山區鐵路專用線接軌方案與裝卸站平面布置方案研究

孫 宇，徐 娜，孫煥杰，馬文軍

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司 線路站場設計院，天津 300308)

0 引言

我國經濟正處于高速發展階段，隨著打贏“藍天保衛戰”，大宗貨物“公轉鐵”等政策的實施[1]，山區鐵路專用線建設的必要性也在增強。我國山區的地形地貌和地質條件都相對復雜，設計難度和施工難度都相對較高。如何通過合理的設計來降低工程難度、節省工程投資、提高修建鐵路的社會經濟效益，也變得愈發重要。

目前，關于山區鐵路的研究多聚焦在長大干線[2-4]，而對于山區鐵路專用線來說，研究也多在選線方面[5-6]，而很多鐵路專用線線路長度短，線路走向受接軌方案和裝卸站布置方案影響很大，深入研究專用線接軌方案和裝卸站布置方案對優化線路走向，降低工程難度和工程投資具有重要意義[7]。

1 專用線建設必要性研究

陜西君采物流有限公司鐵路專用線位于陜西省延安市安塞區境內。線路自浩吉鐵路(浩勒報吉南—吉安)建華站接軌引出，線路折向北，于建坪公路東側走行，上跨金盆灣河后，在黨崖窯和老爺廟村東側設君采裝車站，正線長度6.212 km，全線共設站2 座，含接軌站1座(建華站)、新建站1座(君采裝車站)[8]。

延安市煤田總面積超7 000 km2，約占全市地域面積的1/5，自然資源可開采量達到100 億t 左右，市域內煤炭開采條件簡單，煤質優良。國家《能源發展戰略行動計劃(2014—2020)》(國辦發[2014]31 號)確定建設的14 個過億噸的煤炭大規模開采基地中，延安市黃陵縣位列其中；9 個千萬千瓦級別的煤電開發規劃中，延安市位列其中；國家收縮東部、限制中部、優化西部的發展戰略為延安市煤炭產業提供了發展機遇，浩吉鐵路的建設，將在很大程度上改善延安市的煤炭外運條件。陜西君采物流有限公司專用線運輸品類為煤炭，煤炭來源主要為延安市禾草溝煤業有限公司、延安市華龍煤業有限責任公司貫屯煤礦、子長縣中達焦家溝煤業有限公司，煤源與地區鐵路相對位置示意圖如圖1所示。

圖1 煤源與地區鐵路相對位置示意圖Fig.1 Relative positions of coal sources and regional railways

煤炭主要供應華中地區的華銀金竹山火力發電公司、大唐華銀耒陽火力發電分公司、大唐湘潭發電有限責任公司和大唐華銀長沙火力發電分公司，服務于電廠生產。華銀金竹山火力發電公司位于冷水江市東郊，裝機容量為192.5 萬kW，2 臺600 MW 亞臨界機組于2006 年9 月投產發電，1 臺600 MW 超臨界機組于2009 年7 月投入運行，是湖南最大的火力發電企業，本項目近、遠期均為其運送220 萬t 煤炭；大唐華銀耒陽火力發電分公司位于衡陽市耒陽市，該公司現總裝機容量1 020 MW，本項目近、遠期為其供應煤炭分別為150 萬t、200 萬t；大唐湘潭發電有限責任公司位于湘潭市岳塘區，一期工程2 臺30 萬kW 機組、二期工程2 臺60 萬kW 超臨界機組均投產發電，本項目近、遠期分別為其運送煤炭130 萬t、190 萬t；湖南華電長沙發電有限公司位于長沙市望城區銅官鎮，規劃裝機容量為3 200 MW，一期2×600 MW 燃煤發電機組已于2007 年10 月和12 月投產發電，本項目僅遠期為其運送煤炭190萬t。

預測本項目近期發送煤炭500 萬t、遠期發送煤炭800 萬t。根據預測運量的來源及去向，結合延安市區域路網構成，確定本項目發送煤炭運輸徑路為本專用線、浩吉鐵路。本項目車流組織方案為萬噸煤炭直達列車，煤炭自本專用線設置的君采裝車站裝車，經本專用線進入浩吉鐵路運至襄州站分解為普通貨物列車后運往湖南等地區，卸后空車在襄州站組合為萬噸空車列車后運至本線君采裝車站裝車，因而本線的車站運量如表1所示。

