肯尼亞蒙內鐵路EMALI制枕場總體規劃設計研究

周明生,陳紅麗

(1.中交二公局鐵路工程有限公司,西安 710065； 2.中國路橋工程有限責任公司,北京 100011)

肯尼亞蒙內鐵路EMALI制枕場總體規劃設計研究

周明生1,陳紅麗2

(1.中交二公局鐵路工程有限公司,西安 710065； 2.中國路橋工程有限責任公司,北京 100011)

基于肯尼亞新建蒙巴薩至內羅畢標軌鐵路Emali制枕場生產項目,探討建設科學合理、物流順暢、經濟高效的現代化軌枕預制工廠。從制枕場生產參數確定、生產工藝選擇、工藝方案布置、流水節拍設計以及設備配置等方面進行詳細研究,優化工藝流程和設備配置方案。為了軌枕生產中各工序銜接順暢,生產廠房按照車間跨度的劃分進行工藝布置和流水節拍控制,避免各臺位之間相互干擾,有效提升軌枕生產效率。實現軌枕廠建設規?；?、標準化、規范化的目標,也為海外標軌鐵路項目的制枕場規劃設計提供參考。

蒙內鐵路；制枕場；規劃設計；工藝布置；機組流水法

1 概述

肯尼亞蒙內鐵路正線全長471.65 km，站線136.258 km，港區聯絡線7.25 km；全線采用中國國鐵Ⅰ級標準設計，1 435 mm標準軌距，Emali制枕場承擔了DK254+000至DK468+638.41共214.638 km范圍內48萬根預應力混凝土軌枕的預制施工任務?；炷淋壵眍A制場在總體規劃設計階段需要將枕廠生產參數確定、生產工藝選擇、流水節拍設計、設備配置及其他輔助設施設計統籌考慮，使得軌枕預制的信息集成能力突出、技術含量高和重復性較強，從而達到現代化預制工廠規模生產的要求。

為了合理配置生產資源，最大化減少投資成本、最大程度實現軌枕生產標準化，針對肯尼亞新建蒙巴薩至內羅畢標軌鐵路Emali制枕場生產項目，探討如何將軌枕預制規模化、標準化、程序化引入制枕場總體規劃設計研究當中，努力建設軌枕精品工程，服務海外鐵路運輸安全。

2 混凝土軌枕生產參數確定

制枕工程根據軌枕種類和生產任務確定控制性關鍵參數，軌枕生產的控制性關鍵參數包括生產效率、制枕周期、存枕時間、碼放方式等，其中存枕時間和碼放方式等可根據技術和經濟因素統計得出。需要注意的是，對生產效率有著直接性影響的還有當地的氣候條件，肯尼亞位于非洲東部，赤道橫貫中部，主要為熱帶草原氣候和熱帶季風氣候，沿海地區天氣濕熱，高原氣候比較溫和。蒙內鐵路沿線年均氣溫為18～30 ℃，平均最高氣溫24～36 ℃，平均最低氣溫12～24 ℃；年平均降水量300～1 400 mm，年均蒸發量為1 450～2 400 mm。

2.1 軌枕生產工藝確定

混凝土軌枕生產過程一般采用兩種方法，即長線臺座法和機組流水法。采用長線臺座法幾何形狀容易布置和控制，構造簡單，施工生產過程較易控制，脫模后，不必立即把軌枕轉運至存放區，同時偏差不會累積，對于已制軌枕形成的偏差可以通過下一個塊件及時調整，而且還可以多點同時匹配預制，加快施工進度[1]。機組流水法生產工藝一般采用多聯軌枕模具，利用布料機填料、振動臺振搗、帶模靜置養護、蒸汽養護增強，軌枕強度達標時，脫模后堆垛。空模經回模輸送線返回，布料機進行下一次布料。在回模輸送線上設置清理、噴脫模劑、張拉、鋼筋、箍筋等工位，實現環線流水生產。機組流水法生產工藝適用于各種預應力混凝土軌枕的生產，機械化、自動化程度高，生產效率高[2，3]。

機組流水法和長線臺座法兩種生產工藝各有優缺點，相對而言，長線臺座法具有占地面積大、整體基礎要求較高、綜合投入較大等不利因素，結合移動式軌枕預制設備的特點，綜合考慮肯尼亞蒙內鐵路EMALI制枕廠實際情況，擬采用機組流水法生產工藝。

2.2 制枕廠生產參數確定

蒙內鐵路全標段軌枕預制工程約為48萬根，考慮到實施性施工組織設計的安排，混凝土軌枕預制工期約為15個月，由于海外鐵路施工建設的特殊性，不能完全套用國內生產班次選擇，即可考慮按照最大兩班制生產；工作時間按照國際通用時間8 h/d或7.5 h/d；模具類型設置為1×5、2×3、2×5等3種類型；養護窯的規格設置為6×16、6×20、8×18等3種類型；根據蒙內鐵路沿線氣候條件及當地實際情況，年生產天數可取240、260 d及280 d。據此預應力混凝土軌枕產能計算見表1。

