山区铁路散装水泥装车方式及能力研究

李 东

(中铁上海设计院集团有限公司 线站院，上海 200000)

梅州蕉岭铁路专用线位于广东省梅州市境内，沿线经过主要地貌有剥蚀丘陵、丘间谷地及冲洪积平原等地貌单元。地形起伏标高在45 ~ 440 m 之间，车站选址多位于丘陵山区地带，车站整体布局及货运设备布置需充分结合山区地形条件，针对线路最大运量货物品类——散装水泥，需在满足货运装车功能的前提下，做到因地制宜，节约占地，进行适应性布置。

1 散装水泥市场需求及车站布局

1.1 梅州蕉岭铁路专用线水泥市场需求分析

梅州蕉岭铁路专用线是一条承担蕉岭地区水泥外运为主的货运铁路专用线，起于既有漳龙线丙村站到文福站，经梅县区丙村镇、城东镇、石扇镇至蕉岭县，经新铺镇、蕉华工业园区、蕉城镇终至文福镇，新建正线长度56.065 km，另预留新铺支线3.06 km。沿线新设石扇站、新铺站、蕉华站、文福站4 个车站。线路主要技术标准如表1 所示。

表1 线路主要技术标准Tab.1 Main technical standards of the line

蕉岭县境内主要有塔牌、皇马、油坑三大集团共计5 家大型水泥厂，主要分布在文福镇、华侨农场、新铺镇。2021 年蕉岭县水泥厂熟料生产情况[1]如表2 所示。

表2 2021 年蕉岭县水泥厂熟料生产情况 万tTab.2 Production of clinker in Jiaoling County cement plantin 2021

1.2 车站布局及货物到发量分析

1.2.1 文福站建设及货物到发量分析

文福站位于广东省梅州市蕉岭县文福镇境内，主要服务于广东塔牌集团股份有限公司。水泥厂铁路发送作业量以成品散装和袋装水泥为主。预测文福站2035 年，2045 年水泥发送量为340 万t，390 万t，其中，散装水泥发送量分别为204 万t，234 万t；袋装水泥发送量分别为136 万t，156 万t。

文福站为横列式直线车站，站坪长度1.965 km。到发场设1 条正线3 条到发线，有效长650 m。装卸场设有散装水泥装车区、袋装水泥装车区。散装水泥装车区设1 条装车线，远期预留1 条，有效长900 m；袋装水泥装车区设1 条装车线，远期预留1 条，有效长650 m，设550×20 m 装车站台1 座。散装水泥装车筒仓两座及配套输送管廊。文福站示意图如图1 所示。

图1 文福站示意图Fig.1 Schematic of Wenfu Station

1.2.2 石扇站建设及货物到发量分析

石扇站位于广东省梅州市梅县区石扇镇境内，服务于梅州皇马水泥有限公司。水泥厂铁路发送作业量以成品散装水泥为主，预测石扇站2035 年，2045年散装水泥发送量分别为120 万t，160 万t。

石扇站地势起伏较大，相对高差120 ~ 500 m，车站为直线车站，站坪长度1.75 km。设1 条正线2条到发线(兼装卸线)，1 条牵出线，远期预留1 条到发线，有效长650 m。散装水泥装车筒仓一座及配套输送管廊。石扇站示意图如图2 所示。

图2 石扇站示意图Fig.2 Schematic of Shishan Station

1.2.3 新铺站建设及货物到发量分析

新铺站位于广东省梅州市蕉岭县新铺镇境内，服务于蕉岭县油坑企业集团龙腾旋窑水泥有限公司。水泥厂铁路发送作业量以成品散装和袋装水泥为主。预测新铺站2035 年、2045 年水泥发送量分别为200 万t、235 万t，其中，散装水泥发送量分别为120 万t、141 万t；袋装水泥发送量分别为80 万t、94 万t。

新铺站为尽端式直线车站，呈纵列式布置，站坪长度1.95 km。设正线1 正2 到，有效长650 m，另设1 条机待线，3 条货物线。货场内设550 m×20 m×1.1 m 袋装水泥装车站台1 座、散装水泥装车筒仓1 座及配套输送管廊。新铺站示意图如图3 所示。

