李 瀟

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室，陜西 西安 710043)

1 幾內(nèi)亞達(dá)圣鐵路概況

幾內(nèi)亞位于非洲西部，素有“地質(zhì)奇跡”之稱，礦藏種類豐富，鋁土礦和鉆石儲量較大，而我國對鋁土礦進(jìn)口需求持續(xù)上升，為中幾雙方加強(qiáng)合作奠定了基礎(chǔ)。2015 年，贏聯(lián)盟自幾內(nèi)亞博凱地區(qū)以“采礦+河運+海運”的多式聯(lián)運模式，通過達(dá)圣鐵路(達(dá)比隆港—圣圖礦區(qū))將幾內(nèi)亞博凱地區(qū)的鋁土礦運往山東煙臺，因而達(dá)圣鐵路被譽(yù)為“21 世紀(jì)海上鋁土礦之路”，為我國開辟了穩(wěn)定的鋁土礦貨源，對推動幾內(nèi)亞鋁土礦出口、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、船舶更新?lián)Q代有明顯的促進(jìn)作用，是“21 世紀(jì)海上絲綢之路”的重大實踐[1]。2016 年，我國自幾內(nèi)亞進(jìn)口鋁土礦達(dá)1 300 萬t；2017 年，幾內(nèi)亞替代澳大利亞，成為我國進(jìn)口量最大的鋁土礦貨源地；2020 年，幾內(nèi)亞鋁土礦出口量有望躍升至6 000 萬～ 8 000 萬t，進(jìn)一步穩(wěn)固幾內(nèi)亞成為我國重要的鋁土礦貨源地的地位[2-3]。

達(dá)圣鐵路位于幾內(nèi)亞西北部的博凱地區(qū)和金迪亞地區(qū)境內(nèi)，線路起點位于幾內(nèi)亞博凱地區(qū)贏聯(lián)盟達(dá)比隆港，途經(jīng)贏聯(lián)盟122 礦區(qū)、中國河南國際合作集團(tuán)有限公司(以下簡稱“河南國際”) 72 礦區(qū)、中國鋁業(yè)集團(tuán)有限公司105-III 礦區(qū)等，終到幾內(nèi)亞金迪亞地區(qū)贏聯(lián)盟圣圖礦區(qū)。達(dá)圣鐵路是一條設(shè)計速度為80 km/h，牽引質(zhì)量為1 萬t 的I 級內(nèi)燃單線普速貨運鐵路，正線全長為112.201 km (包含橋梁23座，隧道2 座)，站線總長為41.8 km，共設(shè)置6 座車站，是贏聯(lián)盟圣圖礦區(qū)開采運輸?shù)呐涮坠こ?，主要服?wù)于幾內(nèi)亞西北部鋁土礦企業(yè)。達(dá)圣鐵路作為贏聯(lián)盟圣圖礦區(qū)開采運輸?shù)呐涮坠こ碳颁X土礦對外運輸?shù)闹匾F路干線，對促進(jìn)幾內(nèi)亞進(jìn)出口貿(mào)易、推動幾內(nèi)亞國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要作用。達(dá)圣鐵路線路走向示意圖如圖1 所示。

達(dá)比隆港是達(dá)圣鐵路的起點，于2018 年5 月建成并投入運營，泊位長度為534 m，配備10 臺固定吊，裝船量為9 萬t/d。達(dá)比隆港站作為達(dá)圣鐵路的起始站和達(dá)比隆港的配套設(shè)施，距離達(dá)比隆港22 km，與達(dá)比隆港存在一定距離，鋁土礦需要借助公路集卡才能完成接駁運輸。達(dá)比隆港站目前僅有5 條到發(fā)線，貨場裝卸設(shè)施配置數(shù)量不足而且普遍處于年久失修狀態(tài)，造成達(dá)比隆港站鋁土礦運輸效率低下。此外，達(dá)圣鐵路沿線的其余5 座車站規(guī)模普遍較小，沒有預(yù)留改建及擴(kuò)建條件，裝卸設(shè)施配置數(shù)量不足而且更新?lián)Q代不及時，造成達(dá)圣鐵路鋁土礦運輸組織不暢，因而亟需對達(dá)圣鐵路裝卸設(shè)施進(jìn)行配置布局以減少鋁土礦在達(dá)比隆港站和達(dá)比隆港的接駁時間，提高達(dá)圣鐵路的鋁土礦運輸效率，促進(jìn)幾內(nèi)亞經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。

