高速鐵路特級道砟存砟場內水洗工藝研究

何 北

（中鐵十七局集團有限公司 山西太原 030000）

1 存砟場位置選定及場地規劃

1.1 概述

在選擇存砟場前應對當前工程情況進行統籌分析，根據工期要求、需要滿足的功能等確定存砟場數量、大小、位置、周邊設施。

1.2 存砟場位置選定原則

（1）盡量沿鐵路線路平均布置，確保道砟運送距離最近。

（2）為給老K車裝砟時不影響正線行車，裝車線宜利用車站站線或鋪軌基地臨時線路［1］。

（3）盡可能利用既有硬化場地或鐵路紅線內場地，節省場地處理費用、征地及復墾費用。

（4）周邊主干道具備大車通行條件。

（5）盡量遠離村落、工廠等區域。

1.3 存砟場規劃

1.3.1 現場調查

在場地規劃前對存砟場周邊情況進行調查［2］，調查內容如下：

（1）場地周邊交通情況，包括主干道、支路走向，是否有限高、限重等限制運砟車輛通行的情況，是否需要重修硬化等。

（2）場地有無附著物、附著物如何處理。

（3）場地整體高程及與線路相對位置情況，是否需要填挖方處理，周邊有無排水溝。

（4）周邊有無變壓器、水井，能否用于和滿足存砟場內用電用水設備需要。

（5）當地政府路政、環保等部門對施工的相關要求，砟場周邊土地使用情況等。

1.3.2 場地高程測量

分斷面對場地進行高程測量，測出場地整體高程網，測點間距可取20 m×20 m。如果場地高低起伏較大或不規則，可適當加密測量。

1.3.3 確定地基處理方式及場內排水

根據高程網以減少填挖方為原則進行高程設計，高程宜設置不小于2‰斜面用于場地排水。坡面應與排水溝相應設置，優先利用既有排水溝［3］。

勘查砟場地質情況，如遇膨脹土、彈簧土等應進行換填和碾壓處理；如果為普通土路基，可在清表后灑水覆蓋碎石并使用壓路機進行碾壓，提高場地承載力。

1.3.4 整體布局規劃

存砟場整體布局規劃可按以下原則進行：

（1）根據存砟場需要滿足的功能及道砟用途決定場內是否需要設置洗后道砟存放區。如需設置則建議對存儲場地進行硬化，厚度需滿足重車承載力要求，場地面積比例可根據洗砟效率和上砟速度確定，一般不宜小于整體場地面積的一半。

（2）按場地大小及道砟計劃存儲量確定存砟場內是否需要設置擋砟墻。如果場地面積相較于計劃存砟量較小時可在存砟場周圍、道砟水洗前后存放區之間設置擋砟墻，墻體高度及厚度以保證道砟數量及安全為原則。

（3）根據水洗道砟用途及存砟場與新建鐵路線的相對位置確定洗后道砟存放位置及裝砟方式。水洗道砟可根據工程施工時段用于鋪軌前預鋪道砟和鋪軌后分層補砟，其中預鋪道砟使用自卸汽車運輸，分層補砟使用老K車運輸［4］。使用老K車運輸時，可采用裝載機裝車及水洗設備傳送帶直接裝車兩種方案，其中裝載機裝車適用于在存砟場內儲存洗后道砟的情況，在上砟時可實現道砟的大量集中供應，效率較高，但由于道砟需要二次倒運及覆蓋保護等原因成本較高；而使用水洗設備中的傳送帶直接裝砟可節省部分存砟場硬化費用和二次倒運費用，但上砟數量嚴格受水洗效率限制并且道砟質量不合格時很難再進行二次清洗。

為便于裝載機給老K車裝砟，道砟存放點應盡可能靠近裝砟線路，并按現場情況修建上砟平臺。平臺長度以滿足上砟需求為原則，高度以裝車后老K車不偏載為原則。

（4）洗砟設施位置及布置方式應保證節約場地、裝砟方便，設備基礎應全部硬化并保證易于清理。出砟點在保證安全的情況下盡可能靠近鐵路線或洗后道砟存砟點，距離線路、水池等設施的水平距離應能確保道砟按錐形堆放至最高點時不影響行車安全和洗砟作業。如果場地不滿足要求，需要在線路及水池邊增設擋砟墻。

（5）存砟場內車輛出入口宜分開設置，地磅宜設置于存砟場進口附近，出砟車輛需要過磅時可采用場外迂回的方式。如果條件不允許可將場內道路設計為環形，同時主干道應設置為雙車道，保證車輛有序行駛，避免交通擁堵。某設置了環形道路的存砟場平面布置如圖1所示。