图3 新铺站示意图Fig.3 Schematic of Xinpu Station

2 散装水泥运输装卸方式

梅州蕉岭铁路专用线始发货物主要为水泥，袋装水泥采用皮带运输机、叉车、托盘及仓库进行站内运输装卸，因此，重点研究散装水泥运输装卸方式和车站布置形式。

2.1 车辆选型

目前铁路运输散装水泥的主要方式为U 型罐车和罐式集装箱2 种方式，铁路U 型散装水泥罐车作为铁路罐车中的运输水泥专用车型，为水泥铁路货运业务提供了有力支撑。但是随着我国水泥产业的蓬勃发展，水泥运量的大幅度提升，既有车型、运输装卸方式存在一定局限，限制了水泥运输效率。由中铁集装箱运输中心和有关罐箱生产单位设计的水泥罐式集装箱经过不断改进，在水泥运输中发挥着越来越重要作用。车辆选型比较[2]如表3 所示。水泥罐式集装箱构造示意图如图4 所示。

图4 水泥罐式集装箱构造示意图Fig.4 Schematic of tank container structure

表3 车辆选型比较Tab.3 Vehicle selection comparison

2.2 散装水泥装车方式

为减少散装水泥站内装卸中的损耗、污染，满足环保要求，散装水泥罐式集装箱拟采用全封闭式跨线装车筒仓，配备封闭式皮带运输机、气力管道输送机等输送设备[4]，实现散装水泥从储存库到火车、站内装卸与铁路专用线运输的无缝高效衔接。系统配置自动计量系统、收尘系统、电控系统等配套设备。散装水泥装车筒仓示意图如图5所示。主要特点为：工艺流程机械自动化程度高、操作便捷、装车效率高、一次装车量大、出厂成本低、实现全过程无尘装车等。

图5 散装水泥装车筒仓示意图Fig.5 Schematic of bulk cement loading silo

水泥由水泥粉磨系统生产为水泥成品，储存在水泥库中，经密闭式螺旋闸门、流量控制阀(或回转开关阀)进入输送斜槽(或螺旋输送机)，再经斜槽送到散装水泥装车机，由散装水泥装车机装入散装水泥罐式集装箱，通过散装水泥罐式集装箱运送出厂，经铁路专用线、国家铁路干线网络输送至铁路货场后发往水泥使用单位。

2.3 散装水泥装车布置形式

根据山区铁路建设特点，线路敷设和场站建设受地形条件限制较大，特别是大规模的铁路货场的建设对地形地貌、地质条件、地势标高的要求较高，铁路车站的布置形式应当遵循功能齐全、紧凑布置、因地制宜的原则，同时，新建货场应尽量深入既有厂区，避免场内中转倒运，缩短运输径路，充分利用山区土地资源，实现集约化发展建设[5]。针对项目工程特点，新建货运站均采用横列式紧凑布置形式，合理配置货线规模和设备数量，且水泥装车线深入厂区，通过输送管廊衔接，包含以下2 种方式。

（1）皮带运输机输送。封闭式皮带运输机输送能力大，造价低，适用于车站运量较大，输送距离较长，地形条件相对较好的厂区。皮带运输机装运模式如图6 所示。

图6 皮带运输机装运模式Fig.6 Shipping mode of belt conveyor

（2）气力管道运输机输送。气力管道输送机输送动力强，爬坡能力足，适用于山区车站与厂区标高差距较大，输送距离较近，地形条件相对受限的厂区。气力管道运输机装运模式如图7 所示。

图7 气力管道运输机装运模式Fig.7 Shipping mode of pneumatic pipeline conveyor

3 装车线能力及装车机械设备配置

石扇站、新铺站、文福站均有散装水泥外运需求，考虑运输需求，当采用全封闭式跨线装车筒仓时，结合装车设备，合理布置装车站。装车线的能力影响因素包括车站布置形式、装车线规模、装车设备数量和机车数量等，研究旨在确定装车线规模和装车设备数量，忽略机车台数的影响，只对装车线所能达到的正常能力进行研究[6]。全封闭式跨线装车筒仓在调车作业的空档时间内完成向缓冲仓和定量斗备料作业，不影响车列装车作业占用装车线的时分。

3.1 装车能力计算

以列数为单位的日装车能力N装计算如下。

式中：α空为货物线空费系数，一般取0.02 ~ 0.04；t固为班组人员固定作业时间，包括交接、吃饭时间，min；t装占为装满1 列车需要占用货物线的平均时间，min。

式中：t交接为车站作业人员交接班时间，min；t吃饭为车站作业人员吃饭时间，min。

式中：t空车为空车调车时间，即尽端式装车线为调机自到发线推送车列时起至列车头部到达装车楼前停车位置时止的时间，min；t装载为装车作业时间，即车列自装车楼前停车位置启动时起至列车尾部越过货位为止的时间，min；t重车为重车调车时间，即自车列装载完成调车开始至尾部越过警冲标进入到发线的时间，min。

