重载组合式列车卸车站平面布置方案研究

徐蕾杰

(中铁第五勘察设计院集团有限公司 站场设备设计研究院，北京 102600)

重载运输是采用大功率机车和大轴重车辆、扩大列车编组，达到提高运量目的的运输方式。目前，将满足列车牵引质量8 000 t 及以上、轴重270 kN 及以上，至少150 km 线路区段上年运量大于4 000 万t的3 项条件中2 项的铁路定义为重载铁路[1]。重载铁路货车车型以及车辆的编组形式相对固定，具有运量大、效率高、成本低等特点，对于运输煤炭、矿石等大宗货物极具优势。重载铁路卸车站作为点、线运输网络中的最后一个环节，多位于港口、电厂等货物集中到达地区，与卸车地货物输送系统相连，是铁路与水运、公路等其他运输方式互联互通的关键节点，其车站能力及规模与货运量匹配程度，对整个运输系统效率起到至关重要的作用。为此，分析重载组合式列车卸车站平面布置方案影响因素，研究重载组合式列车卸车站平面布置方案，并结合实例，探讨调机及本务机2 种牵引卸车作业模式下车站平面布局图型。

1 重载组合式列车卸车站平面布置方案设计

1.1 影响因素分析

重载组合式列车卸车站平面布置方案与货物运输组织模式、站内主要技术作业内容、卸车站能力3 个因素有关，只有车站布局及设施布置方案适应重载货物列车作业特点、与运输需求相匹配，才能充分发挥卸车站作业能力。

（1）货物运输组织模式。重载列车开行模式根据货源、货流的组织情况，可以分为单元式、整列式和组合式3 种。其中，单元式重载列车为固定列车单元，机车、车辆组合固定；在装卸过程中，机车、车辆不摘钩，列车运行途中无调车作业，车辆沿途不进行检修，列车定期整列进段，在列车编组中顺次换挂一定数量检修后的车辆，以此使列车中的车辆轮流得到检修。因此，单元式重载列车机车和车辆均需要在装卸车站进行机车整备及车辆检修作业，装卸车站需考虑设置机务段及车辆段。整列式重载列车与普通货物列车类似，适用于繁忙干线改造，存在列车解体、编组作业，列车运行径路中需设置编组站或编组场。组合式重载列车由同一方向上的货物列车首尾相连，不要求固定机车车辆，机车分别挂于列车头部和中部，运输组织灵活，存在列车组合、分解作业，车辆沿途不进行检修。因此，组合式列车需要在装卸车站内进行组合、分解作业，车站到发场布置形式需根据列车组合方案和机车连挂模式设置腰岔，同时到发场需考虑设置机走线以满足组合列车中部机车出入段及连挂作业的需要。另一方面，与单元式列车装卸站类似，站内需设置机务段及车辆段完成机车整备和列车检修作业。

（2）站内主要技术作业内容。重载组合式列车无编组作业，卸车站内主要技术作业内容包括列车到达，煤炭、矿石等大宗货物卸车，卸后空车检修集结以及列车出发等作业。主要作业流程为：①组合列车到达重车到达场，进行技术检查、货运检查、票据交接等到达技术作业；②本务机或调机牵引列车至卸车场进行卸车作业，卸后空车由本务机或调机牵引入段检修或进入空车出发场进行集结、列检和出发作业[2]。由列车技术作业流程可知，在设施方面，重载组合式列车卸车站需设置到发线、卸车线、机待线、边修线等设施用于满足列车到发、卸车、车辆检修等作业需求。作业量大的情况下，需设置机务段和车辆段满足机车车辆整备检修作业。在设备方面，卸车站需考虑翻车机、卸煤坑等设备，用于煤炭、矿石货物卸车作业。

（3）卸车站能力。重载组合列车卸车站能力主要由车站通过能力和卸车能力决定。其中，车站通过能力与到发线数量和到发作业时分有关，卸车能力与卸车线数量及翻卸一列车所需要的时间有关。以环形式卸车站为例，利用翻车机设备，一次货物列车到达卸车作业中，卸车作业时间共需165 min，占据整体作业时间一半以上[3]。因此，卸车能力为主要瓶颈制约因素。根据运输需求合理确定到发线和卸车线数量，能够充分发挥卸车站能力，避免产生能力过剩或不足的情况。

