重載組合式列車卸車站平面布置方案研究

徐蕾杰

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 站場設(shè)備設(shè)計研究院，北京 102600)

重載運(yùn)輸是采用大功率機(jī)車和大軸重車輛、擴(kuò)大列車編組，達(dá)到提高運(yùn)量目的的運(yùn)輸方式。目前，將滿足列車牽引質(zhì)量8 000 t 及以上、軸重270 kN 及以上，至少150 km 線路區(qū)段上年運(yùn)量大于4 000 萬t的3 項條件中2 項的鐵路定義為重載鐵路[1]。重載鐵路貨車車型以及車輛的編組形式相對固定，具有運(yùn)量大、效率高、成本低等特點(diǎn)，對于運(yùn)輸煤炭、礦石等大宗貨物極具優(yōu)勢。重載鐵路卸車站作為點(diǎn)、線運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的最后一個環(huán)節(jié)，多位于港口、電廠等貨物集中到達(dá)地區(qū)，與卸車地貨物輸送系統(tǒng)相連，是鐵路與水運(yùn)、公路等其他運(yùn)輸方式互聯(lián)互通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其車站能力及規(guī)模與貨運(yùn)量匹配程度，對整個運(yùn)輸系統(tǒng)效率起到至關(guān)重要的作用。為此，分析重載組合式列車卸車站平面布置方案影響因素，研究重載組合式列車卸車站平面布置方案，并結(jié)合實(shí)例，探討調(diào)機(jī)及本務(wù)機(jī)2 種牽引卸車作業(yè)模式下車站平面布局圖型。

1 重載組合式列車卸車站平面布置方案設(shè)計

1.1 影響因素分析

重載組合式列車卸車站平面布置方案與貨物運(yùn)輸組織模式、站內(nèi)主要技術(shù)作業(yè)內(nèi)容、卸車站能力3 個因素有關(guān)，只有車站布局及設(shè)施布置方案適應(yīng)重載貨物列車作業(yè)特點(diǎn)、與運(yùn)輸需求相匹配，才能充分發(fā)揮卸車站作業(yè)能力。

（1）貨物運(yùn)輸組織模式。重載列車開行模式根據(jù)貨源、貨流的組織情況，可以分為單元式、整列式和組合式3 種。其中，單元式重載列車為固定列車單元，機(jī)車、車輛組合固定；在裝卸過程中，機(jī)車、車輛不摘鉤，列車運(yùn)行途中無調(diào)車作業(yè)，車輛沿途不進(jìn)行檢修，列車定期整列進(jìn)段，在列車編組中順次換掛一定數(shù)量檢修后的車輛，以此使列車中的車輛輪流得到檢修。因此，單元式重載列車機(jī)車和車輛均需要在裝卸車站進(jìn)行機(jī)車整備及車輛檢修作業(yè)，裝卸車站需考慮設(shè)置機(jī)務(wù)段及車輛段。整列式重載列車與普通貨物列車類似，適用于繁忙干線改造，存在列車解體、編組作業(yè)，列車運(yùn)行徑路中需設(shè)置編組站或編組場。組合式重載列車由同一方向上的貨物列車首尾相連，不要求固定機(jī)車車輛，機(jī)車分別掛于列車頭部和中部，運(yùn)輸組織靈活，存在列車組合、分解作業(yè)，車輛沿途不進(jìn)行檢修。因此，組合式列車需要在裝卸車站內(nèi)進(jìn)行組合、分解作業(yè)，車站到發(fā)場布置形式需根據(jù)列車組合方案和機(jī)車連掛模式設(shè)置腰岔，同時到發(fā)場需考慮設(shè)置機(jī)走線以滿足組合列車中部機(jī)車出入段及連掛作業(yè)的需要。另一方面，與單元式列車裝卸站類似，站內(nèi)需設(shè)置機(jī)務(wù)段及車輛段完成機(jī)車整備和列車檢修作業(yè)。

