铺轨基地平面设计原理与能力计算初探

袁 婧

铺轨基地平面设计原理与能力计算初探

袁 婧

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

随着铁路建设管理精细化的需要,对铺轨基地设计要求不断提高,系统性地阐述铺轨基地平面设计,在对铺轨基地类型进行划分、对铺轨基地选址原则与平面布置原则等设计理论进行归纳总结的基础上,提出4种基地布置图型并进行分析比较,着重解决基地设计能力的计算,提出组成铺轨基地主生产作业区能力的生产存放区规模理论计算公式与股道规模的计算方法,并以实例验证完成铺轨基地的平面设计。

铺轨基地;平面设计;布置图型;能力计算

随着铁路建设的不断发展,对工程建设的精细化管理要求日益提高,作为铁路大型临时工程重要组成部分的铺轨基地,其设计理念也由传统的单纯满足铺轨需要转变为“安全适用、经济合理”[1]并颁布了行业设计暂行规定。本文拟对铺轨基地设计原理与能力计算进行初步探讨。

1 铺轨基地平面设计原理

铺轨基地在设计时先确定其类型,然后进行场址的选择,最后进行平面设计。

1.1 铺轨基地的类型

根据铁路轨道是否无缝,铺轨基地可分为普通线路铺轨基地与无缝线路铺轨基地;根据铁路运输类型,可分为客运专线铺轨基地与普通铁路铺轨基地;根据是否与制存梁场合设,可分为含制存梁场铺轨基地与不含制存梁场铺轨基地。上述分类方法存在一定交叉性,比如客运专线铺轨基地肯定是无缝线路铺轨基地,但普通铁路也可能铺设无缝线路从而设置无缝线路铺轨基地;另外,当制存梁场与铺轨基地有条件可合设时,有工程量小或运输组织灵活等优势。不同类型的基地其储存、生产的轨道材料、线路铺设方法各异,基地设计时应选用相应的储存、生产区域和设备。

1.2 铺轨基地的选址

基地的站位选择、布置与其平面布置需要相互结合、相辅相成。一般来说站址选择需要遵循的原则如下。

当新建线路与既有线接轨时,基地位置宜设在铺轨起点站或已铺轨地段的终点站附近;当新建线路与既有线无连接时,基地位置宜设在铺轨起点站或其供应范围中部邻近既有车站附近,最好是靠近区段站,对编组作业、机车使用及整备作业等都更为方便[2]。

接轨岔线纵坡不宜大于6‰,困难条件下不应大于12‰[1];基地平面半径不应小于250m,有长钢轨存放的基地平面曲线半径不宜小于300 m[3-5],并按有关规定设置安全设施。

基地应尽量选择在拆迁和工程较小的地段,尽量减少占用土地和降低工程费用,以减少施工完毕后产生较多的废弃工程,因基地要布置大型龙门吊起重,场地选择时应注意地质条件;同时应有场外道路可以连通。

基地应选择在可以保证运营线路安全,衔接既有线便捷,对运营线干扰小的地段,同时可以考虑设在既有站拟改扩建线路的一侧,实现永临结合,减少临时工程。

当线路长度长、单个铺轨基地接轨点地形条件受限或施工工期紧迫,在材料设备供应条件许可下可分段设计多个基地,每个基地的设置都应满足上述原则。

1.3 平面布置的主要原则与布置图型的选择

1.3.1 铺轨基地的一般特点

(1)设有生产区与生活配套区并自成体系。

(2)通常一端与既有线连接,一端与新线连接。

(3)性质为施工配套设置,除了全路特定的几大基地外,其他具有临时性。

(4)技术标准等级比较低,基地岔线及场内线路的平纵断面、路基、桥涵、站场、轨道等设计可参照Ⅳ级铁路设计标准办理[1]。但长钢轨存放,设置龙门吊区域等场内部分土建结构技术标准要求较高[6]。

(5)超限工程列车在坡度较大的曲线地段调车存在安全隐患。

1.3.2 平面布置需要遵循的主要原则

(1)基地岔线应与既有站其他站线接轨,困难条件下可与到发线接轨,与到发线接轨时应设置安全线[1]或有隔开进路。

(2)基地由各组成区域有机结合构成,平面布置应由主及辅,在满足功能需要的前提下,力求紧凑,充分利用有效面积,以节省用地。

(3)采用合理的作业流程和布置方案,减少调车和重复作业。减少进路交叉,缩短机车、材料在基地内停留时间。

(4)选择经济实用的装卸机械,按作业流程合理划分基地功能区及场内道路,尽量减少作业的交叉干扰。

(5)平面设计要考虑永临结合,尽量利用拟建线路工程。

1.3.3 布置图型的选择

按照基地与既有车站的相对位置,可分为纵列式布置与横列式布置2种形式,采用纵列式布置的时候,铺轨基地可利用既有车站站线作为牵出线,当采用横列式布置的时候,基地需新建牵出线或利用拟建正线或既有车站牵出线等作为牵出线。

