鐵路無砟軌道板預制場模塊化整體規劃技術研究

李 聞

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600)

鐵路無砟軌道板預制場模塊化整體規劃技術研究

李 聞

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600)

無砟軌道板預制場是鐵路數量較多的大型臨時工程之一,其規劃設計標準化和規范化工作十分重要[13]。結合課題科研成果和規劃設計經驗,分別闡述CRTSⅠ、CRTSⅡ型無砟軌道板場功能區劃分、規劃原則、關鍵參數合理取值和規劃設計技術,重點敘述軌道板場模塊化規劃設計技術的研究,力求預制場降低建設成本、提高土地利用率和生產效率,為軌道板場規劃設計提供技術參考。

鐵路;無砟軌道板預制場;規劃設計;模塊化

1 概述[4]

無砟軌道板預制場按預制的無砟軌道板類型分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型軌道板場3種類型,由于CRTSⅠ型和CRTSⅢ型無砟軌道板施工工藝基本相同,在功能區劃分和規劃設計上也基本相同,主要對CRTSⅠ、CRTSⅡ型無砟軌道板場的規劃設計技術進行研究。

在無砟軌道板預制場規劃設計技術上,傳統上的規劃設計未將預制場作為系統工程,在規劃設計上沒有統一可執行的標準,未對預制場規模、生產能力、占地面積等關鍵參數和指標進行量化,未將預制場按生產流程進行詳細功能區劃分,未考慮各功能區設置與生產工效相匹配,經常會出現用地浪費、利用率不高的情況。從存在的上述種種問題顯示,鐵路無砟軌道板預制場規劃設計技術的研究工作顯得更具現實意義,也更為迫切。

2 規劃設計原則

2.1 功能區劃分原則

根據預制場生產工藝流程的不同,將預制場劃分為不同的功能區,這是預制場規劃設計的前提和模塊化規劃設計的基礎。

CRTSⅠ型板式無砟軌道混凝土軌道板預制場由鋼筋加工區、軌道板預制生產區、軌道板存放區、保障系統、辦公區和生活區組成[5]。

CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板預制場由軌道板預制生產區、軌道板打磨裝配區、軌道板存放區、保障系統、辦公區和生活區組成[6,7]。

2.2 規劃原則

預制場規劃應貫徹堅持因地制宜、合理布局、節約用地的原則。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、工程裝備擁有狀況、工程經驗等方面,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[8]。

2.3 關鍵參數取值原則

無論哪種類型無砟軌道板場,其預制場規劃設計包括制板周期、制板臺座(模型)數量等關鍵參數。

(1)制板周期

CRTSⅠ型板生產時間按18 h計算,考慮檢修、保養等因素,單塊軌道板占用制板臺座時間約為24 h,單個制板臺座單日生產軌道板按1片計算。每月按25個工作日考慮,則每個臺座1個月可生產25片軌道板。

CRTSⅡ型板采用長線臺座法生產,占用臺座時間約為24 h,每月可生產25片軌道板。

(2)制板臺座(模型)數量

制板臺座(模型)數量與軌道板預制場生產軌道數量和生產工期有關,計算公式如下[5]

式中 M——預制場制板臺座(模型)數量,套;

R——預制場設計供應線路半徑,km;

κ——備用系數;

tg——每月實際工作天數,d;

L——無砟軌道板單塊長度,m;

Ts——預制場生產工期,月;

2×2為雙線雙向;1 000為km與m的轉換系數。

3 模塊化規劃設計技術

預制場的規劃設計上以預制場功能區劃分和關鍵參數量化處理為基礎,首次采用模塊化設計技術,根據無砟軌道板生產流程劃分為不同的功能區,并對不同的功能區進行模塊化設計,在各模塊設計中對各區域尺寸進行量化處理,編寫具體的計算公式。在預制場實際布置中,首先根據軌道板生產數量和生產工期等參數,代入公式中確定各模塊圖,然后可根據實際場地條件,將各模塊圖進行組合,各模塊圖之間采用運輸通道進行銜接,保證物流順暢,避免卡阻現象,最終經局部調整后完成整個預制場的規劃設計。

3.1 CRTSⅠ型無砟軌道板預制場模塊化設計

CRTSⅠ型板預制場模塊化設計包括鋼筋加工區模塊圖、軌道板生產區平面布置模塊圖、軌道板存放區平面布置模塊圖、拌和站平面布置模塊圖、辦公區和生活區平面布置模塊圖。

(1)鋼筋加工區模塊圖

鋼筋加工區模塊圖由鋼筋骨架存放區、鋼筋骨架綁扎區、鋼筋加工及半成品存放區、鋼筋存放區以及運輸通道構成。

根據多個預制場的設計經驗,在滿足生產的前提下盡量節約占地,廠房跨度取22 m,天車跨度取20 m,生產車間各區域邊緣距天車走行中心線間距1 m,各區寬度為18 m。鋼筋骨架綁扎臺座1列布置3個,間距6 m,兩列間距為7 m,運輸通道寬度取6 m,各區域長度尺寸是考慮實際施工中各工序的工作效率、施工所需空間及多個預制場實際布置數據統計,以預制場生產效率(每天生產預制板數量n)為自變量,建立各區域尺寸與生產效率關系的量化公式。