表1 車站運量 萬tTab.1 Station freight volume

按采用C70型車輛計算，君采裝車站作業車數如表2所示。

表2 作業車數 車/dTab.2 Number of operation trains

本項目牽引質量為10 000 t，編組106 輛/列，研究年度本項目區段貨物列車對數如表3所示。

表3 區段貨物列車對數 對/dTab.3 Number of freight train pairs in the section

2 接軌方案研究

2.1 接軌站選擇

延安市范圍內貨運鐵路有浩吉鐵路和包西鐵路(包頭西—張橋)，其中浩吉鐵路為國鐵Ⅰ級雙線電氣化鐵路，線路全長1 813.5 km，開行萬噸貨物列車，在延安市境內設建華站、延安東站、麻洞川站和集義站。包西鐵路為國鐵I 級雙線電氣化鐵路，全長800.9 km，開行5 000 t貨物列車，在延安市境內設子長站、延安北站和延安站，詳見圖1。

浩吉鐵路建華站和包西鐵路子長站與各煤炭來源企業的公路銜接均相對便利，但若在子長站接軌，后方通道經包西鐵路、黃韓侯線(黃陵—韓城—侯馬)、南同蒲線(太原—華山)、浩吉鐵路到達華中地區，煤炭運距較浩吉鐵路建華站接軌長約170 km，且不能編組萬噸大列運輸，運輸周轉率低，因而選擇在浩吉鐵路建華站接軌。

2.2 接軌站概況

建華站位于延安市安塞區坪橋鄉與建華鎮交界處，黨家窯村與蔡陽坪村之間。車站中心里程為K295+930，站坪坡度為1‰，上行方向車站為靖邊東站，站間距為64.48 km，下行方向為延安東站，站間距為40.29 km。

建華站性質為浩吉鐵路上的越行站，站房位于線路左側，設到發線5 條(含正線2 條)，有效長度均滿足1 700 m，在下行接車方向末端設安全線1 條，站同右預留大機停留線和接觸網工區線各1 條，有效長度分別為450 m 和80 m。站內設陽坪大橋(5 線橋)1 座，上跨坪橋河和建坪路，車站小里程端為車新莊3 號隧道，大里程端為蔡陽坪隧道。車站側向接發萬噸列車的道岔為18 號，正線間渡線道岔為12 號，建華站平面布置示意圖如圖2所示。

圖2 建華站平面布置示意圖Fig.2 Layout of Jianhua Railway Station

2.3 接軌方案研究

建華站西側邊坡為3 級拱形骨架護坡，邊坡高度達21 m，且西邊地形起伏大，地面高程在1 210~1 370 m 之間，君采裝車站設站條件差，而東側邊坡為1 級拱形骨架護坡，邊坡高度只有7 m，且東邊地形相對平坦，君采裝車站設站條件相對較好，結合建華站周邊地形地貌研究了2 個接軌方案，分別為建華站南咽喉接軌方案和建華站北咽喉接軌方案，建華站接軌方案線路走向示意圖如圖3所示。

圖3 建華站接軌方案線路走向示意圖Fig.3 Line direction of the connection scheme for Jianhua Railway Station

2.3.1 建華站南咽喉接軌方案

（1）接軌方案概述。線路自浩吉鐵路建華站南咽喉引出折向北，于建坪公路東側走行，上跨金盆灣河后，在黨崖窯和老爺廟村東側設君采裝車站，正線長度6.212 km。專用線自建華站南端咽喉接入到發線3 道，并于進站前設安全線1 條，相應向大里程方向還建原3道處安全線，并將原正線間12號道岔單渡線改為交叉渡線，交叉渡線采用專線7623—7627，為固定型轍叉，后期焊接保持浩吉鐵路正線為跨區間無縫線路，改造后建華站到發線有效長度均滿足1 700 m，車站其他設施維持既有不變。建華站南咽喉接軌方案示意圖如圖4所示。

圖4 建華站南咽喉接軌方案示意圖Fig.4 Southern throat connection scheme of Jianhua Railway Station

