南同蒲到发线延长至1 050 m改造工程设计体会

2013-05-14吴迪阳

实验流体力学 2013年4期

张萍吴迪阳

(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原 030013)

1 南同蒲线扩能概况

南同蒲线北起榆次站，南至陇海线陕西省的华山站，正线全长498.4 km，始建于1933年。南同蒲线是山西省中南部地区南北方向主要的铁路运输通道，也是连接晋煤外运两大主要通道石太线和侯月线最重要的后方通道。南同蒲线所穿越的山西省中南部地区矿产资源十分丰富，是山西经济发展最快的地区之一。山西是我国重要的能源基地，煤炭，焦炭的输出量在国内、国际都占有重要的份额。近年来，受国内、国际市场的拉动，山西经济保持高速增长，产品外运需求与运力的矛盾异常突出，在其他外运通道石太、京原等能力饱和的情况下，扩大侯月线、打通南同蒲将是缓解山西运力矛盾的最有效途径。为了保障山西中南部吕梁，晋中，临汾市的煤炭、焦炭等产品的外运，促进区域经济发展，拟定侯月线在现有运量的基础上太原铁路局增运3 500万t。侯月线为复线电气化铁路，到发线有效长1 050 m，货物列车牵引质量可达5 000 t。根据路网布局及货源分布，侯月线增流量主要来源于南同蒲中段及介西支线，因此，将南同蒲线到发线延长至1 050 m，统一南同蒲与侯月线主要技术标准是侯月线增流扩能必须的配套项目之一。只有打通南同蒲，减少中间改编环节，才能加速机车车辆周转，更好地发挥侯月线大通道作用，完成侯月线增流及今后运能储备的任务。

南同蒲线榆次西至侯马北段共有车站32个，其中有9个站即介休、义棠、两渡、南关、圣佛、赵城、临北、张礼、高显已在2004年扩能改造完成，车站到发线有效长已延长至1 050 m。剩余23个车站在南同蒲榆次至侯马北复线电气化扩能改造中，到发线有效长全部延长至1 050 m，并电化挂网。南同蒲榆次至侯马北复线电气化扩能改造工程于2010年12月31日全线开通。

2 南同蒲线榆次西至侯马北段电化扩能主要技术标准

铁路等级：Ⅰ级；

正线数目：双线；

限制坡度：榆次西至介休6‰，介休至侯马上行12‰，下行6‰；

最小曲线半径：榆次西至介休段800 m，赵城至侯马北段600 m，介休至赵城段原则上维持既有；

牵引种类：电力；

机车类型：SS4；

牵引质量：5 000 t；

到发线有效长度：1 050 m；

闭塞类型：自动闭塞。

3 设计原则

对于南同蒲到发线延长至1 050 m工程，任务书要求之设计原则为：“①不增加股道，车站不作改动，仅在原有股道基础上增、改扩建；②对重点车站先行进行到发线1 050 m改造；③改建方案尽量利用既有设备，不大拆大改；④到发线尽可能向一端延长，以期在满足到发线有效长1 050 m情况下，尽可能减少工程量及投资”。

4 赵城车站既有概况

赵城站位于临汾盆地北部边缘，属汾河Ⅰ级阶地冲积平原，由东、西两侧向汾河倾斜，地表覆盖有巨厚层第四系砂质黄土，工程地质条件较好。赵城车站是南同蒲线上比较大的中间站，是太原铁路局重点发展的上规模装车站之一。站中心里程为K577+865.3，车站位于直线上，站房位于线路右侧，有正线2股，到发线6股，调车线2股，货物线3股。到发线有效长为850 m 。相邻车站榆次方向为辛置站(距离14.3 km)，华山方向为洪洞站(距离14.3 km)。车站榆次方向最外道岔即下行1号道岔、上行7号道岔外方下行接有半径为R-800 m，上行接有半径为R-500 m的反向曲线，华山方向最外道岔即上行2号道岔岔心至弯道头有336.76 m直线段，后接有半径为R-1 000 m的右转曲线。在直线段里程K578+550处有一2-6.7 m钢筋混凝土T梁桥。

