鐵路編組站適應重載運輸發(fā)展的對策

朱 亮，杜旭升，諸葛恒英

（中國鐵道科學研究院 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081）

重載運輸技術是提高鐵路輸送能力、實現(xiàn)增量增效的重要途徑之一，已經(jīng)成為鐵路貨物運輸發(fā)展的共同趨勢，國際上研究并采用重載技術的國家越來越多。目前，我國鐵路主要干線已基本上實現(xiàn)了 5 000～6 000 t 牽引質(zhì)量，重載專線實現(xiàn)了 20 000 t牽引質(zhì)量。隨著牽引質(zhì)量的進一步提高，鐵路編組站的站場布局、線路設置、調(diào)速設備和作業(yè)組織等諸多方面均需要作出調(diào)整，以適應未來貨運重載發(fā)展的需求。

1 鐵路重載運輸概述

目前，鐵路重載運輸模式主要有以下 3 類。

（1）單元列車：列車固定編組，貨物品種單一，運量大而集中，在裝、卸地之間循環(huán)往返運行，以北美鐵路為代表，普速鐵路普遍開行重載列車。

（2）組合列車：2 列或 2 列以上普通列車連掛合并，使幾列普通列車的運行時間間隔壓縮為零，主要以俄羅斯鐵路為代表。

（3）整列重載列車：單機或多機重聯(lián)牽引，由不同車型和載重的貨車混合編組，這種重載列車方式在國內(nèi)外具有多個實例。

通常開行單元列車和組合列車是重載專線的主要運輸模式，整列重載列車是既有線或客貨共線運輸線路的主要運輸模式。目前，國外幅員遼闊的大陸性國家 (如美國、加拿大、澳大利亞、南非等) 在重載專線上大量開行重載列車，軸重普遍達到 30～35 t，牽引總重在 1 萬～ 3 萬 t。歐洲國家在客貨共線運輸?shù)募扔芯€上開行重載列車，如德國鐵路從 2003 年開始在既有線路 (如漢堡 — 薩爾茲特) 上開行軸重 25 t、牽引質(zhì)量 6 000 t 的重載列車。

我國在 20 世紀 80 年代曾在既有線開行組合列車的試驗和運行，但受各種因素限制并未廣泛推廣。重載運輸在我國鐵路實現(xiàn)重大突破的是大秦鐵路，大秦鐵路在機車同步操縱、長大坡道制動、線路強化、站場改造和運營組織等方面取得大量成果，目前主要開行 2 臺電力機車牽引的萬噸列車和 3 臺電力機車牽引的 2 萬噸列車。鐵路既有線長期貫徹重載運輸方針，通過提高并統(tǒng)一干線牽引定數(shù)，路網(wǎng)干線形成了 4 000 t、4 500 t、5 000 t、5 500 t、6 000 t 列車牽引系列，機車牽引質(zhì)量較以往平均提高 300～2 200 t 。京滬線、京九線北段、京哈線、膠濟線、隴海線鄭州北—徐州段實現(xiàn)了 5 500 t 重載列車貫通，京廣南段、京九線、滬杭線、浙贛線、寧西線實現(xiàn)了 4 500 t 貨物列車貫通。

2 國外鐵路適應重載運輸?shù)膯⑹?/h2>

鐵路重載運輸是個系統(tǒng)工程，站場適應重載要求是其中的重要內(nèi)容。國外重載運輸主要是對貨車集散場站、中間站、技術站進行站場改造，特別是技術站辦理大量重載列車的到發(fā)、分解、組合等作業(yè)，需要在站場布局、線路設施、技術裝備、安全控制等方面綜合考慮。此外，不少技術站既辦理普通列車也辦理重載列車，如果全部按照普通列車考慮，會因重載列車較長，出現(xiàn)到發(fā)線長度不足而壓占道岔區(qū)的情況；如果全部按重載列車設置到發(fā)線長度，則大量線路有效長不能充分利用，工程投資過大，占用土地資源過多，影響運輸效益。北美地區(qū)鐵路綜合考慮了這些因素，采用因地制宜的原則，因此出現(xiàn)了一些布局不規(guī)則的編組站站型。