（2）接軌方案對浩吉鐵路能力影響分析。①建華站咽喉區能力影響分析。本專用線開行列車對數近期、遠期分別為2 對/d、3.5 對/d。經檢算，該方案最繁忙道岔組的近期利用率為33.8%，遠期為44.5%。近遠期利用率均較小，無需設疏解線。②浩吉鐵路正線通過能力影響分析。浩吉鐵路區間平圖能力為180 對/d，本專用線開行對數近期、遠期分別為2 對/d、3.5 對/d。考慮本專用線空車回專用線對浩吉鐵路下行方向正線的影響，按照敵對進路扣除，靖邊東—延安東區間平圖能力近期為178 對/d，遠期為176.5 對/d。近、遠期浩吉鐵路靖邊東—延安東區間需要能力分別為103.5 對/d、122.5 對/d，近、遠期能力利用率分別達到50.6%與60.3%，正線通過能力滿足需求。

考慮到專用線引入后，近遠期通過能力均滿足需求，且疏解線工程投資巨大，因而本專用線近、遠期不考慮設置疏解線。待遠景專用線運量達到1 200萬t/a時，再結合浩吉鐵路的運輸情況適時增設疏解線。

2.3.2 建華站北咽喉接軌方案

（1）接軌方案概述。線路自浩吉鐵路建華站北咽喉引出，而后折向北，上跨坪橋河、建坪公路，于建坪公路東側走行，在石圪合村東側設裝車站，正線長度6.85 km。專用線自車站北咽喉接入到發線3 道，進站前設安全線1 條，占用原大機停留線與到發線接軌道岔位置引入車站，改接觸網工區線，同時將建華站南咽喉原正線間單渡線改為交叉渡線，由于線路距離車新莊3 號隧道出入口較近，不宜對咽喉區進行較大調整，因而專用線只能利用建華站3 道到發線，車站其他設施維持既有不變。建華站北咽喉接軌方案示意圖如圖5所示。

圖5 建華站北咽喉接軌方案示意圖Fig.5 Northern throat connection scheme of Jianhua Railway Station

（2）接軌方案對浩吉鐵路通過能力影響分析。①建華站咽喉區能力影響分析。經檢算，該方案最繁忙道岔組的近期利用率為44.1%，遠期為58.6%。遠期利用率較大，因而遠期需增設疏解線。②浩吉鐵路正線通過能力影響。近、遠期能力利用率分別達到50.6%與60.3%，與南咽喉接軌方案接軌相同。

可見，該方案的專用線引入后，遠期咽喉利用率較大，需增設疏解線。

2.4 接軌方案比選及推薦意見

2.4.1 方案優缺點分析

2個接軌方案優缺點分析如下。

（1）建華站南咽喉接軌方案。線路長度為6.212 km，工程投資62 882.99 萬元。該方案雖然無法利用建華站到發線，運營組織相對不靈活，但其作為建華站分場接發車作業也能滿足運輸需求，另外該方案僅對建華站南咽喉進行改造，對建華站影響較小，且君采裝車站的設站條件相對較好，線路新建橋隧長度短。

（2）建華站北咽喉接軌方案。線路長度為6.850 km，工程投資81 593.28 萬元。該方案需要對建華站兩端咽喉進行改造，對其影響較大，且受北咽喉端車新莊3 號隧道影響，專用線僅與建華站既有3 道到發線連通，且線路距離隧道洞口僅10 m，施工風險大，另外該方案的君采裝車站的設站條件也相對較差，線路新建橋隧長度長，且遠期需要增設疏解線。

2.4.2 推薦意見

綜上所述，建華站既有條件復雜，常規接軌方式的工程可實施性差，南咽喉接軌方案雖然無法利用建華站到發線，但其工程投資小，僅需對建華站南咽喉進行改造，施工對既有隧道無影響，且君采裝車站設站條件較好，新建橋隧長度短，其作為建華站分場接發車作業也能滿足運輸需求，因而推薦建華站南咽喉接軌方案。

3 君采裝車站方案研究

3.1 裝車形式選擇

裝車站是貨物從生產到運輸的重要連接點，是決定貨物運量的關鍵因素，其能力直接決定了貨物運量能否滿足需求[9]，而筒倉裝車具有自動化程度高、裝車效率高、節能環保、不會產生超偏載等優點[10]，目前已經成為煤炭、礦石等大宗散裝貨物的主要裝車方式。本次研究君采裝車站采用筒倉裝車方式。

