某矿区铁路专用线装车站方案研究

冯华琦

(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，太原 030013)

重载铁路专用线是铁路煤炭运输中集疏运重要的组成部分，对保障国民经济稳步快速发展具有重要的意义[1-3]。随着煤炭重载铁路运输的迅速发展，对铁路煤炭重载运输的安全性、运输能力、效率提出新的需求，其中，装车站是承担重载铁路安全运输的关键作业节点，其站型布置、装车工艺是否合适，各种股道能力是否匹配，直接影响车站的使用功能及使用效率[4-8]。在地形条件复杂的山区，装车站布置方案的选择对工程投资、工程风险的影响极大。以下以胡家峁装车站为例，对多种装车站方案进行研究。

1 工程概况

山西焦煤汾西荣欣矿区铁路专用线工程位于山西省吕梁市柳林县境内，线路自瓦日铁路留誉站接轨，正线及疏解线全长8.76 km。主要运输山西焦煤汾西矿业所属煤矿及周边洗煤厂、焦化厂产出的煤焦产品，近、中期运量均为500万t/a，远景货物输送能力为600万t/a。

2010年，山西焦煤汾西矿业集团公司原煤产量突破3 000万t，精煤产量达1 420万t。到“十二五”末，原煤产量达6 000万t/a，原煤入洗能力达6 000万t/a。项目吸引范围为汾西矿业集团控股的贺西、吴家峁以及中泰煤业所属部分煤矿等，有很大的煤炭外运需求。

目前，柳林县煤矿主要依靠孝柳线王家会站装车，王家会站运力有限，已达车站运输能力上限。另外，贺西矿距离王家会站需经过30 km公路运输，汽车运输耗能高、污染严重、成本高，难以提高企业产品竞争力。

瓦日铁路是汾西矿业集团煤炭外运的便捷通道。项目的实施，不仅能够满足企业煤炭外运的运输需要，提高企业的经济效益，从而提升企业的市场竞争力，同时可以带动当地经济的发展，而且为瓦日铁路集结货源，扩大干线铁路的吸引范围，为干线铁路提供充足的货源保障。

2 沿线自然特征

工程场地位于黄河东侧，吕梁中段山西侧，属黄河中游黄土高原地带，地形起伏较大，地面受流水侵蚀切割剧烈，沟谷纵横。线路沿线出露地层为第四系全新统人工填土，第四系上更系统风积砂质黄土及黏质黄土，第四系中更新统洪积层黏质黄土、碎石类土，中生界三叠系下统刘家沟组泥岩、砂岩和泥质砂岩。该地区广泛分布第四系上更新统风积砂质黄土，层厚0～60 m不等，具湿陷性。湿陷性场地主要为自重湿陷场地，局部黄土层厚较小的区域为非自重湿陷场地。湿陷等级主要为Ⅱ级，局部黄土层厚较小的区域为Ⅰ级。湿陷深度一般为10 m左右。

3 接轨站概况

留誉站为瓦日线的中间站，隶属太原铁路局集团公司管辖，车站设4条到发线(含2条正线)，有效长度为1 700 m。该车站瓦塘端预留有专用线引入条件，车站规模及其他股道布置维持既有不变。

4 运输组织模式

车站分布方案和位置的选择是否得当，不仅直接影响着铁路服务，且影响区间通过能力和输送能力。项目建成后，不考虑运行旅客列车，在此前提下，车站分布应考虑运量的需要，同时兼顾地形、地质、各种技术作业要求[9-12]。目前，该专用线的长度，区间通过能力可以满足运量要求，故除接轨站和专用线的装车站外，不另设其他车站。

胡家峁装车站的运输品类较单一，主要为焦煤和电煤，运量为500万t/a。根据运量特点和接轨运输通道技术条件，上行为重车方向(接轨站方向)，下行为轻车方向(装车站方向)。货物主要通过瓦日铁路往东经河南、山东到日照出港，部分通过南同蒲线发往全国各地。所有车流均组织煤炭万吨整列车流，通过瓦日线或南同蒲线发往全国各地。

装车站货车车辆考虑采用C70型，货车静载质量70 t，净载重系数0.750，这种车型适用于煤炭、矿石重载运输，属于铁路重载运输中的成熟车型。胡家峁站日均装车近、远期均为240辆，日均组织万吨列车近期3列。

5 装车站方案研究

瓦日铁路目前已开行万吨列车，根据运输组织需求，装车站需满足万吨列车装车条件。对于位于山区的煤炭装车站，应根据实际情况，对车站及其装车作业系统进行研究，才能既适应山区复杂地形，又满足车站装车作业目标。装车方式、运输组织和车站布置的选择需充分结合装车机械的工作效率、工程费用和环保要求[13-16]。