(1)混凝土軌枕年產量計算

標段內軌枕預制總數量約為48萬根，生產工期約為15個月，可知，制枕場年生產軌枕數量為48/1.25=38.4萬根，考慮蒙內沿線氣候影響，年需軌枕生產量應增加1%，即38.4×(1+1%)=38.78萬根。

(2)模具類型及數量確定

由于國內大量應用的軌枕模型是2×5或2×4聯組合模具，尺寸分別為13 600 mm×860 mm×340 mm、11 500 mm×860 mm×340 mm，這種長尺寸軌枕模具可有效減少預應力鋼筋的工藝損耗，大大提高勞動生產率。其他小尺寸的軌枕模具，雖然施工靈活方便，構造形式不必采用大截面槽鋼的組合結構，有效控制了軌枕模具的垂直變形，但所需數量較多，同樣增加了模具自重和耗鋼量，增大了軌枕生產線和機械設備的負荷，綜合考慮，選擇2×5模具類型比較適宜蒙內鐵路軌枕生產。

混凝土軌枕生產以24 h為一循環，生產模具的數量直接影響軌枕的生產效率，混凝土軌枕標準長度為2.5 m，每月按照工作日22 d計算，軌枕模具數量確定公式為

式中M——模具數量；

S——軌枕供應里程；

n——單線n=1，雙線n=2；

T——生產工期，月。

(3)蒸汽養護窯尺寸確定

蒸汽養護窯是制枕場軌枕生產中采用較多的一種養護設施，養護窯應具備較好的保溫、防潮和防漏汽的特點，結構強度應能抵抗起吊軌枕模具對養護窯坑壁的碰撞作用力?；炷淋壵砩a一般采用深度較大的半地下式養護窯結構，模具吊裝及池蓋開合使用配置自動吊架的橋式天車，養護窯斷面尺寸根據軌枕模具尺寸及其碼放方式確定[4]，每個養護窯可設計堆放2排模具，每排設計9層模具，養護窯凈空長15.6 m、寬2.5 m、高4.2 m，養護窯在地面以上的高度為1.2 m，深入地下的深度為3 m，養護窯沿縱向方向側壁上安設豎向軌道，以防止橋式天車起吊軌枕模具時，碰撞養護窯內壁混凝土和蒸汽管道，同時還能對起吊模具的自動吊架有導向作用。

(4)軌枕碼放區空間確定

軌枕吊移至濕養區需進行灑水養護10 d，需要預留足夠的碼放空間，軌枕碼放時，在每層軌枕的承軌槽外側填墊木條，兩端外露不得超過50 mm。木條放置位置在承軌槽外底角處。Ⅱ型軌枕用墊木條尺寸為50 mm×50 mm×1 200 mm，岔枕用墊木條尺寸為55 mm×55 mm×650 mm。不同枕型的木條不可混用。碼放時，每垛最高不得超過7層，每層4根軌枕間要擠緊，上下層要對齊，整垛軌枕兩端對齊，偏移不超過20 mm。軌枕在存放期間，工程部要對軌枕實時監控，以確保軌枕在存放期間不產生因存放引起的缺陷[5，6]。

肯尼亞蒙內鐵路制枕場總體規劃應考慮海外鐵路施工建設的特殊性，生產班次選擇可考慮按照1.5班制設計生產能力，工作時間按照國際通用時間8 h/d，模具類型根據實際情況選擇2×5聯軌枕模具，養護窯的規格設置為8×18，即按照8臺2×9型式的養護池尺寸設計生產能力，根據蒙內鐵路沿線氣候條件及當地實際情況，年生產天數保守選取260 d，因此年軌枕生產能力設定值宜選取39萬根/年。

3 機組流水法軌枕生產工藝布置及流水節拍

3.1 軌枕生產工藝布置

混凝土軌枕生產車間的工藝布置，基本的設計原則是按照車間跨度劃分和布置。為了避免車間內部吊裝作業的相互干擾，通常情況下采用1個跨間設置1條流水線[7]，軌枕生產車間暫定長度120 m、跨度24 m的單層工業廠房，混凝土軌枕生產車間的工藝布置按照流水生產的原則，根據布料、振搗、張拉、鋼筋、箍筋、清理等工序，在各輸送線設置相應工位，使得各工序銜接順暢，既能滿足產能需要，又能有效提升自動化程度。

