鐵路雙塊式軌枕預制場建場設計技術研究

朱勇戰

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600)

1 概述

隨著我國高速鐵路的科學發展，無砟軌道結構廣泛應用于高速鐵路建設中，雙塊式軌枕作為無砟軌道結構主要類型之一，具有列車運行平穩性好，線路維修較少，耐久性和可靠度高，經濟社會效益明顯等優勢，在我國的高速鐵路建設中被大量采用。雙塊式軌枕采用現場預制的方法制作，其預制場建設投資大，機械化程度高，工藝流程先進，在鐵路大型臨時工程建設中尤為重要。結合國內多條高速鐵路雙塊式軌枕預制場建設實例，對預制場建場關鍵技術進行綜合論述。

2 雙塊式軌枕場規劃技術

在進行軌枕預制場規劃之前，應根據施工組織設計確定的總體工期安排和鋪枕計劃，結合氣候條件，擬定預制場的建設時間和預制軌枕的生產時間，確定軌枕預制場的生產任務、預制周期和生產速度等，在確定以上內容后方可進行軌枕預制場的規劃。

2.1 雙塊式軌枕預制場整體規劃

軌枕預制場整體規劃應貫徹堅持因地制宜、合理布局、節約用地的原則。

軌枕預制場的整體規劃應結合所在區域的工程經濟、技術、自然條件等進行編制，應滿足生產、運輸、防洪、安全、衛生、環境保護、節能和職工生活設施的需要，根據本單位工程實際、主要機械裝備擁有狀況、工程經驗等，充分吸收國內外的先進技術和經驗進行多方案的技術經濟比較后，選擇經濟可行、技術合理的最優方案。軌枕預制場整體規劃步驟可按預制場生產軌枕數量與速度確定：預制場選址→預制場主要裝備選型→預制場關鍵參數確定(制枕模具數量、軌枕存放區占地面積等)→預制場平面布置進行，在進行分步規劃時，這些步驟需互相交叉進行并及時調整內容，使軌枕預制場整體規劃經濟技術最優。

2.2 雙塊式軌枕預制場選址

雙塊式軌枕預制場選址應考慮以下主要因素。

(1)軌枕預制場的位置應從全線角度結合全線施工組織設計要求考慮設置，統籌安排。

(2)軌枕預制場建設工期一般不超過6個月，生產和鋪設工期宜為8～12個月，生產工期和鋪設工期大約相等，相差時間一般不超過2個月，雙塊式軌枕預制場最優供應半徑為70～140 km。

(3)雙塊式軌枕預制場應選在擬供應軌枕線路范圍的中點附近，宜選擇平坦開闊的地段。

(4)根據永臨結合的原則，軌枕預制場盡可能利用廢棄廠礦、構件預制場和鐵路永久用地區域，或將軌枕預制場設在當地規劃區中的永久建設用地上，不宜占用耕地面積；軌枕預制場宜選擇在地質狀況好、地基處理工程量小，并且拆遷和復墾量較少的區域。

(5)軌枕預制場位置宜交通物流資源方便，以利于大型設備和材料進場，盡量與現有交通運輸線路相連接。

(6)軌枕預制場選址應考慮防洪、排澇和防凌要求，以確保施工安全。

軌枕預制場的選址應結合制枕和鋪設工期相平衡，在經濟、技術上進行多種方案的比選，擇優選擇合理位置。

3 雙塊式軌枕生產工藝以及平面布置

3.1 雙塊式軌枕生產工藝

雙塊式軌枕生產一般選用先進的環形流水線生產工藝，其完整的工藝流程如圖1所示。

圖1 環形流水線生產工藝

通過特殊設計的可傾斜輥道，在縱向模具回送輥道上完成模具的清理、脫模劑的涂抹、鋼筋桁架以及套管安裝，由振動臺上的模具信號控制模具橫移小車，將準備完畢的模具經橫移小車運輸至振動臺；然后由混凝土布料機進行模具內混凝土澆筑、振搗，振搗完畢后，通過車間內天車系統，將模具吊放置蒸養小車上；借助頂推牽引系統，將載有模具的蒸養小車頂推到養護通道進行蒸汽養護；軌枕養護完成后，通過吊裝設備將模具從蒸養小車上轉移至六輥模具緩沖輥道，由橫向多功能運輸小車將模具運輸給脫模機，采用翻轉脫模機進行軌枕的脫模操作；從模具中脫離的軌枕由多功能小車運送至鏈條輸送機，構件安裝完畢后，在出口區通過碼垛門吊進行軌枕的吊裝碼垛，碼垛的軌枕經運輸叉車和門吊系統運送至存軌區進行存儲；多功能小車運輸完軌枕后返回過程中將卸下的空模具運送至模具回送輥道，進行下一循環準備。