（2）站內(nèi)主要技術(shù)作業(yè)內(nèi)容。重載組合式列車無編組作業(yè)，卸車站內(nèi)主要技術(shù)作業(yè)內(nèi)容包括列車到達(dá)，煤炭、礦石等大宗貨物卸車，卸后空車檢修集結(jié)以及列車出發(fā)等作業(yè)。主要作業(yè)流程為：①組合列車到達(dá)重車到達(dá)場，進(jìn)行技術(shù)檢查、貨運(yùn)檢查、票據(jù)交接等到達(dá)技術(shù)作業(yè)；②本務(wù)機(jī)或調(diào)機(jī)牽引列車至卸車場進(jìn)行卸車作業(yè)，卸后空車由本務(wù)機(jī)或調(diào)機(jī)牽引入段檢修或進(jìn)入空車出發(fā)場進(jìn)行集結(jié)、列檢和出發(fā)作業(yè)[2]。由列車技術(shù)作業(yè)流程可知，在設(shè)施方面，重載組合式列車卸車站需設(shè)置到發(fā)線、卸車線、機(jī)待線、邊修線等設(shè)施用于滿足列車到發(fā)、卸車、車輛檢修等作業(yè)需求。作業(yè)量大的情況下，需設(shè)置機(jī)務(wù)段和車輛段滿足機(jī)車車輛整備檢修作業(yè)。在設(shè)備方面，卸車站需考慮翻車機(jī)、卸煤坑等設(shè)備，用于煤炭、礦石貨物卸車作業(yè)。

（3）卸車站能力。重載組合列車卸車站能力主要由車站通過能力和卸車能力決定。其中，車站通過能力與到發(fā)線數(shù)量和到發(fā)作業(yè)時分有關(guān)，卸車能力與卸車線數(shù)量及翻卸一列車所需要的時間有關(guān)。以環(huán)形式卸車站為例，利用翻車機(jī)設(shè)備，一次貨物列車到達(dá)卸車作業(yè)中，卸車作業(yè)時間共需165 min，占據(jù)整體作業(yè)時間一半以上[3]。因此，卸車能力為主要瓶頸制約因素。根據(jù)運(yùn)輸需求合理確定到發(fā)線和卸車線數(shù)量，能夠充分發(fā)揮卸車站能力，避免產(chǎn)生能力過?；虿蛔愕那闆r。

車站到發(fā)線、卸車線能力計算一般采用公式[4]為

式中：N為一晝夜卸車站股道能力，列/d；T為一晝夜卸車站股道能進(jìn)行作業(yè)的時間，min；t固為一晝夜各項固定作業(yè)占用時間，min；t為一晝夜辦理到發(fā)作業(yè)或卸車作業(yè)平均占用時間，min；r空為空費(fèi)系數(shù)。

卸車線數(shù)量還需要與采用的卸車設(shè)備性能、作業(yè)能力及數(shù)量相匹配。目前，我國重載鐵路主要采用翻車機(jī)卸車。翻車機(jī)系統(tǒng)包括翻車機(jī)、重車調(diào)車機(jī)、空車調(diào)車機(jī)、遷車臺等，具有機(jī)械化程度高、卸車能力強(qiáng)、對環(huán)境污染小等優(yōu)勢。對于不同型號、性能的翻車機(jī)，其作業(yè)能力有所不同，單翻翻車機(jī)年卸車量約為600 萬t，雙翻翻車機(jī)年卸車量約為1 000 萬t，三翻翻車機(jī)年卸車量可達(dá)2 500 萬～3 000 萬t。根據(jù)貨運(yùn)量，可采用不同類型翻車機(jī)或其組合，對應(yīng)的卸車線數(shù)量及車站咽喉布置形式也有所不同。

1.2 列車車場布置形式

重載組合列車組合方案、機(jī)車連掛模式主要有2類：①重載萬噸組合列車由前、中部各1 臺機(jī)車牽引5 000 噸列車連掛而成；②2 萬噸列車有“1+2+1”(列車前部1 臺SS4機(jī)車，中部2 臺SS4機(jī)車重聯(lián)牽引，尾部連掛1 臺SS4機(jī)車)和“1+1+可控列尾”(一臺HXD機(jī)車牽引萬噸列車和另一臺HXD機(jī)車牽引萬噸列車組合，尾部加可控列尾)等連掛模式。