以加拿大埃里斯編組站為例[1]，該編組站按二級混合式布局，如圖1所示，改編能力 6 000 輛 / d。車站到達場和出發(fā)場均設有多處，西到達場設有 8 股道，有效長 600～908 m；北到達場設有 9 股道，有效長 606～675 m；南到達場設有 16 股道，其中 8 股長線，有效長 1 298～1 694 m；8 股短線，有效長 434～744 m 。車站調(diào)車場設有 48 股道，有效長 300～600 m。車站北出發(fā)場設有 3 股道，有效長 1 524 ～ 1 743 m；南出發(fā)場設有 5 股道，有效長 1 731～1 876 m 。此外，還有中轉(zhuǎn)場 1 處設有 4 股道，用于存放交換車。

對比我國編組站按統(tǒng)一長度設置到發(fā)線的慣例，國外編組站根據(jù)需要因地制宜地設置重載列車到發(fā)線和普通列車到發(fā)線，既節(jié)省了土地和工程投資，又達到充分利用線路資源的目的，該做法可供我國借鑒。

3 鐵路既有線實現(xiàn)重載運輸?shù)姆绞郊靶枨蠓治?/h2>

3.1 實現(xiàn)重載運輸?shù)姆绞?/h3>

重載運輸可以通過提高列車總重和提高車輛軸重 2 種基本方式實現(xiàn)。根據(jù)我國鐵路重載運輸現(xiàn)狀及國際重載運輸標準，既有線開行重載列車的牽引質(zhì)量應為 6 000～10 000 t。

圖1 加拿大鐵路埃利斯編組站示意圖

在運營經(jīng)驗方面，我國鐵路經(jīng)過多年實踐，在既有線提高列車總重實現(xiàn)重載運輸?shù)慕M織方面經(jīng)驗較為豐富。以沈陽鐵路局通霍線為例，該線為單線鐵路， 2004 年開始開行 5 000 t 列車，2006 年開始開行雙機牽引的萬噸組合列車，2007 年開始開行 DF4機車 4 單元 2 萬噸組合列車，2010 年開始采用 HX3型電力機車牽引，實現(xiàn) 3 臺電力機車 3 單元牽引 2萬噸列車，單線鐵路年運量超過 1 億 t。

在基礎設施適應性方面，我國既有線的線路、橋涵、控制設備等主要設施滿足23 t 軸重車輛的要求，經(jīng)過線路強化及簡單改造，基本具備開行 25 t 軸重貨車的條件，但是如果提高貨車軸重至 27 t，將面臨較大范圍的設施與設備改造。

在貨車車輛構成方面，近年來，既有線貨車車型逐步由軸重 21 t 更新為 23 t 新型通用貨車，但新型貨車占總體比例仍較小 (約占全部貨車的 20 %) ，21 t 軸重貨車全面淘汰仍需較長時間，短期內(nèi)在既有線普遍使用 25 t 以上大軸重貨車還不現(xiàn)實。

因此，在短期內(nèi)通過大幅度提高軸重來實現(xiàn)重載運輸較為困難，通過提高列車總重實現(xiàn)重載運輸是較為合理的方式。如果貨流合適，有可能在既有線特定區(qū)段開行由重載車輛組成的重載列車，因此應優(yōu)先考慮該種重載列車的開行條件。

3.2 不延長到發(fā)線時列車牽引質(zhì)量分析

在運煤專線上，通常采用 C80專用敞車和 C70通用敞車，C80車輛全長 12 m，軸重為 25 t，滿軸每延米重量為 8.33 t；C70車輛全長 13.976 m，軸重為 23 t，滿軸每延米重量為 6.69 t。目前，在既有線使用最多的是 C70和 P70等通用貨車。

按照六大干線到發(fā)線有效長1050m 計算，若全列均為 C70和 C80滿軸重車，雙機牽引機車換長 3.2，預留 30 m 富余長度，最大的牽引質(zhì)量如表1所示。