圖1 達(dá)圣鐵路線路走向示意圖Fig.1 Diagram of Dapilon-Sentou Railway

達(dá)圣鐵路作為企業(yè)配套線路，以鋁礬土運輸為主，貨運量較大，重車方向運輸品類和貨流流向均相對穩(wěn)定。達(dá)圣鐵路全線使用C80車底，沿線車站到發(fā)線有效長為1 400 m，由于鋁土礦密度較高，在車輛滿重的基礎(chǔ)上，車輛欄板高度可以適當(dāng)降低以減少裝載機(jī)抓舉行程。考慮到幾內(nèi)亞多雨的自然條件易導(dǎo)致鋁土礦與車體粘連，以及幾內(nèi)亞基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后的現(xiàn)狀，應(yīng)圍繞達(dá)圣鐵路運輸需求，裝卸車站設(shè)施布置集中，場區(qū)布置應(yīng)結(jié)合協(xié)調(diào)礦區(qū)(港口)整體規(guī)劃，按照不同功能區(qū)的作業(yè)關(guān)系優(yōu)化鋁土礦運輸組織，按照“可靠、適用、經(jīng)濟(jì)”的原則對達(dá)圣鐵路的裝卸設(shè)施進(jìn)行配置布局。達(dá)圣鐵路裝卸設(shè)施布局應(yīng)以提高機(jī)車車輛周轉(zhuǎn)效率和裝卸設(shè)備的使用效率為原則，在提高收益的同時降低機(jī)車車輛購置費用。因此，達(dá)圣鐵路裝卸設(shè)備配置布局主要從裝車設(shè)備選型與裝車站設(shè)施配置布局、卸車設(shè)備選型與卸車站設(shè)施配置布局、達(dá)比隆港站設(shè)施配置布局3 個方案綜合優(yōu)化。

2 裝車設(shè)備選型與裝車站設(shè)施配置布局方案

2.1 裝車設(shè)備選型方案比選

達(dá)圣鐵路主要貨物品類為鋁土礦，屬于散堆裝貨物，為滿足沿線裝車點大運量運輸需求，裝車設(shè)備選型應(yīng)以裝車高效為原則。結(jié)合國內(nèi)外鐵路裝車站的運營情況及達(dá)圣鐵路運營實際，提出低站臺和裝載機(jī)配合裝車方案(以下簡稱“方案I-1”)和快速定量裝車系統(tǒng)(筒倉)裝車方案(以下簡稱“方案I-2”) 2 種方案。

（1）方案I-1。方案I-1 在貨物裝卸線旁設(shè)散裝貨物堆場和貨物站臺，利用裝載機(jī)將鋁土礦提升至貨車內(nèi)，裝車工藝簡單，投資較小，但受到裝載機(jī)的作業(yè)半徑和裝卸能力限制，方案I-1 自動化程度較低、裝車效率相對較低。為提高裝載機(jī)裝車作業(yè)效率，方案I-1 可以采用裝載重量大的裝載機(jī)，并增加裝載機(jī)的配置數(shù)量。贏聯(lián)盟在幾內(nèi)亞廣泛采用CA980L 型裝載機(jī)，單次裝載重量為10 t，單次作業(yè)行程約為120 ～ 180 s，裝載機(jī)的生產(chǎn)定額約為200 ～ 300 t/ (臺·h)。

