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铁路设计

铁路专用线选线控制因素分析

本站     2018-7-12 10:06:18    

1 概述

铁路专用线是指由企业或者其他单位管理的与国家铁路或者其他铁路线路接轨的岔线[1],随着我国铁路事业的蓬勃发展和国家政府管理体制不断改革,有关铁路专用线项目的建设管理体制也发生了显著的变革,铁路专用线的勘察设计也发生了重大变化,2012年2月原铁道部运输局下发了《铁路专用线(专用铁路)可行性研究编制办法》,2013年7月,国标《Ⅲ、Ⅳ级铁路设计规范》(GB50012—2012)发布实施,2013年11月1日中国铁路总公司印发了《铁路专用线与国家铁路接轨管理办法》,各铁路局也陆续制定了相应的铁路专用线与国铁接轨管理细则[2],与此同时,我国有关铁路专用线项目的投资、规划、环保、安全、用地、水土保持等相关领域的政策法规均发生了较大变化,这些变化都对铁路专用线勘察设计选线提出了新的要求和控制因素,笔者根据近年来对几条铁路专用线项目勘察设计选线的实践,探讨分析在新条件下铁路专用线选线的主要控制因素。

2 铁路专用线项目特点

2.1 铁路专用线是衔接“路企(厂、矿、港)”的重要纽带

铁路专用线是衔接国铁路网与工业企业(厂、矿、港)的重要纽带,是铁路集疏运系统的重要基础技术设施,在推进铁路规模化、集约化经营方面发挥了重要作用[3]。因此铁路专用线的设计质量直接影响着铁路运输发展和经济效益,尽管铁路专用线项目相比国铁干线一般线路长度短,工程规模小,工程投资低,但铁路专用线设计对功能性、系统性、顺畅性等方面都有着较高的技术要求,铁路专用线设计时不能局限于仅为工业企业如电厂、煤矿、工业园区等满足建设单位生产需求来考虑问题,还需要站在路网运输全局性角度来衡量专用线的设计质量,例如专用线共用,可提高专用线在货运组织中的作用,使专用线成为铁路的第二货场,可节省铁路部门为改扩建货场的大量资金[4]。

2.2 铁路专用线运输的特点

铁路专用线在我国铁路货运中起着举足轻重的作用,专用线货运量在全国铁路货运量中占有很大的比重[5]。铁路专用线投资主体为企业单位,其专用线线路、货运设备的产权也属工业企业,运输货物品类和服务对象一般比较单一,运输的货物仅局限于企业自身的产品,通常运量较大,运输过程涉及单位及环节多,运输组织和运输安全接受国家铁路的统一指挥和监管。对铁路干线来说,专用线是铁路和企业之间的联系环节,对企业来说,专用线是企业生产组织过程的一个不可或缺的重要环节。铁路专用线在铁路运输安全管理和保证运输安全方面的重要作用,为保证运输安全,绝大部分运输要求高的危险品均在专用线进行装卸作业。随着铁路生产布局的调整和运输能力的优化,部分装卸业务量较小的车站的货运业务逐渐被取消、撤并,而专用线的运输量所占比例呈增长趋势。

3 铁路专用线选线主要控制因素分析

铁路专用线选线主要控制因素主要可分为“路内因素”和“路外因素”,“路内因素”需要系统研究工程建设、运输组织、运营管理等各阶段内容,包括设计运量和到、发货流运输径路,接轨站的选择,主要技术标准的选择,专用线接轨方案的比选,接轨站的改扩建工程,装卸场设计方案,运输组织方案和作业组织流程等。“路外因素”包括城乡规划、环境保护、安全生产[6]、水土保持、文物、林业、水利、交通等对铁路专用线选线的影响。

3.1 设计运量和到、发货流径路

根据现行铁路运输有关政策及发展方向,铁路专用线接轨的运量条件近期年到发运量不低于30万t(涉及国防、科研等特殊情况除外)。货物品类单一、设计近期年到发运量在500万t及以下的集(疏)运型专用线应集中设置,原则上50 km范围内只建设1处。货物到、发货流径路应根据运量预测、路网结构,研究货流径路,绘制货流径路图,并分析通路能力适应性。