為適應(yīng)組合列車中部機(jī)車出入段及連掛作業(yè)，到發(fā)線的布置宜采用2 條重車線或2 條空車線中間夾1 條機(jī)走線的布置形式，重車線或空車線夾機(jī)走線形成線束，本務(wù)機(jī)利用機(jī)走線出入機(jī)務(wù)段[5]。同時，基于組合列車需要在到發(fā)場進(jìn)行重車到達(dá)分解及空車組合發(fā)車作業(yè)，每束到發(fā)線和機(jī)走線間適當(dāng)位置應(yīng)設(shè)置中間腰岔，方便機(jī)車編掛，保證靈活性。腰岔與腰岔間的有效長度根據(jù)列車組合方案、機(jī)車連掛模式和列車牽引質(zhì)量確定[6]。重載組合式列車組合、分解車場布置示意圖如圖1 所示。

1.3 卸車站基本平面布置

采用翻車機(jī)卸車的重載組合式列車卸車站，根據(jù)作業(yè)量、地形條件、翻車機(jī)和卸車線的設(shè)置情況，可以分為盡頭式和環(huán)形式2 種基本平面布置圖型。

（1）盡頭式。盡頭式卸車站適用于作業(yè)量不大，地形條件受限的港口或地區(qū)。到發(fā)場與卸車場縱列式布置，車站盡頭設(shè)翻車機(jī)和移車臺。到發(fā)場主要進(jìn)行列車到發(fā)及組合分解作業(yè)，卸車場進(jìn)行卸車作業(yè)。盡頭式卸車站基本布置圖型如圖2 所示。卸車場1 道、5 道為空車線，2 道、4 道為重車線，3 道為機(jī)車走行線。由于車站作業(yè)量小，設(shè)機(jī)待線和邊修線各1 條。若卸后車輛出現(xiàn)破損，由調(diào)機(jī)挑出放入邊修線。車站主要作業(yè)流程為：組合式重車到達(dá)到發(fā)場，分解為單元列車后通過調(diào)機(jī)或本務(wù)機(jī)牽引至卸車場待翻，撥車機(jī)將分解后的重車按順序撥入翻車機(jī)摘鉤翻卸，翻后空車撥至空車出發(fā)線集結(jié)，經(jīng)技術(shù)檢查作業(yè)后聯(lián)掛本務(wù)機(jī)車出發(fā)。盡頭式卸車站布置圖型車場分工細(xì)致，專業(yè)性強(qiáng)，適應(yīng)長窄地形，但卸車過程中車輛需進(jìn)行摘鉤、移車，轉(zhuǎn)場作業(yè)多，作業(yè)效率較低。

（2）環(huán)形式。環(huán)形式卸車站為一級二場橫列式布置，適用于作業(yè)量大、用地條件開闊的地區(qū)。重車到達(dá)場與空車出發(fā)場橫列布置，盡端設(shè)卸車環(huán)線。翻車機(jī)前后有效長各滿足一個列車單元，以減少進(jìn)出環(huán)線咽喉端的作業(yè)干擾。為避免咽喉區(qū)過長，重車到發(fā)線與空車到發(fā)線可分束布置。對于較小規(guī)模、只有1 條卸車環(huán)線的卸車站，重車到發(fā)線與空車到發(fā)線咽喉區(qū)可以相互連通，從而更加靈活地運(yùn)用到發(fā)線[7]。根據(jù)作業(yè)需要，設(shè)機(jī)務(wù)段及車輛段。環(huán)形式卸車站基本平面布置圖型如圖3 所示。車站主要作業(yè)流程為：組合重車接入重車到發(fā)場辦理到達(dá)作業(yè)、交接作業(yè)并分解為若干個單元列車，本務(wù)機(jī)車或調(diào)機(jī)牽引重車單元至重車撥車機(jī)作業(yè)范圍，進(jìn)行翻車作業(yè)；本務(wù)機(jī)走行至機(jī)務(wù)段整備。卸后空車進(jìn)入翻車機(jī)卸車環(huán)線后半段部分，整備后本務(wù)機(jī)或調(diào)機(jī)將卸后空車牽引至空車出發(fā)場，集結(jié)組成回空列車，經(jīng)列檢、發(fā)車作業(yè)后出發(fā)，卸后待修車輛由調(diào)機(jī)挑出進(jìn)入車輛段[8]。環(huán)形式卸車站布置圖型在翻車機(jī)翻車過程中無需將車列摘成單節(jié)車輛，節(jié)省了摘鉤、遷車平臺遷移車輛以及空車集結(jié)時間，作業(yè)效率高。同時，不設(shè)置牽出線及機(jī)待線即可完成卸車作業(yè)，列車進(jìn)路順暢，但占地范圍較大，工程量及投資較高。

