山区铁路专用线接轨方案与装卸站平面布置方案研究

孙 宇，徐 娜，孙焕杰，马文军

(中铁第六勘察设计院集团有限公司 线路站场设计院，天津 300308)

0 引言

我国经济正处于高速发展阶段，随着打赢“蓝天保卫战”，大宗货物“公转铁”等政策的实施[1]，山区铁路专用线建设的必要性也在增强。我国山区的地形地貌和地质条件都相对复杂，设计难度和施工难度都相对较高。如何通过合理的设计来降低工程难度、节省工程投资、提高修建铁路的社会经济效益，也变得愈发重要。

目前，关于山区铁路的研究多聚焦在长大干线[2-4]，而对于山区铁路专用线来说，研究也多在选线方面[5-6]，而很多铁路专用线线路长度短，线路走向受接轨方案和装卸站布置方案影响很大，深入研究专用线接轨方案和装卸站布置方案对优化线路走向，降低工程难度和工程投资具有重要意义[7]。

1 专用线建设必要性研究

陕西君采物流有限公司铁路专用线位于陕西省延安市安塞区境内。线路自浩吉铁路(浩勒报吉南—吉安)建华站接轨引出，线路折向北，于建坪公路东侧走行，上跨金盆湾河后，在党崖窑和老爷庙村东侧设君采装车站，正线长度6.212 km，全线共设站2 座，含接轨站1座(建华站)、新建站1座(君采装车站)[8]。

延安市煤田总面积超7 000 km2，约占全市地域面积的1/5，自然资源可开采量达到100 亿t 左右，市域内煤炭开采条件简单，煤质优良。国家《能源发展战略行动计划(2014—2020)》(国办发[2014]31 号)确定建设的14 个过亿吨的煤炭大规模开采基地中，延安市黄陵县位列其中；9 个千万千瓦级别的煤电开发规划中，延安市位列其中；国家收缩东部、限制中部、优化西部的发展战略为延安市煤炭产业提供了发展机遇，浩吉铁路的建设，将在很大程度上改善延安市的煤炭外运条件。陕西君采物流有限公司专用线运输品类为煤炭，煤炭来源主要为延安市禾草沟煤业有限公司、延安市华龙煤业有限责任公司贯屯煤矿、子长县中达焦家沟煤业有限公司，煤源与地区铁路相对位置示意图如图1所示。

图1 煤源与地区铁路相对位置示意图Fig.1 Relative positions of coal sources and regional railways

煤炭主要供应华中地区的华银金竹山火力发电公司、大唐华银耒阳火力发电分公司、大唐湘潭发电有限责任公司和大唐华银长沙火力发电分公司，服务于电厂生产。华银金竹山火力发电公司位于冷水江市东郊，装机容量为192.5 万kW，2 台600 MW 亚临界机组于2006 年9 月投产发电，1 台600 MW 超临界机组于2009 年7 月投入运行，是湖南最大的火力发电企业，本项目近、远期均为其运送220 万t 煤炭；大唐华银耒阳火力发电分公司位于衡阳市耒阳市，该公司现总装机容量1 020 MW，本项目近、远期为其供应煤炭分别为150 万t、200 万t；大唐湘潭发电有限责任公司位于湘潭市岳塘区，一期工程2 台30 万kW 机组、二期工程2 台60 万kW 超临界机组均投产发电，本项目近、远期分别为其运送煤炭130 万t、190 万t；湖南华电长沙发电有限公司位于长沙市望城区铜官镇，规划装机容量为3 200 MW，一期2×600 MW 燃煤发电机组已于2007 年10 月和12 月投产发电，本项目仅远期为其运送煤炭190万t。

预测本项目近期发送煤炭500 万t、远期发送煤炭800 万t。根据预测运量的来源及去向，结合延安市区域路网构成，确定本项目发送煤炭运输径路为本专用线、浩吉铁路。本项目车流组织方案为万吨煤炭直达列车，煤炭自本专用线设置的君采装车站装车，经本专用线进入浩吉铁路运至襄州站分解为普通货物列车后运往湖南等地区，卸后空车在襄州站组合为万吨空车列车后运至本线君采装车站装车，因而本线的车站运量如表1所示。