结合装车站选址范围内地形地貌及地质条件，根据装车运输组织及装车方式的不同，研究了直线布置轨道式移动装车系统及环线布置快速定量漏斗仓装车系统两大方案。

5.1 直线布置轨道式移动装车方案

胡家峁装车站设到发场(兼装车场)及调车场，纵列式布置，采用轨道式移动装车系统。

到发场(兼装车场)设正线1条，机走线1条，两侧各设到发兼装车线2条，有效长度为1 050 m；调车场设调车线2条(含正线)，有效长度为900 m。到发场(兼装车场)及调车场可接发万吨列车及5 000 t列车，万吨列车通过装车场及调车场解编进行装车作业。装车场两侧分别设20.5 m、18 m宽移动装车机站台2座，每条装车线可停放5 000 t整列，每侧装车机均可负责临近2股车辆装车。到发场及调车场可接发万吨列车及5 000 t列车，可满足重车在进入留誉站前有站内等待发车条件。

装车采用调车作业方式，当万吨整列到达后，停在其中一条到发线上，本务机车摘钩后，利用另一条到发线折返取走组合好的万吨列车，调车机将万吨整列分解为两列5 000 t送至装车线装车，装车完毕后再由调车机将两列5 000 t组合为万吨列车，停于到发线上等待本务机车取走。当列车不均衡到达时，可将新到达的列车分解至另外两条装车线。

装车站范围内站坪宽70 m，(含6股线及2个移动装车平台)，长1.5 km，均处于黄土丘陵区的挖方段落，普遍挖深60～80 m，最大挖深98.6 m。该段黄土属Ⅱ级自重湿陷性黄土，易发生地基沉降，施工及运营的工程风险极大。

胡家峁站移动装车方案平面布置示意见图1，深路堑典型横断面示意见图2。

图1 移动装车方案平面布置示意(单位：m)

图2 深路堑典型横断面(单位：m)

一般情况下，铁路路堑边坡高度不宜大于30 m。国内同类工程安全与风险评估经验，当边坡高度大于60 m时，边坡高度每增加一级，其工程造价和安全风险会呈指数级增加。

装车站沿线广泛分布黄土，多具湿陷性。为避免地基沉降，根据现场地质条件，对于非自重湿陷性黄土及厚度不大于3 m的自重湿陷黄土，采用基底冲击碾压进行地基加固；对于厚度大于3 m的自重湿陷黄土，根据其湿陷层厚度、总湿陷量等情况，采用冲击碾压、灰土挤密桩等措施进行地基加固，以满足路基工后允许沉降值要求。

综上，该方案存在大范围深挖边坡，工程风险极大，工程投资较高，并可能造成大量不必要的后期维护费用，运输组织较繁琐，装车效率较低。

5.2 环线布置快速定量漏斗仓装车方案

装车站采用环线布置，半径为300 m。装车站到达场设2股到发线，有效长1 700 m。环线始端设装车用快速定量漏斗仓。万吨列车装车作业可直到直发。

装车站采用环线型式布置，站坪宽度减少至17.0 m，且装车环线设于山地区域，线路多以隧道、桥梁穿越山地及跨越沟谷，可规避不良地质工点。路基挖高大幅降低，土石方及挡护工程数量明显减少，最大限度规避了工程风险。

胡家峁站环线装车方案平面布置示意见图3，深路堑典型横断面示意见图4。

图3 环线装车方案平面布置示意(单位：m)

图4 深路堑典型横断面(单位：m)

铁路快速定量装车系统采用PLC技术、数字化仪表技术、高精度称量技术，能够对整个装车过程的全面监控，单节车厢装车时间小于45 s，实现了快速精确装车，极大地提高装车自动化程度。环线装车具有速度快、运输组织效率高、能够适应重载铁路装车站车流组织及作业方式等优点，其作业流程简便，能缩短作业时间、加快车辆周转、提高运输效率、简化装车站平面结构。

综上，该方案工程风险小、运营期安全隐患少，运输组织效率高，用地范围小，投资较省。

5.3 方案优缺点分析和推荐意见

各方案高路堤和深路堑工程规模对比见表1，主要技术经济比较见表2，装车站的优缺点分析见表3。

表1 高路堤和深路堑工程规模对比

表2 主要技术经济比较

表3 优缺点比较分析

综合以上分析，胡家峁装车站采用环线装车方案后，由于站坪宽度减小，边坡开挖深度显著降低，施工及运营的工程风险将大为减少。同时，还可减少工程用地范围，节约工程投资。运营期可实现快速定量漏斗仓装车，万吨列车装车作业可直到直发，运输组织便捷高效。

另外，装车站地处山区，地形困难，地质条件复杂。在满足装车站各项使用功能的前提下，环线装车方案能较好适应地形条件，有效的避绕工程风险点。

6 结论

(1)在铁路的设计和建设中，因地制宜布置装车站及配套工艺，在满足运输组织高效便捷、安全可靠性及经济合理性等方面至关重要。

(2)在工程条件允许的前提下，从发展的角度来看，重载铁路采用环线装车方式在各方面普遍优于其他装车方式。