表1 既有線有效長1050m全列重載車輛最大牽引質(zhì)量

根據(jù)車輛軸重、載重和長度核算，若采用全列 C70貨車，滿軸時 1 050 m 有效長可實現(xiàn)列車質(zhì)量 6 500 t，部分長線可實現(xiàn)列車質(zhì)量 7 000 t。如要實現(xiàn)列車質(zhì)量 8 000 t，到發(fā)線有效長應為 1 300 m ，最小不應短于 1 280 m；如果要開行萬噸列車，到發(fā)線有效長應為 1 600 m，最小不應短于 1 561 m 。

若全列采用 C80貨車，滿軸時 1 050 m 線路有效長可實現(xiàn)列車質(zhì)量 8 200 t，部分長線可實現(xiàn)列車質(zhì)量 8 600 t。如要實現(xiàn)列車質(zhì)量 10 000 t，到發(fā)線有效長應為 1 300 m，最小不應短于 1 280 m 。若全列采用普通貨車，車輛每延米載重遠小于重載車輛，若到發(fā)線有效長不延長，列車牽引質(zhì)量必須降低。

3.3 站場改編需求分析

從列車組合方式考慮，可采用整列式重載列車和組合式重載列車 2 種組合方式；從工程改造的角度考慮，可分為不改造線路與改造線路兩種重載運輸實現(xiàn)途徑，不同的實現(xiàn)途徑需要選配相應的列車組合方式。

不進行線路改造時，線路有效長 1 050 m 條件下，采用雙機牽引組合式列車牽引質(zhì)量最大為6 500～7 000 t，牽引質(zhì)量增幅較小并增加技術站作業(yè)量，意義不大，因此宜采用整列式重載列車，可減少組合分解列車的相關作業(yè)。若要開行組合列車，一般需要進行線路改造，應以開行 8 000～10 000 t 列車為系列，考慮線路改造方案。

以開行 8 000 t 列車為例，到發(fā)線有效長按 1 300 m設置，比既有線路 1 050 m 有效長多 250 m，可考慮直接對編組站的到達場、出發(fā)場、到發(fā)場、直通場等部分股道進行改造，有實現(xiàn)的可能性。若考慮開行10 000 t 列車，線路有效長 1 600～1 700 m，比既有線路長 550 m，既有車場改造困難較大。因此，開行組合列車或開行超過 8 000 t 的重載列車，均需要單獨設置重載車場。

4 開展重載運輸對編組站的影響及對策研究

4.1 提高貨車軸重對編組站調(diào)速設備的影響及對策

提高貨車軸重可以提高列車牽引質(zhì)量，在相同到發(fā)線長度條件下，不同的貨車軸重可實現(xiàn)的列車質(zhì)量不同。從技術發(fā)展和運輸需求方面，貨車軸重重載化是發(fā)展趨勢。前期鐵路相關部門對貨車軸重進行研究，提出軸重分別按 25 t、27 t、30 t 等級論證，無論采用何種軸重，軸重變化均對編組站的調(diào)速設備有顯著影響。

編組站的調(diào)速設備包括減速器、減速頂、加速頂、停車頂和停車器等。目前，減速器大多是在貨車軸重 21 t 時研制和裝備的，比較適應當時的車輛條件。在貨車軸重向 23 t 過渡時，貨車總重增加了12%，具有相同速度時，動能顯著增加。以車輛溜行速度 23 km / h 為例，車輛動能增加了 40.8 × 104焦耳，這部分能量需要通過減速器制動抵消，增加了減速器的制動負荷。根據(jù)現(xiàn)場反映，既有減速器設備雖未表現(xiàn)出不滿足控制要求，但減速器壽命顯著縮短，起主要制動作用的制動軌 3～4 個月就需要更換，減速器的基礎道床、軸件等也有病態(tài)情況。由此可見，如果貨車軸重繼續(xù)提高，編組站的減速器需要在結(jié)構和耐用性上進行改造，可能需要研制更加適應重載貨車控制的減速器。

編組站目前的減速頂、加速頂大部分是在貨車軸重 21 t 時安裝使用的，布頂數(shù)量的計算為：

式中：m 為布頂數(shù)量，臺；Q 為貨車總重，t；L 為布頂坡段長度，m；i 為線路坡度，‰；w 為單位重量車輛阻力，N / kN；e 為每輪次減速頂制動功，J/ 輪次。