按照基地内到发兼调车编组场与生产装卸场的相对位置,可分为以下几种类型。

(1)横列贯通式生产装卸场

如图1所示,横列贯通式生产装卸场常用于作业量大,地形开阔的地段。生产装卸场两端与拟建正线及既有线或牵出线贯通,以便生产装卸线直接办理接发列车作业,减少调车转场时间,提高作业效率。但存在基地占地大、工程量大、车站咽喉复杂等不利因素。

图1 横列贯通式生产装卸场示意

(2)横列混合式生产装卸场

如图2所示,横列混合式生产装卸场适用于车站地形受限,轨料到达不均衡的基地。生产装卸场横列布置,与拟建正线及既有线或牵出线部分贯通。横列混合式生产装卸场的占用面积小,投资省,咽喉布置较简单,但灵活性偏低。

图2 横列混合式生产装卸场示意

(3)横列尽头式生产装卸场

如图3所示,横列尽头式生产装卸场适用于作业量不大、轨料到发不均衡、地形条件较为困难的基地。生产装卸场横列布置,仅有一端与既有线或牵出线相连,作业效率低。但横列尽头式装卸场用地省、投资小,站内交叉少,咽喉布置简单。

图3 横列尽头式生产装卸场示意

(4)纵列贯通式生产装卸场

如图4所示,纵列贯通式生产装卸场用于轨料到发均衡、地形适宜的基地。生产装卸场纵列布置且与拟建正线及到发兼调车编组场连通便于生产装卸线直接发车,减少转场时间,但纵列式布局加长了站坪。

图4 纵列贯通式生产装卸场示意

2 铺轨基地能力计算

在基地平面设计中最重要的问题就是对基地设计能力的计算,基地设计能力由各功能区规模与股道规模联合实现,在对各功能区规模进行理论最小值计算后,应结合作业流程、装卸机械、材料类型等,确定股道规模与功能区位置和规模。

2.1 功能区规模计算

根据施工工艺流程和施工工艺特点将铺轨基地设计成主生产作业区、辅助配套设施两大部分,各区域之间通过道路相互连接。基地的主生产作业区包括轨料存放区、轨排生产区、轨排存放区、长轨存放区、场内车场、机务整备线等。基地的主要辅助配套设施有装卸运输设备和与之配套的大型机械组装区、机修库、油库、水电、生活设施、通讯设施、排水、道路等[7]。本文将主生产作业区规模计算分为生产存放区规模与股道规模计算2部分,辅助配套设施计算为第3部分。

2.1.1 生产存放区规模计算

生产存放区包括轨排生产区,轨料存放区(含配件存放场、轨枕存放场、钢轨存放场),长轨存放区,轨排存放区,道岔、岔枕及道砟存放区等区域。根据铺架作业量、来料计划和生产流程功能等计算各功能区的规模。计算出的各功能区规模为理论最小值,实际设计中与基地股道设置相结合后满足不小于理论最小值即可。

(1)存放区

存放区按存放材料品类的不同进行划分可由下式进行计算

式中 F存——存放区面积,m2;

Q——日铺轨计划,铺轨km;

α——来料不均衡系数;

A——计划储备天数;

n——货位排数;

l——每铺轨公里货物数量;

P——单位面积堆货量。

以钢轨储存区为例,若采用25 m的钢轨,Q= 1.5 km,α=1.2,A=8 d,l=80根,P=0.24根,n=6层,则F存=800m2。

(2)生产区

生产区按存放材料品类的不同进行划分可由下式进行计算

式中 F生——生产区面积,m2;

Q——日铺轨计划,铺轨km;

n——单位生产线能力;

l——单位生产线长度;

b——单位生产线宽度。

以轨排生产区为例,Q=1.5 km,若采用人工钉联,可按每班每列生产轨排0.125铺轨km考虑,每天最多安排2班,取n=0.25 km,生产25 m的轨排区长度可按l=30m计算,生产25m的轨排区宽度可按b= 5m计算,则F生=900m2。

2.1.2 基地股道规模计算

(1)到发兼调车编组场

到发兼调车编组场主要办理轨料的到达和发送作业及车辆的编组作业。一般情况下设到达、发送、编组与机车走行线各1条,根据基地轨料的到达发送量及其不均衡系数通过计算后可适当减少股道数量。股道长度应根据到达发送车列最大长度确定,车列可在到发线上集结,因此调车线、编组线长度可通过技术经济比选后选择整列或半列。

(2)生产装卸场

生产存放区各功能区有与之相对应的股道。股道长度由各区域规模、装卸机械、材料类型决定。以钢轨储存区为例,若采用25 m的钢轨,钢轨储存区规模为800 m2,选用17 m跨度的龙门吊,则钢轨存储线长度为53m(800/15=53,17 m跨度的龙门吊内有效存储长度为15 m)。

