鋪軌基地平面設計原理與能力計算初探

袁 婧

鋪軌基地平面設計原理與能力計算初探

袁 婧

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

隨著鐵路建設管理精細化的需要,對鋪軌基地設計要求不斷提高,系統性地闡述鋪軌基地平面設計,在對鋪軌基地類型進行劃分、對鋪軌基地選址原則與平面布置原則等設計理論進行歸納總結的基礎上,提出4種基地布置圖型并進行分析比較,著重解決基地設計能力的計算,提出組成鋪軌基地主生產作業區能力的生產存放區規模理論計算公式與股道規模的計算方法,并以實例驗證完成鋪軌基地的平面設計。

鋪軌基地;平面設計;布置圖型;能力計算

隨著鐵路建設的不斷發展,對工程建設的精細化管理要求日益提高,作為鐵路大型臨時工程重要組成部分的鋪軌基地,其設計理念也由傳統的單純滿足鋪軌需要轉變為“安全適用、經濟合理”[1]并頒布了行業設計暫行規定。本文擬對鋪軌基地設計原理與能力計算進行初步探討。

1 鋪軌基地平面設計原理

鋪軌基地在設計時先確定其類型,然后進行場址的選擇,最后進行平面設計。

1.1 鋪軌基地的類型

根據鐵路軌道是否無縫,鋪軌基地可分為普通線路鋪軌基地與無縫線路鋪軌基地;根據鐵路運輸類型,可分為客運專線鋪軌基地與普通鐵路鋪軌基地;根據是否與制存梁場合設,可分為含制存梁場鋪軌基地與不含制存梁場鋪軌基地。上述分類方法存在一定交叉性,比如客運專線鋪軌基地肯定是無縫線路鋪軌基地,但普通鐵路也可能鋪設無縫線路從而設置無縫線路鋪軌基地;另外,當制存梁場與鋪軌基地有條件可合設時,有工程量小或運輸組織靈活等優勢。不同類型的基地其儲存、生產的軌道材料、線路鋪設方法各異,基地設計時應選用相應的儲存、生產區域和設備。

1.2 鋪軌基地的選址

基地的站位選擇、布置與其平面布置需要相互結合、相輔相成。一般來說站址選擇需要遵循的原則如下。

當新建線路與既有線接軌時,基地位置宜設在鋪軌起點站或已鋪軌地段的終點站附近;當新建線路與既有線無連接時,基地位置宜設在鋪軌起點站或其供應范圍中部鄰近既有車站附近,最好是靠近區段站,對編組作業、機車使用及整備作業等都更為方便[2]。

接軌岔線縱坡不宜大于6‰,困難條件下不應大于12‰[1];基地平面半徑不應小于250m,有長鋼軌存放的基地平面曲線半徑不宜小于300 m[3-5],并按有關規定設置安全設施。

基地應盡量選擇在拆遷和工程較小的地段,盡量減少占用土地和降低工程費用,以減少施工完畢后產生較多的廢棄工程,因基地要布置大型龍門吊起重,場地選擇時應注意地質條件;同時應有場外道路可以連通。

基地應選擇在可以保證運營線路安全,銜接既有線便捷,對運營線干擾小的地段,同時可以考慮設在既有站擬改擴建線路的一側,實現永臨結合,減少臨時工程。

當線路長度長、單個鋪軌基地接軌點地形條件受限或施工工期緊迫,在材料設備供應條件許可下可分段設計多個基地,每個基地的設置都應滿足上述原則。

1.3 平面布置的主要原則與布置圖型的選擇

1.3.1 鋪軌基地的一般特點

(1)設有生產區與生活配套區并自成體系。

(2)通常一端與既有線連接,一端與新線連接。

(3)性質為施工配套設置,除了全路特定的幾大基地外,其他具有臨時性。

(4)技術標準等級比較低,基地岔線及場內線路的平縱斷面、路基、橋涵、站場、軌道等設計可參照Ⅳ級鐵路設計標準辦理[1]。但長鋼軌存放,設置龍門吊區域等場內部分土建結構技術標準要求較高[6]。

(5)超限工程列車在坡度較大的曲線地段調車存在安全隱患。

1.3.2 平面布置需要遵循的主要原則

(1)基地岔線應與既有站其他站線接軌,困難條件下可與到發線接軌,與到發線接軌時應設置安全線[1]或有隔開進路。

(2)基地由各組成區域有機結合構成,平面布置應由主及輔,在滿足功能需要的前提下,力求緊湊,充分利用有效面積,以節省用地。

(3)采用合理的作業流程和布置方案,減少調車和重復作業。減少進路交叉,縮短機車、材料在基地內停留時間。

(4)選擇經濟實用的裝卸機械,按作業流程合理劃分基地功能區及場內道路,盡量減少作業的交叉干擾。

(5)平面設計要考慮永臨結合,盡量利用擬建線路工程。

1.3.3 布置圖型的選擇

按照基地與既有車站的相對位置,可分為縱列式布置與橫列式布置2種形式,采用縱列式布置的時候,鋪軌基地可利用既有車站站線作為牽出線,當采用橫列式布置的時候,基地需新建牽出線或利用擬建正線或既有車站牽出線等作為牽出線。