车站北端接有县煤炭运销公司发煤站及华清公司两条专用线和牵出线，南端连接有赵城煤焦集团专用线和山西焦化厂、山西维尼纶厂专用铁道。在山西维尼纶厂专用铁道线内接有霍州矿务局专用线，在山西焦化厂专用铁道线内接有瑞德焦化厂铁路专用线。

4.1 赵城车站设计过程

赵城车站北咽喉(榆次方向)外上下行正线分开绕行约3 km并受曲线限制，故1 050 m工程只能将各到发线分别向南咽喉(华山方向)延长，赵城车站南咽喉尽量保持既有道岔联锁关系向南平移，各道岔型号及相对位置基本上保持不变，只考虑28号道岔及30号道岔与K578+550 2-6.7 m钢筋混凝土梁桥的关系(道岔尽可能不布置在桥上的设计原则)。

延长车站股道工程设计，在地形、地物条件允许的情况下，采取紧凑咽喉布置措施，，应尽量在车站一端咽喉延长，而不要两端同时延长，避免过多增加工程量，同时可减少运营干扰，这一点非常重要。但南咽喉改造延长后，正线Ⅰ道、Ⅱ道、到发线3道、5道、7道、4道有效长均满足1 050 m，而9道、11道有效长由于受赵城煤焦集团铁路专用线及地形限制，同时也受股道延长后最外方新设道岔即上行2号道岔外曲线限制，有效长不足1 050 m。根据纪要要求，9道、11道到发线有效长必须满足1 050 m的设计原则，经与建设单位多次协商，开会协调，现场反复踏勘，认真收集现场资料，反复论证，南咽喉(华山方向)已没有延长空间，若必须改造南咽喉(华山方向)换回9道，11道有效长，势必带来更大的投资，经对赵城站南、北咽喉改造，认真论证，将北咽喉(榆次方向)41号、43号道岔合并为复式交分道岔，这样可保证9道、11道有效长满足1 050 m。

4.2 赵城车站设计过程中细节解决方法

(1)避免道岔尖端设在桥涵上，以免造成道岔转辙器信号标志基座设置的困难(见图1)。

据此设计原则，股道延长受既有3道有效长限制需延长204 m，(3道有效长为846 m)，各道岔型号及相对位置基本上保持不变，28号道岔设计为50 kg—1/12单开道岔，道岔型号采用专线4257，尖轨前端基本轨长为3.22 m，岔前16.853 m。若按规定延长后的28号道岔的岔尖恰好摆在K578+550 2～6.7 m钢筋混凝土梁桥上，这就带来了道岔转辙器信号标志埋设混凝土基座的困难，同时正线上既有桥梁枕底梁顶的道岔厚度只有0.16 m，若在此处设置道岔，将成为线路上的薄弱环节。为了改善线路条件，还需抬道1 km左右来顺坡，并需补充道碴，需要要点封锁线路进行改造，影响正线的正常运营。采用再往南延长3道22 m设置28号道岔岔心，使28号道岔岔前避开2～6.7 m钢筋混凝土梁桥及桥台，就避免了上述弊端，对既有线路无需改建，也避免了对运营的干扰，又满足了道岔转辙器信号标志基座设置的要求。

(2)避免道岔设在路堤与桥台连接的过渡段内(见图1)。

图1 28号、30号道岔布置示意(单位：m)