3.2 雙塊式軌枕生產車間平面布置

軌枕生產車間主要由鋼筋加工生產線和軌枕環形生產線組成，鋼筋加工生產線宜選用廠家定制設備，采用自動流水線加工，生產線配備有冷軋帶肋鋼筋加工生產線設備、鋼筋桁架生產線設備、數控彎箍機等生產軌枕所需鋼筋。軌枕環形生產線按軌枕生產工藝要求(機組流水法)進行設備配置和平面布置，組成部分包括鋼模型、模型輸送輥道、混凝土灌注設備、振動臺、養護通道、鋼模運輸車、翻模機、軌枕傳送輥道、模型清理臺位、扣件安裝臺位、鏈式傳送機和天車。設計工藝流程采用環形運轉連續工作，流水生產線采用PLC自動控制。鋼筋加工生產線和軌枕環形生產線宜平行布置，環形生產線的回模輥輪設在鋼筋加工車間內，廠房縱向長度不宜超過120 m，廠房跨度宜為21 m或18 m，車間內預留縱向通道寬度不宜小于3 m。以日產1 440根軌枕為例，雙塊式軌枕生產車間平面布置如圖2、圖3所示。

圖2 雙塊式軌枕生產車間平面布置(單位：m)

圖3 軌枕環形生產線平面布置(單位：m)

4 資源配置

4.1 制枕模具數量

軌枕預制場制枕模具數量應滿足施工組織設計對制枕速度的要求，其與配套制枕裝備、工藝、周期及效率等諸多因素相關，在整體規劃中可按下式計算制枕模具數量

×k

式中：M為制枕模具數量，套；R為預制場設計供應半徑，km；tg為每月實際工作天數，一般25 d；T為生產工期，月；Lj為雙塊式軌枕間距，m；n為單塊模具制枕數量，主要采用4×1的模；k為備用系數，可取1.1～1.2；其中1 000為km與m的轉換，2×2為雙線雙向，n×2為單塊模具每天生產軌枕數量，雙塊式軌枕生產模具每天可周轉2次。

模具的數量決定了軌枕廠的生產能力，但是根據雙塊式軌枕環形流水線的生產特點，每個操作流程具有相應的控制時間，若以4 min作為軌枕環形流水線的生產節拍控制時間，采用4×1短模，模具每天周轉2次計算，單條生產線的日最大生產能力為1440根，因此模具的配置必須與生產能力進行綜合考慮。

4.2 軌枕存放區面積

預制場軌枕存放區面積應滿足施工組織設計對制枕速度、存枕數量和相關技術條件對軌枕存放的要求，軌枕的存放周期與軌枕的鋪設周期相對應，軌枕的存放周期一般按2～3個月考慮，由于其他不可預料因素產生超出場內存放能力時，可考慮利用沿線場地或者另辟其他場地臨時存放，在整體規劃中可按下式計算軌枕存放區面積

式中：As為軌枕存放區域占地面積，m2；Tc為存枕周期，月；N為預制場每日生產量，根；tg為每月實際工作天數；d為單組軌枕存放寬度，m，當為一組5塊時可取2；L為單組軌枕存放長度，m，無資料時可取3；W為軌枕疊放層數，采用門式起重機疊放不宜超過12，采用叉車疊放不宜超過8；Z為一組的數量，無資料時可取5；k為備用系數。

4.3 混凝土拌和站

雙塊式軌枕預制場混凝土拌和站機械配置的規格、型號和數量應滿足所生產軌枕混凝土的數量、質量和進度要求，攪拌機的配置應根據單位時間混凝土的最大需求量進行，以滿足單位時間最大生產量要求和混凝土生產總體進度為原則，生產符合雙塊式軌枕所要求的合格混凝土。根據功能和位置的不同，混凝土拌和站可分為混凝土拌和區、骨料存放區等，骨料存放區的占地面積宜滿足存放15 d雙塊式軌枕連續預制混凝土生產量要求。拌和站骨料需求量及堆場占地面積可按下式計算。

(1)骨料的需求量

Qc=tn×Q×G×(1+α)/ρ

式中：tn為骨料儲存周期，當采用公路運輸時可取15；Q為混凝土日生產量，m3；G為每m3混凝土所需骨料的質量，kg/m3；ρ為骨料密度，kg/m3；α為骨料的損耗系數，可取5%。

(2)骨料的堆場面積

Ag=Qc/(q×kc)

式中：Ag為堆場面積，m2；Qc為骨料的需求量m3；q為每平方米堆場面積骨料儲存定額，m3/m2，采用鏟車為堆料工具時，可取2.0～3.0；Kc為堆場面積利用系數，可取0.7。