布頂數(shù)量與貨車總重 Q 有線性關系，當貨車軸重增加時，必須增加布頂數(shù)量才能滿足控制需要。

尾部停車器是通過摩擦產(chǎn)生制動作用，當貨車軸重增加后，相同速度、相同輛數(shù)的車組動能增加，防溜距離延長，需要延長防溜距離或增加停車器長度才能滿足停車需要，其數(shù)值需要計算確定。

4.2 開行單元重載列車對編組站的影響及對策

開行單元重載列車超過 6 500 t 編組站站場就可能需要改造，主要涉及到達場、調(diào)車場、出發(fā)場、直通場等。如果采用站場改造方式實現(xiàn)列車重載運輸，列車牽引質(zhì)量在 7 000～8 000 t 較為合適，線路有效長控制在 1 400 m 之內(nèi) (考慮分段解體調(diào)車需要)，可直接改造既有到發(fā)場而不必單獨設重載車場。

單元列車質(zhì)量超過 6 000 t 時，駝峰調(diào)機在解體作業(yè)時推峰困難，特別是部分編組站駝峰推送坡超過 15‰，如遇解體過程中臨時停輪，無論停車制動或重新起動都困難。為了解決這個問題，應在到達場線路中部設置渡線，將長大列車分為短列分別推峰作業(yè)，如圖2所示。

圖2 到達場長線短線結(jié)合改造示意圖

圖3 獨立到發(fā)場布置示意圖

列車牽引質(zhì)量超過 8 000 t 時，應獨立設置重載車場，如圖3所示。重載車場線路有效長應滿足重載列車到發(fā)需要，以 1 300～1 700 m 線路有效長為宜。重載車場的主要作用是辦理重載列車到達、出發(fā)、無調(diào)中轉(zhuǎn)列車技術作業(yè)等。重載車場應與到達場股道連接，線路坡度和進路滿足分段推峰需要；同時應與編尾牽出線連接，進路應滿足車列牽出轉(zhuǎn)線的需要。重載車場咽喉還應考慮滿足增減軸作業(yè)、本務機車出入段、車輛維修等要求。

4.3 開行組合列車對編組站的影響及對策

開行組合列車需要對編組站站場進行改造，主要涉及改編列車接入、出發(fā)列車待發(fā)、組合列車分解、機車連掛、列車組合等作業(yè)。

如果采用對到達場、出發(fā)場進行改造的方式開行組合列車，則可將既有列車進站前一個閉塞區(qū)間、出站后第一個閉塞區(qū)間擴展為站線，閉塞區(qū)間長度600～800 m，站線長度延長至 1 600～1 800 m，列車牽引質(zhì)量可達 10 000～11 000 t，需要對到達場、出發(fā)場進行改造，設置中間渡線；調(diào)車場可不改動，車輛在調(diào)車場小列集結(jié)后牽出至出發(fā)場組合，如圖2、圖4所示。

如果采用獨立設場方式，則需要在調(diào)車場旁側(cè)設重載列車到發(fā)場，線路有效長應滿足牽引重載列車的要求。為了滿足列車組合時機車走行需要，應在到發(fā)場中部設置渡線，兩端咽喉應設機車出入段走行線，如圖5所示。

圖4 出發(fā)場長線與渡線結(jié)合示意圖

圖5 獨立設置組合列車到發(fā)場布置示意圖

5 結(jié)束語

我國鐵路既有線運營模式主要表現(xiàn)為客貨共線運輸，安全第一，能力優(yōu)先。既有線發(fā)展重載運輸應從現(xiàn)狀條件、車流條件、遠期目標全面考慮，以既有線設備與設施和運力資源為發(fā)展基礎，以既有運營模式為研究基點，以經(jīng)濟合理、技術可行為指導原則，立足當前、放眼未來，形成既有線重載運輸模式統(tǒng)領下的綜合技術。

[1]吳家豪.國外鐵路編組站 [M].北京：中國鐵道出版社，1982.