车站到发线、卸车线能力计算一般采用公式[4]为

式中：N为一昼夜卸车站股道能力，列/d；T为一昼夜卸车站股道能进行作业的时间，min；t固为一昼夜各项固定作业占用时间，min；t为一昼夜办理到发作业或卸车作业平均占用时间，min；r空为空费系数。

卸车线数量还需要与采用的卸车设备性能、作业能力及数量相匹配。目前，我国重载铁路主要采用翻车机卸车。翻车机系统包括翻车机、重车调车机、空车调车机、迁车台等，具有机械化程度高、卸车能力强、对环境污染小等优势。对于不同型号、性能的翻车机，其作业能力有所不同，单翻翻车机年卸车量约为600 万t，双翻翻车机年卸车量约为1 000 万t，三翻翻车机年卸车量可达2 500 万～3 000 万t。根据货运量，可采用不同类型翻车机或其组合，对应的卸车线数量及车站咽喉布置形式也有所不同。

1.2 列车车场布置形式

重载组合列车组合方案、机车连挂模式主要有2类：①重载万吨组合列车由前、中部各1 台机车牵引5 000 吨列车连挂而成；②2 万吨列车有“1+2+1”(列车前部1 台SS4机车，中部2 台SS4机车重联牵引，尾部连挂1 台SS4机车)和“1+1+可控列尾”(一台HXD机车牵引万吨列车和另一台HXD机车牵引万吨列车组合，尾部加可控列尾)等连挂模式。

为适应组合列车中部机车出入段及连挂作业，到发线的布置宜采用2 条重车线或2 条空车线中间夹1 条机走线的布置形式，重车线或空车线夹机走线形成线束，本务机利用机走线出入机务段[5]。同时，基于组合列车需要在到发场进行重车到达分解及空车组合发车作业，每束到发线和机走线间适当位置应设置中间腰岔，方便机车编挂，保证灵活性。腰岔与腰岔间的有效长度根据列车组合方案、机车连挂模式和列车牵引质量确定[6]。重载组合式列车组合、分解车场布置示意图如图1 所示。

1.3 卸车站基本平面布置

采用翻车机卸车的重载组合式列车卸车站，根据作业量、地形条件、翻车机和卸车线的设置情况，可以分为尽头式和环形式2 种基本平面布置图型。

（1）尽头式。尽头式卸车站适用于作业量不大，地形条件受限的港口或地区。到发场与卸车场纵列式布置，车站尽头设翻车机和移车台。到发场主要进行列车到发及组合分解作业，卸车场进行卸车作业。尽头式卸车站基本布置图型如图2 所示。卸车场1 道、5 道为空车线，2 道、4 道为重车线，3 道为机车走行线。由于车站作业量小，设机待线和边修线各1 条。若卸后车辆出现破损，由调机挑出放入边修线。车站主要作业流程为：组合式重车到达到发场，分解为单元列车后通过调机或本务机牵引至卸车场待翻，拨车机将分解后的重车按顺序拨入翻车机摘钩翻卸，翻后空车拨至空车出发线集结，经技术检查作业后联挂本务机车出发。尽头式卸车站布置图型车场分工细致，专业性强，适应长窄地形，但卸车过程中车辆需进行摘钩、移车，转场作业多，作业效率较低。