表1 车站运量 万tTab.1 Station freight volume

按采用C70型车辆计算，君采装车站作业车数如表2所示。

表2 作业车数 车/dTab.2 Number of operation trains

本项目牵引质量为10 000 t，编组106 辆/列，研究年度本项目区段货物列车对数如表3所示。

表3 区段货物列车对数 对/dTab.3 Number of freight train pairs in the section

2 接轨方案研究

2.1 接轨站选择

延安市范围内货运铁路有浩吉铁路和包西铁路(包头西—张桥)，其中浩吉铁路为国铁Ⅰ级双线电气化铁路，线路全长1 813.5 km，开行万吨货物列车，在延安市境内设建华站、延安东站、麻洞川站和集义站。包西铁路为国铁I 级双线电气化铁路，全长800.9 km，开行5 000 t货物列车，在延安市境内设子长站、延安北站和延安站，详见图1。

浩吉铁路建华站和包西铁路子长站与各煤炭来源企业的公路衔接均相对便利，但若在子长站接轨，后方通道经包西铁路、黄韩侯线(黄陵—韩城—侯马)、南同蒲线(太原—华山)、浩吉铁路到达华中地区，煤炭运距较浩吉铁路建华站接轨长约170 km，且不能编组万吨大列运输，运输周转率低，因而选择在浩吉铁路建华站接轨。

2.2 接轨站概况

建华站位于延安市安塞区坪桥乡与建华镇交界处，党家窑村与蔡阳坪村之间。车站中心里程为K295+930，站坪坡度为1‰，上行方向车站为靖边东站，站间距为64.48 km，下行方向为延安东站，站间距为40.29 km。

建华站性质为浩吉铁路上的越行站，站房位于线路左侧，设到发线5 条(含正线2 条)，有效长度均满足1 700 m，在下行接车方向末端设安全线1 条，站同右预留大机停留线和接触网工区线各1 条，有效长度分别为450 m 和80 m。站内设阳坪大桥(5 线桥)1 座，上跨坪桥河和建坪路，车站小里程端为车新庄3 号隧道，大里程端为蔡阳坪隧道。车站侧向接发万吨列车的道岔为18 号，正线间渡线道岔为12 号，建华站平面布置示意图如图2所示。

图2 建华站平面布置示意图Fig.2 Layout of Jianhua Railway Station

2.3 接轨方案研究

建华站西侧边坡为3 级拱形骨架护坡，边坡高度达21 m，且西边地形起伏大，地面高程在1 210~1 370 m 之间，君采装车站设站条件差，而东侧边坡为1 级拱形骨架护坡，边坡高度只有7 m，且东边地形相对平坦，君采装车站设站条件相对较好，结合建华站周边地形地貌研究了2 个接轨方案，分别为建华站南咽喉接轨方案和建华站北咽喉接轨方案，建华站接轨方案线路走向示意图如图3所示。

图3 建华站接轨方案线路走向示意图Fig.3 Line direction of the connection scheme for Jianhua Railway Station

2.3.1 建华站南咽喉接轨方案

（1）接轨方案概述。线路自浩吉铁路建华站南咽喉引出折向北，于建坪公路东侧走行，上跨金盆湾河后，在党崖窑和老爷庙村东侧设君采装车站，正线长度6.212 km。专用线自建华站南端咽喉接入到发线3 道，并于进站前设安全线1 条，相应向大里程方向还建原3道处安全线，并将原正线间12号道岔单渡线改为交叉渡线，交叉渡线采用专线7623—7627，为固定型辙叉，后期焊接保持浩吉铁路正线为跨区间无缝线路，改造后建华站到发线有效长度均满足1 700 m，车站其他设施维持既有不变。建华站南咽喉接轨方案示意图如图4所示。

图4 建华站南咽喉接轨方案示意图Fig.4 Southern throat connection scheme of Jianhua Railway Station