Ⅱ道、4道延长受既有有效长限制需延长192 m，(Ⅱ道、4道有效长为858 m)，30号道岔设计为60 kg—1/12单开道岔，道岔型号采用SC330，尖轨前端基本轨长为3.22 m，岔前16.853 m，2道、4道延长192 m后的30号道岔的岔尖部位位于软土路基上，导曲线及部分辙轨位于K578+550 2-6.7 m钢筋混凝土梁桥上。根据国家现行标准《铁路路基设计规范》TB1001—2005第7.5.1条规定，在“一次铺设无缝线路的Ⅰ级铁路，路堤与桥台连接处应设置路桥过渡段。”故本条规定，正线上的道岔不宜设在路堤与桥台连接的过渡段内，主要考虑路堤与连接地段易产生路基沉降和由于两者刚性不同，给道岔的平稳性带来不利影响，甚至造成安全隐患和行车事故。故在困难条件下，必须设置时，应采取路基加强措施，有条件时可调整桥跨，使道岔让出台尾或将道岔设在桥上。

鉴于上述情况，按规范要求，在困难条件下必须设置时，其一，采取路基加强措施，其二，调整桥跨，使道岔让出台尾或将道岔设在桥上。为解决30号道岔与里程K578+550 2～6.7 m钢筋混凝土梁桥之间的关系，采取了如下措施。

路基加固措施：

南同蒲铁路始建于1933年，至今已有80多年的历史，路基早已稳固，采取路基加固的方法，必须改动路基才行，这样势必增加大量工程，并给运营造成极大的干扰，这显然是不可取的。

调整桥跨，使30号道岔全部位于桥上：

南咽喉(华山方向)延长后，在里程K578+550 2～6.7钢筋混凝土梁桥处，线路左侧由于5道、7道、9道、11道到发线相应延长，使得线路左侧需新接2～7.0 m框架桥24 m长；线路右侧，由于Ⅱ道、4道延长192 m，使得30号道岔岔心位于2～6.7 m钢筋混凝土梁桥上，线路右侧需新接2～7.0 m框架桥7.0 m长。

若调整桥跨，使30号道岔全部位于桥上，需将既有里程K578+550 2-6.7钢筋混凝土梁桥全部拆除，30号道岔设计为60 kg—1/12单开道岔，道岔全长为37.907 m，故需在原位置新建一座2～20 m框架桥，顶面积2 199.72 m2后才能使30号道岔全长全部位于2～20 m框架桥桥上，解决道岔设在路堤与桥台连接处的问题，需增加投资2 446万元；又鉴于南同蒲到发线延长至1 050 m改造工程工期时间紧，为尽可能减少工程量，节省投资，不建议采用调整桥跨解决30号道岔的岔尖部位位于软土路基上，导曲线及部分辙轨位于K578+550 2～6.7 m钢筋混凝土梁桥上的问题。

30号道岔岔心南移，使30号道岔全部位于路基上：

若30号道岔全长全部位于路基上，30号道岔岔心只需南移35 m，道岔全长避开里程K578+550 2～6.7 m钢筋混凝土梁桥， 30号道岔全长位于2～6.7 m钢筋混凝土梁桥南侧，2道、4道信号机位置位于2～6.7 m钢筋混凝土梁桥北侧，并信号机基座位置也避开了2～6.7 m钢筋混凝土梁桥。

3道按站场实测条件，需往南延长204 m，由于28号岔尖位于2～6.7 m钢筋混凝土梁桥上，信号机基座受影响，需再往南移20 m，共需延长224 m；Ⅱ道、4道按站场实测条件，需往南延长192 m，由于受30号道岔位于路堤与桥台过渡段，给道岔的平稳性带来影响，需将30号道岔再往南移35 m，共需延长227 m；南咽喉整体南移后，南咽喉新设最外侧道岔即上行2号道岔岔前距既有弯道头50.86 m，满足设计要求，节省投资2 446万元。

5 圣佛车站既有概况

圣佛车站是南同蒲线上的一个中间站，站中心里程为K555+987.6，车站位于直线上，站房位于线路左侧，目前车站现有正线2股(Ⅰ、Ⅱ道)；到发线2股(3、4道)；到发线兼交接线2股(6、8道)；到发线有效长为850 m系列。存车线2股(5、7道)；货物线1股(9道)；牵出线1股(10道)，车站北咽喉(榆次方向)接有白龙矿专用铁道，南咽喉(华山方向)接有霍州煤电集团专用线11道、12道。

