太兴铁路白文东专用线方案研究

牛龙飞

(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 概述

“富煤、贫油、少气”以及煤炭资源“北富南贫、西多东少”是我国能源结构的基本现状。山西是我国的煤炭大省，拥有大同、宁武、河东、西山、霍西、沁水6大煤田，煤炭总产能约10亿t/a[1]。根据山西省推进运输结构调整实施方案，到2020年，全省货物运输结构将进一步优化，基本形成大宗货物运输以铁路为主的格局，全省重点煤矿企业全部接入铁路专用线，煤炭、焦炭铁路运输比例达到80%以上[2]。目前，山西省煤炭外运通道有以大秦、丰沙大、神朔黄为主的北通道，以太兴、石太、瓦日为主的中通道，以太焦、侯月为主的南通道。

白文东专用线工程位于山西省吕梁市临县境内，是服务于地方煤炭外运的铁路专用线，直接吸引范围为吕梁市，区域路网有太兴线、瓦日线、太中银线。白文专用线接轨于白文东站，白文东站是太兴铁路的中间站，通过白文疏解线与瓦日铁路白文站连通。拟建专用线接轨后，具备向太原、日照两个方向的发车条件，近、远期煤炭发送量为300万t/a；货物流向一是山东省日照港(经瓦日线运输)，二是河北省石家庄、保定等地区的发电厂(经太兴线、石太线运输[3])。项目地理位置及运输路径见图1[4-5]。

图1 项目地理位置及运输路径

在有关铁路专用线装车站的研究中，奚文媛[6]根据装车站各项作业时分，分析了横列式、纵列式、环线式三种站型的装车能力及适应性；张志会[7]研究了快速定量漏斗装车塔“偏心”设置对装车站能力的影响；杨玉伟[8]基于不同列车方向及运量，提出了环线装车及牵出线装车同时设置的方案；张巍[9]结合重载铁路的煤炭装卸自动化技术，提出移动装载机半列式装车方案。以往研究多集中在单一车流方向及统一牵引质量的装车站布置，而对不同车流方向、不同牵引质量列车整列到发的站场布置研究较少。

2 既有线概况

2.1 太兴铁路及白文东站

太兴铁路东端通过太原枢纽与南北同蒲、太焦线、石太线连通，西端与瓦日线白文站、白文线路所连通，设西张、古东等11个车站。其中，敦厚、东会为会让站，其余均为中间站，车站到发线有效长1 050 m[10]。太原-静游段为双线电气化铁路，静游-白文段为单线电气化铁路，牵引质量为5 000 t，最小曲线半径800 m，限制坡度为6/13‰。2017年最大货流密度为1 924万t，主要货物发运站为古东、古交、镇城底、岚县站，运输能力有较大富裕。

白文东站是太兴线上的中间站，车站中心里程为K164+152。共设有股道4条，其中Ⅰ道为到发线，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ道为正线(分别为白文北疏解线、太兴正线、白文疏解线)，到发线有效长1 050 m。车站东咽喉设安全线2条，有效长50 m。车站暂无货运设施(近年来无货运量)，2018年开通客运，客车2对/d。白文东站平面布置见图2。

图2 白文东站平面布置

2.2 瓦日铁路

瓦日铁路西起山西省兴县瓦塘镇，从河南省台前县跨越黄河，进入山东省梁山县，横穿山东省中西部，东至山东省日照港，是连接我国东西部的重要煤炭资源运输通道。瓦日铁路为双线电气化铁路，牵引质量为10 000 t，部分为5 000 t，最小曲线半径800 m，限制坡度为6/13‰[11]。2017年，瓦日线瓦塘至洪洞北段最大货流密度为1 913万t，设计输送能力为10 855万t，输送能力有较大富裕。

