李建海，王 媛

(中國鐵路濟南局集團有限公司 青島西車務(wù)段，山東 青島 266005)

鐵路集裝箱裝卸場主要辦理集裝箱的到達、發(fā)送和中轉(zhuǎn)作業(yè)，根據(jù)集裝箱裝卸機械的不同，裝卸場的平面布置方案也不同。鐵路集裝箱裝卸機械可分為軌道式門式起重機(以下簡稱“軌道式起重機”)、輪胎式門式起重機、集裝箱正面吊運機、集裝箱叉車、空箱堆垛機、跨運機等[1]。前三者適用于集裝箱主箱場，后三者一般用于輔助箱場。其中，軌道式起重機以性能優(yōu)越，用途廣泛，可靠性高的優(yōu)點成為鐵路集裝箱裝卸場最常見的裝卸機械。軌道式起重機走行軌是由鋼軌鋪設(shè)而成的起重機運行路線，約束起重機沿規(guī)定線路移動，并向軌道面基礎(chǔ)傳遞貨物壓力，對線路基礎(chǔ)的強度和可靠性要求較高，如機械鉆孔樁基礎(chǔ)等造價很高[2]。因此，在滿足集裝箱裝卸需求的前提下，科學(xué)設(shè)置走行軌長度，與集裝箱裝卸線平面合理匹配，對節(jié)省工程投資提高集裝箱裝卸場地的利用率具有重要意義。

1 集裝箱裝卸線平面布置

集裝箱裝卸線的裝卸能力主要由裝卸線有效長決定，裝卸線有效長的合理取值主要考慮貨場實際貨運量[3]。

1.1 基于運量約束確定裝卸線有效長

集裝箱裝卸線所需有效長L1應(yīng)滿足平均一次的來車需要長度，基于運量約束，L1可以表示為

式中：Q為年到發(fā)集裝箱數(shù)，TEU，按20 ft標準箱換算；θ為貨物到發(fā)波動系數(shù)；l0為集裝箱車輛平均長度，m，近似取值14 m；q為單個貨場車輛載運集裝箱箱數(shù)，一般取2 TEU；c為每晝夜取送車次數(shù)，通常專用線取1 ～ 2次。

裝卸線有效長應(yīng)不小于L1，可以適當(dāng)增加長度以滿足貨運量波動，但不宜過長造成投資浪費[4]。

1.2 基于場地約束確定線路裝卸有效長

在實際情況中，集裝箱裝卸線的平面布置受到場地條件的限制。以江西定南國盛鐵路實業(yè)有限公司鐵路專用線擴建工程為例，新建的集裝箱裝卸線與既有定南站內(nèi)股道平行布置，有利于最大程度利用預(yù)留場地作為集裝箱箱位。結(jié)合周邊建筑物的安全距離條件，可以確定新建集裝箱裝卸線的車擋里程與圓直點里程，進而確定裝卸線有效長的終點和起點。裝卸線起點與股道圓直點示意圖如圖1所示。

圖1 裝卸線起點與股道圓直點示意圖Fig.1 Diagram of the starting point of the loading and unloading line and the track circle straight point

（1）車擋里程確定裝卸線有效長終點。依據(jù)危險品專用線設(shè)計規(guī)范，危險貨物盡頭式裝卸線路的末端應(yīng)設(shè)置擋車器和鋼筋混凝土車擋。最后一個車位的末端至擋車器的安全距離不應(yīng)小于20 m。擋車器后的安全距離不應(yīng)小于15 m[5]。因此，當(dāng)集裝箱裝卸場辦理危險貨物時，裝卸線有效長終點距車擋的最小距離Y1= 20 m。當(dāng)集裝箱裝卸場不辦理危險貨物時，盡頭式線路的末端不設(shè)擋車器，裝卸線有效長終點距車擋的最小距離Y1= 10 m。

（2）圓直點里程確定裝卸線有效長起點。依據(jù)站場設(shè)計規(guī)范，貨物裝卸線應(yīng)設(shè)在直線上。但為了便于機車與貨車車輛摘掛作業(yè)，車輛車鉤與機車車鉤中心線錯開的偏角與間距不能過大[6]，因而考慮裝卸線有效長起點與股道圓直點的最小距離，裝卸線起點與股道圓直點的距離Y2可以表示為