按照基地內到發兼調車編組場與生產裝卸場的相對位置,可分為以下幾種類型。

(1)橫列貫通式生產裝卸場

如圖1所示,橫列貫通式生產裝卸場常用于作業量大,地形開闊的地段。生產裝卸場兩端與擬建正線及既有線或牽出線貫通,以便生產裝卸線直接辦理接發列車作業,減少調車轉場時間,提高作業效率。但存在基地占地大、工程量大、車站咽喉復雜等不利因素。

圖1 橫列貫通式生產裝卸場示意

(2)橫列混合式生產裝卸場

如圖2所示,橫列混合式生產裝卸場適用于車站地形受限,軌料到達不均衡的基地。生產裝卸場橫列布置,與擬建正線及既有線或牽出線部分貫通。橫列混合式生產裝卸場的占用面積小,投資省,咽喉布置較簡單,但靈活性偏低。

圖2 橫列混合式生產裝卸場示意

(3)橫列盡頭式生產裝卸場

如圖3所示,橫列盡頭式生產裝卸場適用于作業量不大、軌料到發不均衡、地形條件較為困難的基地。生產裝卸場橫列布置,僅有一端與既有線或牽出線相連,作業效率低。但橫列盡頭式裝卸場用地省、投資小,站內交叉少,咽喉布置簡單。

圖3 橫列盡頭式生產裝卸場示意

(4)縱列貫通式生產裝卸場

如圖4所示,縱列貫通式生產裝卸場用于軌料到發均衡、地形適宜的基地。生產裝卸場縱列布置且與擬建正線及到發兼調車編組場連通便于生產裝卸線直接發車,減少轉場時間,但縱列式布局加長了站坪。

圖4 縱列貫通式生產裝卸場示意

2 鋪軌基地能力計算

在基地平面設計中最重要的問題就是對基地設計能力的計算,基地設計能力由各功能區規模與股道規模聯合實現,在對各功能區規模進行理論最小值計算后,應結合作業流程、裝卸機械、材料類型等,確定股道規模與功能區位置和規模。

2.1 功能區規模計算

根據施工工藝流程和施工工藝特點將鋪軌基地設計成主生產作業區、輔助配套設施兩大部分,各區域之間通過道路相互連接。基地的主生產作業區包括軌料存放區、軌排生產區、軌排存放區、長軌存放區、場內車場、機務整備線等。基地的主要輔助配套設施有裝卸運輸設備和與之配套的大型機械組裝區、機修庫、油庫、水電、生活設施、通訊設施、排水、道路等[7]。本文將主生產作業區規模計算分為生產存放區規模與股道規模計算2部分,輔助配套設施計算為第3部分。

2.1.1 生產存放區規模計算

生產存放區包括軌排生產區,軌料存放區(含配件存放場、軌枕存放場、鋼軌存放場),長軌存放區,軌排存放區,道岔、岔枕及道砟存放區等區域。根據鋪架作業量、來料計劃和生產流程功能等計算各功能區的規模。計算出的各功能區規模為理論最小值,實際設計中與基地股道設置相結合后滿足不小于理論最小值即可。

(1)存放區

存放區按存放材料品類的不同進行劃分可由下式進行計算

式中 F存——存放區面積,m2;

Q——日鋪軌計劃,鋪軌km;

α——來料不均衡系數;

A——計劃儲備天數;

n——貨位排數;

l——每鋪軌公里貨物數量;

P——單位面積堆貨量。

以鋼軌儲存區為例,若采用25 m的鋼軌,Q= 1.5 km,α=1.2,A=8 d,l=80根,P=0.24根,n=6層,則F存=800m2。

(2)生產區

生產區按存放材料品類的不同進行劃分可由下式進行計算

式中 F生——生產區面積,m2;

Q——日鋪軌計劃,鋪軌km;

n——單位生產線能力;

l——單位生產線長度;

b——單位生產線寬度。

以軌排生產區為例,Q=1.5 km,若采用人工釘聯,可按每班每列生產軌排0.125鋪軌km考慮,每天最多安排2班,取n=0.25 km,生產25 m的軌排區長度可按l=30m計算,生產25m的軌排區寬度可按b= 5m計算,則F生=900m2。

2.1.2 基地股道規模計算

(1)到發兼調車編組場

到發兼調車編組場主要辦理軌料的到達和發送作業及車輛的編組作業。一般情況下設到達、發送、編組與機車走行線各1條,根據基地軌料的到達發送量及其不均衡系數通過計算后可適當減少股道數量。股道長度應根據到達發送車列最大長度確定,車列可在到發線上集結,因此調車線、編組線長度可通過技術經濟比選后選擇整列或半列。

