澳大利亚皮尔巴拉矿区重载铁路总体设计

2021-03-14赵振刚

铁道建筑 2021年11期

赵振刚

中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南 250022

1 工程概况

澳大利亚皮尔巴拉矿区重载铁路位于西澳洲北部，北起黑德兰港口，向南穿越滨海平原，跨越齐切斯特山脉后折向东，延伸至皮尔巴拉矿区。该铁路经过滨海平原、山区和山谷区。滨海平原与山谷区地形较为平坦，山区地形起伏相对较大。

该铁路为货运专线，专门运输矿区的铁矿石和矿粉至港口。一期工程正线全长330 km，设计年运量4 500 万t；二期工程正线延长至398 km，设计年运量9 000 万t。矿区至港口为重车方向，港口至矿区为轻车方向。线路沿线多为戈壁，植被树木较少，无居民定居点。

2 铁路主要技术标准

正线为单线，轨距1 435 mm，设计轴重37 t。设计速度：重车方向80 km∕h，轻车方向75 km∕h。滨海平原及山谷区限制坡度：重车方向2‰，轻车方向10‰。山区限制坡度：重车方向3.3‰，轻车方向15‰［1］。

采用GE AC6000 型内燃机车牵引，牵引质量3.5 万t［2-3］。列车编组为3 台GE AC6000 机车+240 辆敞车，列车标称长度为3×24+240×10.5=2 592 m。到发线有效长度3 000 m。闭塞类型为自动站间闭塞［4］。

3 运输组织及运输设备布局

3.1 运输组织

全线运输组织由设于港口的中央控制中心远程控制。一期配属23 台机车和1 260 台铁矿运输车辆。车辆质量为21.5 t，载货总质量为148 t［5］。列车一趟周转时间为24 h，一期开行列车5 对∕日，二期开行列车10 对∕日。车辆采用旋转车钩，翻车机卸车时不需摘车钩［6］。

3.2 运输设备布局

在矿区设置装车环线，在港口设置卸车环线和编组站，沿线设4 个无人值守会让站，平均站间距约70 km。装车环线设置装车仓，卸车环线配置双车翻车机，编组站设置机车、车辆检修车间和工务综合维修基地。工务综合维修基地设2 条大型养路机械停留线、长轨条焊接存放场和波纹钢管存放场。为便于施工及养护维修，全线不设隧道。

4 重点专业设计

路基、桥梁设计使用年限50 年，涵洞设计使用年限20年，设计使用年限内开展定期和常规维护。

4.1 线路设计

滨海平原与山谷区、山区正线平面设计参数见表1，纵断面设计参数见表2。

表1 正线平面设计参数

表2 正线纵断面设计参数

注：所有变坡点均设置圆曲线形竖曲线。

4.2 轨道设计

采用68 kg∕m 长50 m 的无孔新轨，在综合维修基地采用闪光接触焊焊接为400 m 的长轨条，运到工地后再焊接为跨区间无缝线路［7-8］。为减少钢轨磨耗，改善轮轨关系，运营期间采用大型养路机械和不落轮镟床定期对钢轨和车辆轮对进行打磨。

为适应37 t轴重要求，采用预应力混凝土枕，轨枕长度2.6 m，间距670 mm，轨枕混凝土最小抗压强度50 MPa。扣件采用潘多拉E型扣件。

道床材质符合AS 2758.7—2009《铁路道砟骨料》要求，总的压碎值和湿磨损值符合AS2758.7 中H 级要求。道床厚度250 mm，可根据需要增加厚度。道床砟肩宽度300 mm，曲线段根据需要加宽。

4.3 路基设计

直线段路基面顶宽6.6 m；线路平面曲线半径大于3 000 m时，路基面顶宽6.6 m；半径小于等于3 000 m时路基面顶宽7.0 m。基床表层最小厚度：路堤段250 mm，路堑段350 mm［9］。