（2）环形式。环形式卸车站为一级二场横列式布置，适用于作业量大、用地条件开阔的地区。重车到达场与空车出发场横列布置，尽端设卸车环线。翻车机前后有效长各满足一个列车单元，以减少进出环线咽喉端的作业干扰。为避免咽喉区过长，重车到发线与空车到发线可分束布置。对于较小规模、只有1 条卸车环线的卸车站，重车到发线与空车到发线咽喉区可以相互连通，从而更加灵活地运用到发线[7]。根据作业需要，设机务段及车辆段。环形式卸车站基本平面布置图型如图3 所示。车站主要作业流程为：组合重车接入重车到发场办理到达作业、交接作业并分解为若干个单元列车，本务机车或调机牵引重车单元至重车拨车机作业范围，进行翻车作业；本务机走行至机务段整备。卸后空车进入翻车机卸车环线后半段部分，整备后本务机或调机将卸后空车牵引至空车出发场，集结组成回空列车，经列检、发车作业后出发，卸后待修车辆由调机挑出进入车辆段[8]。环形式卸车站布置图型在翻车机翻车过程中无需将车列摘成单节车辆，节省了摘钩、迁车平台迁移车辆以及空车集结时间，作业效率高。同时，不设置牵出线及机待线即可完成卸车作业，列车进路顺畅，但占地范围较大，工程量及投资较高。

图1 重载组合式列车组合、分解车场布置示意图Fig.1 Layout diagram of combined and decomposed yard for heavy haul combined train

图2 尽头式卸车站基本布置图型Fig.1 Basic layout of stub-end unloading station

2 实例分析

2.1 运输需求及卸车站设备设施

以一矿区新建配套重载铁路工程为例，该工程服务于企业铁矿石外运，是一条矿石专用单线铁路，兼顾运输矿区正常运转的生产生活物资。矿区计划开采量约为5 000 万t/a，由港口运至矿区的生活物资需求量约0.3 万t/a。货物运输组织方式为开行2 万吨C80车型重载组合列车，机车连挂方式为“1+2+1”。因此，开行货物列车共11 对/d，其中9 对矿石列车，2 对运输生产生活物资。

考虑港口规划、地形地貌及港口吞吐能力等条件，遵循符合港区近远期规划，尽量深入港区，减少矿石二次倒运距离，尽量减少对港区既有设备、设施的影响，减少周边既有房屋的拆迁工程等原则，卸车站选址于港口西南侧，与港口输煤系统相连接。车站周边地形平坦，仅分布少量村落，无控制因素影响卸车站布置形式。

该车站卸车作业量大(5 000 万t/a)，地形条件较为开阔，优先考虑环线式布置站型。根据货运量及翻车机卸车能力，考虑采用三翻翻车机2 台。根据公式(1)，其中T取1 440 min，r空取0.2，到发线能力计算中t固取120 min，t取130 min，卸车线能力计算中t固取150 min，t取165 min[9]，求得每条到发线接发能力为7 列/d，环形卸车线卸车能力为6 列/d。车站需设置到发线4 条，其中重车线2 条，空车线2条，股道能力利用率约78%；设卸车线2条，股道能力利用率75%，数量与翻车机数量匹配。

根据组合列车到发作业、卸车作业、机务整备作业、车辆检修作业和生产生活物资装车作业需要，车站设到发场，卸车场，机务所、车辆段和货场各1 处。

图3 环形式卸车站基本平面布置图型Fig.3 Basic layout of loop unloading station

2.2 卸车站平面布置方案

根据牵引列车卸车的机车属性不同，可以分为调机及本务机2 种作业模式。分别考虑调机牵引和本务机牵引模式下技术作业流程，研究形成以下3个卸车站平面布置方案。

（1）方案1。方案1 为机务段位于空车出发场端方案。该方案考虑调机牵引进行卸车作业，机务段、车辆段与到发场纵列式布置，到发场采用“两重车线或两空车线夹一机走线”布置形式，机务段重、空车场与机走线相连，本务机摘机后能够尽快通过机走线入段整备。翻车机位于卸车环线中部，前后有效长各满足1 个列车单元。车辆段位于空车出发场一侧，便于卸后空车检修作业。车站主要作业流程为：重载组合列车进入卸车站，经到达技检、摘除列尾后分解为3 个列车单元，本务机摘机经机走线进入机务段整备。调机牵引单元列车至翻车机前，进行翻车机对位及卸后空车转线，进入出发场。根据列检情况，通过调车作业挑出待修车辆送至车辆段，其余车辆经过集结，连挂出段的本务机，加挂列尾，列检后发车，开往矿区。机务段位于空车出发场端方案示意图如图4 所示。

