重載組合式列車卸車站平面布置方案研究

徐蕾杰

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司 站場設備設計研究院，北京 102600)

重載運輸是采用大功率機車和大軸重車輛、擴大列車編組，達到提高運量目的的運輸方式。目前，將滿足列車牽引質量8 000 t 及以上、軸重270 kN 及以上，至少150 km 線路區段上年運量大于4 000 萬t的3 項條件中2 項的鐵路定義為重載鐵路[1]。重載鐵路貨車車型以及車輛的編組形式相對固定，具有運量大、效率高、成本低等特點，對于運輸煤炭、礦石等大宗貨物極具優勢。重載鐵路卸車站作為點、線運輸網絡中的最后一個環節，多位于港口、電廠等貨物集中到達地區，與卸車地貨物輸送系統相連，是鐵路與水運、公路等其他運輸方式互聯互通的關鍵節點，其車站能力及規模與貨運量匹配程度，對整個運輸系統效率起到至關重要的作用。為此，分析重載組合式列車卸車站平面布置方案影響因素，研究重載組合式列車卸車站平面布置方案，并結合實例，探討調機及本務機2 種牽引卸車作業模式下車站平面布局圖型。

1 重載組合式列車卸車站平面布置方案設計

1.1 影響因素分析

重載組合式列車卸車站平面布置方案與貨物運輸組織模式、站內主要技術作業內容、卸車站能力3 個因素有關，只有車站布局及設施布置方案適應重載貨物列車作業特點、與運輸需求相匹配，才能充分發揮卸車站作業能力。

（1）貨物運輸組織模式。重載列車開行模式根據貨源、貨流的組織情況，可以分為單元式、整列式和組合式3 種。其中，單元式重載列車為固定列車單元，機車、車輛組合固定；在裝卸過程中，機車、車輛不摘鉤，列車運行途中無調車作業，車輛沿途不進行檢修，列車定期整列進段，在列車編組中順次換掛一定數量檢修后的車輛，以此使列車中的車輛輪流得到檢修。因此，單元式重載列車機車和車輛均需要在裝卸車站進行機車整備及車輛檢修作業，裝卸車站需考慮設置機務段及車輛段。整列式重載列車與普通貨物列車類似，適用于繁忙干線改造，存在列車解體、編組作業，列車運行徑路中需設置編組站或編組場。組合式重載列車由同一方向上的貨物列車首尾相連，不要求固定機車車輛，機車分別掛于列車頭部和中部，運輸組織靈活，存在列車組合、分解作業，車輛沿途不進行檢修。因此，組合式列車需要在裝卸車站內進行組合、分解作業，車站到發場布置形式需根據列車組合方案和機車連掛模式設置腰岔，同時到發場需考慮設置機走線以滿足組合列車中部機車出入段及連掛作業的需要。另一方面，與單元式列車裝卸站類似，站內需設置機務段及車輛段完成機車整備和列車檢修作業。

（2）站內主要技術作業內容。重載組合式列車無編組作業，卸車站內主要技術作業內容包括列車到達，煤炭、礦石等大宗貨物卸車，卸后空車檢修集結以及列車出發等作業。主要作業流程為：①組合列車到達重車到達場，進行技術檢查、貨運檢查、票據交接等到達技術作業；②本務機或調機牽引列車至卸車場進行卸車作業，卸后空車由本務機或調機牽引入段檢修或進入空車出發場進行集結、列檢和出發作業[2]。由列車技術作業流程可知，在設施方面，重載組合式列車卸車站需設置到發線、卸車線、機待線、邊修線等設施用于滿足列車到發、卸車、車輛檢修等作業需求。作業量大的情況下，需設置機務段和車輛段滿足機車車輛整備檢修作業。在設備方面，卸車站需考慮翻車機、卸煤坑等設備，用于煤炭、礦石貨物卸車作業。

（3）卸車站能力。重載組合列車卸車站能力主要由車站通過能力和卸車能力決定。其中，車站通過能力與到發線數量和到發作業時分有關，卸車能力與卸車線數量及翻卸一列車所需要的時間有關。以環形式卸車站為例，利用翻車機設備，一次貨物列車到達卸車作業中，卸車作業時間共需165 min，占據整體作業時間一半以上[3]。因此，卸車能力為主要瓶頸制約因素。根據運輸需求合理確定到發線和卸車線數量，能夠充分發揮卸車站能力，避免產生能力過剩或不足的情況。

