鋼鐵企業車間內鐵路設計

張尚煒

鐵路運輸在鋼鐵企業的生產運營活動中一直發揮著難以替代的重要作用。自新中國鋼鐵工業發展至今，鐵路運輸仍然有著無法替代的生產優勢。隨著生產技術的不斷發展，皮帶運輸機、輸送輥道、汽車、軌道車輛等的運輸設備也趨向大型化、重型化、自動化、智能化、集成化。各種運輸方式在鋼鐵企業的各環節生產活動中的作用也發生了較大的變化，鐵路運輸在鐵水、冶金渣等特殊物料以及大宗物料的運輸地位仍無法撼動。車間內鐵路設計又是鋼鐵企業全廠鐵路運輸系統中的重要組成部分。

1 鋼鐵企業的鐵路運輸

1.1 鋼鐵企業鐵路運輸的重要性

鋼鐵聯合企業是原料加工企業，生產規模大，生產所需的原料、燃料數量龐大，品種繁多。一般情況下，工業企業原、燃料的運入，生產的成品運出以及在生產過程中各車間之間原、燃料和半成品的輸送，灰、渣的輸送，甚至在生產工藝各工序之間物料的移動，均離不開運輸。鋼鐵企業每噸鋼的廠內外運輸量約達20 t，其中廠外運輸量達6 t左右。據不完全統計，單是冶金企業的運輸量就占全國鐵路貨運量的20%左右。全國尚有許許多多的工業企業，國家鐵路貨物裝卸量70%發生于工業鐵路［1］。可見，工業鐵路運輸在整個國家綜合運輸網中所占的地位較高。鐵路運輸具有安全程度高、運輸速度快、運輸距離長、運輸能力強、運輸成本低等優點，并且具有污染小、潛能大、不受天氣條件影響的優勢，是公路、水運、航空、管道運輸所無法比擬的。

1.2 鋼鐵企業鐵路運輸的發展趨勢

雖然各大鋼鐵廠鐵路運輸情況不盡相同，但是隨著主體設備和工藝的現代化程度不斷提高，主業生產規模不斷擴大，冶金運輸技術與冶金技術共同發展，鋼鐵企業鐵路運輸演變的總趨勢為：運輸設備由小型向大型、專用或共用發展；駕駛配置由多人向單乘制發展；鐵路運輸向重載化方向發展；鐵路信號向微機聯鎖方向發展；調車通訊向無線化方向發展；運輸組織向信息化管理方向發展。

2 鋼鐵企業車間內鐵路分類

大中型鋼鐵企業車間內鐵路的布置在總平面布置中占有很重要的地位，往往車間內鐵路線的布置影響整個廠區的占地面積和用地形狀，決定全廠總平面布置方案。鋼鐵冶金企業車間內鐵路設計與車間生產工藝布置密不可分，結合鋼鐵企業生產、運輸特點，企業各車間內鐵路設計有所不同。

根據鐵路運輸服務主體不同，車間內鐵路分為主體生產單元車間內鐵路和輔助設施車間內鐵路。主體生產單元車間內鐵路主要承擔大宗原、燃料運輸，半成品、成品運輸以及特種物料（如鐵水、冶金渣等）運輸等。鋼鐵企業主體生產單元車間主要包括：原料場翻車機室、高爐出鐵場下、煉鋼鐵水接受跨、熱軋原料庫、冷軋原料庫、成品庫、鑄鐵車間等。輔助生產設施車間是主體生產設施配套的輔助性生產設施，如倉庫、解凍庫、修罐庫、機車車輛修理庫等采用鐵路運輸的輔助設施。

根據鐵路線路布置形式，分為盡頭式車間內鐵路和貫通式車間內鐵路。車間內鐵路采用盡頭式或是貫通式，主要依據生產工藝以及運輸組織需要進行布置。

圖1 車間內盡頭式和貫通式鐵路布置

根據車間內鐵路的道床型式，分為整體道床式鐵路和普通道砟式鐵路。兩種型式的選取主要取決于以下因素：1）車間內的環境及美觀度要求。車間內鐵路采用整體式道床結構，可以提高環境衛生、增強美觀度。2）車間內跨鐵路運輸通道要求。雖然兩種型式對人員的跨行便利沒有明顯差異，但是采用整體式道床結構可以滿足車間內車輛跨鐵路兩側的平面交叉運輸需求。3）車間內鐵路設施維護要求。整體道床一般采用鋼筋混凝土結構型式，地基處理較普通的道砟式鐵路設計要求更高，完成后的整體道床式鐵路維護工作量較小，使用壽命較普通道砟式鐵路長。4）車間內鐵路造價限制的要求。在地質條件相同的情況下，車間內鐵路采用鋼筋混凝土整體式道床結構，造價約是普通道砟式鐵路的2～3倍。5）車間內鐵路路床基礎地質條件要求。如車間內地質條件較差，且不適合樁基，則鐵路基礎按深挖換填方式進行預處理，采用普通道砟式結構鐵路加強日常的檢測、檢修和維護。