式中：Q净为车列净载重，t；Q装为装车系统装载效率，t/h；l机为列车长度，m；l为机车停车位置至装车楼间的距离，m；l列为机车长度， m；n筒为装车筒仓设备数量。

其中机车停车位置一般在装车楼前20 m，DF 调机为20 m。根据相关规定，集运站和货场每年生产天数为365 d，散装水泥装车线装车能力计算方法如下。

式中：γ为货物月间到发不平衡系数，取值在1.05 ~1.2 间。

3.2 技术作业参考时间

（1）交接班、吃饭时间：每日班组固定作业时间主要包括交接班时间、吃饭时间。一般按照3 班倒工作制度，交接次数2 次/d，每次时间20 ~ 25 min，全天交接班占用时间为40 ~ 50 min。班组吃饭次数2 次/d，每次时间30 min，全天班组人员吃饭占用时间为60 min。

（2）车列装车作业占用装车线时间。空车调车时间t空车：尽端式装车线用时约6 ~ 7 min。清空装车线时间t重车：车列移动600 ~ 700 m 用时7 ~ 8 min。装车时间t装载：装车楼长度12 m，机车停车位置设在装车楼前20 m。散装水泥装车均为整列装车，牵引质量3 000 t，净载重Q净为1 900 t，车列长度550 m。筒仓流速为250 m3/h，散装水泥密度为1 450 kg/m³，则一台筒仓设备装车效率为362.5 t/h。

3.3 装载时间计算

若采用多台筒仓设备同时装车，则根据筒仓布置形式又可分为连续布置形式、等分布置形式和混合布置形式[7]。

连续布置形式：多台筒仓设备连续布置于装车线侧，空车到达之后，头车对孔第1 台筒仓设备，机车牵引列车一次性装车，装满车需走行长度为一列车长距离。连续布置形式如图8 所示。

图8 连续布置形式Fig.8 Continuous layout arrangement

等分布置形式：多台筒仓设备按照编组车数n等分分开布置于装车线侧，空车到达之后，头车对孔第1 台筒仓设备，机车牵引列车一次性装车，装满车需走行长度为一列车长长度的1/n。等分布置形式如图9 所示。

图9 等分布置形式Fig.9 Equal layout arrangement

混合布置形式：多台筒仓设备连续成组后n等分分开布置于装车线侧，空车到达之后，头车对孔第1 台筒仓设备，机车牵引列车一次性装车，装满车需走行长度为一列车长长度的1/n减去(成组个数×车长)。混合式布置形式如图10 所示。

图10 混合布置形式Fig.10 Mixed layout arrangement

连续布置形式列车装载时间计算公式如下。

等分、混合布置形式列车装载时间计算公式如下。

式中：d为等分个数。

根据公式，计算不同布置形式、筒仓个数条件下装车线对应装车能力、所需装车线长度。装车能力对照[8]如表4 所示。

由表4 可知，连续布置形式：①缺点为所需装车线长度最长、装车时间最长、装车能力最小，适用于运量较小或者用地条件较优的厂区；②优点为筒仓设备统一并排布置，装料管道径路短，占用车站空间小，人员操作、维修更加便捷。等分布置形式：①缺点为筒仓设备分散，装料管道径路长，占用空间大，操作维修不便；②优点为所需装车线长度最短、装车时间最短、装车能力最大，适用于运量较大且地形条件相对受限的水泥厂区，对于大幅提高装车效率具有较高价值。混合布置形式介于前二者之间，适用于运量大、筒仓设备多且对一列车装车时间要求较高的厂区。

表4 装车能力对照Tab.4 Loading capacity comparison

根据研究年度沿线各站水泥运量，对照装车能力表，则可以推断车站所需装车筒仓设备个数和装车线所需最小长度。建议石扇、新铺站近远期均设散装水泥装车线1 条，设筒仓设备1 台，装卸线有效长不小于1 086 m；文福站近远期均设散装水泥装车线1 条，设筒仓设备2 台，受地形条件限制，采用等分布置形式，装卸线有效长不小于820 m。同时预留远期年度发展条件。若企业对装载时间有要求，可以适当增加筒仓个数，有效缩短列车装载时间。

4 结束语

随着社会经济发展，水泥产业对国民经济的发展和支撑作用越来越明显，而水泥厂一般设置在靠近原材料的山区，山区铁路车站的布置形式和装车方式对水泥外运效率的提升具有重大意义，以本项目工程车站设计为基础，分析研究了山区铁路大运量水泥运输装车方式及场站布置方案，提出了水泥装车筒仓数量、布置形式与铁路装车线长度合理配置方案，优化装卸效率的同时节约车站建设用地，对今后类似建设项目具有一定参考意义。