車站到發線、卸車線能力計算一般采用公式[4]為

式中：N為一晝夜卸車站股道能力，列/d；T為一晝夜卸車站股道能進行作業的時間，min；t固為一晝夜各項固定作業占用時間，min；t為一晝夜辦理到發作業或卸車作業平均占用時間，min；r空為空費系數。

卸車線數量還需要與采用的卸車設備性能、作業能力及數量相匹配。目前，我國重載鐵路主要采用翻車機卸車。翻車機系統包括翻車機、重車調車機、空車調車機、遷車臺等，具有機械化程度高、卸車能力強、對環境污染小等優勢。對于不同型號、性能的翻車機，其作業能力有所不同，單翻翻車機年卸車量約為600 萬t，雙翻翻車機年卸車量約為1 000 萬t，三翻翻車機年卸車量可達2 500 萬～3 000 萬t。根據貨運量，可采用不同類型翻車機或其組合，對應的卸車線數量及車站咽喉布置形式也有所不同。

1.2 列車車場布置形式

重載組合列車組合方案、機車連掛模式主要有2類：①重載萬噸組合列車由前、中部各1 臺機車牽引5 000 噸列車連掛而成；②2 萬噸列車有“1+2+1”(列車前部1 臺SS4機車，中部2 臺SS4機車重聯牽引，尾部連掛1 臺SS4機車)和“1+1+可控列尾”(一臺HXD機車牽引萬噸列車和另一臺HXD機車牽引萬噸列車組合，尾部加可控列尾)等連掛模式。

為適應組合列車中部機車出入段及連掛作業，到發線的布置宜采用2 條重車線或2 條空車線中間夾1 條機走線的布置形式，重車線或空車線夾機走線形成線束，本務機利用機走線出入機務段[5]。同時，基于組合列車需要在到發場進行重車到達分解及空車組合發車作業，每束到發線和機走線間適當位置應設置中間腰岔，方便機車編掛，保證靈活性。腰岔與腰岔間的有效長度根據列車組合方案、機車連掛模式和列車牽引質量確定[6]。重載組合式列車組合、分解車場布置示意圖如圖1 所示。

1.3 卸車站基本平面布置

采用翻車機卸車的重載組合式列車卸車站，根據作業量、地形條件、翻車機和卸車線的設置情況，可以分為盡頭式和環形式2 種基本平面布置圖型。

（1）盡頭式。盡頭式卸車站適用于作業量不大，地形條件受限的港口或地區。到發場與卸車場縱列式布置，車站盡頭設翻車機和移車臺。到發場主要進行列車到發及組合分解作業，卸車場進行卸車作業。盡頭式卸車站基本布置圖型如圖2 所示。卸車場1 道、5 道為空車線，2 道、4 道為重車線，3 道為機車走行線。由于車站作業量小，設機待線和邊修線各1 條。若卸后車輛出現破損，由調機挑出放入邊修線。車站主要作業流程為：組合式重車到達到發場，分解為單元列車后通過調機或本務機牽引至卸車場待翻，撥車機將分解后的重車按順序撥入翻車機摘鉤翻卸，翻后空車撥至空車出發線集結，經技術檢查作業后聯掛本務機車出發。盡頭式卸車站布置圖型車場分工細致，專業性強，適應長窄地形，但卸車過程中車輛需進行摘鉤、移車，轉場作業多，作業效率較低。