（2）方案I-2。方案I-2 通過在裝車線上搭建快速定量裝車系統(tǒng)，利用皮帶傳送機(jī)將鋁土礦從堆場輸送至裝車系統(tǒng)，完成不停車裝車作業(yè)。方案I-2裝車作業(yè)自動化程度較高、裝車效率相對較高，而且整個裝車過程基本處于封閉狀態(tài)，環(huán)境污染小，適用于裝車量較大的車站。而方案I-2 需要配置快速定量裝車系統(tǒng)及皮帶輸送系統(tǒng)，工程投資較大。在方案I-2 中，每套快速定量裝車系統(tǒng)的作業(yè)能力約在1 100 ～ 1 500 萬t/a 之間。

經(jīng)比較，方案I-2 由于裝車系統(tǒng)需要依賴電力設(shè)備，而且在雨季時裝卸鋁土礦易與漏斗發(fā)生粘連，降低設(shè)備使用壽命，同時快速定量裝車系統(tǒng)難以隨礦區(qū)開采計劃同步遷移，均對設(shè)備使用可靠性產(chǎn)生制約，因而不予推薦。另外，方案I-1 以柴油為動力，設(shè)備靈活性高，通過增加裝載機(jī)的數(shù)量提高裝車效率，可以在一定程度緩解幾內(nèi)亞就業(yè)問題。綜上所述，推薦方案I-1 作為裝車設(shè)備選型的最佳方案。

2.2 裝車站設(shè)施配置布局方案分析

達(dá)圣鐵路沿線共設(shè)河南國際站和圣圖礦區(qū)站2 處裝車站，其中河南國際站位于礦區(qū)北側(cè)，距離達(dá)比隆港約為78 km；圣圖礦區(qū)站為達(dá)圣鐵路終點站，位于礦區(qū)西側(cè)，距離達(dá)比隆港約為112 km。由于贏聯(lián)盟圣圖礦區(qū)和河南國際礦區(qū)的開采計劃編制相對滯后，達(dá)圣鐵路裝車站的選址以減少壓礦和壓縮工程耗時為原則，為鋁土礦后期開采和鋁土礦公路運輸配套設(shè)施預(yù)留良好條件。按照每條裝車線配置15 臺CA980L 型裝載機(jī)計算，每條裝車線完成裝車的萬噸作業(yè)時間約為135 min?！暗驼九_+裝載機(jī)”裝車方案主要作業(yè)流程及作業(yè)時間如表1 所示。

研究年度內(nèi)，河南國際站和圣圖礦區(qū)站貨物列車對數(shù)分別為6 對/d 和9 對/d，均按照1 萬t 編組。根據(jù)表1 裝車作業(yè)時間計算，河南國際站設(shè)置2 條裝車線，圣圖礦區(qū)站設(shè)置3 條裝車線。河南國際站平面布置示意圖如圖2 所示，圣圖礦區(qū)站平面布置示意圖如圖3 所示。

表1 “低站臺+裝載機(jī)”裝車方案主要作業(yè)流程及作業(yè)時間Tab.1 Operation procedure and time of the loading layout of“Low Platform + Loader”

3 卸車設(shè)備選型與卸車站設(shè)施配置布局方案分析

3.1 卸車設(shè)備選型方案比選

達(dá)圣鐵路卸車設(shè)備選型應(yīng)統(tǒng)籌考慮港口物料輸送流程，設(shè)備能力應(yīng)與堆取料機(jī)、裝船機(jī)等設(shè)備能力相匹配，結(jié)合國內(nèi)外鐵路卸車站的運營現(xiàn)狀，提出底開門專用車輛+卸礦坑卸車方案(以下簡稱“方案II-1”)和翻車機(jī)系統(tǒng)+皮帶傳送機(jī)卸車方案(以下簡稱“方案II-2”) 2 種方案。