圖1 重載組合式列車組合、分解車場布置示意圖Fig.1 Layout diagram of combined and decomposed yard for heavy haul combined train

圖2 盡頭式卸車站基本布置圖型Fig.1 Basic layout of stub-end unloading station

2 實(shí)例分析

2.1 運(yùn)輸需求及卸車站設(shè)備設(shè)施

以一礦區(qū)新建配套重載鐵路工程為例，該工程服務(wù)于企業(yè)鐵礦石外運(yùn)，是一條礦石專用單線鐵路，兼顧運(yùn)輸?shù)V區(qū)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)生活物資。礦區(qū)計劃開采量約為5 000 萬t/a，由港口運(yùn)至礦區(qū)的生活物資需求量約0.3 萬t/a。貨物運(yùn)輸組織方式為開行2 萬噸C80車型重載組合列車，機(jī)車連掛方式為“1+2+1”。因此，開行貨物列車共11 對/d，其中9 對礦石列車，2 對運(yùn)輸生產(chǎn)生活物資。

考慮港口規(guī)劃、地形地貌及港口吞吐能力等條件，遵循符合港區(qū)近遠(yuǎn)期規(guī)劃，盡量深入港區(qū)，減少礦石二次倒運(yùn)距離，盡量減少對港區(qū)既有設(shè)備、設(shè)施的影響，減少周邊既有房屋的拆遷工程等原則，卸車站選址于港口西南側(cè)，與港口輸煤系統(tǒng)相連接。車站周邊地形平坦，僅分布少量村落，無控制因素影響卸車站布置形式。

該車站卸車作業(yè)量大(5 000 萬t/a)，地形條件較為開闊，優(yōu)先考慮環(huán)線式布置站型。根據(jù)貨運(yùn)量及翻車機(jī)卸車能力，考慮采用三翻翻車機(jī)2 臺。根據(jù)公式(1)，其中T取1 440 min，r空取0.2，到發(fā)線能力計算中t固取120 min，t取130 min，卸車線能力計算中t固取150 min，t取165 min[9]，求得每條到發(fā)線接發(fā)能力為7 列/d，環(huán)形卸車線卸車能力為6 列/d。車站需設(shè)置到發(fā)線4 條，其中重車線2 條，空車線2條，股道能力利用率約78%；設(shè)卸車線2條，股道能力利用率75%，數(shù)量與翻車機(jī)數(shù)量匹配。

根據(jù)組合列車到發(fā)作業(yè)、卸車作業(yè)、機(jī)務(wù)整備作業(yè)、車輛檢修作業(yè)和生產(chǎn)生活物資裝車作業(yè)需要，車站設(shè)到發(fā)場，卸車場，機(jī)務(wù)所、車輛段和貨場各1 處。

圖3 環(huán)形式卸車站基本平面布置圖型Fig.3 Basic layout of loop unloading station

2.2 卸車站平面布置方案

根據(jù)牽引列車卸車的機(jī)車屬性不同，可以分為調(diào)機(jī)及本務(wù)機(jī)2 種作業(yè)模式。分別考慮調(diào)機(jī)牽引和本務(wù)機(jī)牽引模式下技術(shù)作業(yè)流程，研究形成以下3個卸車站平面布置方案。

