澳大利亞皮爾巴拉礦區(qū)重載鐵路總體設(shè)計

趙振剛

中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計院，濟(jì)南 250022

1 工程概況

澳大利亞皮爾巴拉礦區(qū)重載鐵路位于西澳洲北部，北起黑德蘭港口，向南穿越濱海平原，跨越齊切斯特山脈后折向東，延伸至皮爾巴拉礦區(qū)。該鐵路經(jīng)過濱海平原、山區(qū)和山谷區(qū)。濱海平原與山谷區(qū)地形較為平坦，山區(qū)地形起伏相對較大。

該鐵路為貨運(yùn)專線，專門運(yùn)輸?shù)V區(qū)的鐵礦石和礦粉至港口。一期工程正線全長330 km，設(shè)計年運(yùn)量4 500 萬t；二期工程正線延長至398 km，設(shè)計年運(yùn)量9 000 萬t。礦區(qū)至港口為重車方向，港口至礦區(qū)為輕車方向。線路沿線多為戈壁，植被樹木較少，無居民定居點(diǎn)。

2 鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

正線為單線，軌距1 435 mm，設(shè)計軸重37 t。設(shè)計速度：重車方向80 km∕h，輕車方向75 km∕h。濱海平原及山谷區(qū)限制坡度：重車方向2‰，輕車方向10‰。山區(qū)限制坡度：重車方向3.3‰，輕車方向15‰［1］。

采用GE AC6000 型內(nèi)燃機(jī)車牽引，牽引質(zhì)量3.5 萬t［2-3］。列車編組為3 臺GE AC6000 機(jī)車+240 輛敞車，列車標(biāo)稱長度為3×24+240×10.5=2 592 m。到發(fā)線有效長度3 000 m。閉塞類型為自動站間閉塞［4］。

3 運(yùn)輸組織及運(yùn)輸設(shè)備布局

3.1 運(yùn)輸組織

全線運(yùn)輸組織由設(shè)于港口的中央控制中心遠(yuǎn)程控制。一期配屬23 臺機(jī)車和1 260 臺鐵礦運(yùn)輸車輛。車輛質(zhì)量為21.5 t，載貨總質(zhì)量為148 t［5］。列車一趟周轉(zhuǎn)時間為24 h，一期開行列車5 對∕日，二期開行列車10 對∕日。車輛采用旋轉(zhuǎn)車鉤，翻車機(jī)卸車時不需摘車鉤［6］。

3.2 運(yùn)輸設(shè)備布局

在礦區(qū)設(shè)置裝車環(huán)線，在港口設(shè)置卸車環(huán)線和編組站，沿線設(shè)4 個無人值守會讓站，平均站間距約70 km。裝車環(huán)線設(shè)置裝車倉，卸車環(huán)線配置雙車翻車機(jī)，編組站設(shè)置機(jī)車、車輛檢修車間和工務(wù)綜合維修基地。工務(wù)綜合維修基地設(shè)2 條大型養(yǎng)路機(jī)械停留線、長軌條焊接存放場和波紋鋼管存放場。為便于施工及養(yǎng)護(hù)維修，全線不設(shè)隧道。

4 重點(diǎn)專業(yè)設(shè)計

路基、橋梁設(shè)計使用年限50 年，涵洞設(shè)計使用年限20年，設(shè)計使用年限內(nèi)開展定期和常規(guī)維護(hù)。

4.1 線路設(shè)計

濱海平原與山谷區(qū)、山區(qū)正線平面設(shè)計參數(shù)見表1，縱斷面設(shè)計參數(shù)見表2。

表1 正線平面設(shè)計參數(shù)

表2 正線縱斷面設(shè)計參數(shù)

注：所有變坡點(diǎn)均設(shè)置圓曲線形豎曲線。

4.2 軌道設(shè)計

采用68 kg∕m 長50 m 的無孔新軌，在綜合維修基地采用閃光接觸焊焊接為400 m 的長軌條，運(yùn)到工地后再焊接為跨區(qū)間無縫線路［7-8］。為減少鋼軌磨耗，改善輪軌關(guān)系，運(yùn)營期間采用大型養(yǎng)路機(jī)械和不落輪鏇床定期對鋼軌和車輛輪對進(jìn)行打磨。

為適應(yīng)37 t軸重要求，采用預(yù)應(yīng)力混凝土枕，軌枕長度2.6 m，間距670 mm，軌枕混凝土最小抗壓強(qiáng)度50 MPa。扣件采用潘多拉E型扣件。