各类生产存储线可根据生产作业流程分别组合在一起,并以适应地形与咽喉布置紧凑为原则,选择经济合理的股道数量。

(3)其他线路

应根据基地运输组织需要设置机车整备线、机车等待线、安全线等线路。

2.1.3 辅助配套设施计算

在基地的主生产作业区主体平面布置完成后,在功能最优与费用经济的原则下选用与之适应的规模和位置。

3 实例分析

普通线路铺轨基地适用于轨排拼装的有缝线路铺轨;无缝线路铺轨基地中长钢轨铺轨基地适用于单枕法施工的线路铺轨、轨排拼装和长钢轨存放铺轨基地适用于无缝线路换铺法施工的线路铺轨[1];客运专线铺轨基地一般没有轨排生产线,取代它的是长钢轨存放场[8](长钢轨一般由焊轨基地提供[9-10]、无砟轨道板由制板厂提供)。不同类型的铺轨基地虽然储存、生产区域和设备各有不同,但基地能力计算原理相同,故本文选用有轨排拼装的普通线路铺轨基地用以验证。

3.1 铺轨基地的类型与选址

南疆线紫泥泉铺架基地为普通铁路普通线路含制存梁场铺轨基地,承担喀拉塔格隧道进口附近至库尔勒范围的铺架任务。根据既有站场条件、工程特点、运输环境和地形条件,本基地设置于既有南疆线紫泥泉车站(设计关站)站对侧的沙丘荒地及草地上,基地总占地161亩,设置股道8条,铺轨5.005 km,铺岔11组。

3.2 铺轨基地平面设计

3.2.1 生产存放区规模计算

本基地承担DK176+500～DK461+227.35的铺架任务,供应总量为177.2正线km,正、站线铺轨392.72铺轨km,架梁703孔。

根据铺轨进度要求,基地每天生产轨排1.5 km,由于铺轨工期短,轨枕、钢轨供应数量集中,考虑到轨枕生产厂日生产能力和铁路平板扣车困难等因素,基地存放轨枕、钢轨能力按10 d时间备料较为合理;故基地存放能力设计为:存放钢轨16 km;存放轨枕30 000根;存放扣件20 km;存放轨排10 km;存储道岔及岔枕10组;存梁120孔。

因此,将数据代入式(1)、式(2)得到该基地生产存放区最小规模为:钢轨存放区890 m2,轨枕存放区2 400m2,扣件存放区450m2,轨排存放区3 000m2,道岔及岔枕存放区2 250m2,存梁存放区5 500m2,轨排生产区900 m2。

3.2.2 基地股道规模计算

本基地设置股道8条。到发兼调车编组场设置机1、机2、机3条股道,为调车编组及工程列车待发线;生产装卸场设机4、机5材料线2条,机6桥梁整备线1条;股道设置中机7、机8为机车检修整备线及机车停留线。

在满足计算所得生产存放区规模情况下,结合生产作业流程、装卸机械、材料类型,并以适应地形与咽喉布置紧凑为原则。确定机4线设6台10 t、26 m跨度龙门吊、有效长为613 m,含轨枕存放场150 m、轨排生产线及钢轨存放场150 m、轨排存放场200 m;机5线有效长为495m,含道岔、扣件存放区375m×11m;机6线有效长为535 m,设32 m跨度85 t吊梁龙门吊2台,360m×35m存梁存放区。

3.2.3 布置图型的选择

基地与既有车站采用横列式布置,从紫泥泉车站吐鲁番端咽喉处3道延长线引出,与吐鲁番端的新增二线临时接通,将新建二线作为铺架基地牵出线使用,以便工程列车进出基地及运输轨料,同时在库尔勒端与新增二线临时接通,形成作业灵活的贯通式布置。按照基地内到发兼调车编组场与生产装卸场的相对位置,采用横列尽头式生产装卸场。铺架基地平面布置详见图5。

图5 紫泥泉铺架基地平面布置(单位:m)

4 结论

本文在对新建铁路铺轨基地的类型、选址原则进行总结分析的基础上,对基地平面设计原则、设计能力、布置图形的选择进行了分析,探讨了组成铺轨基地能力的功能区规模与股道规模计算的方法,最后以南疆线紫泥泉铺架基地验证完成铺轨基地的平面设计,可作为铁路铺轨基地规划和实施时的参考。

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Prelim inary Study on Design Princip le of Layout Plan of Track-laying Base and Capacity Calculation

YUAN Jing
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.,Xi'an 710043,China)

With the need for refined management of railway construction project,there is an increasingly higher requirement on the design of track-laying base.So this paper systematically expounded how the design of the layout plan of track-laying base should be carried out.After summarizing the type classification of track-laying base,site selection principle,layout plan principle and other design theories,the author put forward four types of layout patterns of track-laying base as well as made the comparison with each other.Further,in order to solve the problem of design capacity of track-laying base,the author provided the theoretical calculation formula of production storage area dimensionswhich would comprises themain production capacity of track-laying base,also provided the calculation method of track dimensions.These achievements have been verified by design example of layout plan of track-laying base.

track-laying base;design of layout plan;layout pattern;capacity calculation

U215.5

A

1004- 2954(2013)07- 0033- 04

2013- 01- 23;

2013- 02- 17

袁 婧(1981—),女,工程师,2007年毕业于西南交通大学交通运输专业,工学硕士,E-mail:mirror_lake@sohu.com。