根據車間內同一作業區配套鐵路線的多少，分為單線布置和多線布置。兩種布置形式主要取決于生產工藝及運輸組織的要求。

根據鐵路系統自身的特點分為鐵路自備車間內鐵路和服務車間內鐵路。鐵路系統自備車間包括：機車中檢庫、機車整備庫、機車修理庫、車輛修理庫等。鐵路自備車間主要滿足機車車輛的修理、整備、檢修、停放等各種作業。一般采用整體道床式結構，服務車間內鐵路一般根據不同要求采用整體式道床結構或是道砟式結構。

3 鋼鐵企業車間內鐵路布置

3.1 運輸組織

車間內鐵路運輸組織與車間生產任務、物料特點、生產協作關系、車間生產工藝布置、運量等因素密切相關。

鐵路運輸組織需在滿足車間生產工藝要求下進行車間內鐵路設計。比如機車修理庫，車間內部鐵路的布置主要取決于修理庫承擔的生產任務、工藝布置、需要修理機車數量、生產輔助功能等，這些因素要求決定了車間內鐵路的股道數量、長度、線間距、鐵路結構型式等；同時，車間內部的鐵路布置又實現了主體生產要求，兩者相輔相成。如煉鋼鐵水跨，車間內部鐵路的長度、數量等取決于煉鋼生產工藝的要求，鐵路線長度既要滿足鐵水量運輸要求，也要符合煉鋼車間工藝布置的要求。鐵路股道數取決于鐵水調度的周期、鐵路運輸組織方式，車間內鐵路線間距要求又影響車間總平面布置，所以車間內鐵路的運輸組織需要結合主體生產工藝要求完成。

3.2 鐵路布置的設計原則

車間內鐵路布置除需要滿足生產工藝的要求外，其鐵路設計還應遵循以下主要原則：1）鐵路標準選取安全可靠、經濟合理、技術先進。2）合理選擇鐵路運輸組織方式，使其不但滿足車間內部工藝要求，還需滿足全廠鐵路運輸組織方式的要求。3）車間內鐵路設計與車間生產工藝相配合，力求做到相關車間連接方便、布置緊湊、運距短，尤其是特種物料、長大件的運輸，如鐵水運輸，原、燃料運輸等。4）合理考慮車間內鐵路裝卸的機械化、自動化裝備需求。5）避免人流、物流頻繁交叉，避免車流與生產工序的干擾。6）為遠期生產發展留有余地，使鐵路設計滿足后期生產工藝的發展需求。7）注意環境保護，減少污染，如機車修理庫的檢修地坑配套設置油水分離池。7）考慮其他專業的設計要求，其他設施與鐵路的相關因素，如水平凈距、凈空、路基處理要求與車間廠房柱基礎的關系。

3.3 設計步驟

根據車間生產工藝要求，以及全廠鐵路運輸組織方式，按照以下步驟完成車間內鐵路設計。

第一步，根據車間內生產工藝確定的車間總平面布置，確定車間內裝卸區與全廠鐵路運輸的物流方向，制定鐵路線進入車間裝卸區的基本運輸組織方式。

第二步，根據生產車間的工藝總圖布置、車間鐵路運輸量，確定車間內鐵路線的長度、股道數。線路的長度既要滿足裝卸的作業要求，也要滿足鐵路線的布置要求。盡頭式車間內部鐵路車擋前應有10 m的附加長度；在困難條件下附加長度可小于10 m，但應采取安全措施。車擋后部的安全距離在車間外≮15 m，在車間內≮6 m，在安全距離內嚴禁修建建筑物、構筑物和安裝設備［2］。

第三步，完成車間內鐵路線路設計方案后，根據整體式道床結構和普通道砟式結構兩種方式的特點，按照項目的具體要求確定道床結構型式。

第四步，確定車間內鐵路軌道結構的鋼軌連接方式，采用普通道砟式結構鐵路的鋼軌連接方式與室外相同，采用整體式道床結構的連接方式工程應用方式比較多樣。其中包括以下3類。