鋼筋骨架存放區長度Lg:一列鋼筋骨架存放區寬度為6 m,一列可以布置5個存放臺位,每個臺位可以堆放6層,則Lg=(n÷6÷5)×6,考慮到實際布置一般都是整數尺寸,一般計算結果取整,因此模塊圖中鋼筋骨架存放區長度計算公式為

綁扎臺座列數ag:一個鋼筋骨架的綁扎時間一般為1.7 h,預制場每天采用2個班人進行綁扎作業,每個班工作8 h,相當于一個綁扎臺座每天實際工作16 h,一列可布置3個綁扎臺座,按每天生產n片軌道板,則所需綁扎臺列數為ag=n×1.7÷16÷3,實際布置時取整,綁扎臺座列數計算公式為[5]

圖1為鋼筋加工區平面布置模塊。

圖1 CRTSⅠ型無砟軌道板預制場鋼筋加工區平面布置模塊(單位:m)

(2)軌道板生產區模塊圖

軌道板生產在廠房內進行,由軌道板制板區、軌道板養護區、張拉封錨區、翻板、檢測區以及運輸通道構成。

水養池長度a:CRTSⅠ型板水養要求不小于3 d。1列布置2個水養池,單塊板寬為0.24 m[9,10],則水養池長度計算公式為

實際布置時要考慮現場實際條件分成幾個小水池。圖2為軌道板生產區平面布置模塊。

圖2 CRTSⅠ型無砟軌道板預制場軌道板生產區平面布置模塊(單位:m)

(3)軌道板存放區模塊圖

軌道板存放區面積與軌道板實際需要存儲數量有關,軌道板存儲數量Nc=n×T×tg,其中,T為存板周期,月;tg為每月實際生產天數。按采用汽車吊調運存板,需留有6 m寬的調運通道,通道之間的存板區域按僅能存儲2列板考慮,因此存板區域寬度為2×6=12 m (兩列板之間留1 m空間),單列兩塊板之間放置5 cm厚墊塊,單塊板存板厚度為0.24 m。存板區長度計算公式為

圖3為軌道板存放區平面布置模塊。

圖3 CRTSⅠ型無砟軌道板預制場軌道板存放區平面布置模塊(單位:m)

(4)拌和站模塊圖[4,11,12]

拌和站模塊圖中主要參數是料場的面積,料場面積與預制軌道板所需骨料量有關。軌道板混凝土配合比按1∶1.24∶2.41∶0.3計算,每m3混凝土用水泥340 kg,砂534 kg,碎石1 036 kg,砂密度為1 550 kg/m3,每m3混凝土用砂體積為0.344 m3,碎石約為砂的2倍。單片P4962軌道板混凝土用量為2.23 m3。料場骨料日需要量

Q=cq×G×(1+α)/ρ=2.23×n×534×

式中 cq——混凝土日生產量,m3;

G——每m3混凝土所需骨料的質量,kg/m3;

ρ——骨料密度,kg/m3;

α——骨料的損耗系數。

骨料儲存量

式中 tn——儲存周期,d。

骨料堆場面積

式中 q——每m2堆場面積骨料儲存定額,m3/m2;

κc——堆場面積利用系數。

實際布置時一般將骨料分成待檢區和已檢區2個區域存儲骨料,每個料場的寬度應與攪拌站寬度相協調,這樣場地利用效率最高,并考慮機械裝載效率長度不宜過長,料場長度取30 m。

料場寬度

圖4為拌和站平面布置模塊。

圖4 CRTSⅠ型無砟軌道板預制場拌和站平面布置模塊(單位:m)

(5)辦公區和生活區模塊圖

辦公區和生活區的布置是最靈活的,可以根據工種不同布置在相應區域附近,如果場地允許也可以集中布置在一起。圖5為辦公區和生活區平面布置模塊。

其中,工人宿舍按1間4人布置,雙層布置,1列為20間宿舍,可供80人居住,則工人宿舍列數κ=(i÷ 80)(向上舍入為最接近的整數),式中i為預制場所需工人數量。

圖5 CRTSⅠ型無砟軌道板預制場辦公區和生活區平面布置模塊(單位:m)

3.2 CRTSⅡ型無砟軌道板預制場模塊化設計

(1)軌道板預制區模塊圖

軌道板預制生產車間包括張拉臺座、預應力鋼筋存放區、軌道板臨時存放線等。預制區模塊圖中主要參數有制板臺座長度和臨時存板臺座個數。

假設制板臺座數量為nz個,預制場生產效率為n塊軌道板。單塊軌道板寬度一般為2.55 m,考慮模具厚度,單塊軌道板在制板臺座中寬度為2.6 m,臺座端部張拉設備預留空間5.1 m,則單個制板臺座長度

圖6為預制區平面布置模塊。

圖6 CRTSⅡ型無砟軌道板預制場預制區平面布置模塊(單位:m)

(2)毛坯板存板區模塊圖[13]