（1）方案1。方案1 為機(jī)務(wù)段位于空車出發(fā)場端方案。該方案考慮調(diào)機(jī)牽引進(jìn)行卸車作業(yè)，機(jī)務(wù)段、車輛段與到發(fā)場縱列式布置，到發(fā)場采用“兩重車線或兩空車線夾一機(jī)走線”布置形式，機(jī)務(wù)段重、空車場與機(jī)走線相連，本務(wù)機(jī)摘機(jī)后能夠盡快通過機(jī)走線入段整備。翻車機(jī)位于卸車環(huán)線中部，前后有效長各滿足1 個列車單元。車輛段位于空車出發(fā)場一側(cè)，便于卸后空車檢修作業(yè)。車站主要作業(yè)流程為：重載組合列車進(jìn)入卸車站，經(jīng)到達(dá)技檢、摘除列尾后分解為3 個列車單元，本務(wù)機(jī)摘機(jī)經(jīng)機(jī)走線進(jìn)入機(jī)務(wù)段整備。調(diào)機(jī)牽引單元列車至翻車機(jī)前，進(jìn)行翻車機(jī)對位及卸后空車轉(zhuǎn)線，進(jìn)入出發(fā)場。根據(jù)列檢情況，通過調(diào)車作業(yè)挑出待修車輛送至車輛段，其余車輛經(jīng)過集結(jié)，連掛出段的本務(wù)機(jī)，加掛列尾，列檢后發(fā)車，開往礦區(qū)。機(jī)務(wù)段位于空車出發(fā)場端方案示意圖如圖4 所示。

（2）方案2。方案2 為機(jī)務(wù)段位于重、空車場間方案。該方案到發(fā)場同樣采用“兩重車線或兩空車線夾一機(jī)走線”布置形式，機(jī)務(wù)段、車輛段布置于重車到達(dá)場與空車出發(fā)場間，能夠有效減少機(jī)車出入段切割正線作業(yè)干擾。車輛段靠近出發(fā)場，便于卸后空車入段檢修。車站主要作業(yè)流程與方案1 相似，重車到達(dá)后本務(wù)機(jī)即摘機(jī)進(jìn)入機(jī)務(wù)段整備，卸車及空車轉(zhuǎn)線作業(yè)均由調(diào)機(jī)牽引進(jìn)行。卸后空車進(jìn)入出發(fā)場，挑出待修車扣車，其余車輛集結(jié)后連掛本務(wù)機(jī)出發(fā)。機(jī)務(wù)段位于重、空車場間方案示意圖如圖5 所示。

（3）方案3。方案3 為機(jī)務(wù)段位于卸車環(huán)線端方案。該方案利用本務(wù)機(jī)牽引重車進(jìn)行卸車作業(yè)，機(jī)務(wù)段、車輛段、貨場與到發(fā)場橫列式布置。重車到達(dá)場不設(shè)置機(jī)走線，本務(wù)機(jī)利用卸車線走行入段。機(jī)務(wù)段設(shè)置于卸車環(huán)線端，可以減少機(jī)車入段走行時間。車輛段位于空車出發(fā)場出站端，便于卸后空車入段檢修。車站主要作業(yè)流程為：重載組合列車到達(dá)卸車站后進(jìn)入重車線，經(jīng)列檢后分解為3 個列車單元，由本務(wù)機(jī)牽引至翻車機(jī)前。本務(wù)機(jī)車與翻車機(jī)交接后摘鉤，通過卸車環(huán)線進(jìn)入機(jī)務(wù)段整備，重車進(jìn)行卸車作業(yè)。卸車作業(yè)完成后，機(jī)車從機(jī)務(wù)段走行至翻車機(jī)前交接，連掛卸后空車組進(jìn)入出發(fā)場。經(jīng)列檢后，待修車被挑出扣車，正常列車經(jīng)集結(jié)、加掛列尾、列檢后出發(fā)，開往礦區(qū)。機(jī)務(wù)段位于卸車環(huán)線端方案示意圖如圖6 所示。