2.3 白文疏解线

白文疏解线起自白文东站终至瓦日线白文站，全长4.14 km，全线坡度依次为-1‰、-11‰、-13‰、-5.5‰、-1‰[12]。

3 专用线牵引质量选择

本线是一条运输煤炭的铁路专用线，牵引质量应与接轨国铁线路相匹配，同时应尽量采用大牵引质量，以减少机车周转以及对区间通过能力的占用。本线衔接太兴、瓦日两个方向，其中太兴线设计牵引质量为5 000 t，瓦日线设计牵引质量为10 000 t，部分为5 000 t。从运输适应性分析，瓦日线列车以10 000 t列车为主，在条件允许的情况下，专用线应尽量满足10 000 t列车整列作业条件；从坡度条件分析，白文疏解线坡度依次为-1‰、-11‰、-13‰、-5.5‰、-1‰，满足10 000 t列车牵引运行条件；从运输组织分析，瓦日线临县北站(距白文站12.05 km)具备万吨列车接发条件，10 000 t列车可由专用线发车，到达临县北站，由长子南机务段机车担当长子南至白文东的机车交路；从区间构筑物分析，该联络线桥涵均按“中-活载”设计，能够满足C64、C70型万吨列车荷载要求[13]。综上所述，推荐瓦日线列车牵引质量为10 000 t，太兴线列车为5 000 t。

4 专用线方案研究

4.1 专用线装车站选址方案研究

白文东站位于吕梁市临县白文镇，占地面积为18.86 hm2，总投资约1.5亿元。

根据现场条件，可行的装车站选址方案主要有太兴线北侧方案(站同左侧方案)以及太兴线南侧方案(站对侧方案)，见图3。

太兴线北侧方案：装车站设于站房东侧，省道S218与太兴铁路之间，与既有站呈纵列式布置，线路由车站东咽喉引出进入装车站。该方案地形条件较好，工程投资较省，交通较为便利，瓦日线列车具备直到直发条件，但太兴线列车存在折角运输，且太兴线北侧为缓丘地带，征地难度大，距居民区较近，不适于煤炭储运系统的布置。

太兴线南侧方案：装车站布置于站房对侧(太兴铁路南侧)，与既有站呈横列式布置，与既有站东、西两咽喉连通，瓦日线、太兴线列车均具备直到直发条件。该方案地形较为复杂，填挖方量较大，工程投资较多，交通条件较差，但装车站所在位置多为山地，征地难度小，且距居民区较远，适于煤炭储运系统的布置。选址方案优缺点比较见表1。

图3 专用线选址方案示意(单位：m)

表1 选址方案优缺点比较

综上所述，太兴线南侧布置装车站方案运输组织效率较高、与煤炭储运系统的适应性较好，且征地难度小，费用低，对环境的影响较小。故本次研究推荐太兴线南侧装车站方案[14]。

4.2 影响线路走向的因素

(1)工程地质条件

项目所在地为梁峁状黄土丘陵地貌，主要形态有黄土梁、黄土峁。受地表水的侵蚀，沟壑纵横、冲沟发育，沿线无不良地质分布，特殊岩土主要为填筑土及黄土。

(2)电力高压线路

临县500 kV双回电力线路与太兴线交叉，K164+054线路南侧有高压杆塔一座(塔高81.65 m，线高50.85 m)，距离白文东站Ⅳ道54.64 m，见图4。根据《铁路电力设计规范》(TB1008—2015)，500 kV电力线路与铁路交叉时，塔杆外缘至轨道中心最小水平距离应满足“杆塔长加3.1 m”，无法满足时可适当减少，但不得小于30 m。

图4 K164+054线路南侧高压铁塔及高压线

(3)天然气(煤层气)管线

某天然气管路于太兴线K162+050附近穿越太兴正线(见图5)。根据《铁路工程设计防火规范》(TB10063—2016)相关要求，需对天然气管道进行改移。

4.3 站场布置

为满足环保要求，防止装车站扬尘污染，发往石家庄、保定等地的煤炭拟采用集装箱运输[15]；发往日照港的列车采用快速定量漏斗仓装车[16]。根据车站周边地形、地物条件，结合专用线接轨相关规定，分别提出10 000 t列车环线装车方案、10 000 t列车纵列式装车方案、10 000 t列车分解装车方案共3个站场布置方案。

图5 临县—柳林—临汾天然气(煤层气)管线

(1)10 000 t列车环线装车方案(Ⅰ方案)