3.2 接轨站的选择

接轨站的选择应根据工业企业与既有铁路的相对位置,本着合理利用相邻铁路,降低建设工程规模,运输路径顺直,运输组织方便,节省投资的原则,比较选择经济合理的接轨方案接轨站。根据现行政策原则上不办理专用线接轨的情况有高速铁路、城际铁路等客运专线、铁路区间正线,按照规划不办理货运业务的车站或拟封闭的车站,接轨站及后方通道能力不能满足运输需求的,50 km范围内铁路货场等集(疏)运站能力能够满足拟建集(疏)运型专用线运输需求的。若需在繁忙干线、时速200 km客货共线铁路和以客运为主的铁路接轨,应当与拟接轨铁路立交疏解,一般采用专用线下穿拟接轨铁路方案,尽量避免或减少铁路专用线作业对正线行车安全和运输能力的影响。

3.3 专用线接轨方案的比选

专用线接轨方案的比选,应在初测基础上,深入研究接轨方案(必要时在定测基础上开展工作),经多方案比选综合确定推荐意见,接轨方案的可行性研究应达到项目决策所需的深度要求。在主要干线上接轨的专用线,应做好接轨方案的技术经济比较,做到不遗漏有价值的方案,要细化立交疏解方案各项技术指标。接轨站的作业和性质应该综合接轨铁路货流集散点分布、主要货流方向、车流组织方案、机车交路以及国铁能否统一牵引等因素确定。接轨站方案还应根据当地地形、地质条件,并结合城镇规划技术经济比较选定[7]。

3.4 接轨站的改扩建工程

对接轨站的改扩建,应结合专用线的实际运量、技术标准、接轨方案,进行合理的、必要的改扩建。对于因基建或更改项目引起的接轨站改造,应根据既有专用线的技术条件、运营情况、地区货运基础设施布局规划等,进行必要的整合后搬迁还建。

3.5 主要技术标准的选择

铁路专用线技术标准的选择一般应与拟接轨的国铁相匹配。牵引种类、机车类型、牵引质量、到发线有效长度是密切相关的,选择不同的标准,直接关系到工程投资、运输能力、运营成本及运输质量。因此,铁路专用线的技术标准,应充分考虑到与接轨线路的既有技术标准相匹配,并结合项目的功能定位,以及运营成本和运输质量等方面进行综合分析比较。

铁路专用线的机车类型应根据预测运量、限制坡度和行车速度,并考虑区域路网机务布局等因素进行综合比选。

专用线技术标准和技术设备符合国家、铁道行业有关标准和《铁路技术管理规程》等规定,满足铁路运输安全的要求,并与相关线路、车站运输能力和技术设备协调匹配。煤、焦炭或金属矿石等大宗货物品类或近期年运量在100万t及以上的专用线,一般应当具备整列装卸和直通运输技术条件。单一品类运量达30万t以上的优先考虑整列直通运输方案。

3.6 装卸场方案

装卸场方案应综合考虑城市总体规划、联合运输、环境保护、节省投资和地区未来铁路建设发展的需求等因素[8],并根据工业企业(如电厂、煤矿等)的总平面布置图进行配套设计,同时根据运量需求和货物品类,结合技术标准选择、运输组织和作业组织模式,研究装卸场方案,布置装卸线、堆场、仓库货运站台。装卸场应根据运量需求,配置专业化、自动化装卸机具,对于煤、焦炭或金属矿石等大宗散堆装货物专用线,应采用筒仓、装载机、翻车机等设备;对于集装箱,应采用正面吊、龙门吊等专业化设备装卸;对于件杂货物,应采用叉车等高效装卸工具。

3.7 交接方式

按照铁路生产力布局调整和深化运输组织改革相关精神,货运集中化、大宗货物整列直接到发,简化生产过程,减少交接时间,压缩中停时间、优化作业过程,提高机车车辆利用和货物送达时间。对运量较大、品种单一的铁路专用线,原则上不设交接站,在专用线内办理货物交接,最大程度地实现路企直通,减少工程投资并提高运输效率,并可实现路企双方双赢的目标[9]。

3.8 专用线运行车方式

铁路专用线运输组织方式主要有按行车方式组织行车或按调车方式组织行车。行车组织方式可实现路企直通运输,大大提高作业效率、减少专用线运营成本、实现安全运营。按调车方式组织行车,若专用线有一定长度则走行距离长,不能实现直通运输,作业效率低、运营成本高,影响运行速度和安全运营,须加强路企双方的联劳协作,采取有效对策强化安全风险防控[10]。