（2）接轨方案对浩吉铁路能力影响分析。①建华站咽喉区能力影响分析。本专用线开行列车对数近期、远期分别为2 对/d、3.5 对/d。经检算，该方案最繁忙道岔组的近期利用率为33.8%，远期为44.5%。近远期利用率均较小，无需设疏解线。②浩吉铁路正线通过能力影响分析。浩吉铁路区间平图能力为180 对/d，本专用线开行对数近期、远期分别为2 对/d、3.5 对/d。考虑本专用线空车回专用线对浩吉铁路下行方向正线的影响，按照敌对进路扣除，靖边东—延安东区间平图能力近期为178 对/d，远期为176.5 对/d。近、远期浩吉铁路靖边东—延安东区间需要能力分别为103.5 对/d、122.5 对/d，近、远期能力利用率分别达到50.6%与60.3%，正线通过能力满足需求。

考虑到专用线引入后，近远期通过能力均满足需求，且疏解线工程投资巨大，因而本专用线近、远期不考虑设置疏解线。待远景专用线运量达到1 200万t/a时，再结合浩吉铁路的运输情况适时增设疏解线。

2.3.2 建华站北咽喉接轨方案

（1）接轨方案概述。线路自浩吉铁路建华站北咽喉引出，而后折向北，上跨坪桥河、建坪公路，于建坪公路东侧走行，在石圪合村东侧设装车站，正线长度6.85 km。专用线自车站北咽喉接入到发线3 道，进站前设安全线1 条，占用原大机停留线与到发线接轨道岔位置引入车站，改接触网工区线，同时将建华站南咽喉原正线间单渡线改为交叉渡线，由于线路距离车新庄3 号隧道出入口较近，不宜对咽喉区进行较大调整，因而专用线只能利用建华站3 道到发线，车站其他设施维持既有不变。建华站北咽喉接轨方案示意图如图5所示。

图5 建华站北咽喉接轨方案示意图Fig.5 Northern throat connection scheme of Jianhua Railway Station

（2）接轨方案对浩吉铁路通过能力影响分析。①建华站咽喉区能力影响分析。经检算，该方案最繁忙道岔组的近期利用率为44.1%，远期为58.6%。远期利用率较大，因而远期需增设疏解线。②浩吉铁路正线通过能力影响。近、远期能力利用率分别达到50.6%与60.3%，与南咽喉接轨方案接轨相同。

可见，该方案的专用线引入后，远期咽喉利用率较大，需增设疏解线。

2.4 接轨方案比选及推荐意见

2.4.1 方案优缺点分析

2个接轨方案优缺点分析如下。

（1）建华站南咽喉接轨方案。线路长度为6.212 km，工程投资62 882.99 万元。该方案虽然无法利用建华站到发线，运营组织相对不灵活，但其作为建华站分场接发车作业也能满足运输需求，另外该方案仅对建华站南咽喉进行改造，对建华站影响较小，且君采装车站的设站条件相对较好，线路新建桥隧长度短。

（2）建华站北咽喉接轨方案。线路长度为6.850 km，工程投资81 593.28 万元。该方案需要对建华站两端咽喉进行改造，对其影响较大，且受北咽喉端车新庄3 号隧道影响，专用线仅与建华站既有3 道到发线连通，且线路距离隧道洞口仅10 m，施工风险大，另外该方案的君采装车站的设站条件也相对较差，线路新建桥隧长度长，且远期需要增设疏解线。

2.4.2 推荐意见

综上所述，建华站既有条件复杂，常规接轨方式的工程可实施性差，南咽喉接轨方案虽然无法利用建华站到发线，但其工程投资小，仅需对建华站南咽喉进行改造，施工对既有隧道无影响，且君采装车站设站条件较好，新建桥隧长度短，其作为建华站分场接发车作业也能满足运输需求，因而推荐建华站南咽喉接轨方案。

3 君采装车站方案研究

3.1 装车形式选择

装车站是货物从生产到运输的重要连接点，是决定货物运量的关键因素，其能力直接决定了货物运量能否满足需求[9]，而筒仓装车具有自动化程度高、装车效率高、节能环保、不会产生超偏载等优点[10]，目前已经成为煤炭、矿石等大宗散装货物的主要装车方式。本次研究君采装车站采用筒仓装车方式。