毛坯板需要靜停1個月(按30 d考慮),才能進行打磨,因此毛坯板存放臺位數量需滿足制板30 d存儲要求,毛坯板最多可疊放12層。毛坯板存放區一般采用40 m跨度龍門吊吊運軌道板,1列可以布置12個毛坯板臺座,則毛坯板存板臺座列數

nm=n÷4.8(向上舍入為最接近的整數)(11)

圖7為毛坯板存板區平面布置模塊。

(3)成品板存板區模塊圖[13]

成品板存放區軌道板吊運一般采用30 m跨度懸臂龍門吊,軌道板運輸通道布置在存板區外側,通道寬度不小于6 m,1列可布置10個成品板存放臺座,成品板最多可疊放9層,則成品板存板臺座列數

ac=n×T×t÷81(向上舍入為最接近的整數)(12)

圖8為成品板存板區平面布置模塊。

圖7 CRTSⅡ型無砟軌道板預制場毛坯板存板區平面布置模塊(單位:m)

圖8 CRTSⅡ型無砟軌道板預制場成品板存板區平面布置模塊(單位:m)

CRTSⅡ型軌道板預制場拌和站和辦公生活區模塊設計思路同CRTSⅠ型軌道板預制場,此處不再贅述。

3.3 工程實例

寧安鐵路某CRTSⅠ型無砟軌道板預制場,規劃最大制板能力為108塊/d,可存儲8 250塊軌道板,滿足3個月存板周期的要求。預制場按照模塊化設計思路,分為包括鋼筋加工區、軌道板生產區、軌道板存放區、拌和站和辦公區(生活區布置在預制場外)。各區域之間采用運輸通道進行連接,預制場占地面積約為6.467 hm2(97畝)(未含生活區面積)。預制場平面布置如圖9所示。

CRTSⅡ型無砟軌道板預制場工程實例可參考文獻[6]中相關工程實例。

4 結語

通過對CRTSⅠ、CRTSⅡ型軌道板預制場平面規劃設計方法的敘述,提出在標準化設計中應用模塊化的設計思想,旨在為標準化、規范化設計提供一個新思路。通過模塊化設計理念,使得參考圖的使用更加靈活、更能適用現場實際操作,同時也為項目先期投資預算提供一定的參考。采用本技術可實現優化工藝布局、經濟環保、提高土地利用率和預制場生產效率的建設目標。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設〔2009〕226號鐵路工程施工組織設計指南[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設〔2008〕189號鐵路大型臨時工程和過渡工程設計暫行規定[S].北京:中國鐵道出版社,2008.

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

[4] 中鐵第五勘察設計院集團有限公司.鐵路大型臨時工程設計應用與計算方法研究報告[R].北京:中鐵第五勘察設計院集團有限公司,2013.

[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] 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):5-6.

[7] 王浩.CRTSⅡ型軌道板預制場的規劃設計[J].鐵道標準設計, 2012(1):6-9.

[8] 張立青.鐵路客運專線箱粱預制場規劃方案設計研究[J].工程建設與設計,2009(2):90-94.

[9] 鐵道部科學技術司.科技基〔2008〕74號客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道混凝土軌道板暫行技術條件[S].北京:中國鐵道出版社,2008.

[10]中國鐵道科學研究院,中鐵第二勘察設計院集團有限公司,中鐵工程設計咨詢集團有限公司.通線(2008)2301 CRTSⅠ型板式無砟軌道時速300～350 km客運專線鐵路[S].北京:鐵道部經濟規劃研究院,2009.

[11]張立青.鐵路混凝土拌和站建場技術探析[J].國防交通工程與技術,2012(5):17-21.

[12]中鐵第五勘察設計院集團有限公司.鐵路混凝土拌和站建設技術研究報告[R].北京:中鐵第五勘察設計院集團有限公司,2011.

[13]鐵道部科學技術司.科技基〔2008〕173號客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板(有擋肩)暫行技術條件[S].北京:中國鐵道出版社,2008.

Study on Integrated Planning Technology with Modularization for Precast Yard of Railway Ballastless Track Slabs

LI Wen
(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Beijing 102600,China)

Precast yard of ballastless track slabs is one of the numerous large-scale temporary railway projects,and the standardization and normalization in its planning design is very important.Combining with the results of scientific research and planning design experience,this paper respectively discussed relevant issues of the precast yards of CRTS-Ⅰand CRTS-Ⅱballastless track slabs,including the division of functional areas,the planning principle,the reasonable values of key parameters,and the planning design technology.In addition,this paper emphatically expounded the study about the modularized planning design technology of the precast yard of track slabs,for the purposes of reducing the project cost of precast yard,improving the land utilization ratio and production efficiency,and providing technical reference for planning design of precast yard of track slabs.

railway;precast yard of ballastless track slabs;planning design;modularization

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.016

1004-2954(2014)08-0068-05

2013-11-17

中國鐵道建筑總公司科研基金(09-57C),鐵道工程建設標準編制基金(經規計財函〔2011〕17號-8)

李 聞(1979—),男,高級工程師,2004年畢業于中南大學橋梁工程專業,工學碩士,E-mail:liwencsru@126.com。