（4）方案比選。在上述3 種布置方案中，方案1考慮調(diào)機(jī)牽引作業(yè)，機(jī)車走行靈活，本務(wù)機(jī)能夠盡快進(jìn)入機(jī)務(wù)段整備，周轉(zhuǎn)效率較高。同時，本務(wù)機(jī)與調(diào)機(jī)分工細(xì)致，調(diào)機(jī)人員具有專業(yè)性強(qiáng)、操作熟練等優(yōu)勢，操作靈活，作業(yè)成本較低。缺點(diǎn)在于需設(shè)機(jī)待線及多設(shè)置1 股機(jī)車走行線，以完成機(jī)車轉(zhuǎn)頭作業(yè)。方案2 與方案1 相似，考慮調(diào)機(jī)牽引作業(yè)，運(yùn)輸組織靈活，作業(yè)成本較低；機(jī)務(wù)段設(shè)置于重、空車場間，能夠減少機(jī)車出入段的交叉干擾，減少各項作業(yè)環(huán)節(jié)因作業(yè)交叉出現(xiàn)的等待時間，機(jī)車走行距離較短。缺點(diǎn)是需設(shè)置機(jī)待線和機(jī)車走行線，占地范圍較大，工程投資最高。方案3 考慮本務(wù)機(jī)牽引作業(yè)，重車到達(dá)場不設(shè)機(jī)走線，利用卸車環(huán)線完成機(jī)車轉(zhuǎn)頭作業(yè)，無需設(shè)置機(jī)待線，列車徑路順暢。方案3 缺點(diǎn)為本務(wù)機(jī)需承擔(dān)卸車作業(yè)，無法盡快入段整備，本務(wù)機(jī)周轉(zhuǎn)時間長。考慮到長大干線鐵路卸車作業(yè)量大，本務(wù)機(jī)長時間作業(yè)將延長機(jī)務(wù)人員作業(yè)時間，對人員及作業(yè)成本要求更高。綜上所述，推薦方案1，機(jī)務(wù)段位于空車出發(fā)場端方案較為適應(yīng)實(shí)際情況及作業(yè)管理模式。

圖4 機(jī)務(wù)段位于空車出發(fā)場端方案示意圖Fig.4 Schematic diagram of locomotive depot at departure yard for empty car

圖5 機(jī)務(wù)段位于重、空車場間方案示意圖Fig.5 Schematic diagram of locomotive depot between loaded car yard and empty car yard

3 結(jié)束語

重載鐵路運(yùn)輸是國際公認(rèn)的鐵路貨運(yùn)發(fā)展方向，重載組合式列車符合重載鐵路運(yùn)輸趨向于長編組、大運(yùn)量方向的發(fā)展需求，其卸車站平面布置方案的合理設(shè)計、與運(yùn)輸需求的匹配適應(yīng)，能夠充分提高重載鐵路效率及能力。在車站設(shè)計過程中，如何做好車站設(shè)備設(shè)施與運(yùn)量需求相匹配，充分發(fā)揮車站能力，如何設(shè)計車場形式、段所布局關(guān)系，使車站平面布置方案符合列車運(yùn)行組織特點(diǎn)，確保列車徑路順暢、技術(shù)作業(yè)過程流暢，是最大化車站作業(yè)效率和能力的關(guān)鍵。研究影響重載鐵路組合式列車卸車站設(shè)備設(shè)施數(shù)量及相對布局的各項因素，結(jié)合實(shí)例，提出不同牽引作業(yè)模式下，與運(yùn)輸需求和作業(yè)特點(diǎn)相匹配的卸車站布局形式，比選確定卸車站平面布置最優(yōu)方案，可以為其他重載鐵路卸車站平面布置方案設(shè)計及優(yōu)化提供參考。

圖6 機(jī)務(wù)段位于卸車環(huán)線端方案示意圖Fig.6 Schematic diagram of locomotive depot close to unloading loop