(2)生產裝卸場

生產存放區各功能區有與之相對應的股道。股道長度由各區域規模、裝卸機械、材料類型決定。以鋼軌儲存區為例,若采用25 m的鋼軌,鋼軌儲存區規模為800 m2,選用17 m跨度的龍門吊,則鋼軌存儲線長度為53m(800/15=53,17 m跨度的龍門吊內有效存儲長度為15 m)。

各類生產存儲線可根據生產作業流程分別組合在一起,并以適應地形與咽喉布置緊湊為原則,選擇經濟合理的股道數量。

(3)其他線路

應根據基地運輸組織需要設置機車整備線、機車等待線、安全線等線路。

2.1.3 輔助配套設施計算

在基地的主生產作業區主體平面布置完成后,在功能最優與費用經濟的原則下選用與之適應的規模和位置。

3 實例分析

普通線路鋪軌基地適用于軌排拼裝的有縫線路鋪軌;無縫線路鋪軌基地中長鋼軌鋪軌基地適用于單枕法施工的線路鋪軌、軌排拼裝和長鋼軌存放鋪軌基地適用于無縫線路換鋪法施工的線路鋪軌[1];客運專線鋪軌基地一般沒有軌排生產線,取代它的是長鋼軌存放場[8](長鋼軌一般由焊軌基地提供[9-10]、無砟軌道板由制板廠提供)。不同類型的鋪軌基地雖然儲存、生產區域和設備各有不同,但基地能力計算原理相同,故本文選用有軌排拼裝的普通線路鋪軌基地用以驗證。

3.1 鋪軌基地的類型與選址

南疆線紫泥泉鋪架基地為普通鐵路普通線路含制存梁場鋪軌基地,承擔喀拉塔格隧道進口附近至庫爾勒范圍的鋪架任務。根據既有站場條件、工程特點、運輸環境和地形條件,本基地設置于既有南疆線紫泥泉車站(設計關站)站對側的沙丘荒地及草地上,基地總占地161畝,設置股道8條,鋪軌5.005 km,鋪岔11組。

3.2 鋪軌基地平面設計

3.2.1 生產存放區規模計算

本基地承擔DK176+500～DK461+227.35的鋪架任務,供應總量為177.2正線km,正、站線鋪軌392.72鋪軌km,架梁703孔。

根據鋪軌進度要求,基地每天生產軌排1.5 km,由于鋪軌工期短,軌枕、鋼軌供應數量集中,考慮到軌枕生產廠日生產能力和鐵路平板扣車困難等因素,基地存放軌枕、鋼軌能力按10 d時間備料較為合理;故基地存放能力設計為:存放鋼軌16 km;存放軌枕30 000根;存放扣件20 km;存放軌排10 km;存儲道岔及岔枕10組;存梁120孔。

因此,將數據代入式(1)、式(2)得到該基地生產存放區最小規模為:鋼軌存放區890 m2,軌枕存放區2 400m2,扣件存放區450m2,軌排存放區3 000m2,道岔及岔枕存放區2 250m2,存梁存放區5 500m2,軌排生產區900 m2。

3.2.2 基地股道規模計算

本基地設置股道8條。到發兼調車編組場設置機1、機2、機3條股道,為調車編組及工程列車待發線;生產裝卸場設機4、機5材料線2條,機6橋梁整備線1條;股道設置中機7、機8為機車檢修整備線及機車停留線。

在滿足計算所得生產存放區規模情況下,結合生產作業流程、裝卸機械、材料類型,并以適應地形與咽喉布置緊湊為原則。確定機4線設6臺10 t、26 m跨度龍門吊、有效長為613 m,含軌枕存放場150 m、軌排生產線及鋼軌存放場150 m、軌排存放場200 m;機5線有效長為495m,含道岔、扣件存放區375m×11m;機6線有效長為535 m,設32 m跨度85 t吊梁龍門吊2臺,360m×35m存梁存放區。

3.2.3 布置圖型的選擇

基地與既有車站采用橫列式布置,從紫泥泉車站吐魯番端咽喉處3道延長線引出,與吐魯番端的新增二線臨時接通,將新建二線作為鋪架基地牽出線使用,以便工程列車進出基地及運輸軌料,同時在庫爾勒端與新增二線臨時接通,形成作業靈活的貫通式布置。按照基地內到發兼調車編組場與生產裝卸場的相對位置,采用橫列盡頭式生產裝卸場。鋪架基地平面布置詳見圖5。

圖5 紫泥泉鋪架基地平面布置(單位:m)

4 結論

本文在對新建鐵路鋪軌基地的類型、選址原則進行總結分析的基礎上,對基地平面設計原則、設計能力、布置圖形的選擇進行了分析,探討了組成鋪軌基地能力的功能區規模與股道規模計算的方法,最后以南疆線紫泥泉鋪架基地驗證完成鋪軌基地的平面設計,可作為鐵路鋪軌基地規劃和實施時的參考。

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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,工程師,2007年畢業于西南交通大學交通運輸專業,工學碩士,E-mail:mirror_lake@sohu.com。