（2）環形式。環形式卸車站為一級二場橫列式布置，適用于作業量大、用地條件開闊的地區。重車到達場與空車出發場橫列布置，盡端設卸車環線。翻車機前后有效長各滿足一個列車單元，以減少進出環線咽喉端的作業干擾。為避免咽喉區過長，重車到發線與空車到發線可分束布置。對于較小規模、只有1 條卸車環線的卸車站，重車到發線與空車到發線咽喉區可以相互連通，從而更加靈活地運用到發線[7]。根據作業需要，設機務段及車輛段。環形式卸車站基本平面布置圖型如圖3 所示。車站主要作業流程為：組合重車接入重車到發場辦理到達作業、交接作業并分解為若干個單元列車，本務機車或調機牽引重車單元至重車撥車機作業范圍，進行翻車作業；本務機走行至機務段整備。卸后空車進入翻車機卸車環線后半段部分，整備后本務機或調機將卸后空車牽引至空車出發場，集結組成回空列車，經列檢、發車作業后出發，卸后待修車輛由調機挑出進入車輛段[8]。環形式卸車站布置圖型在翻車機翻車過程中無需將車列摘成單節車輛，節省了摘鉤、遷車平臺遷移車輛以及空車集結時間，作業效率高。同時，不設置牽出線及機待線即可完成卸車作業，列車進路順暢，但占地范圍較大，工程量及投資較高。

圖1 重載組合式列車組合、分解車場布置示意圖Fig.1 Layout diagram of combined and decomposed yard for heavy haul combined train

圖2 盡頭式卸車站基本布置圖型Fig.1 Basic layout of stub-end unloading station

2 實例分析

2.1 運輸需求及卸車站設備設施

以一礦區新建配套重載鐵路工程為例，該工程服務于企業鐵礦石外運，是一條礦石專用單線鐵路，兼顧運輸礦區正常運轉的生產生活物資。礦區計劃開采量約為5 000 萬t/a，由港口運至礦區的生活物資需求量約0.3 萬t/a。貨物運輸組織方式為開行2 萬噸C80車型重載組合列車，機車連掛方式為“1+2+1”。因此，開行貨物列車共11 對/d，其中9 對礦石列車，2 對運輸生產生活物資。

考慮港口規劃、地形地貌及港口吞吐能力等條件，遵循符合港區近遠期規劃，盡量深入港區，減少礦石二次倒運距離，盡量減少對港區既有設備、設施的影響，減少周邊既有房屋的拆遷工程等原則，卸車站選址于港口西南側，與港口輸煤系統相連接。車站周邊地形平坦，僅分布少量村落，無控制因素影響卸車站布置形式。

該車站卸車作業量大(5 000 萬t/a)，地形條件較為開闊，優先考慮環線式布置站型。根據貨運量及翻車機卸車能力，考慮采用三翻翻車機2 臺。根據公式(1)，其中T取1 440 min，r空取0.2，到發線能力計算中t固取120 min，t取130 min，卸車線能力計算中t固取150 min，t取165 min[9]，求得每條到發線接發能力為7 列/d，環形卸車線卸車能力為6 列/d。車站需設置到發線4 條，其中重車線2 條，空車線2條，股道能力利用率約78%；設卸車線2條，股道能力利用率75%，數量與翻車機數量匹配。

根據組合列車到發作業、卸車作業、機務整備作業、車輛檢修作業和生產生活物資裝車作業需要，車站設到發場，卸車場，機務所、車輛段和貨場各1 處。

圖3 環形式卸車站基本平面布置圖型Fig.3 Basic layout of loop unloading station

2.2 卸車站平面布置方案

根據牽引列車卸車的機車屬性不同，可以分為調機及本務機2 種作業模式。分別考慮調機牽引和本務機牽引模式下技術作業流程，研究形成以下3個卸車站平面布置方案。

（1）方案1。方案1 為機務段位于空車出發場端方案。該方案考慮調機牽引進行卸車作業，機務段、車輛段與到發場縱列式布置，到發場采用“兩重車線或兩空車線夾一機走線”布置形式，機務段重、空車場與機走線相連，本務機摘機后能夠盡快通過機走線入段整備。翻車機位于卸車環線中部，前后有效長各滿足1 個列車單元。車輛段位于空車出發場一側，便于卸后空車檢修作業。車站主要作業流程為：重載組合列車進入卸車站，經到達技檢、摘除列尾后分解為3 個列車單元，本務機摘機經機走線進入機務段整備。調機牽引單元列車至翻車機前，進行翻車機對位及卸后空車轉線，進入出發場。根據列檢情況，通過調車作業挑出待修車輛送至車輛段，其余車輛經過集結，連掛出段的本務機，加掛列尾，列檢后發車，開往礦區。機務段位于空車出發場端方案示意圖如圖4 所示。