高強螺旋肋鋼絲通過鋼筋定長下料機切斷后，安裝分絲隔板并定位，將擋板分布在軌枕合適的間隔位置并放入模具，在橫移張拉臺位上完成初張拉，然后安裝橡膠隔板、箍筋、螺旋筋，通過模具橫移小車進行橫移操作，到達灌注工藝臺位，通過縱向升降輥道傳送到初振工藝臺位，進行普通振動及壓花振動，拆卸橡膠隔板并清理后，用橋式吊車吊入蒸汽養護窯進行蒸養，待軌枕混凝土的放張強度達到45MPa后，放張預應力，切斷兩端的突出鋼絲，用翻轉脫模機將軌枕從模具中脫出，送至成品輸送工藝臺位，與此同時，進行模具清理、噴涂以及檢查工藝操作，進入到下一次的流水循環作業[8，9]。軌枕生產車間工藝布置方案見圖1。

圖1 軌枕生產車間工藝布置方案(單位：mm)

軌枕生產流水線是一個完整的閉環操作系統，各環節銜接要順暢，規劃布局合理利用空間，軌枕生產車間工藝布置3種方案中，方案1將清理模具、噴涂和檢查工藝臺位設定為一個獨立的空間，與其他工位銜接不暢，而初振、壓花、清邊及拆除配件工藝臺位設定為橫向布置，根據生產線的走向分布，并不適宜長條型車間的軌枕生產，因此方案1可以排除；方案2雖然將清理模具、噴涂和檢查工藝臺位無縫銜接到其他工序中間，但是設定為橫向布置不利于軌枕模具循環使用，增加了操作難度，降低了施工效率；方案3規避了前兩個方案的不利因素，將初振、壓花、清邊及拆除配件工藝臺位設定為縱向布置，同時清理模具、噴涂和檢查工藝臺位與其他工位銜接順暢，全部工位按照生產線的走向進行了合理的分布，因此，軌枕生產車間工藝布置方案3為最優方案。

3.2 機組流水法工藝流水節拍

通過對軌枕生產流水線上各個作業工序的時間節點控制以及持續時間的控制，使得軌枕模具在環線流水生產過程中能夠均衡、有節奏的循環利用，從而有效提高軌枕成品的產出效率，這通常稱為“流水節拍的控制”[10，11]。流水節拍時間是通過軌枕生產工藝流程中的各個生產工序的操作時間及輔助生產時間平衡而得出。流水節拍的控制從根本上就是將產品生產工藝流程進行科學編制和合理分解，為每個作業工序規定相同的節拍時間，從而達到均衡環線作業的目的。

為了增加生產能力，縮短流水節拍時間，需要在盡可能滿足實際施工條件下，采取簡單有效的生產工序，增加關鍵作業工序的臺位數，改進生產工藝和生產設備以提高生產效率。按照前文確定的軌枕年產量39萬根的目標，理想的流水節拍時間應控制在5 min以內，因此，需要精確掌握流水機組法傳送工藝的規律，采取合理的措施分解復雜工序，提高軌枕模具在環線流水上的通過能力，為此，擬將規劃中的Emali制枕場采取如下措施：

(1)模具由橋式吊車吊運至車間的各工位，實行輥道傳送，經過設備改進，將輥道速度從30 m/min提高到60 m/min；

(2)張拉工序采用大型油泵站，進一步提高張拉作業的工效；

(3)從原材料供貨工序入手，改進預應力鋼絲的材料性能，使得鋼絲編組作業加快；

(4)將振動成型工序分解為普通振動和加壓振動兩個工序，提高軌枕模具的通過能力；

(5)橋式吊車采用自動吊架設備，縮短模具出入養護窯的時間，降低勞動強度。

軌枕按照機組流水法進行軌枕生產時，每個工序的作業時間是控制軌枕生產效率的重要指標，在一些關鍵工序上采用了以上改進措施，使得機組流水法各工序實際使用時間控制在合理范圍，如圖2所示。Emali制枕場擬采用2×5聯組合模具，其生產線完全能夠滿足年產量39萬根的要求。

圖2 機組流水法主要工序時間節拍控制

4 制枕場配套設施及生產設備配置

混凝土軌枕制造采用工廠化生產，精度要求較高，制造工藝復雜，制枕場配套設施及生產設備配置種類較多。在整個制枕場的建設過程中，配套設施及生產設備購置費用占了將近整個建場費用的65%左右，設備配置是否合理，直接影響到軌枕的生產效率及投資成本[12]。因此，根據枕場的規劃布局進行配套設施及生產設備的合理配置成為制枕場建設的重要環節。

4.1 制枕場配套設施

軌枕生產車間擬采用鋼結構廠房，長度設計值120 m，跨度24 m，廠房內設置2臺10 t橋式吊車，起升高度不小于7 m。廠房內設置養護窯，養護窯根據生產工藝及產量具體設計，初定尺寸為12.5 m×4.2 m×3.75 m，配置蒸汽鍋爐，鍋爐蒸汽供氣量不小于2 t/h。廠房地面硬化采用C20混凝土，生產線振動臺區及脫模區基礎特殊處理。