3.9 运营管理方式

目前铁路专用线的运营管理模式主要有自管(成立专用线运输公司)或代管(委托铁路局管理)两种。铁路建设及运营管理模式的选择应有利于资金筹措和资产管理;有利于运输组织,提高运输效率;有利于运营管理,降低运营成本;有利于职工生产和生活,充分体现项目的特点和满足运输需求,并根据铁路运营管理模式的现状及发展趋势等因素进行综合分析,选择单独成立专用线运输公司自管或委托铁路局代管。随着铁路改革不断深入,以及铁路建设步伐持续加快,委托运输管理是未来铁路专用线的发展趋势[11]。自管与代管方案优缺点分析见表1。

表1 自管与代管方案优缺点分析

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优缺点方 案自管代管优点自成体系,财务核算简单1.与国铁运输组织协调性好;2.运输组织由铁路局负责,不需单独设运营维修设施,节省投资;3.可利用既有人员和设备;4.减少中间环节,提高工作效率缺点1.运输组织需与相邻铁路协调;2.需要配备相应的作业人员和运营设备,增加运营费用和投资需支付管理费用

3.10 “路外”控制因素分析

“路外”控制因素包括城乡规划、环境保护、水土保持、文物、林业、水利、交通等对铁路专用线选线的影响。随着我国经济发展,在工程建设中对于城乡规划、保护环境、景观绿化等都提高至更加突出的位置。若新建工业企业项目需配套建设铁路专用线时,在工业企业规划选址时应充分考虑铁路专用线选址进行整体研究,许多企业在工业项目选址时,只注重工业项目位置的便利性和舒适性,未充分考虑配套的铁路专用线选址,经常导致工业项目建成后发现其与既有铁路网距离远,高差大,铁路专用线与城乡规划协调性差,接轨站与企业选址中间有环境敏感区等,铁路专用线工程规模大,投资高。

铁路专用线选线应综合权衡考虑“路内”和“路外”控制因素,有时从铁路运输角度看是最佳的接轨方案和线路方案,但从城乡规划、环境保护角度看,却是最差的方案,因此在铁路专用线前期研究时应充分收集路内、路外相关控制资料,充分征求地方政府和所属路局的意见,比选出最为合理可行的设计方案。

4 铁路专用线选线实例——以华能铜川照金电厂专用线为例

4.1 华能铜川照金电厂铁路专用线概况

华能铜川照金电厂位于陕西省铜川市耀州区坡头镇,电厂一期(2×600 MW)工程于2007年投产运行,一期工程燃煤采用公路运输未配套建设铁路专用线。为适应电力需求,拟在一期预留基础上扩建二期(2×1 000 MW机组)发电项目,并配套建设铁路专用线[12]。

4.2 项目特点及控制因素分析

本项目是一个非常典型的技术复杂专用线选线案例,在路内因素方面,其煤源点较为分散,后方通道技术标准低且牵引定数不一致,从煤源点至电厂运输过程中可能涉及折角运输、增减轴、补机等方面作业,运输组织较为复杂。接轨站改造方案可实施的难易程度对项目至关重要,接轨方案需要考虑的因素较多。

路外因素方面,该项目位于陕西省铜川、渭南、咸阳三个地级市交汇地带,且处于城市规划区边缘,沿线城乡规划意见对线路的走向起至关重要的作用,沿线水利、环保、文物、交通设施亦对线路走向起着非常重要的因素。

4.3 运量及运输径路[13]

铁路专用线运输煤源由铜川北区煤矿和铜川东区煤矿两大部分组成,其中铜川北区煤矿运量为390万t/年,经梅七线运往电厂,铜川东区煤矿运量为170万t/年,经咸铜线运往电厂,见图1。

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图1 华能铜川照金电厂铁路专用煤炭运输径路

4.4 接轨方案研究[14]

根据电厂在路网中的地理位置、货流方向及运输组织,可能的接轨点有梅七线寺沟、耀西车站,咸铜线梅家坪车站。在选线设计时对接轨方案进行了深入比选研究,并广泛征求铜川、耀县、渭南、富平、咸阳、三原等地方政府意见,同时向铁路局充分征求意见。