圖1 某存砟場平面布置

（6）如果存砟場所在位置常年風力較大，或周邊為農田、村莊、工廠等，為避免洗砟時灰塵污染周邊環境及污染洗后道砟，可在存砟場周圍及砟堆中間設置防風抑塵網，高度以不污染環境或當地環保部門要求為準。

（7）優先利用場地附近既有水井及排水溝，洗砟用水使用埋地管道引入場內，廢水經沉淀處理之前不可隨意排入排水溝。存砟場用電宜單獨接變壓設備，電纜應埋地或架空布置，并做相應的警示標識。

2 道砟水洗設備及工藝

2.1 水洗設施組成

目前國內主要使用振動篩水洗工藝［5-6］，主要設備有上砟斗、給料機、傳送帶、高壓水泵、噴淋器、振動篩等。配套設施有多級沉淀池、水井等。

（1）上砟斗

上砟斗為使用裝載機裝砟或自卸車卸砟的進料口，其容積可按不低于一節老K車的容積（普通車型約40 m3）或普通自卸車容積進行設計。

（2）給料機

給料機位于上砟斗下方用來將上砟斗中流出的道砟振動輸送至傳送帶上，其可以通過電機控制振動頻率進而控制道砟輸送速度（見圖2）。

圖2 給料機

（3）傳送帶

傳送帶用于各設備間輸送道砟并固定噴淋設備，傳送帶坡度應按電機功率等因素確定，一般不得高于15°。傳送帶基礎必須硬化抹平，兩邊設擋水臺或將基礎做成凹槽狀并向排渣池方向設置不小于5‰縱坡以便污水能順利排入排渣池。

末段傳送帶可根據需要安放于鐵路線路上用于老K車裝砟或安放于存砟場內臨時存儲道砟，條件允許時可設置為移動式以便靈活調整道砟出砟點。當裝車線路位于永久路基上時，為避免道砟表面殘余的水通過老K車流入路基造成路基破壞，可在線路兩邊老K車卸砟口處設置排水槽并將水引入水池內。排水槽如圖3和圖4所示。

圖3 排水槽槽身

圖4 排水槽下水口

（4）噴淋器

噴淋器為固定于傳送帶或振動篩上的水管組合架，用于將洗砟用水均勻地噴于道砟上，對道砟進行浸泡并初步沖掉表面泥土石粉等。噴淋器見圖5和圖6。

圖5 噴淋器（傳送帶上）

圖6 噴淋器（振動篩上）

（5）振動篩

振動篩為洗砟設備中的核心部分，用于對道砟進行篩分和振動揉搓，去除小粒徑碎石和道砟表面的泥土石粉等。振動篩上設可拆卸式篩網，道砟水洗時可根據需要更換不同孔徑的篩網對道砟進行篩分。振動篩及篩網見圖7和圖8。

圖7 振動篩

圖8 振動篩篩網（噴淋器下方）

（6）水池

為節約用水和減少環境污染，在洗砟設備附近設置多級沉淀池提供洗砟用水。沉淀池數量及容積以確保污水在各級沉淀池中經過一個循環后最終水的潔凈度能滿足洗砟要求為原則，數量一般不宜少于4個。如果設有排渣池時可設置3個，每套洗砟設備初級沉淀池容積不宜小于500 m3，清水池不宜小于1 000 m3，其它沉淀池可適當減小。

各沉淀池的進水口與出水口（或抽水泵位置）應選擇水池邊距離相對最遠的兩個位置分別設置，以便污水有更長時間沉淀。

沉淀池可根據場地大小和施工需要等修建為磚砌式或放坡開挖鋪設防水布的方式，后者如圖9所示。

圖9 放坡開挖的清水池

2.2 多套洗砟設備布置方案

洗砟設備數量應以單位時間內需求的水洗道砟數量確定（每套普通洗砟設備正常情況下每天洗砟量約為3 000 t，計算時還應考慮沉淀池清理及設備維護的時間）。當采用多套洗砟設備時，相應附屬設施最好共用以節省場地和成本。圖10為某存砟場使用兩套水洗設備并集中使用一套水池的平面布置圖，道砟水洗時污水從振動篩排污口排入排渣池內并經初步沉淀后依次流入各沉淀池和清水池，再使用水泵將清水池的凈水抽出用于道砟水洗。如此循環，待排渣池內沉淀物較多影響洗砟效果時可暫停洗砟，使用裝載機將排渣池清理干凈后再次開始。