道床材質(zhì)符合AS 2758.7—2009《鐵路道砟骨料》要求，總的壓碎值和濕磨損值符合AS2758.7 中H 級要求。道床厚度250 mm，可根據(jù)需要增加厚度。道床砟肩寬度300 mm，曲線段根據(jù)需要加寬。

4.3 路基設(shè)計

直線段路基面頂寬6.6 m；線路平面曲線半徑大于3 000 m時，路基面頂寬6.6 m；半徑小于等于3 000 m時路基面頂寬7.0 m。基床表層最小厚度：路堤段250 mm，路塹段350 mm［9］。

路堤段采用直線形邊坡，路塹段設(shè)邊坡平臺。各工況路基邊坡坡率及邊坡平臺參數(shù)見表3。

表3 路基邊坡坡率及邊坡平臺參數(shù)

填普通土路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)見表4。填巖石路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)壓實(shí)方式確定。

表4 壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

濱海平原區(qū)路基應(yīng)對沿海淤泥地基進(jìn)行處理，防止不均勻沉降。山谷區(qū)及山區(qū)路基根據(jù)地質(zhì)情況采用合理的施工方案。路基邊坡至設(shè)計水位的安全高度采用0.5 m。

4.4 橋涵設(shè)計

4.4.1 橋涵水文設(shè)計

沿線年平均降雨量250 mm，有時日降雨量就達(dá)到250 mm。沖溝較少，水流呈片狀從山上流下。因此，設(shè)計時要設(shè)置足夠的涵洞排水，既要滿足排洪要求，防止鐵路阻水被水淹，又要盡量不改變既有徑流，保證下游生物的生存需要。

水文設(shè)計采用澳大利亞降雨量和徑流標(biāo)準(zhǔn)。橋梁設(shè)計水位按50年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。根據(jù)橋址處地形，橋梁梁體等上部建筑至設(shè)計水位的最小高度采用0.5～1.0 m。

涵洞設(shè)計最大流量大于50 m3∕s時，設(shè)計水位采用50 年一遇，按100 年一遇水位進(jìn)行檢算。涵洞設(shè)計最大流量小于等于50 m3∕s 時，設(shè)計水位采用20 年一遇，按50 年一遇水位進(jìn)行檢算。涵洞處設(shè)計水深不能超過涵洞直徑的1.5倍。

4.4.2 橋梁設(shè)計

橋梁設(shè)計按澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 5100—2004《橋梁設(shè)計》執(zhí)行，設(shè)計軸重采用37 t。為方便軌道檢查和養(yǎng)護(hù)，橋梁兩側(cè)設(shè)人行道板，橋上軌道不設(shè)護(hù)輪軌。橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計為下承式鋼梁橋，鋪設(shè)預(yù)制混凝土橋面板。橋面板道砟槽寬度為4.28 m。橋面板兩側(cè)設(shè)人行道欄桿，欄桿間寬度為5.88 m。采用鋼制橋墩，部分橋墩用混凝土填充，以增加穩(wěn)定性。鋼梁采用25 m標(biāo)準(zhǔn)跨度，橋墩基礎(chǔ)為樁基或擴(kuò)大基礎(chǔ)。樁基采用鋼制樁或混凝土預(yù)制樁。

對于跨越重要河流的橋梁，因?yàn)榧扔泻拥缹挾仍?～2 km，在水文條件允許的情況下可壓縮河道，以減少橋長降低工程造價。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時須考慮耐久性要求。橋頭錐體、導(dǎo)流堤碼砌塊石進(jìn)行防護(hù)。

4.4.3 涵洞設(shè)計

涵洞均采用波紋鋼管制作，最小直徑600 mm。鋼管厚1.6～3.5 mm。設(shè)計施工中要注意防止土壤和鹽分對鋼管的侵蝕。每12 年清淤養(yǎng)護(hù)一次。鋼管侵蝕失效與填料、壓實(shí)度有關(guān)，施工時一定要采用規(guī)定的填料，達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

4.5 站場設(shè)計

4.5.1 站場設(shè)計方案

1）平面設(shè)計。車站到發(fā)線有效長度3 000 m；環(huán)線中重車線最小曲線半徑800 m，空車線最小曲線半徑600 m；各緩和曲線長度均采用20 m；夾直線最小長度一般為50 m，困難條件下可采用30 m；道岔間插入的短軌長度為25 m；到發(fā)線的線間距5 m，支線及其他線的線間距8 m，設(shè)有檢修通道的兩線間線間距10 m。

2）縱斷面設(shè)計。為防止車輛溜逸，到發(fā)線采用凹形縱斷面。到發(fā)線有效長度范圍內(nèi)設(shè)計坡度一般條件下不大于1‰，困難條件下不大于1.5‰。車站咽喉區(qū)坡度不大于1.5‰。