路堤段采用直线形边坡，路堑段设边坡平台。各工况路基边坡坡率及边坡平台参数见表3。

表3 路基边坡坡率及边坡平台参数

填普通土路堤压实标准见表4。填岩石路堤压实标准根据压实方式确定。

表4 压实标准

滨海平原区路基应对沿海淤泥地基进行处理，防止不均匀沉降。山谷区及山区路基根据地质情况采用合理的施工方案。路基边坡至设计水位的安全高度采用0.5 m。

4.4 桥涵设计

4.4.1 桥涵水文设计

沿线年平均降雨量250 mm，有时日降雨量就达到250 mm。冲沟较少，水流呈片状从山上流下。因此，设计时要设置足够的涵洞排水，既要满足排洪要求，防止铁路阻水被水淹，又要尽量不改变既有径流，保证下游生物的生存需要。

水文设计采用澳大利亚降雨量和径流标准。桥梁设计水位按50年一遇标准设计。根据桥址处地形，桥梁梁体等上部建筑至设计水位的最小高度采用0.5～1.0 m。

涵洞设计最大流量大于50 m³∕s时，设计水位采用50 年一遇，按100 年一遇水位进行检算。涵洞设计最大流量小于等于50 m³∕s 时，设计水位采用20 年一遇，按50 年一遇水位进行检算。涵洞处设计水深不能超过涵洞直径的1.5倍。

4.4.2 桥梁设计

桥梁设计按澳大利亚标准AS 5100—2004《桥梁设计》执行，设计轴重采用37 t。为方便轨道检查和养护，桥梁两侧设人行道板，桥上轨道不设护轮轨。桥跨结构设计为下承式钢梁桥，铺设预制混凝土桥面板。桥面板道砟槽宽度为4.28 m。桥面板两侧设人行道栏杆，栏杆间宽度为5.88 m。采用钢制桥墩，部分桥墩用混凝土填充，以增加稳定性。钢梁采用25 m标准跨度，桥墩基础为桩基或扩大基础。桩基采用钢制桩或混凝土预制桩。

对于跨越重要河流的桥梁，因为既有河道宽度在1～2 km，在水文条件允许的情况下可压缩河道，以减少桥长降低工程造价。桥梁结构设计时须考虑耐久性要求。桥头锥体、导流堤码砌块石进行防护。

4.4.3 涵洞设计

涵洞均采用波纹钢管制作，最小直径600 mm。钢管厚1.6～3.5 mm。设计施工中要注意防止土壤和盐分对钢管的侵蚀。每12 年清淤养护一次。钢管侵蚀失效与填料、压实度有关，施工时一定要采用规定的填料，达到规定的压实标准。

4.5 站场设计

4.5.1 站场设计方案

1）平面设计。车站到发线有效长度3 000 m；环线中重车线最小曲线半径800 m，空车线最小曲线半径600 m；各缓和曲线长度均采用20 m；夹直线最小长度一般为50 m，困难条件下可采用30 m；道岔间插入的短轨长度为25 m；到发线的线间距5 m，支线及其他线的线间距8 m，设有检修通道的两线间线间距10 m。

2）纵断面设计。为防止车辆溜逸，到发线采用凹形纵断面。到发线有效长度范围内设计坡度一般条件下不大于1‰，困难条件下不大于1.5‰。车站咽喉区坡度不大于1.5‰。

3）安全隔开设备设计。根据澳大利亚铁路安全法和工业及基础设施部的要求，各会让站南端咽喉设置安全线1 条，脱轨道岔1 组；在装车站装车仓、卸车站翻车机两侧及其他需要的地方设置脱轨道岔。

4）道岔选择。正线采用20 号可动心轨辙叉单开道岔。车场及侧线内重车侧向通过的道岔采用12 号可动心轨辙叉单开道岔，其他道岔采用12号固定辙叉单开道岔。

4.5.2 站场布置

全线共设车站7 座（含装、卸车站），如图1所示。

图1 车站分布示意

1）装车环线。在矿区设置装车环线，道岔直向为重车方向。装车仓前线路有效长度为6 200 m，可停放两列空车；装车仓后线路有效长度为3 000 m，可停放一列重车。同时设有超装车处理线1 条，有效长度为150 m。机车整备线1 条，配置机车整备、上油上水等设备［10］。装车环线平面布置如图2 所示。其中：R为半径，l为缓和曲线长度。