4.4 生產設備和人員配置

從軌枕生產的整個工藝流程來看，軌枕生產的機械設備主要包含有混凝土生產設備、鋼筋自動生產設備、軌枕環形成套生產及養護設備、車間內起重及運輸設備、軌枕碼垛設備、場內存儲運輸設備以及相應的實驗檢測設備。軌枕生產采用自動化流水線作業模式，每個環節緊密相扣，因此廠內的機械及相關人員也必須進行合理化配置，保證生產的同時也不造成資源浪費。以日產1 440根和日產2 160根軌枕場為例，相應的機械和人員配置如表1所示。

表1中所給出的為單班生產的主要機械和人員配置，軌枕的生產為24 h不間斷方式，生產人員采取輪班制，除實驗員、檢測員、管理員和后勤外，其他生產人員均應按兩班進行配置。其施工人員的辦公、生活配套設施均根據總體人數進行 配置，其中辦公區按人均面積8～10 m2，職工宿舍人均面積不小于2.5 m2考慮。

5 典型雙塊式軌枕預制場平面布置

圖4為日產1 440根軌枕，存枕周期3個月的典型軌枕預制場平面布置圖。典型雙塊式軌枕預制場共包括軌枕預制生產區、成品軌枕存放區、保障系統、人員辦公區和生活區等，按照模塊化的設計理念對各功能

表1 雙塊式軌枕生產機械和人員配置

注：nz為變頻振動臺數量，nt為翻轉脫模機數量，nd為廠房天車數，nc為運輸叉車數，nm為存儲運輸門吊數。

圖4 典型軌枕預制場平面布置(單位：m)

區進行獨立設計，整體平面布置應以軌枕生產車間模塊為中心進行綜合布置。

該預制場占地3.87 hm2(58畝)，預制場場內通道凈寬6 m，最小轉彎半徑6 m。配備200套模具；配置實腹式鋼結構排架廠房1座，跨度18 m+18 m，建筑面積3 780 m2，廠房內配置鋼筋加工生產線和軌枕環線生產線各1套。配置HZS60混凝土拌和站1座，骨料堆放場面積為1 872 m2，可保證軌枕預制場連續15 d生產用料需求；配置1 260 kVA變壓器1臺，2.5 t鍋爐一套。按12個月生產工期計算，該軌枕預制場滿足雙向雙線半徑70 km線路軌枕需求。

6 結語

通過對國內多條高速鐵路雙塊式軌枕預制場的調研，結合雙塊式軌枕的生產工藝，對軌枕預制場建場規劃、總體平面布置和資源配置等進行了綜合研究，通過建場前的合理規劃，圍繞以軌枕生產車間為中心的總體平面布置方案，優化合理的資源配置方式能夠實現雙塊式軌枕預制場的標準化建設要求，節約投資，充分提高生產效率。本文的研究成果已納入到鐵路大臨工程標準設計中，隨著相關標準設計的發布，將有效地規范和指導我國鐵路工程雙塊式軌枕預制場的建設。

[1] 張立青.客運專線CRTSⅡ型無砟軌道板場建場技術研究[J].鐵道標準設計，2009(9)：5-8．

[2] 張立青.鐵路客運專線箱梁預制場主要土建結構物設計[J].鐵道建筑技術，2008(S2)：283-287．

[3] 張立青.鐵路主要大型臨時工程設計技術探析[J].鐵道建筑技術，2012(11)：23-27．

[4] 李聞.鐵路客運專線預制梁場提梁機軌道基礎設計綜述[J].鐵道工程學報，2007(S1)：248-250．

[5] 鐵道部工程管理中心，中鐵第五勘察設計院集團有限公司.客運專線鐵路預制軌道板(枕)場建設手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[6] 中鐵第五勘察設計院集團有限公司.通橋(2009)8301 鐵路箱梁預制場平面布置圖[S].北京：鐵道部經濟規劃研究院，2009．

[7] 王樹棟，王正壽.無砟軌道雙塊式軌枕環形生產線制枕關鍵技術研究[J].石家莊鐵道學院學報，2008(12)：44-46．

[8] 盧波.雙塊式軌枕預制場生產能力與軌枕預制成本分析[J].安徽建筑，2008(5)：174-176．

[9] 萬國平.客運專線雙塊式軌枕預制技術的研究[J].鐵道勘察，2008(2)：86-88．

[10] 劉勇.軌枕環行法生產制枕場總體設計與軌枕預制配套設備研究[J].鐵道建筑技術，2008(5)：14-17．

[11] 李敏霞，李義強，李申山.雙塊式無砟軌道生產線蒸汽養護系統設計[J].工業安全與環保，2010(4)：45-47．

[12] 郭福安.客運專線無砟軌道結構[J].鐵道標準設計，2006(4)：20-22．