第1類，混凝土枕預埋在鋼筋混凝土整體式道床結構內，這種方式對枕木的施工安裝要求標準較高，見圖1 a。

第2類，在鋼筋混凝土整體道床結構上預留螺栓孔，施工中的方孔或圓孔均只能上下同徑，后期固定螺栓的抗拔性較差。通過其他措施可以減少這種方式的不足，比如更換性能更好的錨固劑或增設二次澆筑層的方式來增強軌距擋板的固定和螺栓的抗拔性，見圖1b。

第3類，在鋼筋混凝土中預埋鋼墊板，鋼軌通過在墊板上焊接扣件來固定。該種方式減少了預埋混凝土枕方式的施工難度，方式更加靈活，施工精度基本同一般的鋼筋砼施工要求，是目前整體道床施工簡便、鋼軌安裝方便、精度控制較高的方法。該方式配合目前的Ⅲ型彈條扣件更能發揮方案的優越性，見圖1 c。

圖2 整體式道床結構的鋼軌連接方式

3.4 設計注意事項

1）車間大門尺寸需要根據鐵路限界標準向建筑專業提出要求。直線段進入車間時應滿足建構筑物水平接近限界要求以及凈空要求；曲線段進車間時，大門寬度需要按照直線段最小要求加寬，大門加寬按照下列公式計算[2]。

曲線內側加寬應按下式計算：

曲線外側加寬應按下式計算：

曲線內外側加寬應按下式計算：

式中：R為曲線半徑，m；H為計算點自軌面算起的高度，mm；h為外軌超高，mm。

2）車間內鐵路線的有效長度計算，除考慮計算到車擋前10 m附加距離的規范要求外，還應考慮車間內吊車的走行極限以及吊車抓鉤的作業范圍。

3）需要與車間工藝專業共同確定車間內鐵路線周圍的生產活動與鐵路線的距離是否存在安全隱患，以及提出必要的防護措施。

4）根據需要，考慮是否在車間內設置鐵路車輛啟停聲光報警裝置，以提高車間內鐵路運輸和生產活動中設備和人員的安全。

5）采用普通道砟結構的車間內部鐵路，根據通行要求、美觀度等選擇是否面層需要加鋪“預制塊面層+砂質填充層”的結構層。

6）有鐵路進入車間的室內外高差宜為0.5 m[2]，該規定是考慮有鐵路引入的建筑物一般有道路引入，將室內外高差定為0.5 m即可滿足車間引道縱坡要求，且利于室外鐵路路基排水。

3.5 車間內鐵路布置的調整

車間內鐵路線的調整主要為施工中糾偏的調整，以及車間生產設施配套改造的鐵路線調整兩種情況。兩種調整基本采用相同的設計依據。

在車間內鐵路調整的設計中，主要考慮線路的數量、長度、定位、軌面標高、軌道鋪面等內容，鐵路的軌道結構設計一般不作為鐵路調整的主要內容。在車間內鐵路布置的調整中主要考慮以下幾點因素。1）鐵路股道數的增加或有效長度的增加均要結合工藝總平面布置統一考慮，須同時滿足鐵路裝卸區的安全防護要求。2）車間內鐵路線的數量和定位調整設計，除滿足車間工藝布置外，與室外鐵路的連接方式對現有運輸組織的影響也是決定調整方案是否可行的關鍵因素。3）車間內軌面標高的調整直接影響車間內地坪高度以及車間內跨鐵路平交通道。4）車間內鐵路改造時，由于運輸通道、衛生環保、美觀度等要求，需要在明道砟鐵路頂面鋪設“預制塊面層+砂石墊層”結構層或進行整體道床式結構改造。

4 結語

鐵路與車間的無縫對接可以減少倒運次數，降低企業生產成本，增加鐵路運輸效率，增強企業運營效益。車間內鐵路的合理設計不僅可以保障生產、加強生產安全、增強運輸可靠度，還可以有效的發揮鐵路運輸在降低企業生產經營成本中的作用。

參考文獻：

［1］雷明.工業企業總平面設計［M］.西安：西安陜西科學技術出版社，1998．

［2］中國冶金建設協會.GB 50603—2010鋼鐵企業總圖運輸設計規范［S］．北京：中國計劃出版社，2011．