淺談高速鐵路雙塊式軌枕生產工藝技術

中國鐵路物資總公司 平頂山軌枕有限公司

摘要：隨著高速鐵路的不斷發展，普通軌枕已經不能滿足生產需求，質量、精度、尺寸無法確保運輸安全，經過探索和研發，雙塊式軌枕應運而生。雙塊式軌枕生產工藝簡單、科學、合理、經濟、實用，具有很高的推廣應用價值。該項軌枕技術成果為我國鐵路達到國際鐵路先進水平具有指導作用，為我國無碴軌道技術發展奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：高速鐵路；雙塊式軌枕；工藝技術

1 引言

高速鐵路一般是指運行速度達200公里/小時以上的鐵路，是由適合于高速運行的基礎設施、固定設備、移動設備，完善且科學的安全保障系統和運輸組織方法有機結合起來的龐大系統工程，是當代高新技術的綜合集成[1]。為了提高列車運行速度，使鐵路適應社會發展，從20世紀初至50年代，德、法、日等國都開展了大量的有關高速列車的理論研究和試驗工作。1998年3月，我國人大會在“十五”計劃綱要草案中提出建設高速鐵路。2008年8月1日，中國第一條具有完全自主知識產權、世界一流水平的高速鐵路——京津城際高鐵通車運營，京津城際鐵路的開通，拉開了中國高速鐵路建設和運營的序幕。2011年6月30日，京滬高鐵開通運行，2012年12月26日，京廣高鐵全線貫通。在它們的背后，是正在編織著的中國高速鐵路網和正在實現的中國經濟再一次跨越式發展。

2 高速鐵路的發展趨勢及作用

2.1高速鐵路的發展趨勢

鐵路的發展水平如何，直接影響到國家的工業化進程。我國鐵路與發達國家相比，存在較大的差距，我國每萬平方公里的國土上鐵路的覆蓋不到75公里，而德國等發達國家均超過了1000公里，是中國的13.33倍。我國發展高速鐵路的必要性：縮短差距是我國高速鐵路發展的要求，發展高速鐵路是我國路網現代化的必由之路，利用后發優勢實現高速鐵路跨越式發展。

2.2高速鐵路的作用

高速鐵路既體現了一個國家的經濟技術實力，又對經濟的發展有巨大的推動作用：一是有利于我國工業化和城鎮化的發展，發揮中心城市對周邊城市的輻射帶動作用；二是有利于推動區域和城鄉協調發展，帶動相關產業由經濟發達地區向欠發達地區轉移，增強農村的“造血”功能；三是有利于資源節約型和環境友好型社會建設，可以節省大量土地和能源，尤其是寶貴的石油資源，可以大量減少碳排放；四是有利于促進產業結構升級，高速鐵路不僅是高新技術的集成，而且產業鏈很長，能夠帶動相關產業結構優化升級；五是有利于釋放我國鐵路的貨運能力。高速鐵路網建成之后，我國鐵路繁忙干線可以實現客貨分線運輸，把既有線的能力騰出來，發展貨物運輸，極大地釋放既有線貨運能力，能夠為國民經濟平穩較快發展提供充足的貨運保障。

3 高速鐵路的軌枕應用

高速鐵路無砟軌道是指采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎取代散粒碎石道床的軌道結構。軌枕本身是混凝土澆灌而成，而路基也不用碎石，鋼軌、軌枕直接鋪在混凝土路基上。無砟軌道具有平順性好、穩定性好、使用壽命長、耐久性好、維修工作少、避免了飛濺道砟等優點。無砟軌道系統由鋼軌、墊板、扣件、雙塊式軌枕、道床板等部分組成。

雙塊式軌枕分為SK-I型和SK-II型，兩者主要是外形和施工工藝不同，I型雙塊式軌枕的施工工藝為：將軌枕利用工具軌組裝成軌排——精確調整到符合要求的平面線型位置并加固——澆筑混凝土；II型雙塊式軌枕的施工工藝為：將軌枕利用工具軌組裝成軌排或利用成套設備完成拼裝——澆筑混凝土——通過成套設備將軌枕壓入尚未凝固的混凝土內，并確保其平面線形位置符合要求。