圣佛站北咽喉(榆次方向)外为半径R-400 m的曲线，线路东侧为山体，西侧为大运公路，公路外侧为汾河，白龙矿专用线从北咽喉(榆次方向)接轨，设汾河大桥到达汾河西岸。南咽喉(华山方向)东侧为霍州煤电集团专用线，西侧为大运公路及汾河。

本站1 050工程确定向南(华山方向)延长。延长后为不侵占公路，4道、6道、8道设置反向曲线调整线间距后尽量向Ⅱ道靠近，Ⅱ、4道线间距过中间站台后由11.5 m在咽喉区变为5.0 m。改造后6道、8道有效长仅1 013 m。为此将北咽喉(榆次方向)既有21、27道岔合并为复式交分，这样可使6道、8道有效长延长19 m，保证6道、8道有效长满足1 050 m。

(1)圣佛车站到发线南(华山方向)延4道、6道、8道布置在直线上(见图2、图3)。

图2 圣佛站到发线南延4道、6道、8道布置在直线上

图3 DK556+830—557+150段横断面(单位：m)

圣佛车站站房对侧即8道外侧路基坡脚，紧邻大运公路路肩，公路外侧就是汾河，公路护坡与河岸防护紧联为一体。Ⅱ道、4道线间距为11.5 m，考虑站场平顺，整齐，4道、6道、8道线路以直线往南顺延后，在铁路里程K556+830～K557+150段占用了既有大运公路320 m长，大运公路需向西侧改移，公路最大外移量为10 m。既有公路为二级标准，路面宽12 m(包括路肩加固硬化)，改移公路考虑曲线加宽及其他因素路面采用14 m宽。公路外侧设置浆砌片石公路路肩挡墙，挡墙顶设公路边护桩，公路内侧与铁路间设浆砌片石排水槽。

为尽量减少挤压汾河河道，公路外侧在铁路里程K556+830～K557+150段，长320 m，需设置挡墙与河岸防护结合起来。挡墙兼护岸加大基础深度，并用石笼防护以防冲刷。挡墙位置正好占用原护坡近三分之二范围，这对汾河200多m宽的河道压缩没有影响。

(2)圣佛车站到发线南延4道、6道、8道布置在曲线上(见图4、图5)。

图4 圣佛站到发线南延4道、6道、8道布置在曲线上(单位：m)

图5 DK556+975—557+080段横断面(单位：m)

4道、6道、8道到发线以直线往南延伸后，引起大运公路西移，并占用汾河河道护坡，改移大运二级公路320 m长，增设M10浆砌片石路肩挡墙，增设M7.5浆砌片石排水沟，增设公路防护桩320个，若4道、6道、8道到发线以直线往南延伸，需增加投资234万元。

经与南同蒲筹建指挥部多次协商，本着节约投资，固本减末的原则，本着不改移大运公路，不侵占汾河河道原则为前提的条件下，改造圣佛站1 050工程。

鉴于上述精神，设计时认真收集现场资料，多方面进行分析、比选，反复论证。由于Ⅱ道、4道之间设置有中间站台，线间距为11.5 m，为不侵占公路，站场到发线南延时避开Ⅱ道、4道中间站台后，在里程K556+548.11处开始，以半径R—4 000 m的反向曲线，将4道、6道、8道南延，将Ⅱ道、4道之间线间距设计为5.0 m，各道岔型号及相对位置基本上保持不变，使最外股道6道在里程K556+975—K557+080段设长105 m路肩挡土墙收回坡脚，不侵占公路，解决了圣佛站到发线延长1 050 m工程改移大运公路和汾河河道的问题，节省投资234万元。