式中：X為車鉤連掛允許最大偏移距離；l為機車長度(車鉤中心距離)；l'為集裝箱載運車輛轉(zhuǎn)向架中心距；α為機車與裝卸線的夾角；R為為線路曲線半徑。

以東風(fēng)4B型內(nèi)燃機車為例，l= 21.1 m，l'=15.6 m，R= 250 m。兩連掛車鉤中心橫向偏移距離不得超過75 mm，而13型車鉤的連掛間隙為19.5 mm[7]。因此，在一般工況下，X= 0.019 5 m，Y2= 10.89 m；在最不利工況下，X= 0.075 m，Y2= 8.74 m。設(shè)計中考慮最不利工況，Y2應(yīng)取8.74 m。

（3）裝卸線有效長。列車車鉤距車擋的距離不小于Y1，列車車鉤距圓直點的距離不小于Y2，則線路最大裝卸有效長的起點可以表示為K2+Y2，終點可以表示為K1-Y1(K1為車擋處的里程，K2為圓直點處的里程)。裝卸線有效長示意圖如圖2所示。

圖2 裝卸線有效長示意圖Fig.2 Diagram of the effective length of loading and unloading line

2 軌道式起重機走行軌與裝卸線的匹配設(shè)置

為了方便裝卸作業(yè)，軌道式起重機走行軌應(yīng)與集裝箱裝卸線平行布置。根據(jù)設(shè)計規(guī)范，軌道式起重機大車停放位置距走行軌端部的走行安全距離D安，一般取值為2 m。記軌道式起重機寬度為B大車，車列端部箱位邊緣與車鉤外緣間的最小尺寸為B車鉤，車列端部集裝箱箱長為B箱。走行軌與裝卸線的匹配設(shè)置重點在于確定走行軌終端與裝卸線車擋的投影距離D1及走行軌始端與裝卸線圓直點的投影距離D2，走行軌與裝卸線投影示意圖如圖3所示。

圖3 走行軌與裝卸線投影示意圖Fig.3 Diagram of projection between the gantry cranes track and the loading and unloading line

2.1 投影距離D1和D2的計算

根據(jù)貨場實際走行軌與裝卸線位置關(guān)系，結(jié)合圖3中長度變量之間的關(guān)系，車列終端的集裝箱中心線與車擋的距離可以表示為D1+D安+B大車/2或Y1+B車鉤+B箱/2，兩者取值相等，則

集裝箱只能在列車上縱向裝車，因而無論裝卸場平面箱位與裝卸線呈橫向或縱向布置，均不會影響B(tài)箱值，通常集裝箱規(guī)格為20 ft箱和40 ft箱，對應(yīng)的B箱值分別為6.06 m和12.19 m。

通過分析比較得出，車列端部為40 ft箱時的D1值要大于20 ft箱時的情況，即20 ft箱的要求條件更嚴格(即同樣的運量下20 ft箱情況時需要更長的走行軌有效長)，因而B箱宜取值為6.06 m。

同理，車列始端的集裝箱中心線與圓直點的距離可以表示為D2+D安+B大車/ 2或Y2+B車鉤+B箱/ 2，兩者取值相等，則

通過上述分析，可以得到走行軌的兩端點距離車列端部箱位邊緣的投影距離為D安+B大車/ 2 -B箱/ 2。

2.2 起重機走行軌與裝卸線的平面布置方案

裝卸線和起重機走行軌長度相匹配，最大程度地利用場地，應(yīng)滿足：車列上第一個集裝箱中心與軌道式起重機吊具中心與裝卸線最外側(cè)箱位中心三者對齊[8]。走行軌與裝卸線匹配示意圖如圖4所示。

圖4 走行軌與裝卸線匹配示意圖Fig.4 Diagram of matching between the gantry cranes track and the loading and unloading line