4 雙塊式軌枕制作的工藝系統

4.1配件加工系統

配件加工系統包括桁架生產線（除磷機、減徑扎機、拉拔機、切筋機、點焊機）、焊網機、沖彎機等。按照設計圖紙要求，雙塊式軌枕要求使用桁架鋼筋、彎起鋼筋和鋼筋網片，其中桁架鋼筋一般為冷軋鋼筋，冷軋鋼筋由熱軋鋼筋加工而成，抗拉強度較高。熱軋鋼筋首先通過冷軋鋼筋生產線的除磷機，去除鋼筋表面的氧化皮；然后通過減徑扎機，對鋼筋進行適當減徑和軋制，在鋼筋表面形成肋紋。加工過程中，以鋼筋水平拉拔機作為牽引拉伸的動力，對鋼筋進行適當拉伸，提高鋼筋的抗拉強度[2]。雙塊式軌枕配件加工系統與普通軌枕的加工區別較大，由于配件的尺寸精度要求高，都使用機械自動化流水線作業。

4.2工藝控制系統

工藝控制系統是軌枕生產線的核心部分，具有高技術、高質量、高自動化、高穩定性、較復雜的特點，主要包括各種電氣控制設備，通過電腦設備、傳感設備和PLC編程控制器對整套生產線的自動化控制，保證實現流水線作業，提高生產效率。

4.3清模噴涂系統

軌枕脫模后，需要對模具內的混凝土殘渣、雜質、粘皮等進行清理，同時檢驗模具是否出現損壞、內部表面是否出現凹凸不平現象，套管安裝部位是否出現變形等，防止不合格的模具投入生產。檢驗完畢后，要使用自動噴涂設備噴灑脫模劑，方便軌枕與模具分離。在噴涂時不可漏噴和噴得太多，模具內部不得出現大量集留現象，否則用干抹布擦拭，進行吸收或者分散，避免影響產品質量。

4.4配件安裝系統

配件安裝的好壞直接影響產品的內在質量，因此應嚴格按照軌枕設計圖紙要求進行，不得出現任何差錯：鋼筋桁架及附屬配件的加工嚴禁采用損害材料質量的加工方法，對已彎曲過的鋼筋嚴禁再度復原使用；鋼筋必須平直，無局部彎曲；表面的油漬、漆污、水泥漿和敲擊能脫落的浮皮、鐵銹等必須清理干凈；加工制作完畢的鋼筋桁架各部分尺寸及公差應滿足軌枕設計圖紙的要求。

4.5攪拌供料系統

攪拌供料系統主要包括攪拌設備、骨料配送設備、骨料提升設備、水泥倉、螺旋輸送設備、電氣控制系統等，其中攪拌設備的型號選擇非常重要，原則上滿足一套模具生產所需的混凝土料或者為該模具生產用料的整數倍，有利于提高生產效率和產品質量。雙塊式軌枕生產要求使用高性能的混凝土，經過振動密實成型，養護后強度達到C60。因此對各種配料都有嚴格的要求，只有將骨料（分為細骨料和粗骨料）、水泥、粉煤灰（礦粉）、水、添加劑等經過計量后按照一定的配比放入攪拌機內進行攪拌一定時間后，滿足生產軌枕制作需求。

4.6下料振動系統

下料振動系統主要由振動臺、電動機、下料小車等組成，是所有生產環節中最為關鍵的工藝。混凝土灌注前，應確認鋼筋及預埋件的位置和間距。混凝土應具有良好的密實性，下料應均勻、連續；宜采用垂向、水平雙向振動，確保模型邊角及預埋件周邊的混凝土密實，并保證鋼筋及預埋件位置不變形。振動時，每節軌枕需要安排專門人員進行增減攪拌材料，防止數量不符合標準影響產品厚度。

4.7養護保濕系統

養護保濕系統主要包括蒸汽鍋爐、自動溫控系統、傳感器、養護池、噴水設備等組成。混凝土澆注后，如氣候炎熱、空氣干燥，不及時進行養護，混凝土中水分會蒸發過快，形成脫水現象，會使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，不能轉化為穩定的結晶，缺乏足夠的粘結力，從而會在混凝土表面出現片狀或粉狀脫落。此外，在混凝土尚未具備足夠的強度時，水分過早的蒸發還會產生較大的收縮變形，出現干縮裂紋。所以混凝土澆筑后初期階段的養護非常重要，混凝土終凝后應立即進行養護，干硬性混凝土應于澆筑完畢后立即進行養護。養護除了控制好溫度外，并注意噴水保濕，防止出現干裂，保證混凝土強度和質量。雙塊式軌枕可采用自然養護或蒸汽養護。采用自然養護時，應在混凝土灌注完成后立即進行，并覆蓋混凝土直接保溫膜。開始養護的環境溫度不應高于40℃，枕芯混凝土溫度與軌枕表面混凝土溫度之差不應大于20℃。采用蒸汽養護時，養護分為靜置、升溫、恒溫、降溫四個階段。混凝土灌注后在5～30℃的環境中靜置2h以上方可升溫。升溫/降溫速度不應大于15℃/h，且3h內混凝土的溫度應不大于30℃，4h內混凝土的溫度應不大于40℃[3]。