3.2 裝車站布置形式比選

結合君采裝車站周邊地形情況，根據裝車形式的不同研究了2 種平面布置方案，分別為環形裝車方案和縱列裝車方案。

3.2.1 環形裝車方案

該方案在裝車站盡端設環形裝車線分別與正線及到發線相連，車站共設到發線3 條(含正線1 條)，有效長度均滿足1 700 m；大里程端設機待線1 條，有效長度為90 m；小里程端設機車整備兼邊修線1 條，有效長度為110 m。

車站運輸組織模式為：空車到達裝車站后，本務機車換掛為調車機車，調車機車采用DF4DD內燃重型調車機車，經檢算可以滿足萬噸列車的裝車需求，調車機車牽引空車駛入環形筒倉裝車線，依次通過筒倉裝車、軌道衡計量后駛入空閑到發線，換掛本務機車，進行列檢等必要技術作業后即可發車。受工程條件限制，考慮利用環形裝車線和空閑到發線進行壞車挑揀作業。

車站內設中橋5 座，隧道1 座。環形裝車方案平面布置示意圖如圖6所示。

圖6 環形裝車方案平面布置示意圖Fig.6 Layout of ring loading scheme

3.2.2 縱列裝車方案

該方案在裝車站盡端設牽出線1 條，牽出線作為裝車線使用，設到發線3 條(含正線1 條)，有效長度均滿足1 700 m；大里程端設機待線1 條，有效長度為90 m；小里程端設機車整備兼邊修線1條，有效長度為110 m。

列車組織模式為：空車到達裝車站后，本務機車換掛為調車機車，調車機車采用DF4DD內燃重型調機，經檢算可以滿足萬噸列車的裝車需求，調車機車推行空車首先駛入牽出線，然后牽引空車依次通過筒倉裝車，軌道衡稱重，至空閑到發線后，換掛本務機車，列車進行列檢等必要的技術作業后發車。受工程條件限制，考慮利用牽出線和空閑到發線進行壞車挑揀作業。

車站內設中橋5 座，隧道1 座。縱列裝車方案平面布置示意圖如圖7所示。

圖7 縱列裝車方案平面布置示意圖Fig.7 Layout of longitudinal loading scheme

3.2.3 方案優缺點分析及推薦意見

兩種裝車站布置形式優缺點分析如下。

（1）環形裝車平面布置方案。環形裝車線大部分位于隧道中，隧道長度為2.56 km，隧道投資15 908.65 萬元。該方案裝車作業順暢，無車列折返，裝車效率高，且無需設置牽出線，站坪長度短，另外隧道有2 個出入口，配置相應的機械通風裝置后，隧道的通風及裝車作業條件相對較好。

（2）縱列裝車平面布置方案。牽出線大部分位于隧道中，隧道長度為1.55 km，隧道投資9 638.54 萬元。該方案車列需要通過牽出線折返，運輸組織不順暢，且站坪長度長，另外隧道僅有1 個出入口，隧道通風及裝車作業條件相對較差。

綜上分析，雖然環形裝車方案的隧道較長，工程投資較大，但其裝車效率高，運輸組織順暢，站坪長度短，對于山區復雜地形的適應性強，隧道設置有2 個出入口，隧道內通風及作業條件好，因而本次研究裝車站平面布置推薦采用環形裝車方案。

4 結束語

建華站南咽喉接軌方案雖然無法利用建華站到發線，但裝車站的接發車作業也能滿足運輸需求，且正線區間通過能力和建華站咽喉通過能力均滿足要求，從而可以大幅度節省投資。通過深入研究接軌方案，協調運輸組織和工程投資之間的利弊，分析能力與需求之間的關系，給出了一種不利用接軌站到發線的接軌方案，可以為山區鐵路等復雜艱險地區的接軌方案設計提供一定的參考。環形筒倉裝車方案裝車效率高，且地形適應性強，適用于山區的大宗貨物運輸需求，另外山區鐵路的控制要素較多，根據控制要素進行局部比選，合理優化方案，可以大幅降低工程難度和工程投資。