對于采用2×5聯軌枕模具生產，年生產規模在39萬根混凝土軌枕的混凝土攪拌站，配套采用生產能力為9～14 m3/h的混凝土攪拌站，采用行星式攪拌主機可確保拌制混凝土的質量，攪拌主機內設置溫度和稠度傳感器。由于肯尼亞當地天氣氣溫較高，考慮添加生產降溫攪拌水的設施。根據原材料供應情況需配置相應能力的骨料庫，同時根據骨料具體情況配置洗石機等設施。攪拌站供料方式可根據實際情況采用皮帶機輸送或高架小車的方式。無論采取哪一種方式，均需考慮皮帶機輸送或高架小車的清洗問題[13]。

4.2 鋼筋加工設備配置

鋼筋加工區主要承擔鋼筋的定長切斷、鋼絲穿束、鋼絲鐓頭、鋼絲編組入模及預應力筋檢驗驗收等功能，毗鄰混凝土澆筑區而設置。相對制枕場其他功能區來說，鋼筋加工區配套設備相對較少，購置成本較低。設備配置如表2所示。

表2 枕場鋼筋加工設備

4.3 混凝土制備運輸設備

混凝土制備運輸設備主要包括混凝土攪拌站、洗石機及砂石料清洗輸送設備，均為工程常用設備，混凝土運輸車以及混凝土料斗是非標設備。混凝土攪拌站的生產能力可根據軌枕生產線數量及軌枕模具數量確定[14]?；炷林苽溥\輸設備配置見表3。

表3 混凝土制備設備

4.4 軌枕生產專用設備配置

機組流水法軌枕生產區是整個混凝土軌枕預制的核心區域，該區域所需的專用設備及工裝類型較多，包括布料機、振動臺、壓花裝置、翻轉機、預應力張拉設備及其他起重運輸設備，該系列專用設備屬于非標機械，因此，在枕場規劃設計階段，施工單位需同設備設計人員、業主、當地相關代表進行充分溝通，相互了解各自意圖，為混凝土軌枕生產線的高效運作打下良好基礎。枕場軌枕生產線專用設備配置見表4。需要注意的是，混凝土振動臺為機械激振式，是由5個振動單元組成的長尺寸組合式振動臺，其方案如圖3所示。

表4 枕場軌枕生產線專用設備

續表4

圖3 混凝土振動臺布置

預應力混凝土軌枕生產設備配置的區別不大，但由于各個制枕場的規劃布局和物流組織各不相同，其設備配置均有所差別，特別是與規劃布局及物流組織有關的模具倒運設備、軌枕張拉設備以及一些輔助設備的配置方面，這些設備的配置需要與具體的枕場規劃布局結合，在滿足生產條件的情況下，通過合理規劃以減少設備的綜合投資成本[15]。

5 結語

現代化軌枕預制工廠的規劃設計，需要合理配置各種生產資源，同時結合非洲標軌鐵路項目所在地的實際情況，對規劃設計階段的生產參數確定、生產工藝選擇、流水節拍設計、設備配置及其他輔助設施進行深入分析，總結相關項目的軌枕生產經驗，優化工藝流程和設備配置方案，使得制枕場的規劃建設達到科學合理、物流順暢、經濟高效的目標，為今后海外標軌鐵路項目的制枕場規劃設計提供參考。

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Research on General Planning and Design of Kenya Mombasa Nairobi Railway EMALI Sleeper Factory

ZHOU Ming-sheng1, CHEN Hong-li2

(1. CCCC-SHEC Railway Engineering Co., Ltd., Xi’an 710065, China; 2. China Road & Bridge Engineering Co., Ltd., Beijing 100011, China)

The general planning and design of Emali concrete sleeper factory according to the need of Kenya new Mombasa Nairobi standard rail is expected to be a scientific and modern sleeper factory with smooth logistics and economic efficiency. This paper conducts a detailed study in terms of production parameters, production process selection, process layout, production running time and equipment allocation, and optimizes process flow and equipment configuration. Production workshop is arranged according to the division of the workshop span, the process layout and production flow control for smooth connection of each process in production to avoid interference between each process and improve effectively production efficiency. The goal to build large scale, standardized and normalized sleeper factory is fulfilled and references are provided for the planning and layout of similar overseas sleeper factory projects.

Mombasa-Nairobi railway; Sleeper factory; Planning and design; Process layout; Machine-stand flow method

1004-2954(2018)01-0028-06

2017-03-26；

2017-04-06

中國路橋建設股份有限公司科技研發項目(2010-ZJKJ-11)

周明生(1979—)，男，高級工程師，2000年畢業于石家莊鐵道學院交通土建專業，工學學士，E-mail:396257590@qq.com。

U213.3

A

10.13238/j.issn.1004-2954.201703260001