4.4.1 梅家坪接轨方案

(1)梅家坪站概况

梅家坪站原为梅七线与咸铜线交汇处的一个正线外包形式的的辅助编组站,现为仅进行换重作业的一个中间站,衔接咸铜和梅七线2条铁路3个方向,现状规模为一级三场中间站。车站范围内咸铜线上行正线与梅七线正线贯通,车站两端进站信号机内两正线间各设交叉渡线1组。现有13条到发线(含正线),2条牵出线,有焦化厂、水泥厂、轨枕厂3条专用线接轨,有机务段、站修所(机务段和站修所现已做他用),10道和12道之间65 m宽用地现状为储煤场(原预留发展到发线和调车线),10道作为能直接接发车的装煤线,到发线及调车线有效长均满足850 m。目前梅家坪站虽为一级三场站型,但其作业性质仍为中间站,担当列车的增减轴作业以及轻车方向的整编作业。

本专用线于梅家坪车站南端咽喉引出,在既有10道与11道间增建1条到发线,远期预留1条,新建相邻到发线与其间距按5 m设计,到发线有效长按850 m控制。七里镇、铜川端咽喉增建1条机待线;车站两端咽喉无需设置疏解线。电厂供煤列车经梅七线和咸铜线由接轨站北端引入,列车在此站无需重新进行解编作业,加挂补机后顺向由南端咽喉驶入本电厂专用线。扩建后本站到发线共15条(含预留1条),平面布置见图2。

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图2 梅家坪站示意

(2)线路概况(图3)

电厂专用线经梅家坪车站南端引出后折向西行,途经富平县梅家坪镇、三原县马额镇、耀州区坡头镇,先后跨越石川河(规划庄里工业园)、西铜一级公路(G65)、赵氏河后下穿西铜高速公路(G65W),走行于三原与铜川边界,由电厂南侧接入规划二期卸煤场,新建正线总长15.276 km。设特大桥4 610.08 m/2座,隧道2 315 m/1座,桥梁总长占线路总长45.33%。

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图3 接轨方案示意

4.4.2 寺沟接轨方案

(1)寺沟站概况

寺沟站为梅七线一个3股道的中间站(中心里程K10+011),仅为梅七线的客货列车进行待避和交会作业,站坪坡度1.8‰。因展线需求本线在既有寺沟站站同右接轨引入,既有站房侧增加到发线2股,拆除既有站房并于西侧还建站房,软化既有站坪坡度1.0‰,见图4。

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图4 寺沟站示意(单位:m)

(2)线路概况

线路自梅七线寺沟车站南端引出,以回头曲线展线上升至黄土台塬区,之后向西走行于铜川市新区规划北环路外,下穿铜黄高速公路,跨越赵氏河国家湿地公园至坡头工业园区,由华能铜川照金电厂北侧引入规划二期卸煤场,线路全长19.100 km。

(3)该方案存在的主要问题

①该方案由于接轨站位于沮河阶地(高程680 m),线路需以环形曲线展线至新区北环外的黄土台塬(高程760 m)走行,该环形曲线占地较大,经与铜川市、耀县政府汇报协商,该区域为耀县未来北扩规划用地,认为该方案不具备可实施性;

②该方案需穿越赵氏河国家湿地公园,不符合环保要求;

③该方案走行于铜川新区北环外,经向铜川市政府汇报沟通,该方案影响铜川新区向北拓展,实施性难度大;

④该方案需要软化既有站坪坡度,改建既有站房至站对侧,既有线改建难度大;

⑤该方案由北向南穿越坡头工业园区,严重影响坡头工业园区规划;

⑥该方案由电厂北侧接入,与电厂总平面布置不符。

4.4.3 耀西接轨方案

(1)耀西站概况

耀西站为梅七线一中间站(中心里程K6+038),现状到发线4条(含正线),咸阳端设安全线1条,575专用线于七里镇端咽喉引入本站,站坪坡度2.5‰。车站西侧建筑物密集,东侧受道路、厂房制约,南咽喉外为回转形城市道路锦阳路。电厂专用线从咸阳端咽喉接轨,为减少对既有到发线的干扰,在站房对侧增建2条到发线,七里镇咽喉端增建机车折返线,局部改建575专用线并增设安全线;梅家坪咽喉端受环形锦阳路制约,电厂专用线需占用既有正线并于其外侧还建,增设1条机待线;同时车站需改建为曲线站。扩建后本站到发线6条(含)正线,详见图5。