3.2 装车站布置形式比选

结合君采装车站周边地形情况，根据装车形式的不同研究了2 种平面布置方案，分别为环形装车方案和纵列装车方案。

3.2.1 环形装车方案

该方案在装车站尽端设环形装车线分别与正线及到发线相连，车站共设到发线3 条(含正线1 条)，有效长度均满足1 700 m；大里程端设机待线1 条，有效长度为90 m；小里程端设机车整备兼边修线1 条，有效长度为110 m。

车站运输组织模式为：空车到达装车站后，本务机车换挂为调车机车，调车机车采用DF4DD内燃重型调车机车，经检算可以满足万吨列车的装车需求，调车机车牵引空车驶入环形筒仓装车线，依次通过筒仓装车、轨道衡计量后驶入空闲到发线，换挂本务机车，进行列检等必要技术作业后即可发车。受工程条件限制，考虑利用环形装车线和空闲到发线进行坏车挑拣作业。

车站内设中桥5 座，隧道1 座。环形装车方案平面布置示意图如图6所示。

图6 环形装车方案平面布置示意图Fig.6 Layout of ring loading scheme

3.2.2 纵列装车方案

该方案在装车站尽端设牵出线1 条，牵出线作为装车线使用，设到发线3 条(含正线1 条)，有效长度均满足1 700 m；大里程端设机待线1 条，有效长度为90 m；小里程端设机车整备兼边修线1条，有效长度为110 m。

列车组织模式为：空车到达装车站后，本务机车换挂为调车机车，调车机车采用DF4DD内燃重型调机，经检算可以满足万吨列车的装车需求，调车机车推行空车首先驶入牵出线，然后牵引空车依次通过筒仓装车，轨道衡称重，至空闲到发线后，换挂本务机车，列车进行列检等必要的技术作业后发车。受工程条件限制，考虑利用牵出线和空闲到发线进行坏车挑拣作业。

车站内设中桥5 座，隧道1 座。纵列装车方案平面布置示意图如图7所示。

图7 纵列装车方案平面布置示意图Fig.7 Layout of longitudinal loading scheme

3.2.3 方案优缺点分析及推荐意见

两种装车站布置形式优缺点分析如下。

（1）环形装车平面布置方案。环形装车线大部分位于隧道中，隧道长度为2.56 km，隧道投资15 908.65 万元。该方案装车作业顺畅，无车列折返，装车效率高，且无需设置牵出线，站坪长度短，另外隧道有2 个出入口，配置相应的机械通风装置后，隧道的通风及装车作业条件相对较好。

（2）纵列装车平面布置方案。牵出线大部分位于隧道中，隧道长度为1.55 km，隧道投资9 638.54 万元。该方案车列需要通过牵出线折返，运输组织不顺畅，且站坪长度长，另外隧道仅有1 个出入口，隧道通风及装车作业条件相对较差。

综上分析，虽然环形装车方案的隧道较长，工程投资较大，但其装车效率高，运输组织顺畅，站坪长度短，对于山区复杂地形的适应性强，隧道设置有2 个出入口，隧道内通风及作业条件好，因而本次研究装车站平面布置推荐采用环形装车方案。

4 结束语

建华站南咽喉接轨方案虽然无法利用建华站到发线，但装车站的接发车作业也能满足运输需求，且正线区间通过能力和建华站咽喉通过能力均满足要求，从而可以大幅度节省投资。通过深入研究接轨方案，协调运输组织和工程投资之间的利弊，分析能力与需求之间的关系，给出了一种不利用接轨站到发线的接轨方案，可以为山区铁路等复杂艰险地区的接轨方案设计提供一定的参考。环形筒仓装车方案装车效率高，且地形适应性强，适用于山区的大宗货物运输需求，另外山区铁路的控制要素较多，根据控制要素进行局部比选，合理优化方案，可以大幅降低工程难度和工程投资。