3）安全隔開設(shè)備設(shè)計。根據(jù)澳大利亞鐵路安全法和工業(yè)及基礎(chǔ)設(shè)施部的要求，各會讓站南端咽喉設(shè)置安全線1 條，脫軌道岔1 組；在裝車站裝車倉、卸車站翻車機(jī)兩側(cè)及其他需要的地方設(shè)置脫軌道岔。

4）道岔選擇。正線采用20 號可動心軌轍叉單開道岔。車場及側(cè)線內(nèi)重車側(cè)向通過的道岔采用12 號可動心軌轍叉單開道岔，其他道岔采用12號固定轍叉單開道岔。

4.5.2 站場布置

全線共設(shè)車站7 座（含裝、卸車站），如圖1所示。

圖1 車站分布示意

1）裝車環(huán)線。在礦區(qū)設(shè)置裝車環(huán)線，道岔直向?yàn)橹剀嚪较颉Ｑb車倉前線路有效長度為6 200 m，可停放兩列空車；裝車倉后線路有效長度為3 000 m，可停放一列重車。同時設(shè)有超裝車處理線1 條，有效長度為150 m。機(jī)車整備線1 條，配置機(jī)車整備、上油上水等設(shè)備［10］。裝車環(huán)線平面布置如圖2 所示。其中：R為半徑，l為緩和曲線長度。

圖2 裝車環(huán)線平面布置示意（半徑和長度單位：m）

2）卸車環(huán)線。在港口設(shè)置卸車環(huán)線，道岔直向?yàn)橹剀嚪较颍嚈C(jī)前后線路有效長度均大于3 000 m。在港口共規(guī)劃2條卸車環(huán)線，一期建設(shè)外側(cè)環(huán)線，預(yù)留內(nèi)側(cè)環(huán)線。卸車環(huán)線平面布置如圖3所示。

圖3 卸車環(huán)線平面布置示意（半徑和長度單位：m）

卸車環(huán)線在翻車機(jī)處最高，翻車機(jī)前為坡率0.71‰的上坡，翻車機(jī)后為坡率0.71‰的下坡。其他地段線路坡率不大于1‰。

3）編組站。在卸車環(huán)線南側(cè)的直線上設(shè)置編組站，其最外側(cè)道岔與卸車環(huán)線的最外側(cè)道岔相距約2.0 km。主要辦理列車會讓、機(jī)車和車輛的保養(yǎng)檢修、軌道大修車輛的停放等作業(yè)。在車場外側(cè)設(shè)有軌料存放場、鋼軌焊接機(jī)等設(shè)備存放點(diǎn)。

設(shè)正線1 條，到發(fā)線4 條（一期1 條，二期預(yù)留3 條），調(diào)車線1 條，車輛檢修線4 條，機(jī)車整備線4 條，機(jī)車走行線1 條，大型養(yǎng)路機(jī)械停留線2 條。編組站平面布置如圖4所示。

圖4 編組站平面布置示意

4）會讓站。沿線設(shè)4 個會讓站。會讓站設(shè)正線1 條，到發(fā)線1 條，安全線1 條。其中1 個會讓站另設(shè)大型養(yǎng)路機(jī)械停留線2 條。會讓站平面布置如圖5所示。

圖5 會讓站平面布置示意

會讓站不設(shè)站房，行車組織由中央控制中心控制。會讓站信號聯(lián)鎖設(shè)備采用太陽能供電，不設(shè)電力引入線。

4.6 養(yǎng)護(hù)維修

線路采用機(jī)械化養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)路機(jī)械包括2 臺道床整形車，2 臺搗固車，2 臺平板車，20 臺道砟車，4 臺側(cè)卸車，1 臺絞盤車，4 臺空氣壓縮車，1 臺移動接觸閃光焊軌車。每兩個月完成一次養(yǎng)路循環(huán)。

在鐵路沿線一側(cè)修建道路，供工程施工和養(yǎng)護(hù)維修使用。路面寬7 m，設(shè)計速度80 km∕h，最大坡度7.5%。為減少工程投資，道路沿地形設(shè)置，采用土路面，道路沿途深溝處設(shè)置涵洞。簡易道路每兩個月保養(yǎng)一次。

5 結(jié)語

鐵路運(yùn)輸重載化是提高鐵路運(yùn)輸能力和運(yùn)輸效率的重要方法。重載鐵路總體設(shè)計應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸需求和地形地質(zhì)條件，合理選擇鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)籌考慮移動設(shè)備和固定設(shè)備配置，優(yōu)化運(yùn)輸組織，提高運(yùn)輸效率，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)的整體優(yōu)化。