4.8翻轉脫模系統

翻轉脫模系統主要包括脫模機、脫模輥道、傳感器、電動機、減速機等組成，主要功能是承擔軌枕與模具分離的工作，將養護達到強度要求的軌枕從模具中脫出，將成品輸送至包裝位置，將脫完的模具送至模具返回系統。

脫模前和脫模后對混凝土的各項指標有一定要求：脫模時的混凝土強度應不小于40MPa；7d抗折強度，每組試件的平均值不低于6.4MPa，最小值不低于5.5MPa；28d抗壓強度，每組試件的平均值不低于64MPa，最小值不低于56MPa；脫模抗壓強度，每組試件的最小值不低于40MPa；抗滲性（56d）不小于P120；電通量（56d）不大于1500C。抗凍性應滿足D300的要求。脫模后的軌枕進行外形外觀檢查，如有蜂窩、露筋、粘皮、縫隙與夾渣層、裂紋、崩落等需要進行修補，無法修補的需要進行標識，作為廢品處理，不得投入使用。

4.9成品輥道系統

成品輥道系統用于脫模后成品的輸送，將脫模位置與碼垛位置分開，保證適當的長度，有利于生產的組織，加快生產節奏。只有等檢驗完后，產品合格才可以按照圖紙要求進行正確碼放。軌枕層與層之間應用100mm×100mm的墊木隔離，墊木長度和使用的專用吊具長度相同。墊木應放置在承軌區域內位于上排軌枕桁架鋼筋焊接點的下方，各層間的墊木上下對齊。在成品碼垛完后，軌枕入庫裝卸和儲運過程中，應采用吊車或叉車進行軌枕的裝卸作業。

4.10模具返回系統

模具返回系統是軌枕脫模以后的工序，保證模具進行下一次循環的關鍵，主要由縱向輥道和橫移裝置組成，其中縱向輥道長度與所使用的模具形狀有關，一般為6-18組之間，橫移裝置使模具從一組輥道過渡到另一組輥道，形成循環回路。模具返回后，進行清理和噴涂工作，預示著一次新工作的開始。

5 雙塊式軌枕的優勢和發展前景

5.1雙塊式軌枕的優勢

雙塊式軌枕適用于高速鐵路無碴軌道使用，其包括兩塊位于軌枕兩端、表面平整的混凝土塊，兩混凝土塊之間用鋼筋桁架連接，在混凝土塊表面設置有與其固定連接的絕緣片；具有高平順性、高耐久性、高可靠性特點，所以該結構能滿足我國鐵路提速的各方面技術要求；軌枕鋼筋部分外露，經二次澆灌后能與道床板混凝土有很強的粘結力，且使其軌道絕緣性能好，軌道結構能滿足高速鐵路采用鋼軌通信要求。

5.2 雙塊式軌枕的發展前景

隨著世界高速鐵路的不斷發展，高速列車的商業運行速度迅速提高，使得高速鐵路在世界范圍內呈現出蓬勃發展的強勁勢頭。高速鐵路國際會議發出了一個明確信息：作為主要的公共交通工具之一，高速鐵路將在21世紀獲得迅速發展。與世界許多國家相比，我國的高速鐵路發展有更廣闊的空間，國土東西跨度5400公里，南北相距5200公里，這就決定了中長距離客貨運量需求巨大，而鐵路是經濟又快捷的交通運輸方式，現在國家確定了“四橫四縱”和環經濟圈的高速鐵路發展戰略，并在2020年左右基本建成高速鐵路網，因此有很大的發展潛力和市場空間。

6 結束語

俗話說：“創新是企業發展永不停歇的動力”。SK-II型雙塊式軌枕生產工藝技術的成功研制及快速地推廣應用，解決了國家重點工程京滬、京石、石武等高速鐵路對高質量軌枕的需要，完全滿足我國高速鐵路的使用要求。同時攻克了軌枕生產中高精度的技術難題，為我國高速鐵路的發展做出了重要貢獻，為以后研制其他高速鐵路用混凝土軌枕積累了寶貴經驗。

參考文獻：

[1]張喜榮，王冬，劉愛霞，高照良.中國高速鐵路建設的現狀及其中長期發展研究[J]，2010.

[2]張振興主編.鐵路雙塊式軌枕制造技術[M].西安交通大學出版社，2008.9.

[3]預應力混凝土枕產品生產許可證實施細則[J].國家質量監督檢驗檢疫總局.2013.