（1）方案II-1。方案II-1 在車站卸車線軌道下方設(shè)置卸礦坑，同時在軌道一側(cè)設(shè)置開、關(guān)門機(jī)械行程開關(guān)，需要配套底開門自卸專用車底，當(dāng)車輛行至開門行程開關(guān)時，車廂底部閘門打開，礦石依靠自重落入卸車坑內(nèi)，卸車完畢后車輛通過關(guān)門行程開關(guān)，閘門關(guān)閉。

（2）方案II-2。翻車機(jī)是一種卸載裝有散料的鐵路敞車的高效大型專業(yè)設(shè)備，在港口、鋼廠和電廠中應(yīng)用較為廣泛。翻車機(jī)的主要作用是將準(zhǔn)確定位的重車通過壓車裝置和靠車裝置將車輛固定，將重車內(nèi)的物料翻卸到底部的漏斗內(nèi)。

經(jīng)比較，方案II-1 和方案II-2 均能適應(yīng)達(dá)圣鐵路大運量的特點。其中，方案II-1 可以實現(xiàn)不停車卸車作業(yè)，作業(yè)過程只需要通過機(jī)械行程開關(guān)控制開閉，無需翻轉(zhuǎn)車輛，對電力設(shè)備的依賴性較?。坏淙秉c在于該方式需要配套自卸專用車底，同時在卸車過程中車底開閉幅度較小，雨季卸車易產(chǎn)生鋁礬土粘連，增加車底清理作業(yè)量，降低車底使用可靠性。方案II-2 要求車輛停車翻卸，效率相對較低，但可以通過提高一次翻卸車數(shù)提升卸車效率。目前，達(dá)比隆港已經(jīng)配套建設(shè)熱力發(fā)電廠為港口各類設(shè)施供電，可以適應(yīng)翻車機(jī)對電力設(shè)備的需求。此外，方案II-2車底適應(yīng)性強(qiáng)，大多采用一般敞車車底以降低企業(yè)機(jī)車車輛購置費用。綜上所述，推薦方案II-2 作為卸車設(shè)備選型的最佳方案。

圖2 河南國際站平面布置示意圖Fig.2 Layout of He'nan International Station

圖3 圣圖礦區(qū)站平面布置示意圖Fig.3 Layout of Sentou Mining Area Station

圖4 卸車站布置形式示意圖Fig.4 Layout of the unloading station

3.2 卸車站設(shè)施配置布局方案比選

達(dá)圣鐵路卸車站在選用方案II-2 作為卸車設(shè)備選型方案時，可以采用盡端式布置、貫通式布置和環(huán)形布置3 種布置型式作為卸車站的基本布置形式[4-5]。卸車站布置形式示意圖如圖4 所示。

（1）盡端式布置。盡端式布置一般適用于電廠，可以緊密結(jié)合地形進(jìn)行布置，占地規(guī)模及土石方工程量較小，配置折返式翻車機(jī)系統(tǒng)，卸車過程由摘鉤作業(yè)和摘風(fēng)管作業(yè)組成，卸車完成后需要經(jīng)遷車臺將空車平移至空車線，并由撥車機(jī)撥出，作業(yè)流程繁雜，作業(yè)效率較低。據(jù)統(tǒng)計，折返式雙翻翻車機(jī)系統(tǒng)翻卸效率約為13 ～ 17 車/h，作業(yè)能力一般不超過1 000 萬t/a[6-8]。

（2）貫通式布置。貫通式布置采用貫通式翻車機(jī)系統(tǒng)，卸車過程較折返式翻車機(jī)節(jié)省遷車和撥車環(huán)節(jié)，卸車效率較高。目前我國貫通式雙翻翻車機(jī)翻卸效率約為22 ～ 24 次/h，當(dāng)采用螺旋車鉤時，翻卸次數(shù)可以提升至30 ～ 35次/h?？紤]到達(dá)圣鐵路存在設(shè)備維修、列車不均衡到達(dá)等因素，翻車機(jī)在24 h 的時間利用率平均為50%左右，最大時間利用率為65%。