专用线自白文东站西咽喉引出后向东走行，在白文东站站房对侧设专用线装车站台，依次布置到发线4股(7～10道)，环线装车线1股，预留白文东增设到发线的条件。新增5、6道(有效长1 050 m)，与接轨站两端咽喉连通，6道兼装车线，外侧设950 m×30 m×0 m集装箱装车站台1座[17]。5道为压岔作业，有效长1 860 m，具备10 000 t列车直到直发条件，装车线采用环线型式布置，曲线半径为300 m[18]，漏斗仓布置在直线上，仓前仓后有效长均满足1 700 m。专用线两端接轨处设安全线，有效长50 m(如图6所示)。10 000 t列车由白文方向接入新建到发线(压岔作业)，由本务机牵引装车后回到发线，完成列检后发车，接发车及装车过程中无需摘挂机车。Ⅰ方案贯通线全长4.879 km，新建隧道1.74 km，路基填方36.8×104m3、挖方80.77×104m3，新建涵洞3座/172横延米，接长涵洞12座/542横延米，铺设有砟轨道7.06 km。

图6 Ⅰ方案站场平面布置

(2)10 000 t列车纵列式装车方案(Ⅱ方案)

新建5～8道(功能及布置与Ⅰ方案相同)，取消尾部环形装车线，漏斗仓后设装车线1条(9道)，机走线1条(10道)，尾部设机回线(如图7所示)。10 000 t列车装车后需摘机，机车利用机走线走行至车尾，牵引列车回到发线，待列检后发车。Ⅱ方案贯通线全长4.058 km，路基填方33.2×104m3，挖方66.58×104m3、新建涵洞4座/231横延米，接长涵洞12座/542横延米，铺设有砟轨道7.81 km。

图7 Ⅱ方案站场平面布置

(2)10 000 t列车分解装车方案(Ⅲ方案)

在白文东站站房对侧设专用线装车站台，依次布置到发线、装车线6股(7～12道)。装车站与接轨站两端咽喉连通，9道外侧设950 m×30 m×0 m集装箱装车站台1座，专用线两端接轨处设安全线，有效长50 m，直线段设轨道衡1处，尾部设机回线1条，有效长100 m，10道、11道头部设跨线快速定量漏斗仓1处。10～12道有效长均大于950 m，满足5 000 t车辆装车条件。10 000 t空车由白文方向接入9、12道，拆解为两个5 000 t至10道、11道装车，装车完毕后，再次组合为10 000 t列车(如图8所示)。Ⅲ方案贯通线长2.768 km，路基填方50.8×104m3、挖方65.3×104m3，新建涵洞2座/50横延米，接长涵洞12座/635横延米，铺设有砟轨道7.59 km。

图8 Ⅲ方案站场平面布置

4.4 方案比选

(1)工程投资

Ⅰ方案工程投资为48 794.31万元；Ⅱ方案工程投资为41 206.77万元，较Ⅰ方案少7 587.54万元；Ⅲ方案工程投资40 231.31万元。较Ⅰ方案少8 563.0万元，较Ⅱ方案少975.46万元，Ⅲ方案工程投资最省。

(2)工程规模及难易程度

Ⅰ方案铺轨长7.06 km，控制性隧道长1.7 km，路基土石方117.60×104m3；Ⅱ方案铺轨长7.81 km，无隧道，路基土石方99.78×104m3，Ⅲ方案铺轨长7.59 km，无隧道，路基土石方116.1×104m3。Ⅰ方案工程规模及难度较大，Ⅱ、Ⅲ方案较低。

(3)运输组织

Ⅰ方案：10 000 t列车整列到发后由机车牵引装车，装车完毕后不需摘挂机，经列检后即可发车；Ⅱ方案：10 000 t列车装车完成后需摘机，机车利用机走线走行至车尾，牵引列车回到发线，增加了摘挂机作业及单机走行，运输效率较低；Ⅲ方案：装车过程中，列车分解组合作业复杂、机车摘挂机及单机走行频繁，装车效率最低。故Ⅰ方案运输组织效率最优。

综上所述，虽然环线装车方案(Ⅰ方案)投资最高，但车站行车组织、机车周转率等方面较优，装车能力较大，符合建设单位要求，故推荐环线装车方案。

5 结论

白文东铁路专用线接轨于太兴铁路白文东站，在既有线南侧新建装车线及装车站台(采用环线形式布置)。专用线具备太兴线5 000 t列车、瓦日线10 000 t列车整列运输条件，分别采用集装箱运输、移动式装车系统装车，装车效率高，运输组织顺畅，符合国内煤炭专用线站型布置的发展趋势，有利于煤炭装卸及运输过程中的扬尘防治，满足区域煤炭外运需求。