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图5 耀西站示意(单位:m)

(2)线路概况

线路自梅七线耀西车站南端引出,利用既有梅七线铁路桥上跨锦阳路,顺坡地攀升至黄土塬,之后向南沿G65西铜一公路的西侧铜川与富平县界走行,至陈家塬北侧折向西,跨越赵氏河后基本平行铜川与三原县界向西,下穿G65W西铜高速后,由电厂南侧接入规划二期卸煤场,线路全长17.900 km。

(3)该方案存在的主要问题

①该方案既有站改建较为复杂,实施难度大。需要将既有2.5‰站坪坡度软化为1‰,南、北端咽喉均需完全重新规划改造,受锦阳路转盘制约,需将梅七正线改线约800 m,将既有直线站改造为曲线站,车站改建对既有线运营干扰大;

②该方案需拆迁耀西站东、西侧大片房屋,征地拆迁难度大;

③该方案穿越铜川新区樱桃园、穿越陈平水库,不符合环保要求;

④该方案沿铜川新区东、南规划边界包裹新区布线,经向铜川市政府汇报沟通,认为该方案对新区发展产生严重制约和影响,不具备可实施性。

4.4.4 接轨方案比选及推荐意见

(1)从运输组织角度分析

专用线由梅七线寺沟、耀西车站接轨,铜川北区来煤车流运输顺畅。而铜川东区来煤列车需梅家坪车站换向折角运输,在接轨站(寺沟或耀西)需再次调头,存在两次折角运输。不仅增加了列车作业时间,还增加了运输组织的复杂性和工程设备投资,降低了运输效率。

同时由于梅七线梅家坪至寺沟方向(轻车方向)现状牵引质量仅为750 t,铜川东区来煤满足列车牵引质量3 000 t时,列车需在梅家坪车站加挂补机,或需减轴分解成几列运输,运输组织极为复杂。

而专用线由梅家坪车站接轨,其两个方向车流均很顺畅,无折角运输,无需机车换向,不但运输组织简单,工程设备投资省,而且可最大化地加速车辆周转,降低运营成本,提高运输效率。

(2)从工程实施难易程度分析

专用线选线应选择径路顺直、投资节省,与矿区、城镇规划相符性好的方案[15]。经与政府相关部门沟通,寺沟、耀西接轨方案由于规划、环保、拆迁等因素,基本不具备可实施性。

而梅家坪接轨方案线路基本绕避了铜川市城市规划范围和环境敏感区,在穿越富平庄里工业园区段线路走行于园区规划农业用地范围,且全部以桥梁方式通过并加以涂装美化,对园区影响很小。通过与沿线三地政府相关部门多次沟通,梅家坪接轨方案具有良好的建设条件和可实施性。

(3)从接轨站的改建难易角度分析

就接轨站引入条件而言,梅家坪站接轨条件最好,接轨引入方案简单,无需软化站坪坡度,无重大建筑物拆迁,对既有线运营干扰极小。而寺沟、耀西接轨方案既有站改线方案复杂,改建工程规模较大,对既有线运营干扰极大。

(4)从工程规模和投资较大分析

就线路工程而言,寺沟接轨方案线路长19.1 km,静态投资总额114 426.2万元;耀西接轨方案线路长17.9 km,静态投资总额90 141.5万元;梅家坪接轨方案15.276 km,静态投资总额89 761.02万元;梅家坪接轨方案线路最短,且工程投资最省。

(5)综上所述,梅家坪接轨方案具有运输组织简单、主货流均顺畅、对城市规划、环境影响小,实施条件良好、线路最短、投资最省的优点,故推荐梅家坪接轨方案。

5 结论

(1)铁路专用线作为衔接“路企(厂、矿、港)”的纽带,是铁路集疏运系统的重要基础技术设施,专用线技术条件须适应铁路扩大再生产内涵和运输组织不断创新的要求,对铁路专用线设计工作提出了更高的要求。

(2)与国铁长大干线不同,铁路专用线一般是线路较短,但铁路专用线勘察设计选线有其自身的特点和规律可循。

(3)铁路专用线通常为工业企业的配套建设项目,如煤矿铁路专用线,电厂铁路专用线,工业园区铁路专线等,在选线时应充分考虑“路内”和“路外”控制因素,充分征求地方政府和所属路局的意见,比选出最为合理可行的设计方案。

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