（3）環(huán)形布置。環(huán)形布置同樣采用貫通式翻車機(jī)系統(tǒng)，較貫通式布置省去調(diào)車作業(yè)環(huán)節(jié)，卸車作業(yè)流程順直，可以進(jìn)一步提高設(shè)備利用率，適應(yīng)于港口等對作業(yè)能力要求較大的區(qū)域。環(huán)形布置的缺點在于占地規(guī)模大，但環(huán)形區(qū)域內(nèi)可以由運營方建設(shè)配套設(shè)施，實現(xiàn)卸車站地塊的綜合利用。

達(dá)比隆港站周邊場地較為平整，可以征用的土地面積較大，具有較好的布置條件。為提高達(dá)比隆港鋁土礦卸車效率，降低卸車設(shè)備投資成本，結(jié)合達(dá)比隆港作為重要的鋁土礦運輸及出口車站的實際，推薦采用環(huán)形布置型式。

4 達(dá)比隆港站設(shè)施配置布局方案分析

達(dá)比隆港站的規(guī)劃建設(shè)區(qū)位位于既有達(dá)比隆港南側(cè)，配有鋁土礦堆場、堆取料機(jī)及駁船泊位。達(dá)比隆港站采用由中部環(huán)線銜接的重空車場橫列式布局形式，環(huán)線中部配套貫通式雙翻式翻車機(jī)[9]。貫通式雙翻翻車機(jī)主要作業(yè)流程及作業(yè)時間標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

研究年度內(nèi)，達(dá)比隆港站1 萬t 列車的接發(fā)量為15 對/d，根據(jù)表3 和其他資料，達(dá)比隆港站應(yīng)設(shè)卸車環(huán)線3 條，翻車機(jī)兩端有效長均滿足1 萬t 列車的通行需求，以減少對到發(fā)線能力的影響，滿足運營方關(guān)于接發(fā)車與裝卸車作業(yè)分離的要求。達(dá)比隆港重車場設(shè)到發(fā)線3 條、機(jī)走線1 條，空車場設(shè)到發(fā)線4 條(含正線)，可以實現(xiàn)3 條環(huán)線同時進(jìn)行“接車—卸車—發(fā)車”的平行作業(yè)。重車場到發(fā)線與1 條卸車環(huán)線相連，當(dāng)某套翻車機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障時，待卸重車可以接入其他卸車環(huán)線，提高卸車作業(yè)的靈活性。達(dá)比隆港站平面布置示意圖如圖5 所示。

表2 貫通式雙翻翻車機(jī)主要作業(yè)流程及作業(yè)時間標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Operation procedure and time standard of the throughtype double dumpers

圖5 達(dá)比隆港站平面布置示意圖Fig.5 Layout of Dapilon Port Station

5 結(jié)束語

達(dá)圣鐵路作為幾內(nèi)亞鋁土礦出口的重要通道，具有擴(kuò)大幾內(nèi)亞礦區(qū)發(fā)展規(guī)模，降低鋁土礦物流成本的作用。達(dá)圣鐵路沿線車站裝卸設(shè)備選型及裝卸車站的布置充分考慮幾內(nèi)亞的社會、自然及經(jīng)濟(jì)特征，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)幾內(nèi)亞礦區(qū)開采與港口規(guī)劃實際，達(dá)圣鐵路沿線礦區(qū)裝車站選用裝載機(jī)作為裝車設(shè)備，達(dá)比隆港站選用貫通式雙翻翻車機(jī)作為卸車設(shè)備，充分體現(xiàn)因地制宜的發(fā)展理念，是我國鐵路“走出去”戰(zhàn)略的重大實踐。合理確定達(dá)圣鐵路沿線車站裝卸設(shè)備配置及站場布置方案，有效促進(jìn)中幾雙方合作共贏，積極帶動我國鐵路走向世界。