕，軌枕長度2.6 m，間距670 mm，軌枕混凝土最小抗壓強度50 MPa。扣件采用潘多拉E型扣件。

道床材質符合AS 2758.7—2009《鐵路道砟骨料》要求，總的壓碎值和濕磨損值符合AS2758.7 中H 級要求。道床厚度250 mm，可根據需要增加厚度。道床砟肩寬度300 mm，曲線段根據需要加寬。

4.3 路基設計

直線段路基面頂寬6.6 m；線路平面曲線半徑大于3 000 m時，路基面頂寬6.6 m；半徑小于等于3 000 m時路基面頂寬7.0 m。基床表層最小厚度：路堤段250 mm，路塹段350 mm［9］。

路堤段采用直線形邊坡，路塹段設邊坡平臺。各工況路基邊坡坡率及邊坡平臺參數見表3。

表3 路基邊坡坡率及邊坡平臺參數

填普通土路堤壓實標準見表4。填巖石路堤壓實標準根據壓實方式確定。

表4 壓實標準

濱海平原區路基應對沿海淤泥地基進行處理，防止不均勻沉降。山谷區及山區路基根據地質情況采用合理的施工方案。路基邊坡至設計水位的安全高度采用0.5 m。

4.4 橋涵設計

4.4.1 橋涵水文設計

沿線年平均降雨量250 mm，有時日降雨量就達到250 mm。沖溝較少，水流呈片狀從山上流下。因此，設計時要設置足夠的涵洞排水，既要滿足排洪要求，防止鐵路阻水被水淹，又要盡量不改變既有徑流，保證下游生物的生存需要。

水文設計采用澳大利亞降雨量和徑流標準。橋梁設計水位按50年一遇標準設計。根據橋址處地形，橋梁梁體等上部建筑至設計水位的最小高度采用0.5～1.0 m。

涵洞設計最大流量大于50 m3∕s時，設計水位采用50 年一遇，按100 年一遇水位進行檢算。涵洞設計最大流量小于等于50 m3∕s 時，設計水位采用20 年一遇，按50 年一遇水位進行檢算。涵洞處設計水深不能超過涵洞直徑的1.5倍。

4.4.2 橋梁設計

橋梁設計按澳大利亞標準AS 5100—2004《橋梁設計》執行，設計軸重采用37 t。為方便軌道檢查和養護，橋梁兩側設人行道板，橋上軌道不設護輪軌。橋跨結構設計為下承式鋼梁橋，鋪設預制混凝土橋面板。橋面板道砟槽寬度為4.28 m。橋面板兩側設人行道欄桿，欄桿間寬度為5.88 m。采用鋼制橋墩，部分橋墩用混凝土填充，以增加穩定性。鋼梁采用25 m標準跨度，橋墩基礎為樁基或擴大基礎。樁基采用鋼制樁或混凝土預制樁。

對于跨越重要河流的橋梁，因為既有河道寬度在1～2 km，在水文條件允許的情況下可壓縮河道，以減少橋長降低工程造價。橋梁結構設計時須考慮耐久性要求。橋頭錐體、導流堤碼砌塊石進行防護。

4.4.3 涵洞設計

涵洞均采用波紋鋼管制作，最小直徑600 mm。鋼管厚1.6～3.5 mm。設計施工中要注意防止土壤和鹽分對鋼管的侵蝕。每12 年清淤養護一次。鋼管侵蝕失效與填料、壓實度有關，施工時一定要采用規定的填料，達到規定的壓實標準。

4.5 站場設計

4.5.1 站場設計方案

1）平面設計。車站到發線有效長度3 000 m；環線中重車線最小曲線半徑800 m，空車線最小曲線半徑600 m；各緩和曲線長度均采用20 m；夾直線最小長度一般為50 m，困難條件下可采用30 m；道岔間插入的短軌長度為25 m；到發線的線間距5 m，支線及其他線的線間距8 m，設有檢修通道的兩線間線間距10 m。

2）縱斷面設計。為防止車輛溜逸，到發線采用凹形縱斷面。到發線有效長度范圍內設計坡度一般條件下不大于1‰，困難條件下不大于1.5‰。車站咽喉區坡度不大于1.5‰。

3）安全隔開設備設計。根據澳大利亞鐵路安全法和工業及基礎設施部的要求，各會讓站南端咽喉設置安全線1 條，脫軌道岔1 組；在裝車站裝車倉、卸車站翻車機兩側及其他需要的地方設置脫軌道岔。

4）道岔選擇。正線采用20 號可動心軌轍叉單開道岔。車場及側線內重車側向通過的道岔采用12 號可動心軌轍叉單開道岔，其他道岔采用12號固定轍叉單開道岔。

4.5.2 站場布置

全線共設車站7 座（含裝、卸車站），如圖1所示。

圖1 車站分布示意

1）裝車環線。在礦區設置裝車環線，道岔直向為重車方向。裝車倉前線路有效長度為6 200 m，可停放兩列空車；裝車倉后線路有效長度為3 000 m，可停放一列重車。同時設有超裝車處理線1 條，有效長度為150 m。機車整備線1 條，配置機車整備、上油上水等設備［10］。裝車環線平面布置如圖2 所示。其中：R為半徑，l為緩和曲線長度。

圖2 裝車環線平面布置示意（半徑和長度單位：m）

2）卸車環線。在港口設置卸車環線，道岔直向為重車方向，翻車機前后線路有效長度均大于3 000 m。在港口共規劃2條卸車環線，一期建設外側環線，預留內側環線。卸車環線平面布置如圖3所示。

圖3 卸車環線平面布置示意（半徑和長度單位：m）

卸車環線在翻車機處最高，翻車機前為坡率0.71‰的上坡，翻車機后為坡率0.71‰的下坡。其他地段線路坡率不大于1‰。

3）編組站。在卸車環線南側的直線上設置編組站，其最外側道岔與卸車環線的最外側道岔相距約2.0 km。主要辦理列車會讓、機車和車輛的保養檢修、軌道大修車輛的停放等作業。在車場外側設有軌料存放場、鋼軌焊接機等設備存放點。

設正線1 條，到發線4 條（一期1 條，二期預留3 條），調車線1 條，車輛檢修線4 條，機車整備線4 條，機車走行線1 條，大型養路機械停留線2 條。編組站平面布置如圖4所示。

圖4 編組站平面布置示意

4）會讓站。沿線設4 個會讓站。會讓站設正線1 條，到發線1 條，安全線1 條。其中1 個會讓站另設大型養路機械停留線2 條。會讓站平面布置如圖5所示。

圖5 會讓站平面布置示意

會讓站不設站房，行車組織由中央控制中心控制。會讓站信號聯鎖設備采用太陽能供電，不設電力引入線。

4.6 養護維修

線路采用機械化養護，養路機械包括2 臺道床整形車，2 臺搗固車，2 臺平板車，20 臺道砟車，4 臺側卸車，1 臺絞盤車，4 臺空氣壓縮車，1 臺移動接觸閃光焊軌車。每兩個月完成一次養路循環。

在鐵路沿線一側修建道路，供工程施工和養護維修使用。路面寬7 m，設計速度80 km∕h，最大坡度7.5%。為減少工程投資，道路沿地形設置，采用土路面，道路沿途深溝處設置涵洞。簡易道路每兩個月保養一次。

5 結語

鐵路運輸重載化是提高鐵路運輸能力和運輸效率的重要方法。重載鐵路總體設計應根據運輸需求和地形地質條件，合理選擇鐵路主要技術標準，統籌考慮移動設備和固定設備配置，優化運輸組織，提高運輸效率，實現運輸系統的整體優化。