裝卸線直線區(qū)段的范圍為圓直點里程K2至車擋里程K1，裝卸線有效長為(車擋位于大里程方向)K1-Y1與K2+Y2的數(shù)值差。裝卸線最大有效長為Lmax=K1-Y1-K2-Y2。集裝箱載運車輛的常用車型為C64K，X1K等，其長度分別為13.438 m，13.8 m，裝卸線設(shè)計有效長L0可以表示為

為保證不同換長的集裝箱車輛都可以完整的進入裝卸線有效長范圍內(nèi)，(K1-Y1-K2-Y2) / 14的數(shù)值取整數(shù)部分。

裝卸線設(shè)計有效長應(yīng)滿足：Lmax≥L0≥L1。根據(jù)起重機走行軌和裝卸線的平面匹配關(guān)系，可知裝卸線有效長起訖點里程即走行軌有效長起訖點里程，也是集裝箱平面箱位邊緣箱位起止范圍(車擋位于大里程方向，圓直點位于小里程方向)。結(jié)合實際案例，因預(yù)留的集裝箱貨場可以滿足目前裝卸量需求且有場地余量，在集裝箱起重機走行軌和裝卸線的匹配布置中，考慮到機車取送摘掛車輛作業(yè)時盡可能在直線上作業(yè)；同時，考慮到將來的運量增長裝卸線及走行軌有效長的延長等因素，則可以將集裝箱貨場裝卸線最大有效長的范圍兩端同時向內(nèi)收縮1/2 (Lmax-L0)，得到設(shè)計的裝卸線有效長范圍，進而確定起重機走行軌的起止里程。

計算得到集裝箱裝卸線有效長的起止里程為K2+Y2+ 1 / 2 (Lmax-L0)和K1-Y1- 1 / 2 (Lmax-L0)。軌道式起重機走行軌的起止里程為K2+Y2+ 1/2 (Lmax-L0) -(D安+B大車/ 2 -B箱/ 2)和K1-Y1- 1 / 2 (Lmax-L0) +(D安+B大車/ 2 -B箱/ 2)。起重機走行軌長度為L0+2D安+B大車-B箱。

3 案例分析

3.1 匹配方案設(shè)計

江西定南國盛鐵路實業(yè)有限公司鐵路專用線擴建工程從位于京九鐵路(北京西—九龍)的定南站貨物線引出，主要辦理集裝箱裝卸作業(yè)。預(yù)留的集裝箱裝卸場地西側(cè)為公司辦公樓，北側(cè)為?；费b卸線，東側(cè)及南側(cè)為定南車站防護柵欄。

集裝箱裝卸線的平面布置受到場地條件的限制，為充分利用集裝箱貨場的空間，集裝箱裝卸線和起重機走行軌采用與定南車站的股道平行設(shè)置，采用曲線設(shè)計與定南站站內(nèi)貨物線接軌。根據(jù)擴建場地的地形特點，專用線由曲線軌道和直線軌道組成。在設(shè)計中選用規(guī)格為50 t / 35 m箱型雙梁軌道式起重機，其起重機寬度B大車= 15.304 m，裝卸線設(shè)置為單股道。起重機走行軌與集裝箱裝卸線匹配示意圖如圖5所示。

3.2 匹配方案計算

新擴建專用線不辦理危險品裝卸作業(yè)，根據(jù)設(shè)計規(guī)范，不辦理危險貨物作業(yè)時盡頭式線路的末端不設(shè)擋車器，裝卸線有效長終點距車擋的最小距離Y1= 10 m。定南站對專用線取送作業(yè)使用東風(fēng)4B型內(nèi)燃機車，根據(jù)機車的尺寸數(shù)據(jù)，考慮最不利的工況條件由公式⑵求得裝卸線起點與圓直點的距離Y2=8.74 m。

圖5 起重機走行軌與集裝箱裝卸線匹配示意圖Fig.5 Diagram of matching between the gantry cranes track and the container loading and unloading line