（2）方案2。方案2 为机务段位于重、空车场间方案。该方案到发场同样采用“两重车线或两空车线夹一机走线”布置形式，机务段、车辆段布置于重车到达场与空车出发场间，能够有效减少机车出入段切割正线作业干扰。车辆段靠近出发场，便于卸后空车入段检修。车站主要作业流程与方案1 相似，重车到达后本务机即摘机进入机务段整备，卸车及空车转线作业均由调机牵引进行。卸后空车进入出发场，挑出待修车扣车，其余车辆集结后连挂本务机出发。机务段位于重、空车场间方案示意图如图5 所示。

（3）方案3。方案3 为机务段位于卸车环线端方案。该方案利用本务机牵引重车进行卸车作业，机务段、车辆段、货场与到发场横列式布置。重车到达场不设置机走线，本务机利用卸车线走行入段。机务段设置于卸车环线端，可以减少机车入段走行时间。车辆段位于空车出发场出站端，便于卸后空车入段检修。车站主要作业流程为：重载组合列车到达卸车站后进入重车线，经列检后分解为3 个列车单元，由本务机牵引至翻车机前。本务机车与翻车机交接后摘钩，通过卸车环线进入机务段整备，重车进行卸车作业。卸车作业完成后，机车从机务段走行至翻车机前交接，连挂卸后空车组进入出发场。经列检后，待修车被挑出扣车，正常列车经集结、加挂列尾、列检后出发，开往矿区。机务段位于卸车环线端方案示意图如图6 所示。

（4）方案比选。在上述3 种布置方案中，方案1考虑调机牵引作业，机车走行灵活，本务机能够尽快进入机务段整备，周转效率较高。同时，本务机与调机分工细致，调机人员具有专业性强、操作熟练等优势，操作灵活，作业成本较低。缺点在于需设机待线及多设置1 股机车走行线，以完成机车转头作业。方案2 与方案1 相似，考虑调机牵引作业，运输组织灵活，作业成本较低；机务段设置于重、空车场间，能够减少机车出入段的交叉干扰，减少各项作业环节因作业交叉出现的等待时间，机车走行距离较短。缺点是需设置机待线和机车走行线，占地范围较大，工程投资最高。方案3 考虑本务机牵引作业，重车到达场不设机走线，利用卸车环线完成机车转头作业，无需设置机待线，列车径路顺畅。方案3 缺点为本务机需承担卸车作业，无法尽快入段整备，本务机周转时间长。考虑到长大干线铁路卸车作业量大，本务机长时间作业将延长机务人员作业时间，对人员及作业成本要求更高。综上所述，推荐方案1，机务段位于空车出发场端方案较为适应实际情况及作业管理模式。

图4 机务段位于空车出发场端方案示意图Fig.4 Schematic diagram of locomotive depot at departure yard for empty car

图5 机务段位于重、空车场间方案示意图Fig.5 Schematic diagram of locomotive depot between loaded car yard and empty car yard

3 结束语

重载铁路运输是国际公认的铁路货运发展方向，重载组合式列车符合重载铁路运输趋向于长编组、大运量方向的发展需求，其卸车站平面布置方案的合理设计、与运输需求的匹配适应，能够充分提高重载铁路效率及能力。在车站设计过程中，如何做好车站设备设施与运量需求相匹配，充分发挥车站能力，如何设计车场形式、段所布局关系，使车站平面布置方案符合列车运行组织特点，确保列车径路顺畅、技术作业过程流畅，是最大化车站作业效率和能力的关键。研究影响重载铁路组合式列车卸车站设备设施数量及相对布局的各项因素，结合实例，提出不同牵引作业模式下，与运输需求和作业特点相匹配的卸车站布局形式，比选确定卸车站平面布置最优方案，可以为其他重载铁路卸车站平面布置方案设计及优化提供参考。

图6 机务段位于卸车环线端方案示意图Fig.6 Schematic diagram of locomotive depot close to unloading loop