圖10 某存砟場水洗設備布置示意

2.3 道砟水洗工藝

振動篩道砟水洗工序可分為噴淋浸泡、振動清篩、沖洗等環節［7］。按其工作順序可分為三級水洗，正常水洗流程為：

（1）開機：啟動設備，對水泵、給料機、振動篩等進行檢查調試確保所有設備工作正常，噴淋器能按預定水壓正常噴水。

（2）給料：使用裝載車將存砟場內堆放的未水洗道砟鏟運至上砟斗（或使用自卸汽車將道砟卸至上砟斗），同時給料機工作，利用其振動力將道砟送至傳送帶上。

（3）一級清洗：道砟從給料機進入傳送帶后，利用噴淋器向道砟噴射清水，在對道砟進行浸泡的同時將道砟表面易于清洗的泥土石粉等沖離并隨水流至傳送帶下方硬化面上。

（4）篩分及二級清洗：振動篩沖洗是整個道砟清洗的核心環節，在道砟到達振動篩后利用振動篩表面的篩網將粒徑不符合要求的碎道砟篩掉僅保留合格的部分，同時振動篩的強力振動配合上部高壓噴淋器對道砟進行揉搓沖洗，洗掉的泥污及碎石隨水流進入排渣池，粒徑合格的道砟經沖洗后進入下一節傳送帶。一般情況下道砟在經過二級清洗后表面僅剩余少量泥水。在篩分時，應提前根據要求更換符合要求的篩網，如果道砟用于最后一遍補砟，須將篩網增大到 30 mm［8］。

（5）三級清洗：利用噴淋器對道砟表面殘余的泥水進行沖洗，洗后污水流至傳送帶下硬化面上并進一步回流至水池內，道砟沿傳送帶到達存砟點或老K車內。

（6）傳送帶下基礎清理：在水洗過程中應隨時對傳送帶下污泥進行清理，或設置固定噴水設施并在水泵打開時自動清理。

2.4 道砟水洗注意事項

（1）如果道砟整體較臟使用正常工藝難以洗凈時，可采取以下措施：①加長一、三級水洗段落或放緩傳送帶速度讓道砟浸泡更長時間；②增大各噴淋器的水壓；③增大沉淀池或使用外來水進行補充確保洗砟用水干凈不混濁。如果還不能達到潔凈度要求可考慮再增加1臺振動篩或進行二次清洗。

（2）氣溫低于0℃不能進行道砟水洗時可酌情采用干洗：關閉所有噴淋系統僅打開給料機和振動篩對道砟干篩，篩后應及時對道砟進行潔凈度檢測。此外，因該作業方法揚塵嚴重，故在使用該方法時應做好抑塵工作，如增加防風抑塵網或設置高空噴霧器。

（3）洗砟設備中給料機、傳送帶、振動篩等均有多檔可調，在正式洗砟前應做好設備調試，并做道砟潔凈度檢測試驗，針對不同的道砟選擇最合理的設備參數。

（4）洗砟過程中應隨時對洗后道砟進行抽查（并應每天至少做一次潔凈度檢測試驗［9］），當發現道砟顆粒表面潔凈度超過0.17%［10］時，應及時采取調低給料機送砟速度和傳送帶傳動速度、增大振動篩功率、清理排渣池等措施。

（5）使用裝載機清理出的淤泥碎石等應統一堆放、統一處理，不得直接排入砟場外污染環境。

（6）使用圍擋對所有洗砟設備進行圍護，防止外人進入受傷。

3 結束語

當道砟中混入的粉黏土等顆粒較多時，在鐵路運營過程中遭受雨淋等情況很可能造成道床板結［11］和凍脹［12］，在增加線路維護費用、降低維護效率的同時還會縮短線路使用壽命甚至危及行車安全，故道砟清洗工作是質量控制的重中之重。作為道砟上線前清洗的最后一個環節，存砟場內洗砟主要任務是對道砟本身存在的石粉以及道砟運輸途中和存砟場內長時間存放造成的灰塵泥土進行清洗去除，其中存放于存砟場內導致的二次污染最為嚴重，因此對存砟場進行合理規劃避免場內道砟遭受二次污染是第一要務。此外，通過合理規劃，保證進砟、洗砟、出砟過程有條不紊地進行可極大提高洗砟效率和洗砟質量，減少洗砟成本。因此，在有砟高速鐵路存砟場選取和規劃方面一定要做專項研究討論。