設(shè)計中，將專用線與定南車站貨物線接軌處記為專用線里程起點(里程標為0，裝卸線終點為大里程方向)。根據(jù)定南車站的集裝箱到發(fā)量和定南國盛鐵路實業(yè)有限公司的經(jīng)營需求，由公式 ⑴ 可以求得該專用線集裝箱裝卸線所需要的有效長L1= 153.35 m。實際勘測集裝箱貨場，最大限度利用貨場空間(裝卸線與定南站到發(fā)線股道平行設(shè)置)得到裝卸線的車擋里程K1= 335.13 m、圓直點的里程K2= 143.98 m ，則有裝卸線最大有效長Lmax=K1-Y1-K2-Y2= 170.26 m。為保證不同換長的集裝箱車輛都可以完整的進入裝卸線有效長范圍內(nèi)，由公式 ⑹ 求得裝卸線有效長L0= 168 m。

為了使機車取送作業(yè)時盡可能在裝卸線的直線區(qū)段作業(yè)，同時考慮到將來的運量增長等因素，可以將裝卸線最大有效長的范圍兩端同時向內(nèi)收縮1 / 2 (Lmax-L0)，得到設(shè)計的裝卸線有效長范圍，進而確定起重機走行軌的起止里程。

經(jīng)計算得到，集裝箱裝卸線設(shè)計有效長的起點里程為K2+Y2+ 1 / 2 (Lmax-L0) = 157.13 m，終點里程為K1-Y1- 1 / 2 (Lmax-L0) = 322.87m，裝卸線設(shè)計有效長為165.74 m，起重機走行軌的起點里程為K2+Y2+1 / 2 (Lmax-L0) - (D安+B大車/ 2 -B箱/ 2) = 150.508 m，終點里程為K1-Y1- 1 / 2 (Lmax-L0) + (D安+B大車/ 2 -B箱/ 2) = 329.492 m，起重機走行軌設(shè)計長度為L0+2D安+B大車-B箱= 178.984 m?？梢?，該匹配方案能夠以最短的走行軌長度滿足集裝箱裝卸需求，充分利用場地且節(jié)省資金，驗證了匹配方案的有效性。

4 研究結(jié)論

在滿足運量需求的前提下，推導(dǎo)軌道式起重機走行軌與集裝箱裝卸線有效長平面匹配機制，對于節(jié)省工程投資、提高場地的利用率有重要意義。軌道式門式起重機走行軌與集裝箱裝卸線匹配研究為科學(xué)設(shè)置走行軌長度，實現(xiàn)軌道式門式起重機走行軌與集裝箱裝卸線平面合理匹配提供依據(jù)。結(jié)合案例分析及其他集裝箱貨場的設(shè)計經(jīng)驗可以得到以下結(jié)論。

（1）集裝箱裝卸線有效長受到集裝箱貨場內(nèi)車擋、圓直點的制約。根據(jù)實際作業(yè)，集裝箱車列上第一個集裝箱中心與軌道式起重機吊具中心及裝卸線最外側(cè)箱位中心三者對齊，計算得到走行軌與裝卸線匹配的方案。

（2）在設(shè)計中考慮到集裝箱車輛的長度大多接近14 m，裝卸線有效長宜取值為14 m的整數(shù)倍。測量貨場得到裝卸線最大有效長，計算得到設(shè)計有效長后對裝卸線有效長及起止點里程進行修正。既保證滿足運量需求，又合理設(shè)置線路長度避免投資浪費。

（3）在實際工程中根據(jù)集裝箱貨場的地形條件，可以采用多種裝卸機具協(xié)同作業(yè)；在長度不足但寬度滿足的情況下，可以設(shè)置橫跨多股道的軌道式起重機以提高裝卸效率。

（4）如果滿足運量需求而集裝箱貨場有較多的剩余空間時，在資金有限的情況下，可以選擇按需建設(shè)但要有一定的安全余量以應(yīng)對運量波動。如果當(dāng)前運量不大，但運量穩(wěn)步增長且資金允許時，則不應(yīng)局限在節(jié)省資金上，應(yīng)提前規(guī)劃裝卸線有效長，避免后期擴建帶來的經(jīng)營不便并節(jié)省擴建的費用。