（2）方案2。方案2 為機務段位于重、空車場間方案。該方案到發場同樣采用“兩重車線或兩空車線夾一機走線”布置形式，機務段、車輛段布置于重車到達場與空車出發場間，能夠有效減少機車出入段切割正線作業干擾。車輛段靠近出發場，便于卸后空車入段檢修。車站主要作業流程與方案1 相似，重車到達后本務機即摘機進入機務段整備，卸車及空車轉線作業均由調機牽引進行。卸后空車進入出發場，挑出待修車扣車，其余車輛集結后連掛本務機出發。機務段位于重、空車場間方案示意圖如圖5 所示。

（3）方案3。方案3 為機務段位于卸車環線端方案。該方案利用本務機牽引重車進行卸車作業，機務段、車輛段、貨場與到發場橫列式布置。重車到達場不設置機走線，本務機利用卸車線走行入段。機務段設置于卸車環線端，可以減少機車入段走行時間。車輛段位于空車出發場出站端，便于卸后空車入段檢修。車站主要作業流程為：重載組合列車到達卸車站后進入重車線，經列檢后分解為3 個列車單元，由本務機牽引至翻車機前。本務機車與翻車機交接后摘鉤，通過卸車環線進入機務段整備，重車進行卸車作業。卸車作業完成后，機車從機務段走行至翻車機前交接，連掛卸后空車組進入出發場。經列檢后，待修車被挑出扣車，正常列車經集結、加掛列尾、列檢后出發，開往礦區。機務段位于卸車環線端方案示意圖如圖6 所示。

（4）方案比選。在上述3 種布置方案中，方案1考慮調機牽引作業，機車走行靈活，本務機能夠盡快進入機務段整備，周轉效率較高。同時，本務機與調機分工細致，調機人員具有專業性強、操作熟練等優勢，操作靈活，作業成本較低。缺點在于需設機待線及多設置1 股機車走行線，以完成機車轉頭作業。方案2 與方案1 相似，考慮調機牽引作業，運輸組織靈活，作業成本較低；機務段設置于重、空車場間，能夠減少機車出入段的交叉干擾，減少各項作業環節因作業交叉出現的等待時間，機車走行距離較短。缺點是需設置機待線和機車走行線，占地范圍較大，工程投資最高。方案3 考慮本務機牽引作業，重車到達場不設機走線，利用卸車環線完成機車轉頭作業，無需設置機待線，列車徑路順暢。方案3 缺點為本務機需承擔卸車作業，無法盡快入段整備，本務機周轉時間長。考慮到長大干線鐵路卸車作業量大，本務機長時間作業將延長機務人員作業時間，對人員及作業成本要求更高。綜上所述，推薦方案1，機務段位于空車出發場端方案較為適應實際情況及作業管理模式。

圖4 機務段位于空車出發場端方案示意圖Fig.4 Schematic diagram of locomotive depot at departure yard for empty car

圖5 機務段位于重、空車場間方案示意圖Fig.5 Schematic diagram of locomotive depot between loaded car yard and empty car yard

3 結束語

重載鐵路運輸是國際公認的鐵路貨運發展方向，重載組合式列車符合重載鐵路運輸趨向于長編組、大運量方向的發展需求，其卸車站平面布置方案的合理設計、與運輸需求的匹配適應，能夠充分提高重載鐵路效率及能力。在車站設計過程中，如何做好車站設備設施與運量需求相匹配，充分發揮車站能力，如何設計車場形式、段所布局關系，使車站平面布置方案符合列車運行組織特點，確保列車徑路順暢、技術作業過程流暢，是最大化車站作業效率和能力的關鍵。研究影響重載鐵路組合式列車卸車站設備設施數量及相對布局的各項因素，結合實例，提出不同牽引作業模式下，與運輸需求和作業特點相匹配的卸車站布局形式，比選確定卸車站平面布置最優方案，可以為其他重載鐵路卸車站平面布置方案設計及優化提供參考。

圖6 機務段位于卸車環線端方案示意圖Fig.6 Schematic diagram of locomotive depot close to unloading loop